劉玉徹, 王連仲, 趙 凡, 楊 森, 楊洪斌, 鄒旭東

(1. 中國(guó)氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所, 遼寧 沈陽 110016; 2. 遼寧氣象影視中心, 遼寧 沈陽 110016)

遼寧葫蘆島地區(qū)海陸風(fēng)及熱內(nèi)邊界層研究

劉玉徹1, 王連仲1, 趙 凡2, 楊 森1, 楊洪斌1, 鄒旭東1

(1. 中國(guó)氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所, 遼寧 沈陽 110016; 2. 遼寧氣象影視中心, 遼寧 沈陽 110016)

根據(jù)2007年遼寧葫蘆島氣象站資料分析了葫蘆島地區(qū)海陸風(fēng)變化特征, 并用MM5v3模式模擬了典型日的海陸風(fēng)風(fēng)場(chǎng)變化和熱內(nèi)邊界層位溫場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明: 海風(fēng)和陸風(fēng)出現(xiàn)的頻率有明顯的季節(jié)性變化。冬季陸風(fēng)較多, 春夏海風(fēng)較多, 春季、秋季易形成海陸風(fēng); 海風(fēng)起止時(shí)間夏季長(zhǎng)冬季短,陸風(fēng)起止時(shí)間秋冬季較夏季長(zhǎng); 典型海陸風(fēng)日中, 海風(fēng)造成陸地濕度變大, 海風(fēng)風(fēng)速大于陸風(fēng)風(fēng)速;通過海風(fēng)的數(shù)值模擬, 海風(fēng)由生成到成熟海岸吹向內(nèi)陸其厚度可增厚到2 000 m以上, 伸向內(nèi)陸距離可到40 km; 熱內(nèi)邊界層向內(nèi)陸呈舌狀分布, 海岸邊界層高度在200～300 m之間, 拋物面高度隨著向內(nèi)陸延伸的距離增加而升高。熱內(nèi)邊界層最高達(dá)1 800 m。

海風(fēng); 陸風(fēng); 海陸風(fēng); 風(fēng)場(chǎng); 熱內(nèi)邊界層

由于水、陸的熱性質(zhì)不同, 就會(huì)出現(xiàn)白天陸地氣溫高于水面氣溫、夜間水面氣溫高于陸地的情況, 溫度的差異造成氣壓差, 進(jìn)而形成局地的水陸風(fēng)環(huán)流,一般稱為海陸風(fēng)。沿海區(qū)域最顯著的大氣現(xiàn)象就是有規(guī)律的陸風(fēng)和海風(fēng)的變化[1]。在近地層, 白天吹海風(fēng), 夜間吹陸風(fēng); 空中則為反向氣流, 吹海風(fēng)時(shí), 反向氣流從陸地返回海洋。海陸風(fēng)的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)因時(shí)因地而異, 中緯度下半年才較明顯。通常海風(fēng)強(qiáng)于陸風(fēng), 可深入內(nèi)陸數(shù)公里至數(shù)十公里, 厚度為 0.1～1.0 km, 一般為0.5 km左右[1]。

葫蘆島是遼寧省下轄的一個(gè)地級(jí)市, 原名錦西。葫蘆島市中心地理方位為 120°38'E, 40°56'N, 地處遼寧省西南部, 東鄰錦州, 西接山海關(guān), 南臨渤海遼東灣, 與大連、營(yíng)口、秦皇島、青島等市構(gòu)成環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈, 扼關(guān)內(nèi)外之咽喉, 是中國(guó)東北的西大門, 為山海關(guān)外第一市。近岸地區(qū)受海洋影響顯著, 是海陸風(fēng)的多發(fā)地區(qū)。海陸風(fēng)環(huán)流對(duì)該地區(qū)的天氣和氣候有重要影響, 具有重要的研究意義。由下墊面特性的差異誘生的一些特殊大氣現(xiàn)象, 如熱力內(nèi)邊界層結(jié)構(gòu)(TIBL), 可能影響局地大氣污染物輸送和擴(kuò)散特性, 例如引起高架點(diǎn)源煙流的熏煙現(xiàn)象等, 從而影響排放在這些地區(qū)的空氣污染物的分布規(guī)律[2]。

海陸風(fēng)對(duì)于沿海地區(qū)具有很寶貴的實(shí)踐與應(yīng)用價(jià)值。Zagar[3]等通過中尺度模擬, 發(fā)現(xiàn)海風(fēng)對(duì)丹麥東部沿岸的干沉降(dry deposition)影響顯著, 干沉降可以引發(fā)當(dāng)?shù)睾Ｑ笤孱惖臄?shù)量變化。20世紀(jì)50年代以前對(duì)觀測(cè)資料作分析討論主要從分析海陸溫差入手,研究海陸風(fēng)環(huán)流形成的壓力場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)場(chǎng), 限于分析線性化的運(yùn)動(dòng)方程, 屬于古典的研究。Martilli[4]通過虛擬海岸環(huán)境, 分析了城市對(duì)海岸中尺度氣流(海陸風(fēng))的影響作用和城市影響條件下海陸風(fēng)擴(kuò)散空氣污染物質(zhì)的規(guī)律。EStoque[5]首次利用二維海陸風(fēng)模式對(duì)海風(fēng)模擬, 模擬了天氣尺度風(fēng)及其垂直切變Kz的垂直變化、凝結(jié)和海岸線的變化對(duì)海風(fēng)的作用, 國(guó)內(nèi)對(duì)海陸風(fēng)的觀測(cè)研究始于 20 世紀(jì) 50 年代,朱抱真[6]1955 年率先在臺(tái)灣開始了海陸風(fēng)的研究。50年代中后期, Pearce 首次采用非線性方程計(jì)算海陸風(fēng)環(huán)流的變化[7], 60年代以后隨著探測(cè)技術(shù)、航空器、遙感技術(shù)的發(fā)展, 海陸風(fēng)觀測(cè)手段也有顯著突破[8]。20世紀(jì)70年代之后, 研究開始把海陸風(fēng)與空氣污染結(jié)合起來。1976年, 北京大學(xué)地質(zhì)系在大陸首先對(duì)遼寧省錦州西部的海陸風(fēng)進(jìn)行了觀測(cè)研究, 研究組分析了海陸風(fēng)環(huán)流的頻率、強(qiáng)度和轉(zhuǎn)換高度, 并且,根據(jù)海陸風(fēng)空間氣溫場(chǎng)的變化, 提出了海陸風(fēng)對(duì)空氣污染物質(zhì)擴(kuò)散的影響。在 80 年代之后, 周欽華[9]對(duì)浙江沿海地區(qū)、孔寧謙[10]對(duì)廣西北海地區(qū)的海陸風(fēng)分別作了統(tǒng)計(jì)分析。因?yàn)楹ｊ戯L(fēng)對(duì)大氣污染有非常大的影響, 所以本文對(duì)2007年遼寧葫蘆島地區(qū)的海陸風(fēng)特征作以下分析。

1 資料與方法

根據(jù)葫蘆島市氣象站的觀測(cè)資料分別對(duì)海風(fēng)和陸風(fēng)發(fā)生日數(shù)和頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。葫蘆島站的風(fēng)向風(fēng)速資料是每小時(shí)記錄一次, 每日記錄24次, 2007年1～12月逐月風(fēng)向和風(fēng)速資料共17 520個(gè)。

海陸風(fēng)日定義: 為了便于從理論上確定海陸風(fēng)日, 根據(jù)海陸風(fēng)的變化規(guī)律, 本文將每日 24 h劃分為 4個(gè)時(shí)段[11]。即: (1)在陸風(fēng)時(shí)段 01∶00～08∶00時(shí), 陸風(fēng)的出現(xiàn)時(shí)次必須大于等于 4, 而海風(fēng)出現(xiàn)時(shí)次必須小于等于2; (2)在海風(fēng)時(shí)段13∶00～20∶00時(shí),海風(fēng)的出現(xiàn)時(shí)次必須大于等于4, 而陸風(fēng)出現(xiàn)時(shí)次必須小于等于2; (3)在選入的海陸風(fēng)日, 24 h內(nèi)地面觀測(cè)風(fēng)速必須小于等于10 m/s; (4)海陸風(fēng)日中, 必須同時(shí)符合海風(fēng)和陸風(fēng)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

葫蘆島地區(qū)海岸線沿著NE和SW方向走向, 且視其走向 22.5°以內(nèi)非海風(fēng)也非陸風(fēng), 所以分別定義海風(fēng)風(fēng)向?yàn)镋NE, E, ESE, SE, SSE, S, SSW; 陸風(fēng)風(fēng)向?yàn)镹W, NNW, W, NNE, N, WSW, WNW。

MM5是三維中尺度非靜力氣象模式, 具有多重嵌套功能, 垂直方向上采用地形追隨坐標(biāo)(σ坐標(biāo)),適用的尺度范圍很寬, 可以用來模擬中-α、中-β、中-γ尺度系統(tǒng), 模式對(duì)各物理過程提供了多種選項(xiàng),包括降水的物理過程、地表能量的收支、地表邊界層的處理和大氣輻射的物理過程等。本文使用的是該模式的MM5V3。

2 結(jié)果與分析

2.1 葫蘆島地區(qū)海陸風(fēng)的月和季節(jié)分布特征

按照海陸風(fēng)日的定義, 對(duì)葫蘆島站的2007年逐日風(fēng)向風(fēng)速資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì), 結(jié)果見圖1。可以看出海風(fēng)和陸風(fēng)出現(xiàn)的頻率有明顯的季節(jié)性變化。陸風(fēng)在冬季發(fā)生頻率高、次數(shù)多, 而在夏季發(fā)生頻率低、次數(shù)少。1月份陸風(fēng)發(fā)生次數(shù) 25次, 12月份發(fā)生27次達(dá)到全年最高, 這兩個(gè)月份都屬于葫蘆島地區(qū)的冬季; 而在夏季6月份陸風(fēng)發(fā)生13次, 7月份發(fā)生11次, 降到全年最低, 可見陸風(fēng)在冬季發(fā)生次數(shù)多,而在夏季發(fā)生次數(shù)少。海風(fēng)冬季1月份發(fā)生6次, 12月份發(fā)生3次達(dá)到全年最低, 而在夏季6月份26次,7月份發(fā)生25次, 8月份發(fā)生18次, 平均在20次左右, 可見海風(fēng)和陸風(fēng)相反, 夏季發(fā)生次數(shù)多而冬季發(fā)生次數(shù)少。這是由于該地區(qū)冬季受大陸氣團(tuán)控制,同時(shí)氣溫長(zhǎng)時(shí)間較低, 導(dǎo)致近海海面結(jié)冰, 熱容量迅速減少, 水陸邊界層差異降低, 由于陸面氣溫長(zhǎng)期低于海面氣溫, 白天夜間陸地上都易形成局地高壓, 所以陸風(fēng)較多, 而海風(fēng)較難形成; 同時(shí)由于春夏季陸地升溫較海面快, 特別在太陽輻射最強(qiáng)的夏季,地面溫度遠(yuǎn)高于海面, 白天陸地上形成局地低壓,從而較易形成海風(fēng), 而又由于近年來氣候變暖, 太平洋副熱帶高壓北移, 造成夜間陸面降溫不大, 海陸溫差不明顯, 從而造成陸風(fēng)較少。海陸風(fēng)日發(fā)生次數(shù)在3月達(dá)到13次, 4月達(dá)到10次, 8月達(dá)到12次,可見葫蘆島市海陸風(fēng)日發(fā)生次數(shù)在春季、秋季較多,全年葫蘆島的海陸風(fēng)日發(fā)生次數(shù)都較多在3次以上,相比大連金州地區(qū)[1]高出很多, 原因是地理位置的不同, 金州地區(qū)陸地面積較小, 三面環(huán)海, 而葫蘆島地區(qū)陸面和海面都較為廣闊, 海陸下墊面邊界層差別較大, 較易形成海陸風(fēng)。海陸風(fēng)就是由于一日內(nèi)海陸非絕熱加熱不均勻造成的一種局地次級(jí)環(huán)流, 海陸風(fēng)是在大范圍風(fēng)場(chǎng)背景上發(fā)展起來的, 實(shí)際的風(fēng)場(chǎng)更加復(fù)雜, 海陸風(fēng)環(huán)流常常被大范圍氣流減弱甚至完全掩蓋。葫蘆島地區(qū)冬天背景風(fēng)大, 所以海陸風(fēng)相對(duì)來說較少。而春季、秋季出現(xiàn)頻率最高, 這主要是該地區(qū)春季、秋季天氣系統(tǒng)較為均衡, 氣壓梯度小,天氣以晴天為主, 造成太陽輻射強(qiáng), 海陸溫差大, 較易形成海陸風(fēng)。而冬季和夏季天氣系統(tǒng)強(qiáng), 氣壓梯度大, 不利于海陸風(fēng)形成和維持。與文獻(xiàn)[11]的研究結(jié)果有些差異主要是由于研究年限的不同, 近年來氣候異常, 造成不同年的同一地區(qū)的氣象變化很大;同時(shí)文獻(xiàn)[11]只取了l月、4月、7月、10月作為分析, 很難表現(xiàn)全年的變化特征; 而文獻(xiàn)[11]的風(fēng)向定義中把屬于順岸流的NNE-ENE和SSW-SW分別定義為陸風(fēng)和海風(fēng), 把屬于海風(fēng)的E定義為陸風(fēng), 直接造成了與本文的研究結(jié)果有些差異。

圖1 2007年葫蘆島市陸風(fēng)、海風(fēng)、陸風(fēng)/海風(fēng)、海陸風(fēng)出現(xiàn)頻率Fig. 1 Monthly frequency of landwind, seawind, landwind/seawind, and sea-landwind at Huludao in 2007

從表1可以看出海風(fēng)開始時(shí)間大約在中午13: 00,結(jié)束時(shí)間大約在晚上 20: 00, 海風(fēng)平均風(fēng)速在春季比較高而夏季比較低, 3月份達(dá)到最高4.6 m/s, 這是春季陸面白天升溫過快造成的。海風(fēng)起止時(shí)間春、夏季較秋、冬季稍長(zhǎng)一些, 這是由于在夏季日照時(shí)間長(zhǎng), 海風(fēng)環(huán)流形成后可以較長(zhǎng)時(shí)間獲得能量來源,使環(huán)流發(fā)展到最強(qiáng), 在冬季日照時(shí)間短, 海風(fēng)環(huán)流形成后獲得能量來源的時(shí)間短, 環(huán)流很難發(fā)展到最強(qiáng)[12]。所以海風(fēng)持續(xù)時(shí)間夏季長(zhǎng)冬季短, 這和文獻(xiàn)[9]的研究結(jié)果相一致。陸風(fēng)開始時(shí)間多在凌晨 01: 00,結(jié)束時(shí)間在早上 08: 00, 陸風(fēng)風(fēng)速在春夏季較高,3月份達(dá)到最高值6.7 m/s, 而秋季達(dá)到最低, 9, 10月份為 2.1 m/s, 因秋冬季夜間陸面氣溫下降快, 易受大陸氣團(tuán)控制, 同時(shí)氣溫長(zhǎng)時(shí)間較低, 造成陸風(fēng)起止時(shí)間秋冬季較夏季長(zhǎng)。

表1 2007年葫蘆島市海風(fēng)、陸風(fēng)起止時(shí)間及平均風(fēng)速Tab. 1 Sea breeze, land breeze starting or ending time and average wind speed in Huludao in 2007

2.2 海陸風(fēng)日個(gè)例分析

在一年的海陸風(fēng)日中選擇一天(7月 15日)作為個(gè)例研究。這一天前后葫蘆島地區(qū)被弱高壓控制, 氣壓場(chǎng)比較均勻, 氣壓梯度較小, 天氣晴朗, 海陸溫差較大, 較易形成海陸風(fēng)。所以可選取這一天來研究其海陸風(fēng)及熱內(nèi)邊界層的變化特征。

2.2.1 海陸風(fēng)日觀測(cè)資料分析

圖2是葫蘆島2007年7月15日溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素變化曲線圖?？梢钥闯鲆归g01∶00～05: 00溫度下降緩慢, 且幅度很小, 這造成陸風(fēng)風(fēng)速較小, 從圖2d便可看出; 06∶00開始隨著太陽輻射加強(qiáng), 地面溫度也快速上升, 在 11∶00達(dá)到最大值27.4℃, 這必然導(dǎo)致海陸溫差快速加大, 引起海風(fēng), 造成陸地濕度增大(圖2b), 同時(shí)海風(fēng)風(fēng)速也較大(圖2d); 18∶00開始地面溫度迅速降低, 海風(fēng)開始消失, 風(fēng)速迅速下降。圖2c是一天的風(fēng)向變化曲線, 在陸風(fēng)時(shí)段風(fēng)向主要是W, 在海風(fēng)時(shí)段風(fēng)向主要是 S-SSE, 通過圖2c可以看出從夜間到白天陸風(fēng)向海風(fēng)轉(zhuǎn)化時(shí), 風(fēng)向發(fā)生明顯的逆時(shí)針變化。由圖2d可以看出海風(fēng)風(fēng)速明顯大于陸風(fēng)風(fēng)速。

圖2 2007年7月15日氣象要素變化Fig. 2 Variation of weather factor in July, 15, 2007

2.2.2 風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)數(shù)值模擬分析

采用了 MM5v3數(shù)值預(yù)報(bào)模式模擬了葫蘆島地區(qū)2007年7月15日的風(fēng)場(chǎng)變化。采用套網(wǎng)格方案,分三層嵌套進(jìn)行運(yùn)算, 范圍覆蓋葫蘆島整個(gè)地區(qū),模式中心范圍為120°38'E, 40°56'N。9 km一層的東西格點(diǎn)數(shù)為85, 南北格點(diǎn)數(shù)為67; 3 km一層的東西格點(diǎn)數(shù)為85, 南北格點(diǎn)數(shù)為67; 1 km一層的東西格點(diǎn)數(shù)為103, 南北格點(diǎn)數(shù)為85, 畫圖網(wǎng)格東西格點(diǎn)數(shù)為278個(gè), 南北格點(diǎn)數(shù)為174個(gè)進(jìn)行插值, 模式使用T213場(chǎng)地高空常規(guī)觀測(cè)資料, 模式每小時(shí)輸出一次,取1 km區(qū)域10 m高度,u,v分量的模擬結(jié)果。采用的主要物理過程為Grell積云對(duì)流參數(shù)化方案, MRF行星邊界層方案, 簡(jiǎn)單冰相方案, 云輻射方案, 9 km區(qū)域?yàn)闀r(shí)變邊界條件, 3 km和1 km為松弛邊界條件。由于人類活動(dòng)主要在陸地上, 又以白天為主, 而海風(fēng)往往會(huì)對(duì)沿岸地區(qū)的邊界層、污染物擴(kuò)散、天氣和氣候狀況造成顯著影響, 所以下面主要研究海風(fēng)及由海風(fēng)引起的風(fēng)場(chǎng)及熱內(nèi)邊界層的變化特征。

2.2.2.1 水平和垂直風(fēng)場(chǎng)分析

由于篇幅的限制, 本文只列出了葫蘆島地區(qū)2007年7月15日白天海陸風(fēng)變化的幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的水平和垂直風(fēng)場(chǎng)圖(100網(wǎng)格為40.78°N, 以下均是)。由早上08: 00的水平和垂直風(fēng)場(chǎng)圖(圖3a、圖4a)可以看出, 由于地面迅速升溫, 海洋和陸地出現(xiàn)溫差,海面出現(xiàn)了向岸氣流, 而陸面出現(xiàn)了離岸氣流的阻斷, 在海岸形成了高度很低的小的風(fēng)垂直渦旋, 300 m上空依然是離岸氣流, 此時(shí)地面風(fēng)速較小 2.4 m/s,正是由陸風(fēng)向海風(fēng)轉(zhuǎn)化的時(shí)刻。隨著地面溫度進(jìn)一步升高, 在10: 00時(shí)由水平和垂直風(fēng)場(chǎng)圖(圖3b、圖4b)看出海風(fēng)開始形成, 內(nèi)陸風(fēng)向由S轉(zhuǎn)向SE, 風(fēng)速3.1 m/s, 海風(fēng)伸向陸地25 km左右, 海風(fēng)高度1 000 m左右, 高空形成了海風(fēng)環(huán)流。12∶00時(shí)(圖3c、圖4c)海風(fēng)發(fā)展到最強(qiáng), 地面風(fēng)速增大到 3.5 m/s, 海風(fēng)伸向陸地達(dá)到了40 km左右, 海風(fēng)高度達(dá)到2 000 m以上, 同時(shí)距陸面40 km處海面出現(xiàn)了明顯的輻散區(qū),表明海風(fēng)環(huán)流已發(fā)展成熟。16: 00(圖3d、圖4d)隨著太陽輻射的減弱, 海陸溫差減小, 陸地風(fēng)向由 SE轉(zhuǎn)向 SW, 海風(fēng)變?yōu)轫槹读? 風(fēng)速降為 2.4 m/s, 海面出現(xiàn)離岸流, 海風(fēng)開始向陸風(fēng)轉(zhuǎn)化。與氣象站觀測(cè)資料對(duì)比, 海風(fēng)在不同發(fā)展時(shí)段的風(fēng)向風(fēng)速模擬值與觀測(cè)資料相對(duì)一致, 8∶00, 10∶00, 12∶00, 16∶00模擬風(fēng)速分別為2.4, 3.1, 3.5, 2.4 m/s與氣象站觀測(cè)資料2.6, 3.2, 3.9和2.5 m/s較一致, 氣象站觀測(cè)資料風(fēng)向分別為 219°, 185°, 151°和 172°, 也與模擬結(jié)果近似。

圖3 2007年7月15日葫蘆島關(guān)鍵時(shí)刻水平風(fēng)場(chǎng)Fig. 3 Level agitation of huludao at pivotal time on July 15, 2007

圖4 2007年7月15日葫蘆島關(guān)鍵時(shí)刻第100網(wǎng)格垂直風(fēng)場(chǎng)Fig. 4 Uprightness agitation of huludao on NO100 net at pivotal time on July 15, 2007

2.2.2.2 位溫場(chǎng)和熱內(nèi)邊界層分析

層結(jié)穩(wěn)定的海風(fēng)在向內(nèi)陸移動(dòng)過程中, 容易形成熱內(nèi)邊界層[10]。熱內(nèi)邊界層形成的過程是: 在中緯度海岸, 當(dāng)存在海風(fēng)時(shí), 在晴天太陽輻射較強(qiáng)條件下, 一方面陸地下墊面受太陽輻射加熱影響, 趨于形成陸地特性的邊界層, 另一方面海風(fēng)吹來溫度較低濕度較大的空氣, 這兩方面代表著水面邊界層特性, 從而在陸面形成水陸兩種特性邊界層疊加,就會(huì)出現(xiàn)由于水陸熱力動(dòng)力差異造成的熱內(nèi)邊界層(TIBL)。熱內(nèi)邊界層會(huì)直接影響海岸地區(qū)的大氣輸送擴(kuò)散特性, 往往造成熏煙型污染。熱內(nèi)邊界層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 在海陸交界處, 當(dāng)吹海風(fēng)時(shí), 海上氣流從底部開始變性, 形成特殊的大氣垂直結(jié)構(gòu), 底部大氣受陸地加熱影響往往具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu), 上部大氣則保持海上的穩(wěn)定結(jié)構(gòu), 如果近海及內(nèi)陸同時(shí)存在底層不穩(wěn)定結(jié)構(gòu), 而上層穩(wěn)定層結(jié), 且近海點(diǎn)兩種層結(jié)交界處高度小于內(nèi)陸點(diǎn), 則形成熱內(nèi)邊界層。圖5就通過位溫場(chǎng)的變化間接地表現(xiàn)了一次典型的熱內(nèi)邊界層從形成到消失的結(jié)構(gòu)變化。圖5a是經(jīng)過內(nèi)插的早上 06∶00時(shí)的位溫場(chǎng)剖面圖, 位溫場(chǎng)較均勻,陸面溫場(chǎng)的起伏是由地形影響造成的。10∶00時(shí)(圖5b)由海岸向陸地20 km處形成了熱內(nèi)邊界層, 向內(nèi)陸呈舌狀分布, 海岸邊界層高度在200～300 m之間,拋物面高度隨著向內(nèi)陸延伸的距離升高, 20 km處已達(dá)800 m左右。在12∶00(圖5c)左右隨著海風(fēng)繼續(xù)向內(nèi)陸延伸, 熱內(nèi)邊界層也發(fā)展到了全天最強(qiáng), 其向內(nèi)陸擴(kuò)展距離達(dá)到了 48 km左右, 拋物面高度最高達(dá)到了 1 800 m, 而內(nèi)陸熱對(duì)流混合層抬升到了2 000 m以上, 此時(shí)氣象站溫度是全天的次高點(diǎn)。16∶00(圖5d)隨著海風(fēng)的減弱熱內(nèi)邊界層也開始減弱, 20∶00(圖5e)則恢復(fù)到了正常的位溫層結(jié)。值得注意的是熱內(nèi)邊界層從形成到消失, 近海岸的拋物面結(jié)構(gòu)始終變化不大, 只是隨著發(fā)展向內(nèi)陸延伸。

3 結(jié)論

圖5 2007年7月 15日各關(guān)鍵時(shí)刻第100網(wǎng)格葫蘆島位溫層結(jié)圖Fig. 5 Position temperature of huludao on No.100 net at pivotal time on July 15, 2007

1)海風(fēng)和陸風(fēng)出現(xiàn)的頻率有明顯的季節(jié)性變化。由于該地區(qū)冬天受大陸氣團(tuán)控制, 白天夜間陸地上都易形成局地高壓, 所以陸風(fēng)較多, 而海風(fēng)較難形成; 同時(shí)由于春夏季陸地升溫較海面快, 白天陸地上形成局地低壓易形成海風(fēng), 夜間陸面降溫不大,海陸溫差不明顯, 造成陸風(fēng)較少。該地區(qū)春季、秋季天氣系統(tǒng)較為均衡, 氣壓梯度小, 天氣以晴天為主,造成太陽輻射強(qiáng), 海陸溫差大, 易形成海陸風(fēng)日。夏季日照時(shí)間長(zhǎng), 海風(fēng)持續(xù)時(shí)間夏季長(zhǎng)冬季短; 秋冬季夜間陸面氣溫下降快, 易受大陸氣團(tuán)控制, 同時(shí)氣溫長(zhǎng)時(shí)間較低造成陸風(fēng)起止時(shí)間秋冬季較夏季長(zhǎng)。

2)在氣壓場(chǎng)比較均勻, 氣壓梯度較小, 天氣晴朗的典型海陸風(fēng)日中, 海風(fēng)造成白天濕度明顯變大。海風(fēng)風(fēng)速大于陸風(fēng)風(fēng)速。

3)通過海風(fēng)的數(shù)值模擬, 夏季早上 08∶00是由陸風(fēng)向海風(fēng)轉(zhuǎn)化的時(shí)刻。隨著地面溫度進(jìn)一步升高10∶00時(shí)開始形成海風(fēng), 12∶00時(shí)海風(fēng)發(fā)展到最強(qiáng),海面出現(xiàn)了明顯的輻散區(qū), 海風(fēng)環(huán)流發(fā)展成熟, 16∶00時(shí)隨著太陽輻射的減弱, 海陸溫差減小海風(fēng)開始向陸風(fēng)轉(zhuǎn)化。海風(fēng)由生成到成熟, 從海岸到內(nèi)陸厚度可增厚到2 000 m以上, 伸向內(nèi)陸距離可到40 km。

4)海風(fēng)可造成岸邊陸地形成熱內(nèi)邊界層。通過位溫場(chǎng)的變化表現(xiàn)了一次典型的熱內(nèi)邊界層從形成到消失的結(jié)構(gòu)變化, 熱內(nèi)邊界層向內(nèi)陸呈舌狀分布,海岸邊界層高度在 200～300 m之間, 拋物面高度隨著向內(nèi)陸延伸的距離升高。12∶00熱內(nèi)邊界層也發(fā)展到最強(qiáng), 向內(nèi)陸擴(kuò)展距離達(dá)到了48 km, 高度最高達(dá)到了1 800 m, 內(nèi)陸熱對(duì)流混合層抬升到了2 000 m以上。熱內(nèi)邊界層從形成到消失, 近海岸的拋物面結(jié)構(gòu)始終變化不大, 只是隨著發(fā)展向內(nèi)陸延伸。

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The analysis of sea-land breeze and thermal inner boundary layer at Huludao

LIU Yu-che1, WANG Lian-zhong1, ZHAO Fan2, YANG Sen1, YANG Hong-bin1, ZOU Xu-dong1
(1. Institute of Atmospheric Environment, China Meteorological Administration, Shenyang 110016, China;2. Weather Movie and Television Center, Shenyang 110016, China)

Aug., 18, 2009

sea wind; land wind; sea-land breeze; wind field; thermal inner boundary layer

Based on routine weather station data of windward and wind speed in 2007, we analyzed sea-land breeze character at Huludao. Using MM5v3 model, we simulated wind field change character when sea-land breeze occurring and calculated the distance of sea wind extending into the land and land wind extending ton the sea. The appearance frequencies of sea breeze and land breeze were obvious of seasonly change. Land breeze happened in winter, sea breeze happened in summer and spring, and sea-land breeze happened in spring and autumn. The duration of sea breaze was long in summer and short in winter; The duration of land breaze was longer in autumn and winter than in summer; In a characteristc sea-land breeze day, sea breeze greatly increase the humidity on land, and the speed of sea breeze was larger than the speed of land breeze. Via numerical value modeling of sea breeze, from initiation to matureness the thickness was about 2 000 m, the distance of extension into land was 40 km. The thermal inner boundary layer assumed a tongue-like figure, the thickness of thermal inner boundary layer was 200～300 m. The altitude of parabola was increased as the distance of land was increased. The highest altitude of thermal inner boundary layer was 1 800 meters.

P404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1000-3096(2012)01-0087-07

2009-08-18;

2011-04-13

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(2011IAE-CMA10)

劉玉徹(1979-), 女, 山東臨朐人, 助理研究員, 碩士, 從事大氣環(huán)境研究工作, E-mail: lwlyc79@tom.com

致謝：感謝丁國(guó)安研究員給予這篇文章的幫助和建議！

劉珊珊)