海洋大气边界层结构在夏季黑潮延伸体附近转变的观测分析外文翻译资料

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海洋大气边界层结构在夏季黑潮延伸体附近转变的观测分析

摘要

几乎平行分布在日本东部的梅雨锋和黑潮延伸体锋区是中纬度西北太平洋地区大气和海洋夏季主要的特征。罗杰bull;雷维尔在2005年的夏天进行了一项船上大气探测活动，通过连续的地表气象观测和岩石测量云基观测，探究黑潮延伸体横截面对大气的影响。在巡航期间，当黑潮延伸面几乎保持静止时,梅雨锋面显示出通过黑潮延伸面时经向风发生了极大的改变。较大的海表面温度(SST)梯度的存在使强热湿平流增强,导致海气边界层结构的变化。当梅雨锋移动到黑潮延伸体北面时,西南平流增暖、亚热带地区潮湿的空气覆盖在寒冷的水面上,产生表面对流，有利于雾的形成。另一方面，当梅雨锋南移的时候，偏北风在通过黑潮延伸体的时候破坏了边界层的稳定性，在强大的逆温层下形成一个固体的低云。梅雨锋南北移动以及风的变化会导致近地面大气稳定性和湍流热通量发生巨大的变化，从而与深对流和雾/低云形成潜在的反馈。

1.介绍

在西北太平洋日本主岛本州岛东面，在北部边缘的副热带环流和黑潮区地区海温所具有丰富的结构和相蜿蜒的黑潮延伸和夹断的中尺度涡之间有一点的联系。狭窄的黑潮喷雾表现出更大的年代际变化对流域尺度在地面龙卷方面的变化做出回应。强的海洋平流和深冬季混合层允许地下的变化去影响海温和海面热通量。日本东强SST梯度所保持的在海气边界层的大气斜压性已被建议作为重要的大气风暴。虽然大多数的黑潮–大气相互作用的研究迄今已基于模型或模型同化分析，但是在大气垂直探测方面的资料一直很缺乏，阻碍了描述和理解黑潮延伸体在大气中影响的过程。

在2003 / 04的冬天tokinaga等人（2006）进行的全球定位系统（GPS）探空探测仪在船上研究血管通过了黑潮延伸体。他们报告通过大气的干扰大气混合层的天气发生调整。大气混合层的发展超过1500米，垂直风和黑潮延伸体偏北冷平流有联系，与冷空气通道产生联系。相比之下，偏南的暖平流，抑制混合层和强的垂直风切变的发展。这些结果表明混合层的调整变化会改变近地面大气稳定性导致在SST和黑潮延伸体附近的风速以及其他通过卫星微波测量得到的额外的热带海温锋面之间存在一种正相关。

2005暑假期间，我们在KE地区进行了一项类似于在科研船上的大气探测活动，通过连续激光云高仪和地面气象观测的补充。和冬季不同的是，在KE地区夏天的气候的特点是一个叫做叫梅雨/梅雨锋的对流雨带和占据了整个北太平洋中纬度和极地北面的广泛低云。这样低的云的表现时空变化大对于夏天保持低频的SST异常检测是极为重要的。

图1描述了我们夏季调查期间观测到的SST、表面风和降水的分布.。在我们的研究区域（图1中的黑盒子），随着SST从23℃降低到刚刚超过20℃，KE面固定在东京东面的一个超过100千米带状区域里，（358–368n）。梅雨梅雨雨带从中国通过我们的研究区域的东部延伸到北太平洋东北部。从南汇集而来的西南方向的地面风移动到雨带集中的亚热带暖湿地区和副极地冷/干燥的空气团相遇。在我们的研究区域，降水带和相关的强表面气流往往局限于准稳态黑潮延伸带偏暖的一侧，暗示了SST的影响。

从2005年夏天在KE地区巡航调查的研究报告结果看出，强大的海温在KE面的南北这一块变现的最为显著。据我们所知，这是在通过KE面的夏季梅雨锋下的第一个成功的大气探测活动。通过日本二宫地区的报告表明（1984），梅雨/梅雨锋在东中国海的特点是一个明显的湿度的经向梯度而不是温度，而日本东部不仅伴随着很强的湿度梯度还有温度梯度。我们的黑潮延伸体系统研究提供了一个独特用来研究梅雨锋和KE锋相互作用类型的机会。作为第一步，我们专注于KE边界层结构包括低云层的影响。通过月平均资料看出，大气梅雨锋面大致排列在我们的研究区域的KE面前，但前者表现出在天气的时间尺度上的强烈的变化。我们发现边界层大气随着梅雨锋面北移和在海洋上的准静止KE面的南移经历了重大的变化。而我们将使用了一段资料，本研究探讨的机制可能会对KE面附近的气候年代际变化理论产生影响。

在论文的其余部分，第2部分介绍了现场活动和数据。第3部分介绍了在运动过程中海洋和大气条件并提出了通过KE的垂直剖面的观测结果。第4部分讨论了梅雨的影响。第5部分总结与讨论。

2.观测和数据

在这部分（多诺霍等人2008），一个从2005年的6月17到7月16由斯克里普斯大学海洋研究所的罗杰·雷维尔在考察船上做的关于黑潮和黑潮再循环的一项海洋和大气系统的联合调查 。目前的研究主要集中在通过KE面大气探测到的在两子午断面完成要超过三天表明由海洋锋影响边界层。图2a和2b显示探空站（绿色的X标记）沿断面覆盖在同期海温场（颜色）。通过对这两个断面进行详细分析得出，他们在地理上接近但却代表以西南风和偏北风以及地面风为主要特征的大气条件。第一样花了1.5天完成（图2A；此后线）11次探测，从2005年7月11日05时10分 UTC 开始的蜿蜒的KE面的冷侧站A1到结束于2005年7月12日18时46分UTCD的温一侧的A11站（34.378n，145.998e）。第二张图是由六个GPS探空组成从2005年7月13日7时41分在KE面 暖的一侧B1站开始半天后线A的西侧到2005年7月14日7时33分结束的冷侧站B6。

图1 在KESS-05巡航期间（2005年6月17日 - 7月16日）平均的AMSR-E SST（间隔1°C的等值线），降雨量（阴影区域，mm/天）和QuikSCAT地面风（矢量，m s^-1）。 插图矩形表示巡航的研究区域。

在研究船上，我们使用了最新型的GPS探空仪（维萨拉rs92-sgp）来测量空气温度，相对湿度（RH）、压力、每2秒测量一次海面约20公里的平流层中的风速。探测器的数据被发送到车载接收器并且线性插值的垂直间隔设定为10米，我们使用从表面一直到4.0km的数据来研究海洋大气边界层高度。

云基地通过安装在桥顶的云高仪每隔1分钟测量一次（维萨拉ct25k东京大学海洋科学与技术学院）。在每次测量中，测高仪发射一列垂直的脉冲激光束并且记录12 s的平均后向散射信号。然后测高仪自动报告多达三的由生成算法以及背散射谱检测的云底高度（卡恩等人2004；1999）。

关于海温、气温（SAT），表面风速、湿度、降水、太阳辐射的表面海洋气象观测隔1分钟监测一次。除了RH我们都使用60分钟运行的平均值。由于RH记录包含一些误差，我们在1分钟的时间间隔中使用原始记录。作为衡量近地面的静态稳定性，我们使用S=SST-SAT坐标来计算。S的正（负）值表示近地面大气不稳定（稳定） 。4.2℃和3.1℃之间陡俏的SST的变化分别被记录在线A和B中。

为了在kess-05巡航过程中捕捉海洋和大气的天气条件，我们采用地球观测系统中先进的微波扫描辐射计测海温和遥感系统测降水，在0.25°格做为期3天的运行以及快速散射计在0.25°得网格中每周（QuikSCAT）测一次海面风矢量积（刘等人2000）。

我们还利用中尺度气象业务分析（m-anal）远东地区（20°–50°N，120°–150°E）资料由日本气象厅（JMA）提供，包括风速、温度和对流层低层的湿度（975，950，925，900，800，和700 hPa），该资料每隔6小时记录一次范围在纬距0.20°times;经距0.25°网格中可用。从kess-05巡航中探测到的数据并没有融入中尺度气象分析中。

3.梅雨锋跨越黑潮延伸体SST时MABL的变化

a.海洋和大气的天气条件

在线A和B的3天观察期内，SST（图2a中的阴影区域）沿着36°N显示陡峭的前沿，具有集中在36°N，146°E的冷环流和冷海洋涡流。 涡流的直径约为1℃times;1℃。 线A几乎是纬向的（图2a）并穿过位于KE面北部的冷涡流，而线B位于涡流以西并且穿过KE的SST前面（图2b）。 正如从海洋的大热容量所预期的，在时期A和B中SST几乎相同。

图2（a）2005年7月11日前后的3天航行期间测量的AMSR-E SST（彩色阴影部分，°C），相当位温在850hPa（等值线间隔1-K）和A阶段的第一天（从7月11日06时UTC到2005年7月12日00时UTC）的中尺度分析的平均地表风。 （b）如（a）段，但B段（2005年7月13日00时 - 2005年7月13日18时的中尺度分析）。 （a）和（b）中的十字符号分别表示沿着线A和B的探测站。 （c）中尺度分析在35°N，145°E的相当位温（颜色线条，K）和风速度（矢量，m s^-1）的时间随高度的剖面图。

在这3天的时间里，梅雨锋从中国东部长江下游几千公里，穿越日本，进入北太平洋西部。 仔细观察JMA表面天气图表明在A期（图3a）期间，梅雨锋前沿位于KE前沿的北侧，然而在B期（图3b）期间偏移到其南侧。 如卫星红外（IR）图像中所示,线A（图3c）由高度云（即较低的云顶温度）覆盖，从沿着梅雨锋前沿的44°N、152°E处的表面低位向西南延伸，而线B（图3d）处于梅雨锋北部的低层云（具有更高的云顶温度）。

图 3. JMA地面气象图（a） 2005年7月11日00 和UTC（b） 2005年7月13日 00时 UTC显示了梅雨锋。 船舶航迹，线A和B，分别在（a）和（b）中与重黑色线重叠。 （c），（d）来自地球静止环境卫星-9（GOES-9）的红外图像。 船轨道与重绿色线重叠。 卫星图像由Kochi大学提供（信息在线http://weather.is.kochi-u.ac.jp/）和JMA。

随着梅雨锋从A期到B期的南移，黑潮延伸体中的海温前沿在358N、1458E的低层大气经历了快速变化（图2c）。具体来说，中尺度气象分析中在等效位势温度（ue）上显示出减小的幅度为8 K，西南风快速减速15 m /s，而经向风的分量从 2005年7月12日12时到18时UTC风向发生变化，表明梅雨锋在这段时间内通过这个位置。因此，A9的探测位置（34.95°△N，7月12日04时24分）仍然位于梅雨锋的南部，而A10的最后两次探测（7月12日14点21分 UTC，34.708N）和A11（7月12日18点46 分UTC时，34.378N） 沿线A受到如下所述的梅雨锋扰动的影响。对于B期，梅雨锋总是位于B线的南侧。虽然梅雨锋靠近，但没有在报告船的任何横断面表面降雨。一致地，在时段A和B的七个AMSR-E快照中没有一个指示探测区域（未示出）中有任何降水。

在这些快速变化的时期A期间，表面是西南风，并且在850hPa（ue850）经向位移的最大值处汇聚，这与梅雨锋南侧的潮湿空气相关（图2a）。 这与图1中的月平均条件相似。 由于西南部ue850的暖湿平流较高，在线A上范围从337到342 K（图2a中的轮廓）。 在B期（2005年7月13日00点-18点UTC）的第一天，地表风在KE SST面上向北旋转，在850hPa（＞340 K）向南偏移（图2b）。 在B线上，在850hPa ue降低10K至327-333K。

如本节其余部分所述，通过温度和湿度的表面平流的相关变化，梅雨锋相对于固定的黑潮延伸体的经向位移引起大气边界层的具大变化。

图4.（a）沿着线A由GPS探测器观测到的假相当温度（间隔1-K的等值线）和RH（阴影区域，％）的纬度随高度剖面图。白点表示云高仪确定的云底。 船沿着线A的海洋气象观测（b）SST（蓝色线条，°C）和SAT（红色，°C），（c）SST-SAT（S;蓝色曲线，°C），100％ -近地面相对湿度（黑色折线，%）（d）表面纬向（黑色，m s^-1）和经向（灰色，m s^-1）风速和（e）海洋表面饱和比湿度（蓝色，g kg^-1）和表面比湿度 （红色，g kg^-1）。 除了RH，显示的都是60分钟运行平均值。 对于RH，采用原始的1分钟间隔。

b.线A下表面的西南气流

图4显示沿线A的观测，其穿过冷海洋涡（35.5°-36.1°N），然后是黑潮延伸体陡峭的海温面（35.2°-35.3°N），并且最终到达在35.2°N以南的温水池中。黑潮延伸体的海温相当强，海温在不到20公里（35.25°N）内变化48℃。与在线A上海温变化78℃相反，SAT对应的经向梯度更宽松，在超过90km范围内变化48℃（从36.0°至35.2°N）; SAT的轮廓与西南风温暖平流一致，与近地表大气底层海温对海洋锋的迎风侧接近平衡和在其下风侧缓慢调整并迅速下降的SST。结果，在黑潮延伸体较暖一侧近表面分层几乎是中性的（-0.5°＞S＞-1.7°C），而在其较冷一侧和在冷的较冷一侧上它是强稳定的（S＜-4℃） 涡流（图4c中的蓝色曲线）。 （表面上的小波纹变量记录是由于海洋水文观测的停止，每次持续几个小时。）（备注:SAT surface air temperature 近地面大气温度）

图5，站A4（黑色）和A9（灰色）处的空气温度（实曲线，°C）和露点（虚线，°C）的垂直分布。

图5显示出了在黑潮延伸体的较暖侧近中性区域（站A9在; 34.95°N）的探测（灰色曲线）。它表明近地面混合层的特征和1100 m处的主要变化。中间在300和550米处有两次逆温。图4a显示具有几乎均匀的虚拟势温的表面混合层在黑潮延伸体（A8-A9）较暖侧壁上的近中性状态下形成，并且分层在混合层顶部（在30

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