利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。

2015-2020年渤海西海岸雾的海陆分布差异成因分析

利用2015—2020年渤海西海岸陆地和近海加密自动站、再分析资料和卫星反演雾资料,分析该地区海陆雾时空分布特征,选择一次典型个例开展敏感性数值实验。结果表明:渤海西海岸秋季、冬季陆雾多于海雾,而春季、夏季相反,虽然冬季海雾和陆雾数量最多且变化趋势一致,但分布仍具有显著的局地性;渤海西海岸雾以海岸线为界的频率大于53%,多出现在夜间,持续时间也多低于12 h。个例分析表明,海陆风环流将海上暖湿空气输送至内陆低空,湿度快速增大至近饱和,弱冷空气入侵和夜间长波辐射降温共同作用,导致内陆大雾形成。而海温较高、海洋大气降温缓慢,难以形成海雾;海温敏感试验结果也表明,海温增加5%后,控制实验中略微进入近海的雾区基本回退到海岸线以西,海温降低5%后,陆雾蔓延至整个渤海并维持,高海温是本次陆雾未扩展入海的关键因素。

海上雾霾天气下基于能见度的舰载机目视着舰风险评估方法研究

针对雾霾天气对舰载机目视着舰安全性的影响难以量化的问题,利用激光雷达在近海的能见度观测数据,反演海上雾霾天气下飞行员目视着舰的斜程能见度的状况,提出1种基于能见度指标的目视着舰风险评估方法,将舰载机着舰过程中飞行员频繁的目测压力,转变为舰上数据测量、风险评估和应对措施等程序化工作,将定性的安全分析转变为定量的风险评估和安全指导,谋求在现有着舰控制模式下有效降低飞行员着舰压力,提升指挥引导效率,为低能见度下舰载机目视着舰训练提供理论依据和实践指导。

不同陆面方案对沪宁高速公路团雾的模拟

利用沪宁高速公路实时监测的气象数据分析了2007年11月24日发生在沪宁高速公路镇江段团雾过程的气象要素变化。通过WRF模式耦合三种不同陆面方案对此次过程进行了数值模拟,旨在检验WRF模式耦合陆面方案对镇江段团雾的模拟能力。结果表明:(1)WRF模式模拟出的团雾天气过程对陆面方案的选择比较敏感,耦合了不同陆面参数化方案后的试验结果更接近实况。(2)水汽参量模拟结果中,SLAB方案比NOAH方案和RUC方案效果好些,NOAH方案与RUC方案差异不大。(3)在地面感热通量变化率模拟上,三者有些区别;在长波辐射变化率模拟上,NOAH方案较优越。(4)在涡度场高值区模拟上,NOAH方案效果比SLAB、RUC方案更好。

归一化雾指数法白天陆地辐射雾检测研究

针对MODIS卫星数据的特点,基于Streamer大气辐射传输模式,通过模拟各种云类和陆地辐射雾在MODIS可见光、短波红外、中红外波段的光谱辐射特征,提出了一种基于归一化雾指数进行陆地辐射雾检测的特征参数,实验表明利用归一化雾指数特征参数能够较好地进行陆地辐射雾检测。

激光引信抗环境干扰技术分析

从提高激光引信抗干扰能力出发 ,对阳光、云雾、烟尘和地 (水 )面回波等干扰的成因、机理和特征进行了简要的分析 ,并根据干扰与目标回波信号特征之间存在的差异 ,归纳和提出了若干抗阳光。

不同陆面过程参数化方案模拟效果评估

[目的]模拟南京及其周边一次区域雾天气过程变化过程。[方法]利用2013年12月6日NCEP 1°×1°再分析资料为初始场,采用WRF模式对陆面过程参数化方案进行了敏感性数值试验,利用相关系数、平均偏差、平均绝对偏差、观测值的标准偏差、模拟值的标准偏差等对各参数化方案下的物理量的模拟效果进行评估,并与南京站的地面常规观测资料进行对比。[结果]不同陆面过程参数化方案对大雾天气过程的模拟结果是敏感的,不同的参数化方案模拟的地面温湿风存在较大差异,其中SLAB方案模拟结果可信度最高,偏差范围最小,且各变量的偏差均呈现正态分布状态。[结论]此次大雾过程中相对湿度、温度露点差、地面温度等变量的模拟效果较好,可将其作为判别指标,为后期提高雾过程预报准确率提供依据。

中国大陆东部相对湿度变化与海陆热力差异的关联性初探

相对湿度是制约雾与霾形成和转换以及影响能见度的最关键环境气象参数。而海陆热力差异是影响我国东部及沿海雾霾天气的重要气候背景。立足于中国大陆东部和沿海地区所处的地理环境,综合海陆热力差异这一要素,从低层大气环流变化及水汽输送等角度,对相对湿度多时空尺度的变化及其热动力成因和机制进行了尝试性分析。结果表明,50多年来,中国东部冬季海陆热力差异主要形成于我国长江以南地区和黑潮(包括源区黑潮和东海黑潮)以东海域。由此构建的海陆温差指标显示,该纬向海陆热力差异存在显著的准7年和准4年的年际变化以及准17年的年代际变化,同时还有明显的长期增强趋势,其主要与我国长江中游地区-黄淮流域-华北地区及以东沿海一线(负相关区)和华南地区(正相关区)的相对湿度变化密切关联。其中,冬季纬向海陆热力差异的减弱(增强),主要造成低空季风环流的西南风(东北风)异常,进而调控源自孟加拉湾东部和我国南海海域(东中国海及以东海域)的水汽向我国大陆东部的输送,并可通过制约水汽输送和降水等形式影响以上地区相对湿度的变化。纬向海陆热力差异的增强很可能引起华北等地区相对湿度的减小,而导致华南地区相对湿度的显著增加,反之亦然。此成果可为明确重点区域相对湿度变化与雾霾发生发展的关系和未来演变等研究工作的深入开展,以及为有关雾霾天气的预测预警报服务提供必要的科学依据和保障。

三种经典夜间陆地雾遥感反演方法的适用性对比分析

相较于地面站点观测,卫星可以监测更大范围的夜间雾区分布,目前虽然已存在几种经典的夜间陆地雾遥感反演算法,然而其在我国大范围陆上的适用性尚不清楚。基于葵花8号(Himawari-8)静止气象卫星数据,分别利用双通道差值法、温度差值法及归一化大雾指数法反演了我国2016年1月—2018年12月的夜间陆地雾区,并用地面观测资料以鉴定成功评分、准确率、判识率和误判率为指标参数对雾区反演结果进行验证分析,讨论了三种反演方法的适用性。结果显示:1)三种夜间陆地雾反演方法在秋季和冬季反演效果最好,其中温度差值法的鉴定成功评分高、准确率高、误判率低,反演效果最好,双通道差值法的判识率高、误判率高,反演效果次之,归一化大雾指数法效果最差。2)三种方法对夜间陆地雾的反演在秋季和冬季的最佳适用区域略有不同,但都倾向于在平原和盆地达到最佳效果,如华北平原、长江中下游平原和四川盆地。3)两次雾过程的反演结果显示,温度差值法和双通道差值法对平原地区夜间雾的识别能力均较强,在具体雾过程反演中各有优势。

两种陆面方案对陆雾与海雾模拟效果的对比研究

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,针对1次陆雾与1次同时包含近海雾区与开阔海域雾区的海雾个例,开展了2种陆面方案——SLAB(five-layer thermal diffusion scheme)方案与Noah(Noah land surface scheme)方案——的模拟效果对比研究。研究结果表明:1)SLAB方案与Noah方案在开阔海域雾区模拟中的表现基本一致,但只有前者成功再现了陆雾与近海雾区。2)对于陆雾,与SLAB方案相比,Noah方案在白天偏高的地表温度造成偏强的地面垂直热量通量,加之偏弱的垂直水汽通量共同使得地面相对湿度偏低20%,导致模拟失败。3)对于海雾,两种方案模拟的地表温度与地面垂直水汽通量之间的差异,直接导致了地面2 m气温与水汽混合比的差异,进而影响了渤海的地面低压天气系统的强弱与水汽平流的大小,从而使得它们对渤海近海雾区的模拟表现迥异。本次个例中,应用广泛且陆面过程完善的Noah方案对陆雾模拟的表现反而不如过程简单的SLAB方案,本文对此给出了初步的解释,但仍需进一步探究其原因。

北部湾海雾特点及海陆大雾差异分析

基于2016-2017年北部湾海洋气象浮标站、海岛站、内陆站的观测资料,对北部湾海雾的季节变化、生消特征和持续时间进行了统计分析,并探讨了海上和陆地大雾的差异性。结果表明:①2016年北部湾出现海雾37d,2017年为19d;3月海雾日数最多,4月次之,12月和6-10月未出现海雾;一天中出现雾的峰值时间为03:00-05:00,雾消散峰值时间为08:00-10:00;雾的维持时间绝大部分在3h以内。②北部湾不同的地域和下垫面,雾的生消时间有所不同,海上雾(浮标站)的出现时间较海岛雾(涠洲岛站)、沿岸陆地雾(北海站)约提前3h左右,消散时间推迟约3h左右。③北部湾海雾绝大多数发生在风速小于等于5m/s的情况下,以1~3m/s最为适宜,海上雾多出现在NNE-SE情况下,沿岸雾偏南风居多;95%的海雾出现在海水温度低于25.0℃条件下。

中国东部海陆热力差异与华南冬季雾霾的气候学关联

根据中国东部冬季海陆热力分异和耦合作用关系,构建了纬向海陆热力差异指标。从大气环流和降水角度,揭示了局地海陆热力差异对中国东部相对湿度变化的影响。基于此,探讨了局地海陆热力差异与华南地区冬季雾霾形成、转化和趋势变化的气候学关联。结果表明:冬季海陆热力对比显著的耦合区位于华南地区和菲律宾海东部海域,形成的局地海陆热力差异具有约17 a左右的年代际变化,20世纪80年代初其由强转弱的趋势突变明显。局地海陆热力差异增强时,华南地区冬季东北风异常加强,由东中国海(渤海、黄海和东海)及日本海向华南地区的水汽输送和降水也呈现增强趋势,这有利于华南地区相对湿度的异常增加。受局地海陆热力差异调控,华南地区偏湿期和偏干期约以17 a的周期交替出现。20世纪80年代之前的偏湿期,华南地区雾日条件湿度基本保持不变,之后环境相对湿度逐渐降低,引起雾日偏少。由于华南地区本底(平均)相对湿度更利于霾的形成,在污染物排放或迁移累积增强的情形下,相对湿度的降低抑制霾向雾的转化,使得雾日持续减少,而霾日趋于增加,特别在21世纪初的偏干峰值期霾日增加速率达到最高。21世纪20年代华南地区相继进入偏干期,气候变暖导致饱和比湿加大,未来霾天气趋多趋强、持续时间长等极端特性和高危险性特点将更为突显。