黄海雾的季节性变化：观察和机制外文翻译资料

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黄海雾的季节性变化：观察和机制

SU-PING ZHANG

中国青岛海洋大学，物理海洋学实验室，海洋大气相互作用和气候实验室

SHANG-PING XIE

国际太平洋研究中心和气象部，SOEST，夏威夷大学在马诺阿，檀香山，夏威夷和物理海洋学实验室，以及海洋大气相互作用中国青岛海洋大学气候实验室

QIN-YU LIU

中国青岛海洋大学，物理海洋学实验室，海洋大气相互作用和气候实验室

YU-QIANG YANG AND XIN-GONG WANG

青岛市气象局

ZHAO-PENG REN

中国青岛海洋大学，物理海洋学实验室，海洋大气相互作用和气候实验室

（2008年8月27日收到的稿件，截至2009年4月26日）

摘要：

通过对黄海地区海上雾频繁观察的结果是中国海岸4-7月平均有50天有雾的出现。黄海雾季节的特征是4月突然出现在山东半岛的南部并于8月份突然消失。本研究调查的是这种无法解释的渐变的太阳辐射的阶梯状演变的进化机制。在黄海西北部的3-4月,逆温层形成于100 - 350米的海面,海上风主要是西北风和南风的转换,这种转换有利于平流雾的形成。海陆的对比是造成这些改变的关键。在4月,陆地比海洋温度上升得更快。925 hPa盛行西南风平流向黄海西部的上方输送温暖空气使得黄海西部上空形成一个反气旋。4月，海陆热力性质的差异也导致在凉爽的黄海和中国海域的东北部形成一个浅的反气旋环流。这个反气旋环流西侧的南风用平流输送从南方带来的暖湿空气,导致中国沿海地区突然产生大雾天气。由于反气旋环流的东侧缺少这种暖湿平流的输送使得朝鲜海岸的雾逐渐增加。黄海雾的消失与盛行风7-8月从南风到东风的转变有关。黄海8月的风向转变是一个大规模的东亚西太平洋季风的改变，是以增强在亚热带西北太平洋上空的平流输送为特征的，根据中纬度遥相关的结果,后称其为西太平洋-日本模式。通过对多雾和清晰的气团的后向轨迹的研究得出的结果是支持气候分析的结果的。

1.介绍

海雾经常会导致沉船并打乱交通运输以及其他的海洋和沿海地区的社会经济活动。黄海实验中重雾占据一年中的一个重要部分。图1显示了对测站30年内雾的天数的函数的研究。黄海海岸西北部的站记录到一年中有超过50多个有雾的天气同时最大值出现在黄海的北部，我们发现一年有超过80天的有雾天气。

图1.中国海相邻台站雾化频率（天）的气候季节周期。 不同的符号代表不同的区域：渤海（圈），北黄海（正方形），西北黄海（向上的三角形），东海（向下的三角形），东黄海（钻石）。 颜色区分每个组中的电台。 D1是模型域。

图2（a）西北青岛站在Xiaomaidao (36°3.2acute;N，120°25.5acute;E)的1960 - 1989年SST和SAT气候。 （b）位于大致相同纬度的内陆济南和沿海青岛站的SAT（见图1)是（a）SST-SAT和（b）济南 - 青岛SAT沿着这个图右边界标出的差异 。

在黄海和东海海域海雾的类型一般被称为平流雾,是由于暖湿空气越过冷空气形成的。雾季一般从4月到7月在山东半岛的南部海岸，此时海面温度低于地表空气温度（图1和图2a）。在雾季,65%-87%的雾观测报告显示Qianliyan(QL)和Xiaomaidao(XM)的能见度小于200米,平均的海雾事件持续时间约2天。长期持续大雾事件通常是出现在6月到7月,从1977年到1989年的13年期间最长的大雾持续时间是10天左右。目前地面盛行南风和东南风，风速大约为2-10m/s,在SDP的南部海岸附近,有从南方输送的暖湿平流。调查显示，在SDP，大雾天出现在南部（逆风）的次数比出现在北部（顺风）的更为频繁,比如在CD,YT,和PL(图1),印证了对于形成黄海雾来说暖湿平流的重要性。

海雾出现的频率的季节性变化机制在其他地方也得到了一些印证。在加州海岸的稳定的西北风气流以及上升气流和太平洋冷风的响应和传播,是在温暖的季节(五月-十月)最大频率的海上雾形成的原因。加州海岸寒冷季节（11月-4月）海雾形成的原因是由于低层云的作用使得海表温度大于地表温度。潮汐混合使得区域框架变冷，导致高频海雾的发生和黄海的朝鲜海岸的雾季时间延长，夏季靠近SDP的东部边缘的CST。在纽芬兰以及苏格兰东部海岸附近湍流热量和水份的传递以及气团冷却等物理过程和附近北海地区的辐射冷却和层云的作用一样对海雾的形成也有非常重要的作用。沿SDP南海岸的雾发生的季节性周期显示出两个有趣的特点:4月突然发作和突然终止(图1)。4-7月雾季海气界面是稳定的(SST 2，SAT 0),与先前研究的海雾形成的条件是一致的。4月开始显示出区域差异，突然出现在SDP的南海岸(QD,XM,CL和QL)但逐步沿着朝鲜海岸活动（图1），这与Cho et al.的结果相一致。区域差异表明,4月开始可能不是由于强大的亚洲夏季季风造成的,5月份首次出现在中国南海。8月在整个黄海盆地出现海雾的突然撤退。

本研究调查通过一套观察和大气模型模拟对黄海雾开始和结束的机制进行研究。具体地说,我们希望解决以下问题:是什么导致4月SDP南海岸海雾的突然发生?那么和其他地区一样，是什么使雾在东部黄海地区逐渐发生的呢?什么使黄海雾季节在8月结束的呢?考虑到黄海盛行的平流雾,预计一个循环变化是很重要的。事实上,我们可以看出，黄海雾季的发生与盆地规模相关海陆气的相互作用的反气旋环流相一致，8月结束是由于大规模的东亚-西太平洋季风移入。

介绍之后,第二节简要描述本研究中使用的数据和模型。第三节探讨季节性变化大气边界层的稳定性(ABL)使用的大气探测和再分析。部分4和5分别介绍了黄海雾季4月发生和8月撤退的调查过程。第六部分是总结。

2.数据和模型

这项研究我们一共使用了三种类型的数据:地表站观测,大气探测,网格点产品分析。我们使用来自中国气象局的13个标准气象站的从1971-2000年的在黄海和东海海域的观测,包括四个岛站(CD,CL,QL,CS)和9个沿海站点(图1)。1981-2002年的数据来自两个韩国气象站,Sochongdo和Sohuksando。我们在气候学中计算了每个日历月海雾发生的情况，将雾被定义为能见度小于1公里的天气。2005年中，北京时间07:15在青岛使用L波段雷进行日常探测，研究有利于形成雾的垂直结构。

图3（a）2005年青岛测深的月平均温度（黑色轮廓，8℃），深色阴影表示逆温，用dT / dz遮挡稳定层。-4Kkm－sup1;（湿绝热递减率）。 （b）2005年发生倒转天数; 轮廓间隔为3。

从海岸和75m海拔高度到大约400米内陆的站点,代表着黄海西北部的大气状况。30m的气压,温度,湿度,风速的垂直分布被记录下来了。网上记录了在2005年每天北京时间08:00的对韩国济州和Baengnyeongdo每日探测的结（http://weather.uwyo.edu/)。1年（2005年）的数据包含年际变化,尽管它通常小于季节性周期。

网格数据集包括日本对25年的1.258网格的再分析数据(JRA-25;Onogi et al . 2007年),28网格的国际综合海洋大气数据集(ICOADS;Slutz et al . 1985;沃雷et al . 2005年),0.258网格的海面风速从SeaWinds散射仪到the Quick散射仪(QuikSCAT)的合并分析(刘刘et al . 2000;2000),和2.58的气候预测中心(CPC)合并分析 (CMAP; Xie and Arkin 1997）。

我们使用2.2版本的天气研究和预测模型(WRF v2.2),模拟海雾季节发生期间的大气环流。模型域扩展到从21°N - 44°N，110°E-134°E，如右下方的插入的图1所示(图1D1)。在30公里水平分辨率和31个sigma;垂直区域,其中11有11个sigma;小于0.8或大约2公里的地面解决机载激光器。国际环境预测中心(NCEP)将每6h一个网格点作为初始和侧边界条件。包含了时变SST的FNL也用于分析。模型集成从2007年4月1日开始,持续了一个月。除了这种控制运行,我们将SST升高2°进行敏感性试验。

另外两个小的模拟是分别对2008年5月1日（1800UTC）到5月4日（0600UTC）雾的实况进行模拟。使用双向嵌套域,与外部域相应的关系大概体现在图1D1上。水平网格尺寸分别是36公里和12公里的外域和内域。Zhang和Ren提出了模拟的细节问题(2009, hereafter ZR)。从逆向跟踪雾和清晰空气的轨迹进行了气候分析。

3.大气边界层稳定性

图4.青岛，济州和Baengnyeongdo在2005年4月的平均温度曲线。虚线（点线）表示干（湿）绝热温度递减率。
ABL中的稳定分层对于海雾是重要的，稳定气层和逆温层阻止了水分的向上输送并为接近海面的饱和创造了有利的条件。在雾层顶部的强烈辐射冷却和下层的湍流混合促进了雾的发展（Lamb 1943; Leipper 1948,1994）。 因此，接近表面的逆温层有利于雾形成。
图3a显示了2005年来自青岛测深的月平均层作为月份和海拔的函数。在10月至12月期间，在表面上方存在非常薄的稳定层，这可能是由于表面辐射冷却，并且有时可能导致辐射雾。 3月出现的逆温层出现在海平面以上100-350 m，其出现在4月份更为频繁（图3b）。从3月到6月持续4个月的季节逆温为雾的形成提供了有利的条件。 在3月至6月的每个月，在100-350m层观察到逆温超过15天。逆温于7月消失，但是厚的稳定层保持在150-450m（图3a），这有利于在充足的水分供应的条件下形成更厚的雾（Zhang et.al.2008）。稳定性减弱的原因可能是由于海面变暖。 分层从7月到8月是相似的，具有稳定的层厚度略微收缩。 因此，在第5节中将做一些其他的行动，找出从7月到8月海雾迅速消失的原因。
我们还检查了2006年的青岛测站。与2005年相比，近地表逆温较弱，但在2006年4月仍然强劲，形成了雾发生的有利条件（未示出）。

4.四月开始
雾季突然发生在SDP南海沿岸，有雾的日数从3月到4月迅速增加。然而，在朝鲜海岸东部以及中国沿海的其他站，有雾的日数从3月到7月逐渐增加。 本节探讨了黄海不同地区之间起雾不对称的机理。
a.逆温的形成
图4显示，在4月黄海的逆温是很强的。中国青岛的气温直减率约为-6.8℃ km-1，而韩国Baengnyeongdo（BY）的气温直减率为-2.5℃ km-1，表现为逆温。在Cheju地区，600m以上的气温垂直递减率变为正值，黑潮流破坏了当地的逆温结构（Cho et al.2000）。逆温可以通过以下机制形成：表面辐射冷却，下沉运动和温度平流。 早期冬季逆温辐射（图3a），但3 - 6月期间的逆温显然是不同的，因为它的基准高，并且表面辐射冷却比冬季弱得多。下沉运动中的绝热变暖可能导致逆温，例如，亚热带东太平洋倒转在哈德利环流的下沉分支和在美国西海岸下降风下形成（Leipper 1948; Lewis et al.2003）。相比之下，在4月 - 7月雾季期间，青岛的低层逆温与响应西部暖平流的上升运动有关。图5显示了2005年4月青岛的温度和水平热平流的垂直剖面。100-500米层中主要逆温的天数都与西 - 西风的强烈平流有关（图5a）。在再分析中，暖平流的最大值出现在925hPa，但是由于数据集的粗略分辨率，确切的高度不清楚（图5b）。我们计算了逆温层（T300m - Tsurface）中的分层指数和925 hPa的热平流之间的相关性。最大相关发生在后者超前1天。 相关性为0.73，超过95％显着性水平的值。 连续相关时间约为2天。因此，30天系列的自由度为8，其相关性的95％显着性水平为0.632。
4月，由于太阳辐射的增加和陆地与海洋之间的热容差异，表面空气温度在黄海比在中国大陆更冷，沿海岸有急剧的梯度（图6a）。例如，内陆济南的SAT比沿海青岛的温度高出6℃（图2b）。由于ABL中的湍流混合，从中国到黄海的类似东向温度降低存在于925hPa（图6b）。在925 hPa，4月份西风海洋风在黄海盛行，平流温暖的大陆性空气有利于逆温形成。 事实上，在气候学上，热平流从3月到4月变为正，并在925hPa达到峰值（未示出）。
4月反演结果来自于陆地海温热对比，类似于美国西海岸的反演形成机制（Leipper 1948; Lewis et al.2003），海平面温度平流的作用。 黄海之间的区别是，海上流量高于加利福尼亚的表面。在垂直剖面中，西部黄海925 hPa沿36°N的温度平流最大（图6c）。 第4c节中的轨迹分析表明，当源自陆地的空气质量高于海洋时，有利于SDP南海岸的逆温的形成。
随着西风接近朝鲜半岛，纬向温度梯度和暖平流向东减弱（图6c）。青岛探测逆温发生频率低于400 m（图3），而Baengnyeongdo和Cheju的温度反演则向上移动（图4）。在4月份的黄海西部到东部，在100-350 m的下层更频繁发生逆温有利于雾的形成。这种近表面反演也可能是由于雾层顶部的辐射反馈。

图 5. 2005年4月的每日垂直剖面：（a）来自JRA-25每日数据的来自青岛测深的温度（8C）和风速（m/s）和（NW）海洋温度平流（35°N，122.5°E） 逆温和暖平流是阴影。
b.黄海反气旋和水汽输送
4月表面循环在黄海和北方东海上具有

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