天气时间尺度东海海洋温度锋对大气的影响特征及其机制研究

The most prominent characteristic over the East China Sea(ECS) is a sharp sea surface temperature (SST) front associated with warm water transported by the Kuroshio Current and cold water over the ECS shelf. Previous studies on air-sea interactions in the vicinity of oceanic fronts extensively focused on the climate impacts of SST fronts on the overlying atmosphere. Using a suite of high-resolution satellite observations and reanalysis datasets in combination with high-resolution regional atmospheric models, our proposal will focus on effects of the Kuroshio front over ECS on local atmosphere on synoptic time scales , in particular, the response of marine atmospheric boundary layer (MABL) as well as the whole troposphere during some typical weather conditions. The mechanisms behind the phenomenon will also be discovered. The results of this project will deepen the scientific understanding of air-sea interaction near oceanic fronts, as well as providing theory basis for promoting accuracy of numerical simulations over the ECS.

东海黑潮暖流与近岸大陆架冷水相遇形成的海洋温度锋区是东中国海最显著的水文特征之一。以往有关海洋温度锋区的局地海气相互作用研究主要是针对气候平均状态。本项目将采用高分辨率的卫星资料和再分析资料，结合高分辨率的区域大气模式，系统研究天气时间尺度的东海黑潮温度锋对局地大气的影响过程。特别是在各种典型的天气过程中，海洋大气边界层和整个对流层大气对海洋温度锋的响应特征。揭示在不同的天气背景下，东海黑潮温度锋影响局地大气的物理机制，为深入认识海洋锋区的海气相互作用和提高东中国海区的数值天气预报水平提供理论依据。

本研究根据QuikSCAT海表矢量风卫星资料和AVHRR海温资料将02-09年冬春季的盛行风分为三类，通过分析多种卫星资料和高分辨率大气再分析资料发现，局地大气对SST梯度的响应会随着盛行风向与海洋锋的不同配置而改变。当盛行风平行于海洋锋时，在海洋锋的暖（冷）侧产生低压（高压）异常以及海表风的辐合（辐散），此时降水和对流频繁地出现在黑潮暖舌上空，表明海洋锋能够引起大气的深响应；当盛行风垂直于海洋锋由冷（暖）侧吹向暖（冷）侧时，海表风的辐散（辐合）出现在SST梯度最大的地方，并且散度大小与下风方向海温梯度成正比。此时海洋锋对SLP和降水的影响小。用WRF模式研究了不同背景风向条件下边界层大气对SST强迫的响应机制。通过对3种盛行风典型个例的模拟发现，风向平行于海洋锋条件下，大气边界层的温度和气压对SST变化更敏感，而稳定度和垂直混合对SST强迫的响应相对较弱。风向垂直于海洋锋的条件与上述情况刚好相反。结合观测分析和数值实验，本研究发现当盛行风平行（垂直）于海洋锋时，SST梯度对局地大气的影响主要通过SLP调整机制（垂直混合机制）实现。