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黄海海雾天气气候特征及其成因分析

热带气象学报 2011年第6期27卷 920-929页

作者：黄彬毛冬艳康志明曹越男向纯怡国家气象中心北京100081

利用2002—2008年的地面观测资料、青岛小浮标站资料、海洋大气综合资料、NCEP再分析资料和卫星云图等资料,对黄海海雾的天气气候特征、环流型和相关的水文、气象因子进行分析研究。结果表明,黄海海雾呈现逐年递增的年际变化,且集中发... 详细信息

利用2002—2008年的地面观测资料、青岛小浮标站资料、海洋大气综合资料、NCEP再分析资料和卫星云图等资料,对黄海海雾的天气气候特征、环流型和相关的水文、气象因子进行分析研究。结果表明,黄海海雾呈现逐年递增的年际变化,且集中发生在春夏季,自南向北雾季逐渐推迟,发生频数增多;一日中主要出现在夜间至早晨。黄海海雾可归纳为冷锋型、高压后部型和均压场型三种天气类型。海雾是流入黄海的黑潮暖流分支与沿岸的冷水流相遇,在适宜的海温、气海温差、大气稳定度和风场等水文、气象条件下形成的,这些条件可为海雾发生、发展的预报提供一些参考依据。

关键词：黄海海雾环流特征气海温差水文气象因子

黄海海雾WRF数值模拟中垂直分辨率的敏感性研究

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气象学报 2016年第6期74卷 974-988页

作者：杨悦高山红中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室海洋与大气学院青岛266100

基于WRF模式探究不同垂直分辨率下模式对黄海海雾的模拟表现。将3种垂直分层方案(35η、44η与63η)和2种边界层方案(YSU、MYNN)组合,对10次海雾做模拟研究。统计分析了水平雾区与雾顶高度对垂直分辨率的敏感性,并利用1次典型个例剖析... 详细信息

基于WRF模式探究不同垂直分辨率下模式对黄海海雾的模拟表现。将3种垂直分层方案(35η、44η与63η)和2种边界层方案(YSU、MYNN)组合,对10次海雾做模拟研究。统计分析了水平雾区与雾顶高度对垂直分辨率的敏感性,并利用1次典型个例剖析了雾顶长波辐射与雾体湍流的作用。统计结果显示,提高垂直分辨率能显著改进水平雾区的模拟效果,改善明显的个例在不同垂直分辨率试验下的雾顶高度差异也较大;YSU方案相比于MYNN方案更敏感,从35η层增至44η层其试验个例的击中率(POD)和公正预兆得分(ETS)的平均改进率分别提高了13.29%和10.22%。典型个例研究结果揭示,模式对雾顶长波辐射和雾体湍流作用的模拟程度强烈依赖垂直分辨率:粗垂直分辨率给出的湍流强度很弱,导致模拟失败;雾顶存在"云水含量增多→长波辐射增强→降温加大→云水含量增多"的正反馈过程,细垂直分辨率比粗垂直分辨率更容易维持与增强此反馈;只有细垂直分辨率才能模拟出雾顶长波辐射冷却产生的贯穿雾体直抵海面、强度不弱于近海面机械湍流的浮力湍流,它导致雾体降温而出现符合观测事实的海温高于气温的现象。

关键词：黄海海雾垂直分辨率 WRF模式雾顶长波辐射湍流

黄海海雾数值模拟中多普勒雷达径向风数据同化试验

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2016年第8期46卷 1-12页

作者：王永明高山红中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室海洋与大气学院山东青岛266100

基于WRF(Weather Researchand Forecasting)模式及其3DVar(3-DimensionalVariational)模块,发展了一套多普勒雷达径向风数据的同化方案。针对2次黄海海雾个例展开了一系列同化效果对比数值试验,详细分析了同化雷达径向风数据对雾区产生... 详细信息

基于WRF(Weather Researchand Forecasting)模式及其3DVar(3-DimensionalVariational)模块,发展了一套多普勒雷达径向风数据的同化方案。针对2次黄海海雾个例展开了一系列同化效果对比数值试验,详细分析了同化雷达径向风数据对雾区产生改进的原因。研究结果表明:(1)仅同化常规观测数据不足以纠正初始场中海上大气边界层湿度偏干的状态,导致海雾模拟失败或雾区严重偏小,因此在同化多普勒雷达径向风数据之前,必须先同化从海雾卫星观测中提取的湿度信息;(2)同化多普勒雷达数据不仅显著地直接改进了近海面大气流场,而且会间接改善温度场,从而进一步提高海雾的模拟效果——2次海雾个例模拟雾区的ETS(Equitable Threat Score)评分改进率分别达到66.7%与62.1%;(3)黄海海雾数值模拟中首先要改进海上大气边界层的湿度与温度层结,在此基础上进一步改进近海面大气流场十分必要。

关键词：黄海海雾雷达径向风 WRF模式 cycling-3DVar

EnKF集合同化下黄海海雾数值确定性预报初始场构造方法的探究

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海洋与湖沼 2021年第6期52卷 1350-1364页

作者：郑青高山红中国海洋大学海洋与大气学院青岛266100 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室青岛266100

在黄海海雾的数值模拟中,EnKF(ensemble Kalman filter)是一种优于3DVAR(three-dimensional variational)的数据同化方法。研究发现,对EnKF初始场集合体采取常用的集合平均所产生的确定性预报初始场,会出现初始场中海雾在预报开始后就... 详细信息

在黄海海雾的数值模拟中,EnKF(ensemble Kalman filter)是一种优于3DVAR(three-dimensional variational)的数据同化方法。研究发现,对EnKF初始场集合体采取常用的集合平均所产生的确定性预报初始场,会出现初始场中海雾在预报开始后就迅速消失以及接下来海雾难以生成的异常现象。通过详细的海雾个例研究,清晰地揭示并解释了此现象,指出这是集合平均造成初始场中云水与温度湿度之间存在不协调关系所导致的后果,并提出了一种择优加权平均方法来取代常用的集合平均。研究结果表明,海雾确定性预报采用择优加权平均所构建的初始场,可以消除上述异常现象,显著改进海雾模拟效果。

关键词：黄海海雾 EnKF集合同化确定性预报初始场变量协调性

黄海海雾卫星数据同化中不同辐射传输模式的效果研究

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黄海海雾卫星数据同化中不同辐射传输模式的效果研究

作者：陆雪中国海洋大学

学位级别：硕士

黄海海雾数值预报中三个问题——初始场质量、微物理与边界层的选择——非常关键。由于海上常规观测数据的严重匮乏，本文试图同化卫星辐射数据来提高海雾模拟的初始场质量。然而，利用数据同化改进初始场之前，需要事先确定最优微物理... 详细信息

黄海海雾数值预报中三个问题——初始场质量、微物理与边界层的选择——非常关键。由于海上常规观测数据的严重匮乏，本文试图同化卫星辐射数据来提高海雾模拟的初始场质量。然而，利用数据同化改进初始场之前，需要事先确定最优微物理与边界层方案。选取10次典型的大范围黄海海雾过程为研究对象，借助WRF(WeatherResearch and Forecasting)模式及其3DVAR (three dimensional variational)数据同化模块开展研究。首先实施了不同微物理和边界层方案组合下的海雾数值预报试验，依据MTSAT (Multi-functional Transport Satellite)观测事实对结果进行统计，分析了不同微物理与边界层方案的优劣。然后，在此基础上选定YSU边界层方案与Lin微物理方案，对12次典型黄海海雾过程开展了辐射传输模式CRTM和RTTOV对ATOVS卫星辐射数据的同化效果比较研究。微物理与边界层方案的试验结果表明，1）无论就统计平均还是单一个例而言，WRF预报结果对边界层方案高度敏感，而对微物理方案敏感性相对较弱。2）最佳边界层与微物理方案组合为YSU与Lin方案，最差为Mellor-Yamada与WSM5方案。3）YSU与MYNN方案位列最优边界层方案，Mellor-Yamada与QNSE方案则位列最差;YSU与MYNN边界层方案的最优者应依据不同海雾个例进行优选。4）Mellor-Yamada、QNSE边界层方案预报的近海面湍流过强导致边界层过高，不利于海雾的发展与维持;而MYNN与YSU方案刻画的湍流强度与边界层高度适合海雾发展与维持。5）微物理方案对模式的影响依赖于雾滴数预报与否及其初值的给定数值。通过对辐射传输模式CRTM和RTTOV的同化效果的比较分析，得到结论：1）同时同化多颗卫星辐射数据的效果明显优于仅同化单颗卫星数据。2）RTTOV模式不仅因为明显改进初始场的温度、湿度与流场从而导致同化效果优于CRTM模式，而且运行更加稳定。

关键词：黄海海雾卫星辐射数据辐射传输模式参数化方案数据同化试验

利用循环3DVAR改进黄海海雾数值模拟初始场Ⅰ:WRF数值试验

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2010年第10期40卷 1-9页

作者：高山红齐伊玲张守宝傅刚中国海洋大学物理海洋实验室山东青岛266100

以如何提高黄海海雾数值模拟初始场质量为研究目的，利用WRF模式及其先进的3DVAR同化模块，设计并构建了循环3DVAR同化方案。以2006年3月6～8日的1次大范围黄海海雾过程为研究对象，利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。模... 详细信息

以如何提高黄海海雾数值模拟初始场质量为研究目的，利用WRF模式及其先进的3DVAR同化模块，设计并构建了循环3DVAR同化方案。以2006年3月6～8日的1次大范围黄海海雾过程为研究对象，利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。模拟结果显示，循环3DVAR同化方案能有效改进黄海海雾数值模拟初始场质量，主要体现在增加低层大气温度层结构的稳定性与改变大气边界层下层的风场结构，从而导致海雾的模拟结果显著改善。研究结果表明进行海雾数值模拟时，必须高度重视其初始场质量。

关键词：黄海海雾数值模拟初始场 WRF模式循环3DVAR

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一次黄海海雾的集合预报试验

中国海洋大学学报（自然科学版） 2014年第12期44卷 1-11页

作者：高山红王永明傅刚中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室、山东省高校海洋大气相互作用与气候实验室山东青岛266100

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其杂合三维变分(Hybird-3DVAR)同化模块,对2006年3月发生的一次大范围黄海海雾进行了集合预报尝试。详细分析了其预报效果,并与决定性预报结果作了比较。研究揭示:集合预报50%概率雾区... 详细信息

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其杂合三维变分(Hybird-3DVAR)同化模块,对2006年3月发生的一次大范围黄海海雾进行了集合预报尝试。详细分析了其预报效果,并与决定性预报结果作了比较。研究揭示:集合预报50%概率雾区预报的公正预兆得分(Equitable threat score,ETS)优于决定性预报大约29%;集合预报中加入海温扰动非常必要,对浓雾预报改善作用明显,ETS提高至少10%;在集合预报中混用YSU与MYNN边界层方案的做法,可以降低只使用其中之一可能导致的预报误差。研究表明,借助Hybrid-3DVAR开展黄海海雾的集合预报技术上可行,集合预报将成为黄海海雾数值预报的一种有希望的途径。

关键词：黄海海雾集合预报 WRF模式杂合三维变分

基于全卷积神经网络方法的日间黄海海雾卫星反演研究

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海洋湖沼通报 2019年第6期 13-22页

作者：刘树霄衣立张苏平时晓曚薛允传中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 青岛市气象局山东青岛266003

本文基于FY-4A静止气象卫星数据,以全卷积神经网络(Fully Convolutional Networks,FCN)为前处理、全连接条件随机场为后处理的日间海雾反演算法模型,以动态阈值海雾反演方法获得黄海雾区标签,使用浮标观测、CALIPSO观测和动态阈值法反... 详细信息

本文基于FY-4A静止气象卫星数据,以全卷积神经网络(Fully Convolutional Networks,FCN)为前处理、全连接条件随机场为后处理的日间海雾反演算法模型,以动态阈值海雾反演方法获得黄海雾区标签,使用浮标观测、CALIPSO观测和动态阈值法反演的雾区进行检验,发现与仅使用全卷积神经网络方法的海雾反演结果相比,全卷积神经网络结合全连接条件随机场的算法模型不仅可以反演出海雾主体分布,而且可以克服单纯FCN提取的图像过于平滑和模糊的问题,给出更细致的雾区边界,同时雾区检出率(POD)可以达到91.8%,误判率(FAR)20.0%,成功率(CSI)76.4%,Heidke技巧评分(HSS)82.9%。因此,以全卷积神经网络方法为核心的算法模型可以用于日间黄海海雾雾区的反演。

关键词：黄海海雾卫星 FY-4A 全卷积神经网络全连接条件随机场

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春季黄海海雾WRF参数化方案敏感性研究

应用气象学报 2014年第3期25卷 312-320页

作者：陆雪高山红饶莉娟王永明中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室青岛266100 山东省高校海洋大气相互作用与气候实验室青岛266100

利用2005-2011年10次春季黄海海雾个例开展WRF模式参数化方案敏感性研究。结果表明:边界层方案对WRF模式雾区模拟结果起决定作用,而微物理方案影响较小,它主要影响海雾浓度和高度。边界层与微物理方案的最佳组合为YSU与Lin方案,最差为Me... 详细信息

利用2005-2011年10次春季黄海海雾个例开展WRF模式参数化方案敏感性研究。结果表明:边界层方案对WRF模式雾区模拟结果起决定作用,而微物理方案影响较小,它主要影响海雾浓度和高度。边界层与微物理方案的最佳组合为YSU与Lin方案,最差为Mellor-Yamada与WSM5方案;Mellor-Yamada和QNSE方案模拟的近海面湍流过强,导致边界层过高,不利于海雾的发展与维持;而MYNN与YS[J方案刻画的湍流强度与边界层高度合适,有利于海雾发展与维持。MYNN方案虽与YSU方案相当,但在大多数海雾个例中,后者明显优于前者,而在有些个例中却刚好相反。因此对于某一具体海雾个例而言,所用边界层方案仍需在它们之中选择最优者。这些信息可为黄海海雾WRF模式边界层与微物理方案的选择与改进提供参考。

关键词：黄海海雾微物理方案边界层方案 WRF模式敏感性研究