华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程,在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据,分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征;并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上,着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明:(1)本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下,来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾;暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂;(2)在暖海雾的形成和消散阶段,风切变机械湍流的热量输送起主要作用;而在发展和维持阶段,既有风切变机械湍流的热量输送作用,也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用;(3)风切变机械湍流向冷海面输送热量,对近海面空气起到降温和增湿作用;热力湍流同样向冷海面输送热量,但对雾层起到增温和降湿作用;(4)暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。

黄海海雾WRF数值模拟中垂直分辨率的敏感性研究

基于WRF模式探究不同垂直分辨率下模式对黄海海雾的模拟表现。将3种垂直分层方案(35η、44η与63η)和2种边界层方案(YSU、MYNN)组合,对10次海雾做模拟研究。统计分析了水平雾区与雾顶高度对垂直分辨率的敏感性,并利用1次典型个例剖析了雾顶长波辐射与雾体湍流的作用。统计结果显示,提高垂直分辨率能显著改进水平雾区的模拟效果,改善明显的个例在不同垂直分辨率试验下的雾顶高度差异也较大;YSU方案相比于MYNN方案更敏感,从35η层增至44η层其试验个例的击中率(POD)和公正预兆得分(ETS)的平均改进率分别提高了13.29%和10.22%。典型个例研究结果揭示,模式对雾顶长波辐射和雾体湍流作用的模拟程度强烈依赖垂直分辨率:粗垂直分辨率给出的湍流强度很弱,导致模拟失败;雾顶存在"云水含量增多→长波辐射增强→降温加大→云水含量增多"的正反馈过程,细垂直分辨率比粗垂直分辨率更容易维持与增强此反馈;只有细垂直分辨率才能模拟出雾顶长波辐射冷却产生的贯穿雾体直抵海面、强度不弱于近海面机械湍流的浮力湍流,它导致雾体降温而出现符合观测事实的海温高于气温的现象。