黄东海大气边界层高度的变化机理及其与层云-海雾的关系

本项目将在首次利用逐日L波段雷达探空资料成功刻画了黄海大气边界层结构特征的基础上，利用更多台站的逐日高分辨率雷达探空资料、船载探空资料和其他实测资料（如船舶、浮标和海岛的实测数据），结合卫星遥感资料和数值模式进行以下三个方面的研究：（1）发现黄东海海区不同类型边界层出现频率的季节演变特征和边界层高度的空间分布特征，揭示其中的绝热、非绝热过程，并明确下垫面热力强迫（海陆分布、海表面温度、东海黑潮海洋锋等）和大尺度大气环流对边界层高度变化的贡献；（2）分析层云和海雾出现频率与海洋大气边界层类型和高度的对应关系；（3）采用气候诊断分析和个例研究相结合的方法，揭示边界层内部过程（如下垫面热力强迫和机械湍流）在层云-海雾相互转化中所起到的作用，理解海雾/层云顶长波辐射对边界层结构的反馈作用。本项目可为理解海洋对大气的影响提供新的切入点，并为改进大气模式的边界层参数化方案和海雾的预报提供参考依据。

本项目综合利用多种岸基和海上观测资料，结合模式、卫星遥感和再分析资料，发现黄东海海洋大气边界层（MABL）高度夏最低、秋季最高，并呈现西北低东南高的空间分布形态，反映了海气界面热通量对MABL高度变化的重要贡献。揭示了海洋锋（SSTF）强迫的MABL内次级环流与天气尺度下沉气流同位相叠加，导致MABL高度在海洋锋冷水侧明显下降，稳定性迅速增加，平流输送和来自层云的水汽在冷海面凝结，是该海区层云-海雾转变的重要原因；下沉运动过强可导致层云-雾区断裂； SSTF通过对背景风场的调制，导致近海面风场的辐散辐合是次级环流形成的主要原因。在风向不变的情况下，机械湍流的加强可导致边界层高度升高，水汽向上输送，海雾转变为层云；稳定/对流边界层出现频率分别与海雾/层云出现频率密切相关。发现并证实了春夏季黄海平流冷却雾形成机理的不同：在深厚的东亚夏季风影响下，黄东海大气湿层较厚，MABL稳定性较差，雾（层云）顶长波辐射冷却作用减弱，近海面增湿和感热降温共同作用是导致海雾发展和维持的主要原因；春季在黄东海局地浅薄反气旋影响下，MABL高度较低，湿层较薄，强烈的雾（层云）顶长波辐射效应导致逆温层强度加强，强烈的辐射降温与感热冷却作用，使近海面气温迅速下降，是海雾发展（包含层云云底下降）和维持的主要原因；该反气旋东南侧东北风大值中心与黑潮锋强迫下产生的气压调整有关，该大风中心加强了海洋锋冷水侧的负涡度，有利于层云向海雾转换。本项目出海6个航次，走航观测的大气水文资料和GPS探空探测的MABL垂直结构资料为研究提供了重要的观测数据支持。以上成果在J. Climate、Atmos. Res.、Pure and Applied Geophysics等期刊发表，部分内容构成海雾专著Marine Fog-Challenges and Advancements in Obervations and Forecasting （Editors: Darko Koracin and Clive Dorman ) 第7章 (作者：张苏平 和John M. Lewis) Synoptic Processes 的主要部分，该论著明年由Springer 出版社出版。