渤海湾西海岸的观测研究外文翻译资料

渤海湾西海岸的观测研究

顾卫 朱莱茵 崔维佳

摘要：在渤海湾西海岸垂直于海岸线向内陆的地方建立了4个自动气象站，分别以10 分钟的间隔对2 m，4 m和12 m高度的风速和风速进行了调查。 在“海陆风”（海陆风）日，研究区内的海风向陆风的转换非常明显。海风的方向基本垂直于海岸，主要来自ENE和E方向，海风的持续时间因台站与海岸线的距离而异，近海风速大于内陆风速， 到达内陆。 晴天海陆风的发展比阴天有所增强。 可以为受海陆风影响的区域定义术语“海岸气候带”，海陆风在典型的海陆风日到内陆地区超过74公里，但在非典型的海陆风日不足10公里。

1. 引言

渤海是中国内陆海，范围从北纬37度至41度。例如大连、营口、唐山、天津和烟台良好港口使得渤海湾地区成为中国北方经济地区（图1）。渤海湾西海岸位于天津和河北省。天津滨海新区和河北省渤海新区目前正在建设中。这一建设使得当地经济繁荣，加快当地的城市化进程。人口快速增长改变了当地环境。它如今

面临污染，生态破坏和淡水资源过度使用的问题。

海陆风对于沿海地区微小气候有重要影响（Yv，1997）。从海风到陆风的过渡可以调节温度和湿度，影响空气污染物的扩散。内陆地区的城市化可以通过产生高温，低湿度和表面湍流改变现有的当地气候。城市化如何影响海陆风以及

海陆风如何改变当地的城市微小气候等有趣的问题还有待回答。另一方面，为了

解决渤海沿海地区缺水问题，研究人员发起了一项改变渤海冬季海冰的项目以

淡化水源，并完成了海冰海水淡化技术的实验(Shi et al., 2002; Xu et al., 2007)。冬季海冰的大规模开采可能会产生影响渤海的冬季气候。这是否会通过海陆风影响沿海气候仅是另一个问题。所以理解在大规模开发之前海陆风的原始情况非常重要。

海陆风的研究主要集中于观测和数值模拟。最初，Fisher（1960）使用船只

和飞机从土地和海洋获得海陆风的空间观测值。Kingsmill (1995)使用脉冲型多普勒雷达和双多普勒雷达进行观测。 Skakalova等人 （2003年）使用陆基气溶胶LIDAR（光检测和测距）南保加利亚黑海沿岸获得海陆风转场资料。通过这些新的观测技术，可以完整清楚地获取海陆风的三维结构。

关于模拟方法，Srinivas等人（2007）通过使用MM5模型研究调查了印度钦奈的海陆风。他们设计了Blackadar（BK）、中期预报（MRF）、Mellor-Yamada（MY）

和Gayno-Seaman（GS）四个广泛使用的边界层面湍流参数化方案。海陆风可以被所有方案模拟，BK和MRF比MY和GS产生更多的混合边界层。另外，还有实验研究也进行了1992年夏季萨罗尼克湾海岸线上的背景流场和海陆风之间的关系的调查 （Helmis等人， 1995）。三种海陆风被选中进行调查：海上、陆上和平行海岸背景流场。它显示海上背景流场将生成一个强大的海风锋，而陆上和平行海岸背景流场则导致较弱海风锋。风的旋转表现了与背景流场之间重要关系：逆时针旋转至西风背景流场，顺时针旋转至东风背景流场。Melas等人（1998）分析了拥有复杂地形的雅典城附近的海陆风。 比较现场数据和数值模拟结果，海陆风循环主要特点包括表面风型、海陆风锋和垂直延伸的内陆渗透、强度以及垂直涡的昼夜变化热扩散。

中国的海陆风观测研究起源于20世纪50年代，即朱（1955）的台湾海陆风分析。1976年，北京大学地球物理系（TDRGRU，1979）观测辽宁省锦州西海岸的海陆风，这是中国大陆第一个关于海陆风的研究。它分析了当地海陆风环流的频率，强度和切换高度，并从海陆风的空间温度场变化分析了空气污染的离散性。

二十世纪八十年代以后，周（1987）和Kong与Ou（1998）分别对浙江沿海和广西北部海域海陆风进行了统计分析。丁等人（2004）使用中尺度MM5模式模拟了香港附近的海陆风。结果表明，海陆风可以推迟直到中午有海上风向。海风锋能够穿透内陆约60公里并达到海上最大120-150公里。

图1：渤海和它的沿海区域

之前的研究主要依靠单点气象站和几天短期观测的数据。原因是中国通常情况下没有具有足够时空分辨率的气象站网来获取海陆风的毎日変化。选择黄骅作为我们研究区的主要原因是我们拥有北京师范大学的海冰探测实验中心，它为自动气象台站提供了理想的观测环境。气象站的建立距离海岸线越来越远。冬季与夏季能观测到海陆风。研究沿海平原海陆风的转换特征和影响区域。数据分析将主要集中在海陆风的风向转换、持续时间、风速、空间范围和变化。

1. 研究区域的实验设计和背景资料

黄骅市位于环渤海与环京津一个重要的“双环”地带，紧邻天津市大港区。

它是国家跨世纪神华工程黄骅港所在地，也是渤海新区重要组成部分。黄骅市介于东经 117°05E–117°49，北纬 38°09N–38°39之间。因为这个地区人为影响最小以及初步城市化使其适合这种类型的研究。黄骅位于暖温带地区，属于半湿润气候。受季风影响，季节分明：夏季潮湿多雨，冬季干燥寒冷。年平均气温为12°C，年降水量为627毫米。

气象台站设置在沿东西方向从海岸到内陆一条线上，包括赵家圃港口（站1）、十三队（站2）、国元（站3）、中华友谊农场（站4）、黄骅（站5）、李天目（站6）以及沧州（站7）（图2）。第4、5和7站是当地气象部门拥有的已经存在的气象台站。另外四个是我们的研究小组建立的 (Table 1)。观测站位于地势低平坦而无山的沿海平原。台站的高度范围0~20米，农田是整条站线主要的自然景观，总共74公里。这些条件非常有利于海陆风和沿海气候的观测以及研究。

气象仪器和观测区间一致按照国家标准设置。观测区的景观包括农田，村庄

和小城镇，所以观测包括风向和速度不只在12米高度（气象站的风观测标准高度），也有在2米（农田平均高度）和4米（村庄和城镇的平均高度），以便更详细地了解海陆风对当地生产和生活的影响。温度和相对湿度在1.5米以及地表温度也包括在内。通过校准自动仪器以10分钟间隔记录所有气象要素。于2005年11月17日至12月1日，2006年1月6日至1月16日和2006年7月15日至7月23日进行观测。由于预先存在的台站每天观察三到四次，数据对于彻底分析过于稀少，所以这项研究主要基于从我们建立的气象站获得的数据。

图3显示了观测期当时的日温度变化。可以看出日最高温出现在不同季节的不同时间。第一个观测期（秋季）时，平均时间为14:50沿海和内陆14:40（图3a）; 在第二个观测期（冬季）期间，平均时间为15:10沿海和内陆13:00（图3b）; 在第三个观测期（夏季）期间，平均时间是沿海14时10分和内陆13时（图3）。相反，日最低温的出现时间随季节和到海岸的距离的不同而变化不大，这在所有地区几乎相同。

1. 海陆风方向和海陆风日的定义

渤海湾被陆地环绕成弧形，因此陆风方向的范围大于海风的范围。考虑到站点的分布，NE，ENE，E和ESE是海风的方向; SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW是陆风的方向，静风既不是海风，也不是陆风。剩下的四个方向基本上与被排除在外的海岸线平行。根据Yv（1997）提供的标准，每日海陆风的出现和转换可分为四个区间：陆风（0：00-7：50），陆风转换到海风（8：00-11：50），海风（12：00-19：50），从海风转换到陆风（20：00-23：50）。数据每隔10分钟收集一次，24小时内收集数据共计144次。海陆风日是由每四个时间间隔的海风和陆风的明显频率决定的。具体标准如下：在陆风间隔0：00-7：50内，陆风频率应ge;50％，海风频率le;25％；在海风间隔12：00-19：50内，海风频率应ge;50％，陆风频率le;25％。此外，在选定的海陆风日，24小时陆地表面风速应在10m / s以内。在一个海陆风日，所有的标准都应该在同一时间得到满足。

根据海陆风日之前的标准，对这四个气象站进行了数次统计分析（2005年11月11日至2005年12月1日，2006年1月6日至2006年1月16日，2006年7月15日至2006年7月23日）。选择 2005年12月1日2006年1月15日和2006年7月22日作为符合标准条件的日期，并作为代表性样本进行分析渤海湾西岸的海陆风特征。

1. 结果与讨论

4.1、在12米高处海陆风方向的日变化

海陆风的季节分布不均匀：秋冬季节海陆风频繁，春夏季节海陆风少（Yv，1997）这是因为在秋季和冬季，昼夜温度变化有相当大的变化，这是海陆风发展的关键热力环境 (朱，等人,2009).不容易被检测到的海陆风的日常生成情况可能会被大规模背景风场的增强所掩盖(唐和曾, 1988; Helmis, 1995)。因此，只有当大尺度背景风力弱时，才能观测到海陆风日的发生。这项研究将0°设为正北方向。随着该角度增加，相应的方向以逆时针方式改变。这意味着90°对应正西，180°对应正南，270°对应正东。风向 - 时间变化特征通过将观测到的风向数据与时间作图而获得。以6号站为例（图4），在海陆风日（2006年1月15日和2006年7月22日），从90°到90°的明显风向变化可以清楚地看到从海风到陆风的明显变化180°。相反，在非海陆风日（2006年1月16日和2006年7月18日），风向变化相对较小，范围从45°到90°。从夏季和冬季两个典型海陆风日的观测结果可以看出，夏季海风和陆风的转换时间比冬季更快。其原因可能是夏季由于太阳辐射较强，导致海陆风的陆地和海洋温差阈值很容易和迅速地达到。

4.2、 海陆风方向在12米高处的频率

通过分析测量期间每个台站记录的所有海陆风日获得海风方向的频率 (表 2)。渤海湾西海岸的海风主要来自ENE和E方向，基本垂直于海岸线。这与Atkinson（1987）的研究结果相符。 海风方向频率占调查总风量的48.33％，ENE和E方向占全部海风方向的66.32％。

4.3、 海陆风在12米高度的持续时间

海风的持续时间因台站与海岸线的距离而异。海岸线上第一个站点海风的持续时间最长，平均跨度10〜11小时，第六个站点海风持续时间最短，平均跨度8小时。这是因为海风循环从海岸向内陆发展，这种微风需要一段时间才能到达内陆。海风的持续时间也与季节以及海风的起始时间有关。在夏季，太阳升起较早并产生较强的辐射。这使得海陆风循环在海洋和内陆之间的必要温差发展更快。 因此，海风的持续时间较长，出现较早，大约早上8点左右。 在冬季，太阳升起后会产生较弱的辐射，因此海风稍后在中午12点左右出现，持续时间较短。 夏季（7月）海风的持续时间比冬季（12月和1月）长两小时。

4.4、海陆风速度在12 m高度处的变化

沿海风速明显大于内陆风速，随着向内陆移动而减小。如图4和图5a所示，在海陆风日，每个站点的风速模式相似，但沿海站点的风力明显强于内陆站点。 在冬季（2006年1月15日），海风出现在12:00左右，峰值风速在14:00左右出现。 夏季（2006年7月22日），海风早8点左右出现，峰值出现在9点左右。 在非海陆风日（图5b），海岸风的变化表现出与两个内陆站记录相似的模式，并且没有明显的每日高峰记录。

计算并绘制海岸（第1个站点，到海边0公里），近海岸（第2个站点，到海边6.8公里）和内陆（第6点，到海边54.5公里）的12米风速差的绝对值 。在海陆风日，海岸和内陆之间的风速差异大于海岸和近海之间的风速差异。在冬季（2006年1月15日），海岸与内陆之间的风速差异可高达4米/秒，而海岸与近海之间的最大差异仅为1米/秒。在夏季（2006年7月22日），海岸与内陆之间的风速差异可能高达8米/秒，而海岸与近海岸之间的差值为6米/秒（图6a）。在非海陆风日，海岸和内陆之间的风速差异不如海陆风日大。在非海陆风日的一天内可能会出现更多的高峰（2-3）（图6b），而海陆风日的高峰期则为单峰。

4.5、晴天和阴天海陆风的差异（三个高度）

海陆热量差异是造成海陆风的原因，热量差异的日变化不仅与季节有关，而且与天气条件密切相关。 晴朗的天气有利于海陆风生成，因为到达地表太阳辐射增强，从而产生更大的海陆温差。 阴天对海陆风生成不利，因为太阳辐射被云雾吸收并反射，到地表太阳辐射会损失大部分能量，因此海陆温差较小。

图7显示了晴天和阴天之间海陆风风向变化的差异。可以看出，无论什么季节，阳光明媚的日子（2005年11月24日和2006年7月22日）都有显着的S海陆风发展，海风的持续时间为8至11小时。 阴天（2005年11月23日和2006年7月15日）没有海陆风。

4.6、海陆风的空间范围和沿海地区海陆风气候的概念

海陆风在沿海地区最为明显。然而，作为一种大气现象，海陆风的影响不仅仅局限于海岸附近，因为它可以在海洋和内陆之间输送冷空气或暖空气。输送距离主要取决于海陆热差异日变化程度。

不同学科对海岸带有不同的定义。在海洋学中，该区域被定义为海滩附近的水覆盖区域，潮间带区域和超级滨海区域的沿海陆地部分。在地理上，它被认为是从海岸基线扩散的土地集合体（陈，1996）。在经济学上，它包括内陆地区、沿海土地、沿海水体、近海水域和公海（吴和陈，2001）。

如果我们将海陆风作为界定沿海地带的标准，那么沿海地带是否也可被视为受海陆风影响的地带？ 如果是这样，海陆风的边界可以看作是沿海气候带的边界。空气温度和湿度的变化以及空气污染物在这个区域的扩散在一定程度上应受到海陆风的影响。我们小组在这项研究中设立的四个台站基本上排列成一条从东到西的直线，垂直于海岸线。通过比

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