高壓系統(tǒng)影響下黃海海霧的形成機(jī)制研究.pdf

1、高壓系統(tǒng)影響下形成的海霧是黃海海霧的一種重要類型,但目前針對(duì)它的數(shù)值模擬與形成機(jī)制的研究頗為少見。本文選取分別發(fā)生于2006年3月7日和6月6日的兩次明顯受高壓系統(tǒng)影響的黃海海霧個(gè)例為研究對(duì)象,對(duì)它們進(jìn)行了觀測(cè)分析與數(shù)值模擬研究。首先,利用衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)、站點(diǎn)地面與探空觀測(cè)數(shù)據(jù)與美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心的FNL(final analysis data)大氣再分析數(shù)據(jù)對(duì)這兩次海霧進(jìn)行了觀測(cè)分析,主要包括霧區(qū)時(shí)空演變觀測(cè)事實(shí)、影響它們的高壓天氣系統(tǒng)變

2、化和大氣逆溫層形成。然后,運(yùn)用WRF(Weather Research and Forecasting)數(shù)值模式對(duì)它們進(jìn)行了高分辨率的數(shù)值模擬,詳盡刻畫海霧形成過(guò)程及其三維結(jié)構(gòu)變化,并對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行研究,探討了平流、湍流、長(zhǎng)短波輻射、潛熱釋放等物理過(guò)程的具體作用。最后,將它們與一次典型的黃海平流冷卻海霧過(guò)程進(jìn)行對(duì)比,分析了它們之間的異同。觀測(cè)事實(shí)分析揭示,高壓系統(tǒng)影響下的黃海海霧的形成與發(fā)展明顯受高空系統(tǒng)及其變化的支配。海霧形成之前霧

3、區(qū)上空存在逆溫層,它是高壓系統(tǒng)環(huán)流輸送的冷暖平流在海上大氣邊界層不同高度存在差異所導(dǎo)致,或是低層冷平流使空氣降溫形成逆溫層,或是高層暖平流使空氣升溫形成逆溫層?！ｌF發(fā)生時(shí),淺薄高壓控制著整個(gè)黃海,海面風(fēng)速基本不超過(guò)4 m/s;霧區(qū)的變化與高壓的移動(dòng)及強(qiáng)度變化密切相關(guān),大范圍的霧區(qū)主要存在于高壓的西北部,霧區(qū)在高壓變?nèi)鯐r(shí)擴(kuò)展到最大。基于FNL數(shù)據(jù)的分析顯示,成霧所需的水汽大部分是由黃海局地所提供的,很少發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的水汽輸運(yùn)過(guò)程。利用循環(huán)

4、3DVAR(three dimensional variational)為WRF數(shù)值模擬提供了質(zhì)量較高的初始場(chǎng),經(jīng)海霧衛(wèi)星云圖觀測(cè)與站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn),WRF數(shù)值模式較為成功地再現(xiàn)了兩次海霧過(guò)程。基于數(shù)值模擬結(jié)果,細(xì)致地探討了海霧形成機(jī)制。海霧開始形成于逆溫層底部,海面風(fēng)的垂直切變導(dǎo)致機(jī)械湍流的發(fā)展,湍流冷卻作用是海霧初始生成的主要機(jī)制。霧體形成到一定厚度后,其頂部的長(zhǎng)波輻射冷卻作用使得海霧得以維持和發(fā)展,一定強(qiáng)度的冷平流也對(duì)逆風(fēng)一側(cè)特

5、別是較高高度上的海霧形成起到冷卻作用。霧體溫度降低到海表溫度(SST)以下之后,海面不再對(duì)霧體有冷卻作用,它主要通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程為霧體提供水汽。霧區(qū)處于高壓產(chǎn)生的冷平流控制時(shí)逆風(fēng)一側(cè)因輻合抬升而產(chǎn)生上升氣流,同時(shí)冷平流使得逆溫層底部向上抬升，迫使霧頂也隨之向上抬升，霧頂長(zhǎng)波輻射的冷卻作用使得霧頂附近液態(tài)水增多,因重力和平流的作用順風(fēng)下降,海霧順風(fēng)向發(fā)展;而當(dāng)高壓位置移動(dòng)而使霧區(qū)受暖平流的控制后,海面的湍流冷卻和霧頂?shù)拈L(zhǎng)波輻射冷卻作用,使海霧

6、順暖平流風(fēng)向發(fā)展,高壓中心附近的下沉氣流和暖平流的作用降低了逆溫層底,使得海霧擴(kuò)展時(shí)霧頂高度較低。此外,一系列敏感性試驗(yàn)的分析結(jié)果。表明:海面一定強(qiáng)度的湍流有利于海霧的形成,而強(qiáng)度過(guò)大的湍流會(huì)導(dǎo)致海霧的消散;短波輻射對(duì)海霧的形成影響較小,而長(zhǎng)波輻射是海霧形成發(fā)展的關(guān)鍵因素;改變SST對(duì)高壓影響下海霧形成有一定的影響。同一次由快變的鋒面系統(tǒng)控制的黃海平流冷卻海霧相比,所研究的兩次海霧過(guò)程中由于溫度平流強(qiáng)度較小和風(fēng)速較弱,海霧擴(kuò)展與消散的速