【摘要】：大氣波導(dǎo)是一種異常大氣折射現(xiàn)象,對(duì)于電磁波在大氣中的傳播有著顯著的影響,因此在軍事上具有極大的利用價(jià)值與應(yīng)用前景。大氣波導(dǎo)可發(fā)生在不同的天氣條件或天氣形勢(shì)下,其形成原因、變化機(jī)理與數(shù)值預(yù)報(bào)長(zhǎng)期以來(lái)一直是軍事海洋氣象學(xué)研究中的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。本文選取0920號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“盧碧”以及2016年一次西北太平洋遠(yuǎn)海副熱帶高壓環(huán)流背景下發(fā)生的強(qiáng)海上大氣波導(dǎo)過(guò)程開展研究,內(nèi)容主要包括大氣波導(dǎo)成因分析、邊界層參數(shù)化方案中湍流特征參數(shù)的不確定性分析以及對(duì)大氣波導(dǎo)模擬影響研究等。論文利用高垂直分辨率GPS探空資料與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心再分析資料,對(duì)0920號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“盧碧”引發(fā)的強(qiáng)海上大氣波導(dǎo)的生成原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:此次臺(tái)風(fēng)型波導(dǎo)主要發(fā)生在臺(tái)風(fēng)環(huán)流西側(cè)外圍的弱下沉運(yùn)動(dòng)區(qū),其形成有幾個(gè)先決條件,一是中層850hPa高壓帶斷裂,在高空槽后的偏北氣流、大陸高壓東側(cè)及臺(tái)風(fēng)西側(cè)偏北氣流的接力輸送下,北方大陸干空氣被不斷向南輸送至臺(tái)風(fēng)西側(cè)外圍形成顯著的干舌;二是海洋作為水汽源通過(guò)湍流運(yùn)動(dòng)向低層大氣輸送水汽,加上臺(tái)風(fēng)在低層的輻合抽吸作用使洋面低層大氣處于高濕狀態(tài);三是低層1000hPa高壓帶的維持阻止了大陸干空氣的南下,使得臺(tái)風(fēng)西側(cè)的低層大氣仍然可以保持相對(duì)高濕,從而形成了典型的濕度隨高度銳減層和強(qiáng)波導(dǎo)現(xiàn)象。另外海上對(duì)流邊界層頂夾卷層內(nèi)的逆溫和濕度銳減對(duì)此次強(qiáng)波導(dǎo)的形成也有貢獻(xiàn)。論文基于WRF模式(3.8版本),對(duì)0920號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“盧碧”引發(fā)的強(qiáng)海上大氣波導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。通過(guò)與GPS下投式探空的實(shí)測(cè)對(duì)比表明,WRF模式具有模擬海上大氣波導(dǎo)的能力,臺(tái)風(fēng)型大氣波導(dǎo)以懸空波導(dǎo)為主且主要分布在臺(tái)風(fēng)外圍的洋面上,與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、眼墻結(jié)構(gòu)相比,與臺(tái)風(fēng)尺度和螺旋雨帶的模擬效果關(guān)系更為密切。邊界層物理過(guò)程是影響大氣波導(dǎo)發(fā)生發(fā)展的重要條件,改進(jìn)和優(yōu)化邊界層參數(shù)化方案是提高大氣波導(dǎo)數(shù)值模擬準(zhǔn)確率的重要途徑。在WRF模式(3.8版本)提供的邊界層參數(shù)化方案中,YSU與ACM2方案(兩者均屬于非局地K理論方案)整體而言對(duì)這次臺(tái)風(fēng)型波導(dǎo)過(guò)程的模擬效果較好,但依然存在對(duì)波導(dǎo)特征量(特別是強(qiáng)度和頂高)的模擬效果不夠理想的缺陷。研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論是對(duì)于YSU還是ACM2方案,形態(tài)參數(shù)pfac都是影響大氣波導(dǎo)模擬最重要的湍流特征參數(shù)(其默認(rèn)取值均為2.0),減小pfac的取值可以增大邊界層內(nèi)的湍流熱量、水汽交換系數(shù)K_h,使K_h極值出現(xiàn)的高度逐漸抬升,混合層中上部至夾卷層內(nèi)K_h的垂直梯度絕對(duì)值明顯增大,即意味著夾卷層厚度的顯著減小和邊界層頂?shù)奶?從而使模擬的波導(dǎo)頂高提升的同時(shí)伴隨著波導(dǎo)強(qiáng)度的維持甚至是增強(qiáng)。本文研究認(rèn)為,對(duì)臺(tái)風(fēng)型大氣波導(dǎo)個(gè)例而言,形態(tài)參數(shù)pfac在YSU方案與ACM2方案中分別取1.0與1.5更為合適。這可能與臺(tái)風(fēng)型大氣波導(dǎo)除了受不穩(wěn)定層結(jié)引起的熱力湍流增強(qiáng)作用(對(duì)流邊界層),還受很強(qiáng)的風(fēng)切變(強(qiáng)風(fēng)條件)引起的機(jī)械湍流增強(qiáng)的影響,本身的湍流交換強(qiáng)度就比一般情況下更大。論文基于高垂直分辨率GPS探空觀測(cè)資料與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心再分析資料,對(duì)2016年西北太平洋遠(yuǎn)海高壓型強(qiáng)大氣波導(dǎo)的生成原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:此次高壓型波導(dǎo)主要受到遠(yuǎn)海高壓的影響,下沉氣流將高空干空氣輸送到低空,促進(jìn)了濕度銳減層的形成,進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)大氣波導(dǎo)現(xiàn)象,而高壓下沉運(yùn)動(dòng)加劇了對(duì)流邊界層頂?shù)母采w逆溫對(duì)此次強(qiáng)波導(dǎo)的形成也有貢獻(xiàn)。與臺(tái)風(fēng)型波導(dǎo)類似,YSU與ACM2方案能夠較好地模擬此次高壓型波導(dǎo)過(guò)程,形態(tài)參數(shù)pfac仍是影響模擬結(jié)果最重要的參數(shù)。有趣的是,盡管高壓型個(gè)例中機(jī)械湍流增強(qiáng)作用稍弱,整體的湍流交換強(qiáng)度不如臺(tái)風(fēng)型個(gè)例,但兩種邊界層方案中形態(tài)參數(shù)pfac同樣取1.0與1.5更為合適,這可能與高壓下沉運(yùn)動(dòng)引起的較強(qiáng)覆蓋逆溫的貢獻(xiàn)有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P732
【圖文】：

國(guó)防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文1.2 研究進(jìn)展1 大氣波導(dǎo)基礎(chǔ)知識(shí)大氣的折射狀態(tài)受到大氣溫度、濕度、氣壓等氣象要素的影響。由于這素在垂直方向上分布并不均勻，所以大氣折射狀態(tài)也具有垂直方向上不的特征，為了定量地表征大氣的折射狀態(tài)，需引入大氣修正折射率(M式 1.1; Bean and Dotton 1968；戴福山等 2002），以及大氣波導(dǎo)現(xiàn)象存在0Mdz （波導(dǎo)陷獲層）。陷獲層頂所在的高度就是波導(dǎo)頂所在的高度，陷 M 等于陷獲層頂 M 的高度稱為波導(dǎo)底。5277.6 5.6 3.75 10 0.157P e eM zT T T

據(jù) 0dMdz （波導(dǎo)陷獲層）。陷獲層頂所在的高度就是波導(dǎo)頂所在的高度，陷獲層以下 M 等于陷獲層頂 M 的高度稱為波導(dǎo)底。5277.6 5.6 3.75 10 0.157P e eM zT T T (1.1)圖 1.1 大氣波導(dǎo)傳播與大氣波導(dǎo)（引自戴福山等（2002））大氣中通常存在三類大氣波導(dǎo)（圖 1.2）：表面波導(dǎo)、懸空波導(dǎo)、蒸發(fā)波導(dǎo)。

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本文編號(hào)：2719781