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行业专项成果综述-海南岛海陆风演变特征及其引发的中尺度对流

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/4/2 8:53:30   标签:   浏览次数:6397

项目编号GYHY201306009

研究周期2013年 1月2015年 1月

国拨经费94.1

项目负责人】蔡亲波

项目骨干成员】苗峻峰、梁钊明、李勋、夏茹娣、郭冬艳、冯箫

项目承担单位】海南省气象台

项目协作单位】南京信息工程大学、中国气象科学研究院

主要研究成果

1)揭示了海南岛地区海风的时空分布特征和降水特征

利用19792014 年的欧洲再分析月平均资料统计海南岛海风锋辐合的逐月演变情况,研究48 月海南岛海风锋辐合发生发展及分布特征;利用2012年海南岛19个常规气象站、5个海岛站的逐时资料以及海口站的探空资料,对海南岛海风的时空演变特征及在不同天气条件下海风发展的特征进行了统计分析。利用高分辨率的TRMM卫星降水资料和MERRA再分析资料分析海南局地海陆风环流,探讨大尺度海陆风与海南岛降水日变化的联系。

2)揭示了海南岛海陆风、环境和地形对降水分布的综合作用机理

研究了海陆风、环境和地形对海南岛降水分布的综合作用,提炼的了环境风、地形和海风环流综合作用对降水空间分布影响的概念模型(图1)。夏季(4-9月)1-7小时的短时降水在暖季偏向于午后(北京时17时)达到峰值,其日变化幅度在海南岛西北内陆一带表现突出;在东南沿岸则偏弱。大尺度海陆风的日变化对海南岛短时降水具有调制作用。海南岛南岸出现的早晨降水是大尺度海风在近海辐合并向东传播的结果;午后,在大尺度陆风的影响下,海南岛西北部局地海风入侵显著,使当地更容易出现强的午后降水。在背风坡一侧,山区地形使得海风锋加强,因此在弱环境风速、低地形和海风环流共同作用下强降水容易在背风坡海岸生成,而在迎风坡一侧,由于很少有海风锋生成,加上弱的环境风下抬升较弱,很少出现强降水。以上综合因素造成4-8月降水频繁在西部和东部沿海出现,并在西南或偏向背景风作用下向东部或偏东方向传播,9月份,相同的降水倾向于出现在东南和西南沿海,并在偏东气流和海风锋的影响下在当地扩展。

3)揭示海陆风对强对流天气的触发作用机制

通过典型个例模拟揭示了海陆风对强对流天气的触发机制,发现岛屿四面的海风形成后,逐渐发展并向内陆推进,在海南岛的东部到南部山区形成了一条显著的辐合带。海风辐合带能影响当地的散度和涡旋特征,为雷暴的发展提供了有利的动力学条件。沿海雷暴特别是强雷暴的产生通常依赖于海风与其他中尺度系统相互作用,单纯的海风辐合是难以形成触发机制的,但是由于海南岛本身位于低纬地区,受热带海洋的影响较大,水汽和热力条件长期保持着有利于对流发展的状态,抬升条件只需要使气块克服对流抑制达到自由对流高度,不稳定能量就能得到强烈释放,对流可以自主的发展和加强,因此当地的海风辐合也能触发强雷暴。

4)建立海陆风锋触发强对流天气的预报概念模型

利用2008-2012年的闪电定位资料、地面自动站资料和ECMWF再分析资料,研究了不同背景风场下海陆风锋的活动与闪电频率分布之间的关系,得出不同背景环流下海陆风触发强对流的预报概念模型;选取典型个例进行模拟研究,得出海风锋背后环流对对流云带“波浪式”传播发展的概念模型(图2),揭示了在弱环境风下,海风环流和谷风环流容易在背风坡发展合并,在山顶触发强对流。强对流在偏南环境风引导下移动,容易与海南岛北侧的海风环流相互作用,产生“波浪式”传播发展;普查2009-2014年冰雹、短时强降水等强对流事件,统计强对流发生与CAPECINLFC925hPa风速等指标间的关系,得到强对流潜势预报指标阈值。

5)构建预报监测平台,实现对海陆风触发强对流系统监测预报客观化、自动化

开发综合预报业务平台,实现自动站、雷达回波、数值预报资料的处理与分析,后台计算对流发展各类指数,根据对流潜势预报指标判别对流发展潜势,自动进行预报。根据实时雷达雷达资料,判别短时强降水与冰雹等强对流天气,给出临近预报结果。

成果应用情况

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,包括论文、著作、专利、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。

课题研究成果所产生的经济效益和社会效益,主要通过促进局地突发性强对流天气预警技术进步来体现,主要以间接效益为主。课题首次针对海南岛的海陆风进行全面深入的研究,也是我国首次应用多普勒雷达资料、闪电定位资料、地面加密自动站网资料、海上浮标观测资料、海岛站资料、风廓线资料等新的观测资料对海陆风进行研究。课题研究全面系统深入地揭示影响海南岛海陆风的形成机理,气候特征,海陆风与背景环流相互作用的机制,海陆风与山地地形相互作用的机制,海陆风触发强对流天气的机制,与海陆风锋相关的中尺度对流系统分布规律等。这些成果将直接应用到天气预报业务实践中,为预报人员掌握和了解海陆风的形成机理、活动规律,海陆风锋的形成机制、发生发展条件、演变规律提高更加丰富的科学知识,为海陆风锋触发的强对流天气提供预报模型和预报指标,从而促进局地突发性强对流天气预警技术明显进步,从而带来巨大的经济效益与社会效益。

夏季出现在海南近海的雷雨大风是危害海上渔船作业安全、造成大量人员伤亡事故的主要因素,课题的成功实施,明显提高我省对近海雷雨大风的预警能力,提高预警发布的时间提前量,从而有效避免海上安全生产事故的发生。同样,项目的成果,还促进我省雷电、冰雹等突发灾害性天气预警能力的明显提高,有效保障人民生命财产的安全。

    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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