高壓系統(tǒng)影響下黃海海霧的形成機制研究.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,但目前針對它的數(shù)值模擬與形成機制的研究頗為少見。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)影響的黃海海霧個例為研究對象,對它們進行了觀測分析與數(shù)值模擬研究。首先,利用衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、站點地面與探空觀測數(shù)據(jù)與美國環(huán)境預報中心的FNL(final analysis data)大氣再分析數(shù)據(jù)對這兩次海霧進行了觀測分析,主要包括霧區(qū)時空演變觀測事實、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,運用WRF(Weather Research and Forecasting)數(shù)值模式對它們進行了高分辨率的數(shù)值模擬,詳盡刻畫海霧形成過程及其三維結(jié)構(gòu)變化,并對其形成機制進行研究,探討了平流、湍流、長短波輻射、潛熱釋放等物理過程的具體作用。最后,將它們與一次典型的黃海平流冷卻海霧過程進行對比,分析了它們之間的異同。觀測事實分析揭示,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,淺薄高壓控制著整個黃海,海面風速基本不超過4 m/s;霧區(qū)的變化與高壓的移動及強度變化密切相關(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擴展到最大?；贔NL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)遠距離的水汽輸運過程。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,經(jīng)海霧衛(wèi)星云圖觀測與站點觀測數(shù)據(jù)的檢驗,WRF數(shù)值模式較為成功地再現(xiàn)了兩次海霧過程。基于數(shù)值模擬結(jié)果,細致地探討了海霧形成機制。海霧開始形成于逆溫層底部,海面風的垂直切變導致機械湍流的發(fā)展,湍流冷卻作用是海霧初始生成的主要機制。霧體形成到一定厚度后,其頂部的長波輻射冷卻作用使得海霧得以維持和發(fā)展,一定強度的冷平流也對逆風一側(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,海面不再對霧體有冷卻作用,它主要通過蒸發(fā)過程為霧體提供水汽。霧區(qū)處于高壓產(chǎn)生的冷平流控制時逆風一側(cè)因輻合抬升而產(chǎn)生上升氣流,同時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下降,海霧順風向發(fā)展;而當高壓位置移動而使霧區(qū)受暖平流的控制后,海面的湍流冷卻和霧頂?shù)拈L波輻射冷卻作用,使海霧

6、順暖平流風向發(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,使得海霧擴展時霧頂高度較低。此外,一系列敏感性試驗的分析結(jié)果。表明:海面一定強度的湍流有利于海霧的形成,而強度過大的湍流會導致海霧的消散;短波輻射對海霧的形成影響較小,而長波輻射是海霧形成發(fā)展的關(guān)鍵因素;改變SST對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程中由于溫度平流強度較小和風速較弱,海霧擴展與消散的速