一次层积云发展过程对黑潮延伸体海洋锋强迫的响应研究——观测与机制分析

由于缺乏海上现场观测,对天气尺度扰动下,海表面温度锋(海洋锋)对海洋大气边界层(MABL)垂直结构和MABL内海洋性低云(marine stratus)的影响研究较少。2014年4月12日,中国海洋大学东方红2号科学考察船在黑潮延伸体海区的海洋锋附近捕捉到一次层积云的迅速发展。在比较稳定的天气形势下,由暖水侧向北穿越海洋锋时,云底和云顶高度升高,云区范围迅速扩大。本文利用多种大气—海洋联合观测数据,结合卫星观测和再分析资料,对此次层积云迅速发展的机理进行了综合分析。结果表明,在海上低压后部西北风控制下,在海洋锋的暖水侧(下风方)形成热通量大值中心和低压槽,有助于高空西风动量下传,进而又使得海气界面热通量增加,这种正反馈效应为MABL内混合层厚度加大和云底/顶高度在海洋锋的下风方升高提供有利背景条件。4月12日09:00~12:00(协调世界时),来自日本本州岛陆地的低空暖平流到达该热通量中心上空,暖平流与热通量中心的共同作用,导致该时段近海面暖中心强度异常增加,MABL中静力不稳定层加深和低压槽发展,综合作用的结果使得混合层厚度明显加深,云底高度升高,云区迅速发展。本研究有助于理解在复杂大气背景扰动下MABL对海洋强迫的响应机理。

一次层积云发展过程对黑潮延伸体海洋锋强迫的响应研究——数值模拟和试验

2014年4月12日,中国海洋大学东方红2号调查船在黑潮延伸体海区由暖水侧向北穿越海洋锋时,捕捉到了一次层积云云底和云顶高度升高的过程。本文利用船测数据结合WRF模式进行数值模拟和试验,对此次层积云迅速发展的机理进行了综合分析。结果显示,在黑潮延伸体区域,西北风控制下,海洋锋和来自日本本州岛陆地的低空暖平流共同作用使得层积云发展。通过数值试验发现,海洋锋作为背景场,为该区域提供了200W·m^(-2)的潜热通量并导致气压下降,从而在暖水侧产生了0.05m·s^(-1)的上升运动。同时,来自日本本州岛陆地的暖平流作为日尺度扰动,在09-12UTC到达潜热通量中心,导致该时段该区域2~3℃的增温和0.5hPa的降压。但两者并非单纯线性叠加,而是在海洋锋提供背景条件的前提下,暖平流产生触发作用,通过局地海气相互作用,使得该时段该区域垂直运动异常增强,进而造成云的异常发展。本研究有助于理解在复杂大气背景扰动扰动下MABL对海洋强迫的响应机理,同时对于理解海洋对边界层的影响又反馈到海洋的过程有一定帮助。

东海黑潮暖水区一次夜间云覆盖边界层发展过程的大涡模拟——辐射强迫研究

2015年4月2日,中国海洋大学东方红2船在东海黑潮暖水区观测到了一次夜间云顶逆温边界层发展的过程。本文利用船载数据及UCLA_LES3.0模式进行数值模拟,讨论边界层发展的原因以及云对边界层发展的作用。结果显示,海表潜热通量的供应使边界层内水汽增多,水汽抬升凝结成云。云的产生使边界层内水汽通量、热通量以及垂向湍流速度的分布发生改变,云区的水汽通量变大,云顶的热通量发生突变,云区和近表面层均有湍流速度的极大值,云底有湍流速度的极小值。云形成过程中通过改变边界层内浮力项的贡献影响边界层的垂直结构,云区有正的浮力项贡献,云底以下有负的浮力项贡献。云顶长波辐射主要影响边界层中上层,在关闭辐射强迫后,边界层内比湿和位温的廓线没有明显变化,但最大垂直速度减小了20%,垂向积分的湍流动能降低了约30%,垂向湍流速度在边界层中上层不存在极大值,边界层内热通量廓线没有突变,水汽通量和热通量廓线分布与晴空边界层廓线相当。本研究通过数值试验证明了云顶长波辐射效应对大气边界层的反馈作用,为理解云与边界层的相互作用提供了科学依据。