黄海海雾辐射特征及其对大气边界层温度层结的影响

Sea fog can not only lead to low visibility which threatens the security of the marine and coastal traffic, but also change the vertical temperature distribution of Marine Atmospheric Boundary Layer (MABL). Some research have shown sea fog could strengthen the temperature inversion in MABL and obstruct the diffusion of pollutants, which seriously affects the production and daily life of human beings. While now there is lack of comprehensive study of sea fog radiation character, the effects of sea fog radiation on the vertical temperature of MABL is still not clear. This project will improve the independent sea fog remote sensing technology, obtain the variation of sea fog properties (such as optical thickness, effective radius, fog top temperature and so on) during the different periods of sea fog development; quantitatively analyze the relationship between fog top long wave radiation and vertical temperature of MABL; build the conceptual model of how fog radiation character effects on vertical temperature of MABL. Because sea fog could be acknowledged as the low cloud touching on the ocean, this study could strengthen the understanding the process of sea fog/low cloud radiation, enrich the mechanism of temperature changing in MABL. And it is also valuable for sea fog monitoring/ short time forecast, the study of atmospheric pollutant dispersions, and the understanding of the effects of sea fog/low cloud on climate system.

海雾不仅会导致低能见度直接威胁海上及沿岸交通运输的安全，而且通过辐射效应改变海洋大气边界层(MABL)温度垂直结构。已有研究发现，海雾发生后，MABL内逆温层强度明显加强，阻碍污染物扩散，严重影响人类的生产生活。但目前对海雾辐射特征尚缺乏系统研究，对海雾影响MABL内温度垂直结构的物理过程更不清楚。本项目将优化自主研发的卫星遥感海雾监测技术，获取海雾发生、维持和消散过程中雾的光学厚度、粒子半径、雾顶温度等特征量的变化，揭示雾层的长波辐射特征和其对太阳短波影响的变化规律；定量化获取海雾过程中雾顶向外长波辐射与MABL温度的关系;建立雾层辐射影响MABL温度层结的物理概念模型。由于海雾可以认为是贴近海面的低云，该研究可以加深对海雾/低云辐射过程的理解，丰富MABL内温度层结变化的机理，同时对海雾的监测/短时临近预报、大气的污染扩散问题研究、海雾/低云在气候系统中作用的理解等都有重要价值。

海雾指在海洋的影响下出现在海上（包括海滨和岛屿）的雾（王彬华，1983）。由于海洋大气边界层（MABL）内存在低云(包括层云和层积云)下沉生成海雾的现象（Koračin et al., 2001），但目前受制于对海雾的辐射和物理过程认识不足，海雾仍然是气候模式中不确定性的主要来源之一（IPCC第5次报告）。黄海作为我国“一带一路”战略及中韩自贸区重要的交通走廊，是社会、经济及军事活动非常活跃的海域，也是我国受海雾影响最为严重的海区。其海雾不仅范围大，而且频率高。海雾导致低能见度，直接威胁海上及其沿岸港口、机场、公路等的交通安全，据青岛海事局不完全统计，50％以上的海损事件与大雾有关（Zhang et al., 2009）。而且，雾内的低温、高湿环境对植被和农作物的生长有显著影响（Baldocchi and Wallter, 2014; Gramsch et al., 2014; Rendón et al., 2014），同时雾顶存在大气逆温层，不仅产生波导影响雷达和通信信号的传输（陈莉等, 2010；成印河等, 2013)，而且还会影响空气的垂直运动，阻碍烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散，使空气质量下降，危害人类的健康。. 本工作研发了一种利用大量岸基、海基观测数据刻画海雾分布的方法，得到了多年青岛附近海雾区雾的分布特征，并研究海雾边界层温度层结特征的变化，尤其是不同特征对海雾入侵的影响，研究海雾过程及其对MABL温度层结的影响，加深对海雾/低云在气候系统中作用的认识。此外，通过对海雾边界层更为深入的了解，不仅提升了黄海海域基于卫星数据的海雾监测的能力，而且将海雾的共性研究推广到高纬度地区，实现了高纬度地区海雾识别方法的突破，而且也取得了相当不错的反演效果。