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。

中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较

利用我国地表太阳辐射台站资料和海上观测资料与同期的NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料进行比较,检验再分析资料是否能够反映中国地区的太阳辐射特征。结果表明:1979年之前NCEP/NCAR太阳辐射资料的可信度较低,存在虚假的明显上升趋势,1979年之后两套再分析资料的可信度均较高,在我国东部和低纬度地区的可信度好于西部和高纬度地区;由逐6 h再分析数据直接计算得到的逐日太阳辐射比实际观测偏低,剔除太阳辐射为零的情况计算逐日资料更合理。在大陆地区,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与台站太阳辐射资料的1979—2009年共31年平均误差分别为10.37 W·m^(-1)和-42.68 W·m^(-2),误差的标准差分别为12.31 W·m^(-2)和4.19 W·m^(-2);在海洋区域,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与海上观测太阳辐射资料的平均误差分别为-161.19 W·m^(-2)和-179.66 W·m^(-2),误差的标准差分别为37.07 W·m^(-2)和35.36 W·m^(-2)。与大陆台站资料相比,海上观测与再分析资料的误差偏大,这可能与海上观测资料较少,限制了NCEP模式的评估和改进有关。

黄海夏季海雾的边界层结构特征及其与春季海雾的对比

利用海上浮标站、高分辨率数字式探空仪等多种观测手段和三维中尺度模式，对2008年7月7-11日1次夏季黄海海雾过程的边界层结构特征进行了观测分析与数值模拟，并将结果与春季的黄海海雾个例进行对比。结果表明：（1）夏季海洋大气边界层（MABI，）中无强逆温层，静力稳定度较春季下降，有利于湍流的发展。加之水汽量较大，容易形成比较厚的雾（500m）；春季低空有明显逆温层，水汽供应量较少，但强稳定的层结可以使水汽局限于比较低的空中，形成比较薄的雾层（200m）。（2）在夏季风控制下，青岛近海海洋大气边界层（MABL）中高、低层气块均来自海洋上空，温湿属性差异不大，使得温度垂直差异较小；春季MABL中高、低层气块分别来自陆地和海洋，来自陆地的暖、干气流和海洋的冷却效应导致强逆温层和雾区上方干层的出现。（3）夏季海雾的含水量大，水汽在凝结成雾的过程中放出更多的凝结潜热，雾中的海表面气温（SAT）明显高于海表面水温（SST）；春季雾顶强烈的长波辐射冷却和湍流混合使雾中气温明显下降，雾中SAT与SST更加接近，甚至出现SAT小于SST。以上结果有助于对海雾形成机制的认识。

孟加拉湾感热净通量与陕西秋季降水的联系

利用1979-2011年9-10月陕西96个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,研究了孟加拉湾感热净通量与陕西秋季降水的关系,并对其成因机制进行了初步分析。结果表明,陕西秋季降水与孟加拉湾感热净通量为显著负相关。秋季当该海域感热净通量偏弱时,乌拉尔山附近易于形成阻塞高压,西太平洋副热带高压位置偏西偏北,陕西地区来自太平洋和印度洋的偏南水汽输送增强,大气辐合上升运动也增强,同时,9月南亚高压位置偏北、南亚夏季型季风偏强,易造成陕西秋季降水偏多的环流形势。陕西秋季降水异常与低纬度海温的年际背景场有关,秋季低纬度海洋SST的EOF第二模态的空间型一定程度上可以解释孟加拉湾感热净通量与陕西降水的联系。孟加拉湾秋季的感热通量与上一年冬季和当年夏季的感热净通量呈显著正相关,可根据该海域上一年冬季和当年夏季的感热净通量强弱估计其秋季感热状况,从而预测陕西秋季降水的多寡。

1960年以来陕西秋季连阴雨天气的变化特征

利用陕西96个气象站逐日降水资料、国家气候中心提供的74项环流指数以及NCEP／NCAR再分析资料，研究了1960年以来陕西秋季连阴雨天气的时空变化和成因。结果表明，陕西秋季较易发生8日以上连阴雨过程，大部分地区8日以上连阴雨过程降水量占秋季降水总量的60％以上。1960年以来，4-7日连阴雨过程的次数在增加，8日以上连阴雨过程的次数明显减少，特别是1985年以后，8日以上连阴雨过程的次数明显低于多年平均值，这一时期的连阴雨过程平均持续时间和降水量也显著减少。陕西秋季连阴雨过程的暴雨频次和强度具有明显的阶段性起伏，1977-1981年和1987-2002年秋季的暴雨强度和频次明显低于多年平均值，近年来开始增加，2011年秋季陕西共计发生暴雨150站次，为近52a来最大值。陕西秋季连阴雨中60％以上的降水和82．50％的暴雨发生在9月。从9月西藏高原指数、亚洲经向环流指数和西太平洋副热带高压西伸脊点指数与陕西秋季连阴雨天气时间演变的比较来看，这3项环流指数一定程度上可以解释陕西秋季连阴雨天气的年际变化。但是影响陕西秋季连阴雨过程的因素比较复杂，对其变化规律和发展机理还需要进一步研究和探讨。

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。

孟加拉湾潜热通量与陕西秋季9-10月降水的关系

利用1979-2011年秋季9-10月陕西96个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了孟加拉湾潜热通量与陕西秋季降水的关系,指出了影响陕西秋季旱涝的热源关键区域,并就其影响陕西秋季旱涝的成因机制进行初步分析,得出以下结论:陕西秋季降水与孟加拉湾主体海域的潜热通量变化为显著负相关,当该海域潜热通量偏弱时,乌拉尔山高压偏强,西太平洋副热带高压位置偏西偏北,孟加拉湾至青藏高原南侧多低槽活动,形成了有利于陕西秋季降水的环流形势,同时,陕西地区的偏南水汽输送增强,大气辐合上升运动也增强,陕西秋季降水偏多的可能性较大。此外,孟加拉湾上一年冬季、当年夏季的潜热通量大小与秋季的有显著正相关关系,因此,该海域上一年冬季、当年夏季的潜热通量强弱可以作为预测陕西秋季降水多寡的重要参考。