江苏近海大气边界层风场特征研究

The marine boundary layer wind field is one of the most important factor in synoptic and climate processes, have import influence on human living and activities. The understanding of the temporal and spatial characteristics of marine boundary layer wind field will help improve marine meteorological service and marine wind energy development. The project will take Jiangsu costal area as the research field (1) to employ an new turbulence flux parameterization scheme, LGLC, in WRF model for improving the numerical skill of marine boundary layer wind field; (2) to assimilate the satellite remote sensing data -synthetic aperture radar data, and evaluate with the buoy station and automatic station observations to discuss the validation. The project will (1) improve the WRF simulation performance of marine boundary layer wind fields with new turbulence flux parameterization scheme and satellite remote sensing data assimilation; (2) get the marine boundary layer wind field characteristics of Jiangsu costal area under different synoptic backgrounds.

海上风场在天气气候系统中起着重要作用，密切影响人类的生产生活。研究海上大气边界层风场的特征及变化规律，有助于提高海洋气象预报水平、充分合理开发海上风能资源。本项目拟以江苏近海为研究区域，开展以下工作：（1）将LGLC湍流通量参数化方案耦合至WRF模式，提高海上边界层风场的模拟能力；（2）尝试将合成孔径雷达遥感风场反演资料同化至WRF模式中，探索其适用性；（3）研究近海大气边界层风场特征，重点关注平均风、湍流特征、风切变、海面风应力分布等特征，以及其时间变化规律，探讨不同天气过程对海上大气边界层风场特征的影响机制。预期（1）通过WRF模式中湍流通量参数化方案改进和卫星资料同化的探索，尝试提高其在大气边界层风场特征研究中的模拟效能；（2）获得不同天气背景下江苏近海大气边界层的风场特征。

作为最贴近海洋表面的大气层，海上大气边界层是大气和海洋之间物质和能量交换的通道。海上边界层风场特征密切影响人类的生产生活。本项目以江苏近海为研究区域，将LGLC湍流通量参数化方案耦合至WRF模式，提高海上边界层风场的模拟能力；尝试将合成孔径雷达遥感风场反演资料同化至WRF模式中，探索其适用性；研究近海大气边界层风场特征及其时间变化规律。研究表明：（1）将LGLC湍流参数化方案耦合至WRF模式，在夏季可以改善江苏近海低层风场风速的模拟效果，而在其它季节则没有改善效果，因此在夏季采用。（2）ASAR合成孔径雷达反演风场和QuikSCAT卫星反演风场和地面实测吻合度较高，可以作为没有直接风观测的海上区域的补充。将卫星遥感资料反演获得的风场同化至WRF模式中，和未同化的情况相比，提高了近海风场的模拟效果，这说明该资料可以用于近海大气边界层风场研究。(3)结合模拟结果和多种地面观测资料，研究发现在江苏大部分海域10米年平均风速多为5.5m/s-6.0m/s，北部海域略小；风速呈双峰型变化，11月至1月风速最大，4月至5月次高，8月最小；风速日变化呈弱单峰型，中午风速较小，其它时刻略大。风向有明显的季节性，NNW-N-NNE是冬季盛行风，ESE-SE-SSE是夏季盛行风，受地形引导的影响，距离海岸线越近，偏东南风所占比例越高。（4）江苏海岸线附近的风切变指数为0.139-0.187，随着向海面延伸，风切变指数迅速减小。风速在海岸带地区由海洋向内陆迅速增加，总体呈现指数衰减规律，海风的变化比陆风更明显，夏季的变化比其它季节更明显。近地层湍流强度在0.07-0.28之间，阵风系数在1.1-1.8之间；夏季湍流强度和阵风系数最大，春秋季次之，冬季最小；低层大气的湍流强度和阵风系数更大，季节变化也更明显；湍流强度和阵风系数随高度增加而迅速减小，基本遵循负指数规律。