王　磊， 張?zhí)K平

(1.中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省高校海洋-大氣相互作用與氣候重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；

2.中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 732750)

?

一次天氣尺度擾動過程對東海北部大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)的影響*

王磊1,2， 張?zhí)K平1**

(1.中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省高校海洋-大氣相互作用與氣候重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；

2.中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 732750)

摘要：利用2013年6月船載GPS探空、云高儀資料，結(jié)合ERA-Interim再分析資料、衛(wèi)星資料，分析一次天氣尺度擾動(鋒面過境)過程對東海北部海洋大氣邊界層(MABL)垂直結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：受梅雨鋒影響，航測區(qū)域上空在整個過程中都有低云覆蓋，MABL沒有呈現(xiàn)日變化特征；當(dāng)MABL為穩(wěn)定邊界層時，鋒面與站位距離越近，站位上空增強(qiáng)的上升運(yùn)動導(dǎo)致MABL高度越高。梅雨鋒過境前后云層之上都覆蓋有較為穩(wěn)定的逆溫層，受鋒面抬升作用，云底高度和云頂逆溫層高度在鋒面過境后高度變高；鋒面過境導(dǎo)致航測區(qū)域上空700 hPa以下大氣的上升運(yùn)動增強(qiáng)，水汽上升到更高位置，云底從MBAL中脫離。鋒面過境后，3000 m以下整層大氣相對濕度較大，大氣層結(jié)退耦的產(chǎn)生導(dǎo)致云分層形成高度不同的多層云。

關(guān)鍵詞：GPS探空；海洋大氣邊界層；梅雨鋒；低云；逆溫層

引用格式：王磊， 張?zhí)K平.一次天氣尺度擾動過程對東海北部大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)的影響[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2016, 46(4)： 13-20.

WANG Lei, ZHANG Su-Ping. Influence of synoptic scale disturbance on the atmospheric boundary layer structure over the Northern East China Sea[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(4): 13-20.

大氣邊界層(ABL)又稱行星邊界層(PBL)，它直接受地球表面的影響，對表面強(qiáng)迫力響應(yīng)的時間尺度約為1h或更小[1]。海洋大氣邊界層(MABL)在各種尺度的海氣相互作用中都非常重要，海洋氣象要素的變化，海洋大氣之間的能量、通量及物質(zhì)交換都在MABL中進(jìn)行。東海沿岸區(qū)域是中國重要的經(jīng)濟(jì)活動區(qū)，海上活動日益繁榮，而該海區(qū)海霧和低云頻發(fā)，因而開展該海區(qū)MABL的研究對人們?nèi)粘Ｉ詈统鞘薪?jīng)濟(jì)活動都有著重要的意義。

一般來說，邊界層可以分為三種類型：對流邊界層(CBL)、穩(wěn)定邊界層(SBL)和中性邊界層(NRL)[2]。大氣邊界層高度主要受到2個過程的影響，湍流(垂直風(fēng)切變造成的動力作用、地表熱通量引起的浮力通量造成的熱力作用、云頂輻射冷卻)和垂直運(yùn)動(天氣系統(tǒng)和大尺度背景環(huán)流)[3]。海洋上面邊界層厚度的大多數(shù)變化是由海面的天氣尺度和中尺度過程的垂直運(yùn)動以及不同氣團(tuán)的平流造成的[1]。

Nicholas[4]在研究ITCZ兩側(cè)的邊界層層結(jié)變化時指出，暖水一側(cè)的邊界層比冷水一側(cè)更不穩(wěn)定，邊界層高度也更高。Kim等[5]利用探空資料研究了海霧的季節(jié)發(fā)生頻率與邊界層類型之間關(guān)系，對流邊界層易發(fā)生在較冷的月份，海氣溫差大于0并且低層冷平流很強(qiáng)，這時低云多為層積云；穩(wěn)定邊界層多發(fā)生在較暖的月份，海氣溫差小于0，低層的暖平流增加了海霧的發(fā)生頻率，此時層云和海霧的發(fā)生頻率較高。張?zhí)K平等[6]在黃海邊界層變化與海霧關(guān)系的研究中指出，黃海邊界層高度存在的顯著季節(jié)變化與海霧的季節(jié)變化密切相關(guān)。Tanimoto等[7]在研究梅雨季節(jié)穿過黑潮延伸體的MABL結(jié)構(gòu)變化時指出，鋒面相對于黑潮延伸體經(jīng)向位置發(fā)生變化時，穿越黑潮延伸體的風(fēng)向?qū)l(fā)生改變，這將引起近海面大氣穩(wěn)定度及湍流熱通量的變化，從而改變MABL結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響云或霧的發(fā)生。涂靜等[8]在研究黃東海大氣邊界層高度時空變化特征時指出黃東海大部分海區(qū)邊界層高度季節(jié)變化呈現(xiàn)夏低、冬季高的單峰結(jié)構(gòu)，以及東高西低、南高北低的空間分布。廖國蓮[9]提出在影響大氣混合層厚度的眾多因子中，大氣穩(wěn)定度是決定大氣混合層厚度的最主要因子?？讚P(yáng)等[10]利用船載GPS探空資料分析黃東海上空春、秋季節(jié)的MABL高度特征時發(fā)現(xiàn),當(dāng)海氣溫差為正時，海氣溫差的大小對MABL高度有顯著影響。

由于探測手段及資料的局限，前人對中國近海MABL的研究較少，且大部分都是基于再分析資料或沿岸臺站資料進(jìn)行的氣候尺度分析。本文利用海上實(shí)測資料分析一次天氣尺度擾動過程對東海北部MABL結(jié)構(gòu)的影響，這將加深對我國近海MABL在天氣尺度擾動背景下的變化特征的認(rèn)識，為邊界層參數(shù)化方案的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1資料來源

1.1 船載資料

搭載在“科學(xué)三號”考察船上的各探測儀器包括GPS探空儀、自動氣象儀、云高儀、CTD儀等，得到海上實(shí)測數(shù)據(jù)。 (1)使用北京長峰微電科技有限公司自主研發(fā)的AF-06-A型GPS探空儀，經(jīng)內(nèi)置程序處理得到垂直方向上10m間隔的大氣溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。 (2)XZC6-1型船用自動氣象儀，隨船走航連續(xù)觀測，主要觀測氣溫(SAT)、氣壓、風(fēng)、濕度等，數(shù)據(jù)間隔為1min。同時，每隔1h人工記錄天氣實(shí)況，如能見度、天氣現(xiàn)象、云狀云量等。(3)使用芬蘭VAISALA公司生產(chǎn)的型號為CL31的云高儀，其發(fā)射激光脈沖信號得到后向散射系數(shù)，根據(jù)內(nèi)置程序得到云底高度等數(shù)據(jù)。(4)采用CTD(Conductance Temperature Depth)測得的深度為3m的海溫(SST)數(shù)據(jù)與用自動氣象站測得的氣溫(SAT)數(shù)據(jù)進(jìn)行海氣溫差的計算，用以討論海氣界面的穩(wěn)定度情況。

1.2 再分析數(shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)

(1)歐洲中心ECMWF提供的ERA-Interim再分析資料，1種高分辨率的全球范圍格點(diǎn)的數(shù)據(jù)集，空間分辨率為0.25(°)×0.25(°)，垂直共37層，時間間隔為6h。 (2)美國國家海洋和大氣管理局NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)提供的AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)海溫數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.25(°)×0.25(°)網(wǎng)格。(3)日本氣象廳MTSAT2紅外衛(wèi)星云圖。

2背景介紹

2.1 出海概況

2013年夏季，搭載“科學(xué)三號”考察船進(jìn)行了東海MABL結(jié)構(gòu)探測。為分析天氣尺度的擾動(鋒面過境)過程，本文選取東海北部DH1航段(6月29日03:48UTC至6月29日20:58UTC)。如圖1所示，各站位均位于30°N，隨時間自西向東分布。

(黑色粗線表示DH1航段;黑色圓點(diǎn)表示GPS探空氣球的釋放位置。

The ship track is superimposed with heavy black lines; The black dots indicate the GPS sounding stations.)

圖12013年6月29日的AVHRR海溫場(等值線)及

海氣溫差場(填色圖)

Fig.1AVHRR SST(rainbow contours,℃) and SST-SAT

(shaded,℃) at 29th in June, 2013

2.2 云系的觀測事實(shí)

從圖2中可以看到，從6月29日03UTC至29日21UTC，航測區(qū)域上空有大片云系覆蓋。在這一時間段內(nèi)，根據(jù)航行過程中的實(shí)時氣象觀測，除DH1-1站位出現(xiàn)小雨，其余站位都為多云天氣；地面天氣分析圖(圖略)海上舟山站此時為9～10個云量的不同高度的積云和層積云。

3鋒面過境對東海大氣邊界層結(jié)構(gòu)的影響

3.1 天氣背景流場

3.1.1 水平流場結(jié)合850hPa等壓面槽線、海平面氣壓場、10m風(fēng)場切變線和衛(wèi)星云圖等，作者知道這是一個典型的鋒面系統(tǒng)。根據(jù)地面天氣分析圖(圖略)，此鋒面是從中國東部一直延伸至西北太平洋地區(qū)的梅雨鋒。從6月21—30日，中國江淮地區(qū)及東海北部地區(qū)受梅雨鋒影響。DH1航段處于梅雨鋒準(zhǔn)靜止過程中暖氣團(tuán)占主導(dǎo)作用、鋒面向北移動的時間段。圖1中，DH1航段的7個站位處于同一緯度(30°N)，從DH1-1到DH1-7站位的過程中，航線自西向東跨越了3個經(jīng)度的范圍，相對于梅雨鋒長達(dá)數(shù)千公里橫貫東亞的大尺度范圍，站位的空間變化可以忽略，本文僅考慮時間上的變化。

850hPa等壓面場中，DH1航段所在位置上空受低壓槽控制，槽線隨時間向東北移動；海平面氣壓場中，10 m風(fēng)場切變線隨時間由南向北移動。6月29日06UTC，海平面10m風(fēng)場切變線位于28°N附近，航線處于切變線(鋒面)北側(cè)，海平面10 m風(fēng)向?yàn)闁|-東南風(fēng)(見圖3(d))；12UTC，10m風(fēng)場切變線位于29°N左右，航線上的風(fēng)向?yàn)槟?東南風(fēng)；隨鋒面系統(tǒng)繼續(xù)向北移動，到18UTC，航線所在區(qū)域由處于鋒面北側(cè)變?yōu)樘幱阡h面偏南，風(fēng)向隨之由東南風(fēng)變?yōu)槲髂巷L(fēng)(見圖3(f))。由此，作者知道鋒面過DH1航段的時間發(fā)生在12UTC到18UTC之間臨近18UTC。受鋒面過境的影響，DH1航段所在區(qū)域的海平面10m風(fēng)場散度由弱的輻散場變?yōu)檩^強(qiáng)的輻合場。

(紅色線段代表DH1航線。The red lines denote the location of DH1.)

(黑色粗線表示DH1航線，棕色線段為槽線，紅色線段為10m風(fēng)場切變線。 The heavy black lines denote the location of DH1, the brown lines represent the trough-line, and the red lines are the shear lines of 10m-wind above sea level.)

圖3(a)、(b)、(c)2013年6月29日06UTC、12UTC、

18UTC850hPa位勢高度場(等值線，gpm)；(d)、(e)、(f)2013年

6月29日06UTC、12UTC、18UTC海平面氣壓場(等值線，hPa)、

海平面10m風(fēng)場(風(fēng)矢量，m·s-1)及風(fēng)散度場(填色，10-5s-1)

Fig.3850hPa Geopotential height(contours at 8-gpm intervals)

at (a)06 UTC, (b)12UTC and (c)18UTC 29 Jun 2013.

Sea level pressure(contours at 1-hPa intervals), 10m wind

(vectors,m·s-1) and divergence at (a)

06 UTC, (b)12UTC and (c)18UTC 29 Jun 2013

3.1.2 垂向流場圖4中，29日06UTC，DH1航段上空700hPa高度以下的垂直運(yùn)動較弱，900hPa之下為下沉運(yùn)動，其上為上升運(yùn)動；12UTC，垂直運(yùn)動加強(qiáng)，除1000hPa高度出現(xiàn)下沉運(yùn)動外，其余高度層均為上升運(yùn)動；18UTC，船測站位上空的垂直運(yùn)動繼續(xù)增強(qiáng)，1000～700hPa整層皆為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動；到30日00UTC，DH1-7站位(125.99°E，6月29日20:58UTC)上空的垂直運(yùn)動減弱，850hPa內(nèi)為較弱的下沉運(yùn)動，850～750hPa為微弱的上升運(yùn)動，700hPa出現(xiàn)下沉運(yùn)動，這說明DH1-7站位可能處于上升運(yùn)動減弱并向下沉運(yùn)動轉(zhuǎn)換的時間段內(nèi)。相對濕度的大值區(qū)隨時間向東移動，但其高度呈下降趨勢，這與觀測存在差異，具體分析以實(shí)際觀測為準(zhǔn)。

DH1航段所在區(qū)域(123°E～126°E)緯向平均后的緯度-高度剖面圖中(見圖5)，可以看到30°N即為DH1航段所在位置，其上空的上升運(yùn)動在29日12UTC和18UTC時刻達(dá)到最強(qiáng)，700hPa以下的整層都為上升運(yùn)動，與圖3中DH1航段附近的風(fēng)場輻合帶位置一致，說明低層的風(fēng)場輔合是造成上升運(yùn)動的主要原因。到30日00UTC，鋒面北移至黃海南部，受黃海高壓控制，鋒面的影響減弱，30°N以北的垂直運(yùn)動轉(zhuǎn)為下沉運(yùn)動。相對濕度大值區(qū)隨時間向北移動的過程中受下沉運(yùn)動影響其高度逐漸下降。

3.2 低層大氣結(jié)構(gòu)的變化

3.2.1 云底高度的變化實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，整個航段過程中海溫的變化幅度在2℃以內(nèi)，除DH1-3站位海溫高于氣溫約0.5℃，海氣界面為弱不穩(wěn)定；其余站位均為氣溫高于海溫，海氣溫差都在-1.5～0℃之間，海氣界面為弱穩(wěn)定(見圖6(b))。

(藍(lán)色和紅色分別表示上升和下沉運(yùn)動?；疑摼€之間代表DH1航段上空。The blue and red vectors denote upward motion and downward motion, respectively. Spaces between gray dashed lines stand for DH1 line.填色圖：相對濕度(%)；等值線：位溫(K)；風(fēng)矢量：緯向風(fēng)(m·s-1)和垂直速度(10-2hPa·s-1。Relative humidity(shaded,%); Potential temperature(contour,K); Zonal wind(m·s-1) and vertical velocity(10-2hPa·s-1,vectors) .)

圖42013年6月29日06UTC(a)、12UTC(b)、18UTC(c)及6月30(d)日00UTC時刻30°N-經(jīng)度-高度剖面圖

Fig.4Meridional-height section of 30°N at (a)06UTC, (b)12UTC, (c)18UTC 29 and (d)00UTC 30 Jun, 2013

(藍(lán)色和紅色分別表示上升和下沉運(yùn)動;灰色虛線代表DH1航段所在緯度。 The blue and red vectors denote upward motion and downward motion, respectively. Gray dashed lines stand for the latitude of DH1 line.填色圖：相對濕度(%)；等值線：位溫(K)；風(fēng)矢量：經(jīng)向風(fēng)(m·s-1)和垂直速度(10-2hPa·s-1。Relative humidity(shaded,%), potential temperature(contour,K), meridional wind(m·s-1) and vertical velocity(10-2hPa·s-1,vectors).)

圖52013年6月29日06UTC(a)、12UTC(b)、18UTC(c)及6月30日(d)00UTC

時刻123°E～126°E平均-緯度-高度剖面圖

Fig.5Latitude-height section of average between 123°E～126°E at (a)06UTC,

(b)12UTC, (c)18UTC 29 and (d)00UTC 30 Jun 2013

(黑色圓點(diǎn)表示云高儀探測得到的云底高度(DH1-2站位附近缺測)。Black dots denote the cloud base determined from the ceilometer(There is no signal around DH1-2.)

圖6(a)沿DH1航線位溫(黑色等值線，K)、相對濕度(填色圖，%)及水平風(fēng)速(風(fēng)矢量，m·s-1)的GPS探空垂直剖面圖

(b)各站位實(shí)測海溫(藍(lán)色線，℃)、氣溫(紅色線，℃)、海氣溫差(黑色線，℃)

Fig.6(a)Longitude-height section of potential temperature(black contours at 1-K intervals) and RH(color shading, %)

and horizontal wind(vectors, m·s-1) observed by GPS sondes along DH1and (b)Shipboard marine meteorological observations

along DH1 for SST(blue line,℃), SAT(red,℃) and SST-SAT(black,℃)

從圖6(a)中可以看到，DH1-1站位受降水影響，2000m以下相對濕度較大；其余站位上空相對濕度隨高度的變化在一定程度上反映了云層的分布，大于70%的大值區(qū)由1000m之下逐漸抬升至2000m以上的高度。相對濕度大于70%的區(qū)域上空覆蓋有穩(wěn)定的逆溫層，根據(jù)盛裴軒等[11]提到的云物理學(xué)理論，云頂上方一般存在逆溫層，Yi等[12]的觀測結(jié)果也表明低云頂存在逆溫，認(rèn)為此逆溫層為云頂逆溫層。但該云層的發(fā)生發(fā)展也可能與鋒面有關(guān)。受鋒面抬升作用，鋒面過境導(dǎo)致航測區(qū)域表面風(fēng)場輻合增強(qiáng)，其上空700hPa以下低層大氣的上升運(yùn)動隨之增強(qiáng)，從DH1-3～DH1-6站位，云底高度由200m左右逐漸升高至1500m之上，云頂逆溫層的高度也隨時間由1000m逐漸升高至近2000m。結(jié)合云高儀探測的云底高度和云頂逆溫層高度，作者可以粗略判斷云層發(fā)展的厚度，自西向東的過程中站位上空的云層先增厚，后云體上下分離變薄形成垂直方向上不連續(xù)的多層云。鋒面過境過程使得局地低層風(fēng)向發(fā)生改變，由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)；風(fēng)向轉(zhuǎn)變帶來的西南暖濕氣流使得低層大氣溫度升高；受輻合上升運(yùn)動及鋒面對暖濕氣團(tuán)抬升的影響，鋒面過境后，1500～3000m高度的大氣相對濕度顯著增加。

排除DH1-1站位降水以及DH1-2站位近地面200m高度內(nèi)缺測的影響，本文選取其余5個站位的GPS探空資料分析鋒面過境對MABL垂直結(jié)構(gòu)的影響，其探測時間分別為世界時間09:32、12:37、15:38、18:25、20:58。

3.2.2 MABL垂直結(jié)構(gòu)的變化探空廓線10m以下氣象要素的劇烈變化可能是受船甲板的熱島效應(yīng)影響，暫不予以討論，忽略其變化。

按照Liu[13]對邊界層發(fā)展階段的描述，圖7中，除DH1-3站位的MABL為對流邊界層，其高度定義為穩(wěn)定層的底；其余站位的MABL均為穩(wěn)定邊界層，其高度定義為逆溫層的頂。DH1-3至DH1-7站位的MABL高度分別為220、160、250、260和100m，由于云層覆蓋，太陽輻射的貢獻(xiàn)減弱，MABL高度沒有呈現(xiàn)日變化特征。結(jié)合前面分析的鋒面過境時間和GPS探空得到的地面風(fēng)向轉(zhuǎn)變，眾所周知，DH1-5以西站位都處于鋒面北側(cè)，DH1-6和DH1-7站位處于鋒面南側(cè)。當(dāng)鋒面與站位距離越近，站位上空的上升運(yùn)動越強(qiáng)(見圖4)，在海氣界面穩(wěn)定度一致(SST-SAT<0)的情況下，MABL高度隨上升運(yùn)動增強(qiáng)而升高，故DH1-5和DH1-6站位的MABL高度明顯高于DH1-4和DH1-7站位。鋒面過境后500m以下風(fēng)向由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，帶來了較海洋上暖的陸地上的空氣，使得DH1-6和DH1-7站位500m以下的低層大氣溫度高于其它站位。結(jié)合云底高度(見圖6(a))，本文發(fā)現(xiàn)DH1-3站位的云底高度小于MABL高度，說明云底在MABL之內(nèi)；后半程受天氣尺度強(qiáng)烈的上升運(yùn)動影響，水汽抬升到更高位置，云層底部從MABL內(nèi)脫離，隨后，云逐漸破碎消散(圖略)。Zeng等[14]也曾提出:如果邊界層高度太低，邊界層與云層脫離，會阻斷海洋向云層的熱量、水汽以及湍流動能的垂直傳輸，加速云的消散。

(紅色實(shí)線表示MABL高度。The red lines stand for MABL height.)

DH1-3站位海溫高于氣溫約0.5℃，受海洋熱力作用造成的湍流混合影響，MABL近表面層為厚度在200m左右的混合層,其上覆蓋有逆溫層；DH1-5至DH1-7站位近表面層為穩(wěn)定的逆溫層?？讚P(yáng)[10]利用船載GPS探空資料分析黃海MABL高度特征時發(fā)現(xiàn)海氣溫差為正時，MABL為對流邊界層，并且海氣溫差在0.5℃左右時，混合層厚度為200m左右，海氣溫差為負(fù)時，MABL為穩(wěn)定邊界層。與前人一致的觀測分析表明，MABL類型與海氣界面穩(wěn)定度密切相關(guān)；并且，0.5℃的海氣溫差可能會導(dǎo)致近表面形成厚度為200m左右的混合層。

如圖8所示，DH1-4和DH1-7站位分別代表鋒面過境前后的大氣層結(jié)特征。DH1-4站位上空1 700～1 800m之間出現(xiàn)了逆溫層，逆溫層以下相對濕度較大，云底高度在200m左右(見圖6(a))，說明云集中分布在200～1700m之間，云層較厚。根據(jù)Nicholls, S.[15]對“退耦”一詞的解釋，“大氣層結(jié)退耦”現(xiàn)象為整層混合層被穩(wěn)定層分為上下兩層，穩(wěn)定層在溫度垂直廓線上體現(xiàn)為逆溫層，退耦高度為兩個混合層之間的穩(wěn)定層(逆溫層)出現(xiàn)的高度。DH1-7站位上空3 000m以下大氣溫度垂直廓線出現(xiàn)了多層退耦(逆溫)現(xiàn)象，主要分布在450～550m、1700～1850m及2550～2600m；此時，站位附近上空400、1700及2500m左右出現(xiàn)了多層云底高度，分別與退耦高度一致，二者之間必然存在某種聯(lián)系。這一時刻的海溫以及海氣溫差(見圖6(b))相較于前一時刻僅有數(shù)值上的微弱變化，海氣界面穩(wěn)定度未發(fā)生改變。從水平風(fēng)速的垂直廓線來看，逆溫層底的高度出現(xiàn)了風(fēng)隨高度順時針轉(zhuǎn)向，逆溫層之上風(fēng)隨高度逆時針轉(zhuǎn)向，這說明DH1-7站位上空有冷暖平流的交替分布，與DH1-7站位臨近時間的再分析資料也顯示其上空700 hPa以下存在冷暖平流的交替分布，說明退耦(逆溫)現(xiàn)象可能是由高低空冷暖平流差異所導(dǎo)致。受輻合上升運(yùn)動及鋒面對暖濕氣團(tuán)抬升的影響，DH1-7站位上空3 000m以下整層大氣相對濕度較大，伴隨大氣層結(jié)退耦的產(chǎn)生，云在垂直方向上變得不連續(xù)形成高度不同的多層云。DH1-4和DH1-7站位3 000m以下大氣相對濕度的垂直分布能夠反映鋒面過境前后云層的大概分布。過境前，云層較厚并且集中在2 000m以下。過境后，云在垂直方向上變得不連續(xù)形成多層云，上層云能發(fā)展至3 000m以上較高高度，云的結(jié)構(gòu)形態(tài)可能發(fā)生了改變。

(黑色代表DH1-4站位;紅色代表DH1-7站位。Black is DH1-4;Red is DH1-7.)

圖8溫度(實(shí)線，℃)、露點(diǎn)溫度(虛線，℃)及

水平風(fēng)速(風(fēng)矢量，m·s-1)的GPS探空廓線

Fig.8Vertical profiles of temperature(solid line,℃),

dew point(dashed line,℃) and horizontal wind

(vectors, m·s-1) observed by GPS sondes

4結(jié)論

利用船載GPS探空等儀器得到的實(shí)測數(shù)據(jù)，結(jié)合ERA-Interim再分析資料、衛(wèi)星資料對東海北部MABL在一次天氣尺度擾動(梅雨鋒過境)過程中的變化特征進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)受梅雨鋒影響，航測區(qū)域上空有低云覆蓋，太陽輻射的貢獻(xiàn)減弱，MABL沒有呈現(xiàn)日變化特征；在海氣界面穩(wěn)定度一致為負(fù)(SST-SAT<0)的情況下，MABL為穩(wěn)定邊界層，鋒面與站位空間上距離越近，站位上空增強(qiáng)的上升運(yùn)動使得MABL高度越高。

(2)梅雨鋒過境前后云層之上都覆蓋有較為穩(wěn)定的逆溫層，受鋒面抬升作用，云底高度和云頂逆溫層高度在鋒面過境后高度變高；鋒面過境導(dǎo)致航測區(qū)域上空700 hPa以下大氣的上升運(yùn)動增強(qiáng)，水汽上升到更高位置，云底從MBAL中脫離。

(3)梅雨鋒過境前，云層厚度較厚并且集中在2000m以下；受上升運(yùn)動及鋒面對暖氣團(tuán)抬升的影響，過境后，3000m以下整層大氣相對濕度較大，伴隨大氣層結(jié)退耦的產(chǎn)生，云在垂直方向上變得不連續(xù)形成高度不同的多層云，上層云能發(fā)展至3000m以上的高度。

5討論

(1)結(jié)合張?zhí)K平等[16]提出的黃東海云霧“南云北霧”的分布形態(tài)以及層云下降成霧的理論分析，從衛(wèi)星云圖上發(fā)現(xiàn)，航測時間段內(nèi)東海北部上空梅雨云系中的低層層云向黃海上空發(fā)展，說明東海上空的云系是黃海層云下降成霧的低云來源，這一點(diǎn)將在后續(xù)研究工作中繼續(xù)進(jìn)行。

(2)從圖3中可以看到，相對濕度大值區(qū)從06UTC到18UTC在東移的過程中呈下降趨勢，符合衛(wèi)星云圖中云的緯向位移，但與航行實(shí)測得到相對濕度不僅數(shù)值上有差異，高度上也存在差異，與云高儀探測到的云底高度不相符，這說明ERA-Interim再分析資料對于濕度場的描述整體趨勢是比較可信的，但還存在一定誤差，在進(jìn)行個例研究時要結(jié)合天氣實(shí)況分析這種可能的誤差對研究結(jié)果帶來的影響。

(3)結(jié)合前人根據(jù)實(shí)測資料的分析，作者發(fā)現(xiàn)MABL類型與海氣界面穩(wěn)定度密切相關(guān)，當(dāng)海氣界面穩(wěn)定度為正(SST-SAT>0)時，MABL為對流邊界層，海氣溫差的大小對MABL內(nèi)混合層厚度的影響以及二者之間的相關(guān)性還需要在今后工中作獲取更多的實(shí)測資料進(jìn)一步分析探討。

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責(zé)任編輯龐旻

Influence of Synoptic Scale Disturbance on the Atmospheric Boundary Layer Structure over the Northern East China Sea

WANG Lei1,2, ZHANG Su-Ping1

(1.The Key Laboratory of Physical Oceanography, Ministry of Eclucation, The Key Laboratory of Ocean-Atmospheric Interaction and Climate Laboratory University of Shandong Province, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2.Jiuquan Satellite Launch Center, Jiuquan 732750, China)

Abstract:This paper studied the influence of synoptic scale disturbance on the atmospheric boundary layer structure over the northern East China Sea based on the shipborne GPS sounding system, ceilometer during the cruise in June 2013. It is shown that there is no diurnal variation of the MABL height covered with clouds along the cruise under the influence of the baiu front. The height of the stable MABL increases when the front is nearby. There are stable inversion layer capping above the clouds. The heights of cloud-base and the inversion layer are both increase under the uplifting effect of the baiu front.The dramatic upward motion below 700hPa due to the passage of the baiu front facilitate the water vapor reach a higher level and help for the cloud-base separating from the MABL. The relative humidity under 3000m is larger after the passage of the baiu front. The clouds are broken into multi-layers clouds on different levels when decoupling of the atmospheric stratification occurs.

Key words:GPS sounding; marine atmospheric boundary layer; baiu front; low cloud; inversion layer

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20150187

中圖法分類號：P468.0+27

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-5174(2016)04-013-08

作者簡介：王磊(1987-)，女，碩士生。E-mail：wanglei_tang@163.com**通訊作者：E-mail：zsping@ouc.edu.cn

收稿日期：2015-05-19；

修訂日期：2015-07-17

*基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(411750006)資助

Supported by the National Natural Science Foundation of China (41175006)