南极下降风观测与数值模拟研究

在南极冰盖坡度较大的沿岸地区，经常出现一种因为近表层相对冷却导致近表层空气逆上升，在坡状表面上由于逆抬升力的作用下将沿坡面加速向下运动，由此产生了闻名的下降风。下降风将受科氏力作用而发生偏转并受地形摩擦作用的影响，同时它也受自由大气气压梯度的影响。南极中山站沿岸的下降风对我国南极考察物资卸运、航空飞行具有很大的威胁。利用多普勒声雷达进行东南极中山站下降风发生的时间、频率和强度的观测，研究其发生过程的物理机制。通过观测资料和卫星遥感资料的综合分析，建立数值模式进行南极下降风数值模拟，并与实时观测数据、卫星遥感资料进行对比分析研究，探索下降风的发生规律，为我国的南极内陆考察天气预报保障提供完整、可靠的风场资料，同时也将为我国南极考察在中山站卸货期间提供安全保障。

南极下降风的分布形态决定了南极大陆近表层风场的主要特征，下降风的形成是地面辐射冷却降温，冷空气沿南极大陆斜坡向下流动所致。南极中山站沿岸的下降风对我国南极考察物资卸运、航空飞行具有很大的威胁。本项目利用南极气象站实测资料、多普勒声雷达资料进行东南极中山站下降风发生的时间、频率和强度的观测，研究了其发生的物理过程。在气象站资料和卫星遥感资料的综合分析基础上，使用极地大气数值模式对南极下降风进行了数值模拟研究。研究结果表明，夏季晴天时，南极中山站的下降风一般在傍晚开始出现，在次日中午之前逐渐减弱，风速有显著的日循环特征。受南极大陆大尺度地形的影响，中山站下降风的风向恒定为偏东风。我们选取南极中山站2010年1月的夏季下降风个例，使用常规地面气象观测资料和Polar WRF极地大气数值模式进行了分析研究，发现中山站夏季夜间晴天出现下降风时，风速的变化趋势与近表层气温呈负相关，相关系数为-0.91。模拟得到的风速最大值出现的高度大致为100至150米，与之相对应的逆温层厚度约为200至300米，逆温强度约为4~6℃。由于地面摩擦作用，中山站下降风在近地面风向为东南，随着高度的增加，风向逆时针偏转，并最终趋于与等高线平行。在下降风发生时，近地层大气存在逆温现象，下降风风速越大的时段，近地层逆温越强。下降风在逆温消失后的较短时间内尚不能完全消失，由此形成了较稳定的风向空间分布特征。本项目的研究将为我国的南极考察天气预报保障提供完整、可靠的风场资料，同时也将为我国南极考察在中山站卸货期间提供安全保障。