東海黑潮鋒區低雲的特徵與影響機制研究

《東海黑潮鋒區低雲的特徵與影響機制研究》是依託中國海洋大學，由劉敬武擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：東海黑潮鋒區低雲的特徵與影響機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉敬武
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

海表面溫度鋒（簡稱海洋鋒）通過調節海洋大氣邊界層（MABL），對區域氣候具有重要影響。低雲形態是邊界層層結和動力狀態的一種“可視化”表現，常被發現在海洋鋒附近發生突變。同時考慮到東海黑潮處於東亞季風區，大氣背景環流和MABL均具有較強的季節變化。本項目擬針對“東海黑潮鋒使低雲形態發生突變的物理機制，及其在不同季風背景下的差異”這一重要科學問題，開展氣候學研究。以東海黑潮鋒區的低云為主要研究對象，本研究將利用星載雷射-微波雷達資料和長期對低雲狀的人工觀測數據，刻畫該海區低雲形態（如雲狀、雲頂/底高度和平滑程度等）和相態的空間分布特徵及其季節變化規律；利用島嶼探空、走航觀測和再分析資料，以MABL的層結和動力結構變化為切入點，研究東海黑潮鋒影響低雲形態的機理，進而揭示其在不同季風背景下的差異。本項目將為認識和理解海洋鋒調節MABL的物理過程提供新視角，豐富小尺度海洋-大氣相互作用的理論。

結題摘要

東海黑潮鋒通過調節邊界層垂直結構和水平分布，對該區域的天氣現象和氣候具有重要影響。然而由於海上缺乏探空觀測，人們對海洋鋒影響邊界層的物理過程所知甚少。本項目主要使用星載雷射雷達資料，結合長期人工觀測，分析了低雲形態與相態在東海黑潮鋒附近發生的突變；基於海洋鋒兩側的探空資料，分析和理解東海黑潮鋒調節海洋大氣邊界層結構進而影響低雲的機理及其季節性差異。我們發現東海黑潮鋒對低雲的影響具有顯著的季節性，冬季（12-2月）低雲的回響主要處於邊界層內部，春季（3-5月）低雲的回響突破了邊界層的限制，達到海拔7-8 km。該結果表明，大氣對東海黑潮的回響高度受到大氣背景環流的控制，當海洋鋒的效應穿越邊界層時，海洋鋒可能影響大尺度背景環流；使用8年海上浮標和沿岸探空資料，分析了海洋鋒冷水側發生平流霧時，氣溫低于海溫現象發生的原因。統計顯示海洋鋒冷水側的平流霧發生時，氣溫低于海溫的機率達到~30 %，海洋鋒通過氣壓調整機制在海洋鋒冷水側引起的下沉氣流，可能通過調節邊界層溫度和濕度層結使霧頂長波輻射冷卻作用增強，進而使氣溫降低到海溫以下。該結果表明，在模擬和預報平流霧時應該關注霧頂的輻射效應及其引起的湍流過程，該結果為改進模擬和預報我國東部沿岸高發的海霧提供了重要觀測依據。在完成本項目的過程中，項目組逐步開展了大渦模擬研究，為深入探討海上大氣邊界層的湍流過程奠定了基礎。在本項目的支持下，項目負責人順利晉升副教授並獲得國家自然科學基金的進一步資助，項目成員有1人獲得博士學位並獲得高校教職。