夏、冬季风背景下南海北部沿岸边界层波导研究

Boundary layer duct (BLD) along coastal region is intimately associated with the formation of the marine atmospheric boundary layer (MABL) or internal boundary layer (IBL) and comprises strong vertical refractivity gradient structures. It has great scientific significance and great value for propagations of radio waves and functions of surveillance equipment. Study of the BLD has been the hot issue recently.. The project focuses on observed characteristics of the BLD along the coastal region near the northern South China Sea (NSCS) based on integral observational network during the summer and winter monsoon periods. Based on the observed data and historical data, using the mesoscale weather numerical model, relation of MABL to BLD is analyzed under the monsoon conditions, as well as monthly and seasonal variations of the BLD. The non-dimensional gradient functions are improved and then used for evaporation duct model. Further, the mechanisms and evolution of the BLD for NSCS are researched with numerical simulations.

海洋沿岸低空大气波导与海洋大气边界层或内边界层密切相关，是具有异常大气折射率的大气层结。大气波导存在对于评估和预测沿海雷达探测、通信系统等具有重要的科学意义和应用价值，是研究的热点问题。. 本项目针对南海北部沿岸海域，拟在夏、冬季风期间，精心设计观测方案，开展沿岸边界层波导观测试验。在观测数据和历史数据基础上，结合中尺度天气数值模式，研究夏、冬季风作用下低空大气波导与海洋大气边界层关系，分析边界层波导特征月变化、季节变化及其影响因素；修正拟合近地层中普适函数，发展蒸发波导预测模式；阐明南海北部沿岸边界层波导（包括蒸发波导）形成机制和变化规律。

海洋大气环境中，大气波导是海面上具有异常垂直大气折射率梯度大气层结。研究南海低空大气波导环境对于评估和预测海上目标探测、无线电通信系统等具有极为重要的科学意义，对提高现有系统的工作能力以及设计更合理的雷达、通信系统等具有重要的应用价值。南海是大气波导高发区，尤其是沿岸边界层波导发生规律其发生机制和规律还不清楚。因此该项目针对南海大气波导开展相关实验观测、发生机制和规律开展了研究。. 针对南海北部近岸开展低空大气波导的观测实验。2017年11-12月课题组联合中国电子科技集团第22所在博贺基地进行GPS探空观测，同时在海洋大气边界层观测塔上开展湍流观测和梯度气象观测，一直持续到2019年平台维护。同时收集了自1998年以来多年的南海GPS探空数据。这为项目研究提供了数据保障。.该项目对南海边界层波导开展了相关研究。针对一些再分析数据的南海适用性进行了评估，评估了ERA-I再分析数据计算的大气折射率。3 000 m以下修正大气折射率误差在低层偏小，并且会发生小幅震荡，边界层顶以上偏大。在识别的波导参数中，波导高度最准确，波导厚度偏厚，强度偏小。在此基础上，开展了南海低空大气波导，研究了其气候学特征。南海大气波导特征季节变化和月变化明显，较暖的春、夏季发生多，较冷的秋冬季节低，北部比南部发生概率高，其分布特征与降水、风向密切相关。同时研究了中国近海的低空大气波导，春季最容易发生大气波导，其次是夏季、秋季和冬季，季节变化与南海相似；空间上渤海、黄海、东海发展变化较大，南海变化较小；波导厚度和强度均呈现出明显的半年期震荡。基于WRF模式研究了不同海表面温度对南海低空大气波导影响，精确的SST 对低空大气波导数值模拟影响最大，其次是更新周期；在最优方案中子网格模拟的大气波导正确率和发生概率分别提高了11.8%和10.4%，虚报率降低了2.4%。