大氣波導(dǎo)對雷達(dá)探測和無線電通訊有重要影響,是世界各國國防關(guān)注的熱點(diǎn)之一。近年來,我國對大氣波導(dǎo)的關(guān)注和投入與日俱增。然而,廣闊海洋上觀測數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏與長期連續(xù)的大范圍觀測難以實(shí)施等現(xiàn)狀,嚴(yán)重制約了大氣波導(dǎo)的理論研究�，F(xiàn)有針對我國近海大氣波導(dǎo)分布特征的統(tǒng)計(jì)研究由于時(shí)間和空間分辨率較低,與實(shí)際應(yīng)用還存在較大差距。對于大氣波導(dǎo)的演變機(jī)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(jìn)行研究,而對大氣波導(dǎo)的熱力和動(dòng)力特征演變機(jī)理的深入研究相當(dāng)少。隨著大氣數(shù)值模式的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用,高時(shí)空分辨率的數(shù)值模擬已逐漸成為研究大氣波導(dǎo)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(jié)果,統(tǒng)計(jì)分析中國近海大氣波導(dǎo)的發(fā)生規(guī)律和分布特征,并在此基礎(chǔ)上借助數(shù)值模擬詳細(xì)研究典型天氣過程中大氣波導(dǎo)的演變機(jī)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(dǎo)的時(shí)空分布特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,探討了其氣候?qū)W成因,對我國近海大氣波導(dǎo)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(dǎo)進(jìn)行了高時(shí)空分辨率的數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結(jié)果,采用經(jīng)驗(yàn)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(dǎo)形成的天氣學(xué)特征；同時(shí)還利用模擬結(jié)果進(jìn)行了蒸發(fā)波導(dǎo)的直接診斷,分析了蒸發(fā)波導(dǎo)的季節(jié)變化與海洋環(huán)流和海面氣象條件的相關(guān)關(guān)系；然后,利用MM5模擬研究了一次黃海海霧過程中大氣波導(dǎo)的發(fā)生規(guī)律；之后,選用比MM5更先進(jìn)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(jìn)行了一系列的數(shù)據(jù)同化對比試驗(yàn),找到了對于大氣波導(dǎo)模擬最佳的同化方案,在此基礎(chǔ)之上模擬并研究了我國東部和東南沿海海陸風(fēng)過程中大氣波導(dǎo)的演變機(jī)理；論文最后討論了各種大氣數(shù)值模式在大氣波導(dǎo)研究中的優(yōu)勢,對大氣波導(dǎo)問題進(jìn)行了展望。 借鑒氣象上成熟的研究方法,本文對于大氣波導(dǎo)的研究手段有所創(chuàng)新：(1)將EOF方法引入大氣波導(dǎo)研究中。本文中依據(jù)大氣數(shù)值模擬結(jié)果確定東南海域的低空波導(dǎo)樣本,利用EOF方法找出有利于該局部海域波導(dǎo)產(chǎn)生的主要天氣形勢。此方法可有效應(yīng)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(xì)化近海面垂直分層,直接進(jìn)行蒸發(fā)波導(dǎo)的模擬,而不必依賴于蒸發(fā)波導(dǎo)模型,避免了對于氣象要素輸入的敏感性和局地經(jīng)驗(yàn)參數(shù)選擇的局限性。 本文的主要結(jié)論有：(1)中國近海大氣波導(dǎo)出現(xiàn)概率及波導(dǎo)類型的變化與東亞季風(fēng)活動(dòng)緊密關(guān)聯(lián),季風(fēng)是其氣候?qū)W成因；夏季時(shí)渤、黃、東海沿岸海域大氣波導(dǎo)明顯增多,與海陸風(fēng)局地環(huán)流有關(guān)。(2)對于中國東部局部海域,當(dāng)位于冷高壓偏南側(cè)、或熱帶低壓的西北側(cè)、或南部高壓與北部低壓之間時(shí),依次對應(yīng)著有利于產(chǎn)生低空大氣波導(dǎo)的三種主要天氣形勢：第一種形勢(約占41%)下的波導(dǎo)高度較高(約1300-1500m),第二種形勢(約占7%)下的波導(dǎo)強(qiáng)度較大(約17M),它們的共同點(diǎn)是輻散下沉形成穩(wěn)定逆溫層且大氣低層較強(qiáng)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(dǎo)的主要原因。(3)蒸發(fā)波導(dǎo)的空間分布受中國近海海洋環(huán)流的強(qiáng)烈影響,存在一個(gè)與黑潮區(qū)域相一致的帶狀波導(dǎo)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(yīng)海域蒸發(fā)波導(dǎo)出現(xiàn)概率高于其周圍海域。(4)大氣波導(dǎo)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(dá)到50%/100m,而導(dǎo)致大氣波導(dǎo)發(fā)生在霧頂100～200m的高度內(nèi)；同時(shí)霧體的輻射冷卻作用使大氣層結(jié)穩(wěn)定度增強(qiáng),波導(dǎo)層強(qiáng)增大；大氣波導(dǎo)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(fēng)影響,我國東部和東南沿海大氣波導(dǎo)地出現(xiàn)具有顯著的日變化規(guī)律；海風(fēng)時(shí),陸地干空氣上升并在海上下沉,與低層的潮濕空氣形成強(qiáng)烈的水汽梯度,同時(shí)空氣被壓縮增溫,形成熱內(nèi)邊界層,大氣波導(dǎo)就發(fā)生在其中；陸風(fēng)時(shí),海上水汽垂直混合,波導(dǎo)消失,在有地形作用下形成的背風(fēng)波時(shí),這個(gè)過程更加迅速。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(dǎo)概述
        1.2.1 蒸發(fā)波導(dǎo)
        1.2.2 表面波導(dǎo)
        1.2.3 懸空波導(dǎo)
    1.3 研究歷史回顧
    1.4 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.4.1 蒸發(fā)波導(dǎo)
        1.4.2 低空波導(dǎo)
    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(dǎo)的統(tǒng)計(jì)研究
    2.1 數(shù)據(jù)和處理方法
    2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評估
    2.3 大氣波導(dǎo)出現(xiàn)概率的時(shí)空分布
    2.4 大氣波導(dǎo)特征量的時(shí)空分布
    2.5 大氣波導(dǎo)成因的初步分析
    2.6 小結(jié)
3 基于MM5模擬結(jié)果對大氣波導(dǎo)的統(tǒng)計(jì)研究
    3.1 模擬設(shè)置
    3.2 診斷方法
    3.3 模擬結(jié)果檢驗(yàn)
    3.4 低空波導(dǎo)分析
        3.4.1 出現(xiàn)概率的時(shí)空分布
        3.4.2 特征量的時(shí)空分布
        3.4.3 局部海域低空波導(dǎo)的天氣學(xué)特征
        3.4.4 小結(jié)
    3.5 蒸發(fā)波導(dǎo)分析
        3.5.1 統(tǒng)計(jì)特征
        3.5.2 海洋大氣環(huán)境對蒸發(fā)波導(dǎo)的影響
        3.5.3 小結(jié)
4 海霧過程中的大氣波導(dǎo)
    4.1 觀測事實(shí)
    4.2 天氣形勢
    4.3 模擬設(shè)置
    4.4 模擬結(jié)果
    4.5 機(jī)理分析
    4.6 小結(jié)
5 海陸風(fēng)過程中的大氣波導(dǎo)
    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(yàn)方案設(shè)計(jì)
        5.2.3 試驗(yàn)個(gè)例選取
        5.2.4 敏感試驗(yàn)
        5.2.5 試驗(yàn)結(jié)果比較
        5.2.6 小結(jié)
    5.3 海陸風(fēng)過程中大氣波導(dǎo)的WRF數(shù)值模擬
        5.3.1 東部沿海海陸風(fēng)過程中的大氣波導(dǎo)
            5.3.1.1 模擬結(jié)果
            5.3.1.2 機(jī)理分析
            5.3.1.3 小結(jié)
        5.3.2 東南沿海海陸風(fēng)過程中的大氣波導(dǎo)
            5.3.2.1 觀測事實(shí)
            5.3.2.2 天氣形勢
            5.3.2.3 模擬結(jié)果
            5.3.2.4 機(jī)理分析
            5.3.2.5 小結(jié)
6 討論與展望
    6.1 討論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡歷
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 成印河;薛宇峰;朱鳳芹;;海上低空大氣波導(dǎo)及其應(yīng)用綜述[J];工程研究-跨學(xué)科視野中的工程;2013年01期

2 袁夏玉;高山紅;王永明;張守寶;;一次海霧過程大氣波導(dǎo)形成機(jī)理的數(shù)值研究[J];中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年01期

3 劉桂艷;高山紅;王永明;陳學(xué)恩;;臺風(fēng)外圍下沉區(qū)大氣波導(dǎo)成因的數(shù)值模擬[J];應(yīng)用氣象學(xué)報(bào);2012年01期

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1 劉桂艷;臺風(fēng)與海陸風(fēng)過程中大氣波導(dǎo)成因的數(shù)值研究[D];中國海洋大學(xué);2012年

2 袁夏玉;黃海海霧過程中海上大氣波導(dǎo)形成機(jī)理的數(shù)值研究[D];中國海洋大學(xué);2012年

本文編號：2876394