黃海海霧季節(jié)變化特殊性形成機理的研究.pdf

1、在海霧季節(jié)，持續(xù)的多霧天氣，可導致港口裝卸嚴重受阻，造成巨大經(jīng)濟損失；誘發(fā)小麥銹病，導致農(nóng)作物減產(chǎn)；形成酸霧，影響人類健康。而且海霧/層云在低層大氣與海洋的熱交換中具有明顯地反饋作用。因此，本項研究的科學意義不僅能提高對黃海霧季特征形成機理的認識，同時也是氣候變化研究中的一項基礎(chǔ)性工作。本項研究還可以為海霧的中長期預報提供物理意義明確的參考依據(jù)。 與我國沿海其它海區(qū)相比，黃海霧季(4-7月)有明顯的特點：霧日最多、霧季最長、霧區(qū)

2、面積最大：4月霧季開始期間(始霧期)黃海西北部(青島-潮連島附近海域)霧日頻率明顯增多，如潮連島霧日頻率由3月的3天增加到4月的9.3天，而緯度相近的黃海東部霧日頻率沒有如此明顯的增加，如Sochongdo從3月的2.9天增加到4月的5.5天(始霧期霧頻率緯向不均勻性)；8月全海區(qū)霧季終止都非常迅速(全海區(qū)終霧期迅速)。上述始霧期霧頻率緯向不均勻和全海區(qū)終霧期迅速特征的形成機理是本文要解決的主要問題。 本文所用資料主要有兩部分組

3、成：第一部分是青島氣象臺的GFE(L)波段二次測風雷達和GTSl型數(shù)字式探空儀所探測的資料，可以提供垂直分辨率為30米的溫度、濕度、氣壓、風向風速。黃海東部白翎島、濟州島探空資料從網(wǎng)上獲得，這些探空資料在700hPa以下可以有10-20多層，比標準等壓面(4層)要細的多，這對發(fā)生在大氣邊界層低層海霧的機理研究非常重要。第二部分是衛(wèi)星遙感資料和再分析資料。利用ICoADS的海一氣溫差場、QuickSCAT的海面風場、AVHRR的海溫場、C

4、MAP的降水場、JRA-25和NCEP/NCAR再分析資料的高度(氣壓)場、溫度場、風場等進行診斷分析。選用JRA-25再分析資料是因為它的空間分辨率(1.25°×1.25°)較其它再分析資料高，更加適合區(qū)域氣候研究。先進的衛(wèi)星遙感資料、再分析資料和探空資料相互獨立，得到的結(jié)果相互支持，使結(jié)論更加可信。 采用統(tǒng)計分析、對比分析和氣候診斷等方法對上述數(shù)據(jù)進行綜合分析。在資料分析和診斷的基礎(chǔ)上，提出了有關(guān)黃海霧季的始霧期霧頻率緯向不

5、均勻性和終霧期迅速且全海區(qū)一致性的物理過程，并用WRF v2.1(Weather Research and Forecasting)數(shù)值模式進行驗證。 通過以上的研究得到以下創(chuàng)新性成果： 1.發(fā)現(xiàn)了4月黃海溫度平流、濕度平流、溫度層結(jié)存在緯向不均勻性，從而導致黃海始霧期霧頻率的緯向不均勻。造成溫度平流、濕度平流緯向不均勻性的原因是：1)4月近海面存在冷性反氣旋，黃海西北部(黃海東部)為弱暖平流(冷平流)，正濕度平流(負濕

6、度平流)，正負溫度平流的氣候平均值為0.3×10E-4℃/s和-1.2×10E-4℃/s左右，正負濕度平流的氣候平均值在2×10E-5g/kg.s和-2×10E-5g/kg.s左右。正濕度平流對濕度增加的貢獻占總增量的85％。2)4月925hPa上偏西的冬季風由陸地吹向海洋，但氣溫場已經(jīng)向下墊面調(diào)整，等溫線近于南一北走向，從而在黃海西北部形成偏西的暖平流，氣候平均值為0.8×10E-4℃/s(對增溫的貢獻占總增溫的90％以上)，從而形成

7、明顯的逆溫層(逆溫層出現(xiàn)頻率與925hPa的暖平流時滯相關(guān)性超過99％的信度檢驗)；在黃海東部，西風吹過較冷的黃海，暖平流減弱為0.3×10E-4℃/s，逆溫層在黃海東部基本沒有建立，從而形成溫度層結(jié)的緯向不均勻。黃海西北部(東部)的暖平流(冷平流)、正(負)濕度平流和較強(沒有)逆溫層有利于(不利于)海霧的生成。結(jié)合數(shù)值試驗結(jié)果提出了黃海SST變化對始霧期霧頻率影響新的機制：SST-黃海冷性反氣旋-風場-溫度濕度平流輸送一始霧期霧頻率

8、。 2.發(fā)現(xiàn)了8月全海區(qū)霧季迅速結(jié)束的主要原因是風向突然由偏南轉(zhuǎn)為偏東，該風向的轉(zhuǎn)變與東亞季風環(huán)流調(diào)整和區(qū)域性海陸熱性質(zhì)差異有關(guān)。8月，由于在菲律賓以東對流活動突然加強，日本海以東的西北太平洋有相當正壓的反氣旋環(huán)流發(fā)展，在黃海出現(xiàn)一致的偏東風，使黃海對流層低層出現(xiàn)冷溫度平流，條件不穩(wěn)定發(fā)展。由于風向的轉(zhuǎn)變具有突然性，導致全海區(qū)霧季迅速結(jié)束。數(shù)值試驗結(jié)果表明，黃海、日本海海溫異常升高導致黃海，特別是黃海南部海面，出現(xiàn)異常偏東風，與觀測到的

9、黃海南部東風風速偏大的事實相符。另外，8月黃海SST升高，還導致低空相對濕度的下降和湍流的發(fā)展。因此，黃海8月霧季結(jié)束的突然性和全海區(qū)一致性包含了黃海局地熱力因素的作用和區(qū)域性海陸熱性質(zhì)差異的影響，也是季風環(huán)流調(diào)整的一部分。 3.定量討論了低空湍流發(fā)展高度和靜力穩(wěn)定度的季節(jié)變化，提出了黃海霧季的典型層結(jié)特征：近地面有條件不穩(wěn)定層結(jié)，湍流發(fā)展高度在150m左右，200m以上有大約400m厚的穩(wěn)定層。這種層結(jié)一旦破壞，霧季趨于結(jié)束。