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行業專項成果綜述-海南島海陸風演變特征及其引發的中尺度對流

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/4/2 8:53:30   标签:   浏览次数:7818

項目編號GYHY201306009

研究周期2013年 1月2015年 1月

國撥經費94.1

項目負責人】蔡親波

項目骨幹成員】苗峻峰、梁钊明、李勳、夏茹娣、郭冬豔、馮箫

項目承擔單位】海南省氣象台

項目協作單位】南京信息工程大學、中國氣象科學研究院

主要研究成果

1)揭示了海南島地區海風的時空分布特征和降水特征

利用19792014 年的歐洲再分析月平均資料統計海南島海風鋒輻合的逐月演變情況,研究48 月海南島海風鋒輻合發生發展及分布特征;利用2012年海南島19個常規氣象站、5個海島站的逐時資料以及海口站的探空資料,對海南島海風的時空演變特征及在不同天氣條件下海風發展的特征進行了統計分析。利用高分辨率的TRMM衛星降水資料和MERRA再分析資料分析海南局地海陸風環流,探討大尺度海陸風與海南島降水日變化的聯系。

2)揭示了海南島海陸風、環境和地形對降水分布的綜合作用機理

研究了海陸風、環境和地形對海南島降水分布的綜合作用,提煉的了環境風、地形和海風環流綜合作用對降水空間分布影響的概念模型(圖1)。夏季(4-9月)1-7小時的短時降水在暖季偏向于午後(北京時17時)達到峰值,其日變化幅度在海南島西北內陸一帶表現突出;在東南沿岸則偏弱。大尺度海陸風的日變化對海南島短時降水具有調制作用。海南島南岸出現的早晨降水是大尺度海風在近海輻合並向東傳播的結果;午後,在大尺度陸風的影響下,海南島西北部局地海風入侵顯著,使當地更容易出現強的午後降水。在背風坡一側,山區地形使得海風鋒加強,因此在弱環境風速、低地形和海風環流共同作用下強降水容易在背風坡海岸生成,而在迎風坡一側,由于很少有海風鋒生成,加上弱的環境風下擡升較弱,很少出現強降水。以上綜合因素造成4-8月降水頻繁在西部和東部沿海出現,並在西南或偏向背景風作用下向東部或偏東方向傳播,9月份,相同的降水傾向于出現在東南和西南沿海,並在偏東氣流和海風鋒的影響下在當地擴展。

3)揭示海陸風對強對流天氣的觸發作用機制

通過典型個例模擬揭示了海陸風對強對流天氣的觸發機制,發現島嶼四面的海風形成後,逐漸發展並向內陸推進,在海南島的東部到南部山區形成了一條顯著的輻合帶。海風輻合帶能影響當地的散度和渦旋特征,爲雷暴的發展提供了有利的動力學條件。沿海雷暴特別是強雷暴的産生通常依賴于海風與其他中尺度系統相互作用,單純的海風輻合是難以形成觸發機制的,但是由于海南島本身位于低緯地區,受熱帶海洋的影響較大,水汽和熱力條件長期保持著有利于對流發展的狀態,擡升條件只需要使氣塊克服對流抑制達到自由對流高度,不穩定能量就能得到強烈釋放,對流可以自主的發展和加強,因此當地的海風輻合也能觸發強雷暴。

4)建立海陸風鋒觸發強對流天氣的預報概念模型

利用2008-2012年的閃電定位資料、地面自動站資料和ECMWF再分析資料,研究了不同背景風場下海陸風鋒的活動與閃電頻率分布之間的關系,得出不同背景環流下海陸風觸發強對流的預報概念模型;選取典型個例進行模擬研究,得出海風鋒背後環流對對流雲帶“波浪式”傳播發展的概念模型(圖2),揭示了在弱環境風下,海風環流和谷風環流容易在背風坡發展合並,在山頂觸發強對流。強對流在偏南環境風引導下移動,容易與海南島北側的海風環流相互作用,産生“波浪式”傳播發展;普查2009-2014年冰雹、短時強降水等強對流事件,統計強對流發生與CAPECINLFC925hPa風速等指標間的關系,得到強對流潛勢預報指標阈值。

5)構建預報監測平台,實現對海陸風觸發強對流系統監測預報客觀化、自動化

開發綜合預報業務平台,實現自動站、雷達回波、數值預報資料的處理與分析,後台計算對流發展各類指數,根據對流潛勢預報指標判別對流發展潛勢,自動進行預報。根據實時雷達雷達資料,判別短時強降水與冰雹等強對流天氣,給出臨近預報結果。

成果應用情況

本课题所取得的大部分成果都在海南省气象台得到转化应用,一是将课题所取得的理论研究成果对预报员进行培训,加深其对海南岛海陆风发生发展机理的理解,在实际预报业务中运用新理论进行指导;二是将课题研究得到的概念模型、技术指标、业务系统投入业务化运行,明显提高了省气象台对局地突发强对流天气的预报能力。课题的成果,包括論文、著作、專利、技术方法、集成平台等都将对海南省气象预报业务和防灾减灾提供理论指导和强大的技术支撑,同时也将为市民工作生活、海峡通航、港口装卸、城市规划、海上渔业、大气污染防治、城市积涝防范等提供科学指导。

課題研究成果所産生的經濟效益和社會效益,主要通過促進局地突發性強對流天氣預警技術進步來體現,主要以間接效益爲主。課題首次針對海南島的海陸風進行全面深入的研究,也是我國首次應用多普勒雷達資料、閃電定位資料、地面加密自動站網資料、海上浮標觀測資料、海島站資料、風廓線資料等新的觀測資料對海陸風進行研究。課題研究全面系統深入地揭示影響海南島海陸風的形成機理,氣候特征,海陸風與背景環流相互作用的機制,海陸風與山地地形相互作用的機制,海陸風觸發強對流天氣的機制,與海陸風鋒相關的中尺度對流系統分布規律等。這些成果將直接應用到天氣預報業務實踐中,爲預報人員掌握和了解海陸風的形成機理、活動規律,海陸風鋒的形成機制、發生發展條件、演變規律提高更加豐富的科學知識,爲海陸風鋒觸發的強對流天氣提供預報模型和預報指標,從而促進局地突發性強對流天氣預警技術明顯進步,從而帶來巨大的經濟效益與社會效益。

夏季出現在海南近海的雷雨大風是危害海上漁船作業安全、造成大量人員傷亡事故的主要因素,課題的成功實施,明顯提高我省對近海雷雨大風的預警能力,提高預警發布的時間提前量,從而有效避免海上安全生産事故的發生。同樣,項目的成果,還促進我省雷電、冰雹等突發災害性天氣預警能力的明顯提高,有效保障人民生命財産的安全。

    课题研究揭示了夏季海风形成后继续深入陆地的规律,预示了海风将把背景风扩散出去的大气污染物重新带回陆地,造成污染物进一步累计,未来的城市规划必须考虑海陆风环流的影响。课题的研究成果将为城市大气污染物扩散研究提高理论支撑,为城市规划、大型工程论证、大气污染防治提供科学指导。课题研究成果具有非常好的发展趋势和应用前景。

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