大氣波導對雷達探測和無線電通訊有重要影響,是世界各國國防關注的熱點之一。近年來,我國對大氣波導的關注和投入與日俱增。然而,廣闊海洋上觀測數(shù)據(jù)嚴重缺乏與長期連續(xù)的大范圍觀測難以實施等現(xiàn)狀,嚴重制約了大氣波導的理論研究�，F(xiàn)有針對我國近海大氣波導分布特征的統(tǒng)計研究由于時間和空間分辨率較低,與實際應用還存在較大差距。對于大氣波導的演變機理,國內(nèi)研究主要從電波傳播理論分析和天氣形勢診斷角度進行研究,而對大氣波導的熱力和動力特征演變機理的深入研究相當少。隨著大氣數(shù)值模式的快速發(fā)展與廣泛應用,高時空分辨率的數(shù)值模擬已逐漸成為研究大氣波導的重要手段。本文旨在利用大氣再分析數(shù)據(jù)與大氣數(shù)值模擬結果,統(tǒng)計分析中國近海大氣波導的發(fā)生規(guī)律和分布特征,并在此基礎上借助數(shù)值模擬詳細研究典型天氣過程中大氣波導的演變機理。 本文首先利用2006-2007年NCEP-FNL大氣再分析數(shù)據(jù)對中國近海大氣波導的時空分布特征進行了統(tǒng)計分析,探討了其氣候學成因,對我國近海大氣波導特征有了較為全面的了解；接著基于大氣模式MM5,對2007年全年中國近海大氣波導進行了高時空分辨率的數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結果,采用經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分解方法研究了影響我國東部局部海域低空波導形成的天氣學特征；同時還利用模擬結果進行了蒸發(fā)波導的直接診斷,分析了蒸發(fā)波導的季節(jié)變化與海洋環(huán)流和海面氣象條件的相關關系；然后,利用MM5模擬研究了一次黃海海霧過程中大氣波導的發(fā)生規(guī)律；之后,選用比MM5更先進的WRF模式及其三維變分系統(tǒng)(3DVAR),利用盡可能豐富的特性層探空觀測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),進行了一系列的數(shù)據(jù)同化對比試驗,找到了對于大氣波導模擬最佳的同化方案,在此基礎之上模擬并研究了我國東部和東南沿海海陸風過程中大氣波導的演變機理；論文最后討論了各種大氣數(shù)值模式在大氣波導研究中的優(yōu)勢,對大氣波導問題進行了展望。 借鑒氣象上成熟的研究方法,本文對于大氣波導的研究手段有所創(chuàng)新：(1)將EOF方法引入大氣波導研究中。本文中依據(jù)大氣數(shù)值模擬結果確定東南海域的低空波導樣本,利用EOF方法找出有利于該局部海域波導產(chǎn)生的主要天氣形勢。此方法可有效應用于其他局部海域。(2)利用成熟的中尺度大氣模式,通過合理精細化近海面垂直分層,直接進行蒸發(fā)波導的模擬,而不必依賴于蒸發(fā)波導模型,避免了對于氣象要素輸入的敏感性和局地經(jīng)驗參數(shù)選擇的局限性。 本文的主要結論有：(1)中國近海大氣波導出現(xiàn)概率及波導類型的變化與東亞季風活動緊密關聯(lián),季風是其氣候學成因；夏季時渤、黃、東海沿岸海域大氣波導明顯增多,與海陸風局地環(huán)流有關。(2)對于中國東部局部海域,當位于冷高壓偏南側、或熱帶低壓的西北側、或南部高壓與北部低壓之間時,依次對應著有利于產(chǎn)生低空大氣波導的三種主要天氣形勢：第一種形勢(約占41%)下的波導高度較高(約1300-1500m),第二種形勢(約占7%)下的波導強度較大(約17M),它們的共同點是輻散下沉形成穩(wěn)定逆溫層且大氣低層較強的水汽平流造成較大的水汽垂直梯度；第三種形勢(約占4%)下,平流過程是形成大氣波導的主要原因。(3)蒸發(fā)波導的空間分布受中國近海海洋環(huán)流的強烈影響,存在一個與黑潮區(qū)域相一致的帶狀波導高出現(xiàn)概率區(qū)域,臺灣暖流、黃海暖流和對馬暖流使得在某些季節(jié)相應海域蒸發(fā)波導出現(xiàn)概率高于其周圍海域。(4)大氣波導與海霧過程有著緊密聯(lián)系,對于黃海平流海霧,霧頂水汽垂直梯度可達到50%/100m,而導致大氣波導發(fā)生在霧頂100～200m的高度內(nèi)；同時霧體的輻射冷卻作用使大氣層結穩(wěn)定度增強,波導層強增大；大氣波導比海霧對水汽條件更敏感,一旦發(fā)生水汽的垂直混合便迅速消失。(5)受海陸風影響,我國東部和東南沿海大氣波導地出現(xiàn)具有顯著的日變化規(guī)律；海風時,陸地干空氣上升并在海上下沉,與低層的潮濕空氣形成強烈的水汽梯度,同時空氣被壓縮增溫,形成熱內(nèi)邊界層,大氣波導就發(fā)生在其中；陸風時,海上水汽垂直混合,波導消失,在有地形作用下形成的背風波時,這個過程更加迅速。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：P732
【文章目錄】：
摘要
Abstract
圖目錄
表目錄
1 前言
    1.1 研究意義
    1.2 大氣波導概述
        1.2.1 蒸發(fā)波導
        1.2.2 表面波導
        1.2.3 懸空波導
    1.3 研究歷史回顧
    1.4 國內(nèi)外研究進展
        1.4.1 蒸發(fā)波導
        1.4.2 低空波導
    1.5 本論文研究內(nèi)容
2 基于大氣再分析數(shù)據(jù)對大氣波導的統(tǒng)計研究
    2.1 數(shù)據(jù)和處理方法
    2.2 數(shù)據(jù)質量評估
    2.3 大氣波導出現(xiàn)概率的時空分布
    2.4 大氣波導特征量的時空分布
    2.5 大氣波導成因的初步分析
    2.6 小結
3 基于MM5模擬結果對大氣波導的統(tǒng)計研究
    3.1 模擬設置
    3.2 診斷方法
    3.3 模擬結果檢驗
    3.4 低空波導分析
        3.4.1 出現(xiàn)概率的時空分布
        3.4.2 特征量的時空分布
        3.4.3 局部海域低空波導的天氣學特征
        3.4.4 小結
    3.5 蒸發(fā)波導分析
        3.5.1 統(tǒng)計特征
        3.5.2 海洋大氣環(huán)境對蒸發(fā)波導的影響
        3.5.3 小結
4 海霧過程中的大氣波導
    4.1 觀測事實
    4.2 天氣形勢
    4.3 模擬設置
    4.4 模擬結果
    4.5 機理分析
    4.6 小結
5 海陸風過程中的大氣波導
    5.1 WRF模式的選用及簡介
    5.2 同化方案的確定
        5.2.1 觀測數(shù)據(jù)
        5.2.2 試驗方案設計
        5.2.3 試驗個例選取
        5.2.4 敏感試驗
        5.2.5 試驗結果比較
        5.2.6 小結
    5.3 海陸風過程中大氣波導的WRF數(shù)值模擬
        5.3.1 東部沿海海陸風過程中的大氣波導
            5.3.1.1 模擬結果
            5.3.1.2 機理分析
            5.3.1.3 小結
        5.3.2 東南沿海海陸風過程中的大氣波導
            5.3.2.1 觀測事實
            5.3.2.2 天氣形勢
            5.3.2.3 模擬結果
            5.3.2.4 機理分析
            5.3.2.5 小結
6 討論與展望
    6.1 討論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷
發(fā)表的學術論文

【引證文獻】

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本文編號：2876394