南海夏季风期间华南沿海大气边界层高度的观测试验研究

在南海夏季风期间，以广州热带海洋气象研究所茂名博贺海洋气象科学试验基地和电白国家气候观象台为观测点，主要利用风廓线雷达、GPS探空观测，加上科学试验基地的其它观测设备，进行综合性的大气边界层观测试验。(1)明确南海夏季风期间华南沿海地区大气边界层高度的确定方法；建立利用风廓线雷达资料确定大气边界层高度的方法；(2)认识南海夏季风期间华南沿海地区日间和夜间大气边界层的结构特征及其相应的机制；(3)认识季风影响期与季风间断期华南沿海大气边界层日变化的演变特征，认识大气边界层高度对不同天气系统的响应过程；(4)认识华南沿海地区夜间稳定边界层的基本特征。本项目的实施将有助于认识南海夏季风期间华南沿海大气边界层结构特征，认识大气边界层高度演变特征及其对不同天气系统的响应过程，为该地区大气边界层高度的预测及模式参数化提供有力支撑。

目前对南海夏季风期间华南沿海地区海陆交界地带的大气边界层结构的认识还不够清楚，因此，项目组织实施了南海夏季风期间华南沿海大气边界层高度的观测试验。试验以中国气象局广州热带海洋气象研究所的茂名博贺海洋气象科学试验基地为依托，结合电白国家气候观象台和海洋气象观测平台，形成三点一线的总长为43.4 km自海上到偏内陆地区的观测体系，开展了综合性的大气边界层观测试验。主要的研究内容及成果包括：第一，试验获取了南海夏季风期间1年左右的常规观测资料，以及两次为期5天的针对季风间断期和季风影响期的加密观测资料。第二，利用无线电GPS探空获取的位温和虚位温垂直廓线分析了大气边界层高度；利用风廓线雷达的湍流参数反演了大气边界层高度。发现风廓线雷达反演的大气边界层高度与白天对流边界层的高度基本一致；但是，风廓线雷达反演的大气边界层高度不能反映出夜间稳定边界层的高度。第三，认识了南海夏季风期间华南沿海地区日间和夜间大气边界层的结构特征及其相应的机制。海陆热容量的差异导致偏内陆地区和海上的大气边界层要素存在明显不同的日变化特征。由于海上对短波辐射的吸收明显高于偏内陆地区，导致夜间海面温度高于偏内陆地区地表温度。在偏内陆地区，季风间断期的感热通量比季风影响期要大；而潜热通量则小于季风影响期。在海上，季风影响期的潜热通量要明显高于季风间断期。第四，认识了季风影响期与季风间断期华南沿海大气边界层日变化的演变特征。在偏内陆地区，季风间断期的混合层高度高于季风影响期。在海上则相反，季风影响期的混合层高度始终高于季风间断期，而且夜间的混合层高度一直比较高。第五，提出了季风影响期华南沿海地区夜间雷阵雨的发生发展机制。当夜间季风槽产生的强季风水汽涌流经暖的海面时，近海面产生了大的向上的潜热通量。这些潜热通量，和向上的垂直速度一起，有助于产生分散的海洋淡积云。然后，在暖海面上强的热力混合和潜热通量的持续作用下，海上的淡积云逐渐发展为浓积云。而浓积云在暖海面上继续增长，最终发展成为积雨云。这些积雨云随着盛行风向移动并穿过海岸线，导致偏内陆地区冷下垫面上的局地性雷阵雨。综上所述，本项目对南海夏季风期间华南沿海地区的大气边界层结构和海-陆-气通量特征加深了认识，同时认识了在海陆差异背景下产生季风局地性降水的机理，加深了这一地区大气边界层对热带天气系统的响应和反馈机制的认识。