基于降尺度方法的入海中尺度對流過程模擬

胡田田 易笑園 吳 迪 林 毅 朱男男

1)(天津海洋中心氣象臺，天津 300074)2)(天津市海洋氣象重點實驗室，天津 300074)3)(天津市氣象臺，天津 300074)4)(中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300)

引 言

中尺度對流系統(tǒng)是產(chǎn)生冰雹、龍卷、雷暴大風(fēng)和對流性暴雨等災(zāi)害性天氣的主要系統(tǒng)[1-3]。對流的發(fā)展既受大氣環(huán)流、水汽輸送、不穩(wěn)定能量和垂直風(fēng)切變等條件影響[4-6]，也受陸地和海洋下墊面結(jié)構(gòu)特征影響，這種影響主要通過改變邊界層熱力、動力過程及地氣、海氣間熱量輸送與水分循環(huán)，進而改變大氣的溫濕結(jié)構(gòu)和垂直運動[7-8]。地表、海表熱通量變化、水汽條件變化及海陸熱力差等對強對流天氣觸發(fā)和維持的影響機制不同。判斷一個對流單體入海時加強還是減弱，應(yīng)從海岸線附近的溫濕特性、地面風(fēng)輻合情況、大氣層結(jié)穩(wěn)定性3個方面綜合考慮[9-10]。渤海位于北半球中緯度地區(qū)，東連西北太平洋，是我國北方近封閉的內(nèi)海，與遼寧、河北、山東、天津三省一市相連，具有獨特的溫帶海域氣候特征。環(huán)渤海地區(qū)是強對流天氣的高發(fā)區(qū)，陸地和海上的強對流主要受海陸分布影響[11-13]。海洋下墊面使冷池出流邊界具有更明顯的溫度梯度和氣壓梯度[14]。來自海洋的系統(tǒng)性偏東風(fēng)氣流和海風(fēng)輻合線的形成，配合不穩(wěn)定條件，對強對流有觸發(fā)、組織和加強作用[15]。因此，局地海氣相互作用是研究環(huán)渤海地區(qū)強對流過程的重要因素。

研究表明:海上濕度等要素場對沿海地區(qū)臺風(fēng)降水和對流性降水預(yù)報有重要影響[16-18]。中尺度對流系統(tǒng)在近?；蚝Ｉ习l(fā)生時，常常伴有較強的垂直運動[19]。中尺度對流系統(tǒng)的下沉氣流能夠?qū)⒑１砻鏌嵬吭黾?個量級[20]。由陸地入海的中尺度對流系統(tǒng)在下墊面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，對流強度也將發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)：光滑的渤海水面對入海的近地面風(fēng)有增強作用，使風(fēng)場輻合加強，對流更加活躍，但也阻礙了輻合線的移動，使颮線移速趨緩[21]。海表溫度、水汽及熱通量變化影響入海強對流。較冷的海表溫度經(jīng)常通過冷卻行星邊界層限制大氣的不穩(wěn)定性，減弱對流發(fā)展[22]。對近?；蚝Ｉ蠌妼α魈鞖膺M行數(shù)值模擬時發(fā)現(xiàn)，近海的海氣相互作用對大氣影響不可忽視，不考慮局地海氣相互作用，則模擬的降水與海溫變率與觀測差異較大[23]。因此，采用海-氣-浪雙向耦合模式模擬入海強對流過程，以便充分考慮海洋下墊面對強對流的影響。

然而，由于大多數(shù)耦合模式同時考慮大氣、海洋的雙向數(shù)據(jù)傳輸，在耦合模式中隨意調(diào)整模擬區(qū)域、時空分辨率以及實現(xiàn)多層嵌套模擬有一定難度。為了利用有限計算資源模擬復(fù)雜地形下中尺度對流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，往往需要模式具有更高分辨率。將較低分辨率物理場信息提高精度的過程稱為降尺度。目前，降尺度主要包括統(tǒng)計降尺度和動力降尺度。其中基于統(tǒng)計學(xué)方法進行的統(tǒng)計降尺度是利用歷史觀測資料建立大尺度預(yù)報因子與天氣尺度要素的統(tǒng)計關(guān)系，應(yīng)用于不同區(qū)域的天氣過程分析[24]，這種方法需要的計算資源較少，但物理機制分析不足。基于動力學(xué)方法的動力降尺度是利用低分辨率模式模擬結(jié)果，提供初邊界條件，輸出高分辨率的中尺度模擬信息[25]。動力降尺度是獲取高分辨率中小尺度數(shù)值模擬的有效手段，天氣模式WRF(Weather Research and Forecasting)是實施動力降尺度的主要工具，能夠輸出公里級甚至百米級的模擬結(jié)果。動力降尺度具有物理意義明確、可獲取較高分辨率資料的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域[26-28]。動力降尺度方法也被用于海氣耦合模式中[29]。

本文將采用海-氣-浪雙向耦合模式，模擬陸地進入渤海灣的兩次中尺度對流過程，并通過動力降尺度方法提高模擬結(jié)果分辨率。對比分析入海后強度變化不同的兩次中尺度對流系統(tǒng)中海氣相互作用的差異性。

1 資料和方法

本文利用天津市氣象科學(xué)研究所開發(fā)的海-氣-浪耦合模式(RMAPS-Ocean V1.0)和動力降尺度方法，對2018年5月12日20:00—22:00(北京時，下同)和2018年7月13日13:00—17:00兩次入海中尺度對流過程進行模擬對比。這兩次過程均經(jīng)渤海灣由陸地移至海上，5月12日過程對流系統(tǒng)入海后強度逐漸減弱(減弱型過程)，7月13日過程對流系統(tǒng)入海后強度逐漸加強(增強型過程)。

RMAPS-Ocean海-氣-浪耦合模式是由大氣模式WRF、海洋模式POM(Princeton Ocean Model)和海浪模式WW3(Wavewatch III)組成，其中大氣模式WRF被設(shè)定為單層模式。該模式框架采用成熟的MCT(model couple toolkit)耦合器，實現(xiàn)了大氣-海洋-海浪的實時雙向耦合，目前已投入業(yè)務(wù)運行。耦合模式中大氣模式向海洋模式提供大氣強迫，包括長波輻射和短波輻射、風(fēng)場和氣壓等要素；海洋模式反饋海表溫度、海流等影響大氣的要素。該模式的模擬區(qū)域被設(shè)定為西北太平洋區(qū)域(圖1中最外層區(qū)域)，水平分辨率為0.16°×0.16°(約為18.53 km×18.53 km)。由于該模式的空間分辨率較低，不適用于模擬中尺度天氣過程。為了更好地模擬入海中尺度對流過程，本文通過兩次動力降尺度，將RMA-PS-Ocean模擬結(jié)果的空間分辨率提高到6 km和2 km(圖1的d02和d03區(qū)域),即將RMAPS-Ocean模擬結(jié)果用動力降尺度方法，重新生成初邊界條件，驅(qū)動6 km×6 km分辨率的WRF模式(WRF-6 km)，又將WRF-6 km的模擬結(jié)果用動力降尺度方法再次生成初邊界條件，驅(qū)動2 km×2 km分辨率的WRF模式(WRF-2 km)。在采用動力降尺度方法生成的初始條件中包括垂直速度的非零場信息，在側(cè)邊界條件中包含云中水物質(zhì)的非零場信息，這些非零場信息均由上級粗網(wǎng)格模式積分后的結(jié)果生成,其中側(cè)邊界條件均為1 h時間間隔粗網(wǎng)格模式輸出結(jié)果插值形成。這樣既合理利用耦合模式考慮中尺度對流系統(tǒng)中的海氣相互作用，又可提高模式分辨率。耦合模式和WRF模式均采用RRTMG的長波/短波輻射方案、Thompson的微物理方案、BouLac邊界層方案、修正的MM5 Monin-Obukhov近地層方案和標(biāo)準(zhǔn)Noah陸面模式方案。在RMAPS-Ocean和WRF-6 km中采用Kain-Fritsch的積云對流參數(shù)化方案，在WRF-2 km關(guān)閉積云對流參數(shù)化方案。采用NCEP FNL 0.25°×0.25° 再分析資料驅(qū)動耦合模式。在減弱型過程中，模式運行時間為2018年5月12日08:00—13日00:00，分析20:00—22:00對流系統(tǒng)變化。在增強型過程中，模式運行時間為2018年7月13日02:00—20:00，分析13:00—17:00對流系統(tǒng)變化。

圖1 模擬區(qū)域

本文利用塘沽站和滄州站S波段雷達組合反射率因子拼圖，描述兩次過程對流強度變化，并結(jié)合ERA5再分析資料分析兩次過程的高空及地面環(huán)流形勢。

冷池是中尺度對流系統(tǒng)的重要特征[30]，為了診斷冷池的發(fā)展變化，本文使用Correia等[31]提出的浮力項公式：

(1)

為了討論對流系統(tǒng)中心入海后海洋對大氣的熱量和水汽輸送，以及大氣中熱量和水汽變化特征，本文計算視熱源Q1和視水汽匯Q2[32-33]進行診斷。視熱源Q1表示單位時間內(nèi)單位質(zhì)量空氣的增溫率，視水汽匯Q2表示單位時間內(nèi)單位質(zhì)量水汽凝結(jié)釋放熱量引起的增溫率[33]。視熱源Q1和視水汽匯Q2為局地變化作用(Q1_lc和Q2_lc)、水平平流作用(Q1_adv和Q2_adv)以及垂直輸送作用(Q1_vt和Q2_vt)之和[33]。

2 天氣過程分析

2.1 雷達回波分析

2018年5月12日20：00—22：00一次中尺度對流過程由西向東從陸地進入渤海灣(圖2)。由20:00的雷達組合反射率因子可知，最大反射率因子超過60 dBZ，為弓形回波。21:00對流系統(tǒng)前部(東側(cè))由于出流觸發(fā)出明顯的帶狀回波，并東移至海上。22:00對流系統(tǒng)進入渤海后減弱消散。

2018年7月13日13：00—17：00一次中尺度對流過程由西向東從陸地進入渤海灣南部(圖2)。13:00—15:00對流進入渤海后明顯加強，最大反射率因子超過60 dBZ。17:00對流繼續(xù)在海上東移并減弱消散。

圖2 2018年5月12日和7月13日塘沽和滄州雷達組合反射率因子拼圖

2.2 環(huán)流形勢分析

利用ERA5再分析資料分析兩次對流系統(tǒng)的高低空環(huán)流形勢配置(圖3)。由2018年5月12日20:00的500 hPa高空環(huán)流形勢場可知，渤海灣及沿岸地區(qū)受高空槽控制，并且溫度場落后于高度場。700 hPa和850 hPa上也有相應(yīng)的短波槽與之對應(yīng)(圖略)，為此次對流過程提供有利的動力條件。由925 hPa的水汽通量可知，西南氣流向渤海沿岸輸送水汽，形成水汽通量大值區(qū)。由925 hPa高度場和溫度場配置表明，渤海灣及沿岸地區(qū)在低空暖脊控制下。暖濕氣流的輸送為對流發(fā)展提供了有利的水汽和能量條件。由地面圖可知，渤海灣及沿岸地區(qū)受南部暖舌影響，溫度略偏高，且在西北方向有地面冷鋒生成，鋒前熱低壓呈帶狀分布。冷鋒前地面以西南風(fēng)為主，冷鋒向南推進有利于地面西南風(fēng)加強。渤海及以東區(qū)域為相對明顯的冷區(qū)，并有偏東風(fēng)向渤海灣沿岸輸送冷濕空氣，與西南風(fēng)形成地面輻合。

圖3 2018年5月12日和7月13日500 hPa高度場(藍色等值線,單位:dagpm)、溫度場(紅色等值線,單位:℃)和風(fēng)場(風(fēng)羽),925 hPa水汽通量(填色)、高度場(藍色等值線,單位:dagpm)、溫度場(紅色等值線,單位:℃)和風(fēng)場(風(fēng)羽)，海平面氣壓(灰色實線,單位:hPa)、2 m溫度(填色)和10 m風(fēng)場(風(fēng)羽)

由2018年7月13日11:00的500 hPa環(huán)流形勢可知，高緯度地區(qū)東北冷渦較為明顯，副熱帶高壓位置偏北，渤海處于588 dagpm線外圍。東北冷渦與副熱帶高壓共同作用使渤海灣及沿岸地區(qū)西南氣流強盛。由925 hPa水汽通量可知，在西南氣流影響下，渤海灣及沿岸地區(qū)為水汽通量大值區(qū)，且925 hPa 和地面同樣處于暖舌控制，對流發(fā)展的水汽和能量條件均較為充沛。

兩次過程中渤海灣及沿岸地區(qū)均有較強的西南水汽輸送，且對流層低層和地面處于暖舌控制下，具有較好的水汽和熱量條件。但增強型過程的水汽通量明顯強于減弱型過程約2倍，且增強型過程中水汽通量大值區(qū)范圍更大，從渤海灣西部沿岸地區(qū)一直延伸到渤海以東。此外，增強型過程的對流層低層和近地面溫度明顯偏高，高溫范圍更大，而減弱型過程僅渤海灣及沿岸地區(qū)受暖舌控制，渤海中部及以東地區(qū)則表現(xiàn)為明顯的冷區(qū)。因此，增強型過程的高溫高濕環(huán)境條件明顯優(yōu)于減弱型過程，對流入海后發(fā)展條件也優(yōu)于減弱型過程。

3 模擬結(jié)果對比

利用RMAPS-Ocean海-氣-浪耦合模式模擬這兩次對流過程，由減弱型過程的模擬結(jié)果(圖4)可知，模擬的最大反射率因子可大致反映回波東移入海減弱趨勢，但強度較實況偏弱。此外，耦合模式的空間分辨率低，不能很好地模擬對流發(fā)展的回波變化細節(jié)。通過兩次動力降尺度將模擬結(jié)果的空間分辨率提高到2 km×2 km，可以看到模擬效果明顯提升。弓形回波的形態(tài)在高分辨率模擬下清晰可見，最大反射率因子也明顯增強，超過50 dBZ，且在21:00 模擬出對流系統(tǒng)前部出流觸發(fā)的帶狀回波。與實況的組合反射率因子(圖2)相比，雖然動力降尺度后模擬的最大反射率因子較實況依然整體偏弱，但對流的回波形態(tài)、位置與入海后減弱的變化趨勢已與實況基本一致。

圖4 RMAPS-Ocean和兩次降尺度后模擬的2018年5月12日和7月13日最大反射率因子

由增強型過程的RMAPS-Ocean模擬結(jié)果(圖4)可知，模擬的最大反射率因子與實況(圖2)差異較大，RMAPS-Ocean在西北方向模擬出回波，但在渤海灣南部無回波生成。兩次降尺度模擬后，對流系統(tǒng)的位置調(diào)整到渤海灣南部，西北方向的回波有所減弱，且降尺度后模擬的對流系統(tǒng)回波入海后明顯增強，最大反射率因子超過60 dBZ。模擬的回波增強時間較實況偏晚1～2 h，但強度、位置及變化趨勢與實況較為一致。

對比兩次過程的模擬結(jié)果可知，采用動力降尺度方法提高模擬結(jié)果分辨率后模擬效果顯著提升，且在增強型過程RMAPS-Ocean模擬回波偏差較大的情況下，通過動力降尺度模擬也能對其回波的位置和強度進行修正。因此，動力降尺度方法適用于中尺度對流過程的模擬。

為了進一步對比采用RMAPS-Ocean海-氣-浪耦合模式與WRF模式進行動力降尺度模擬的差異，本文設(shè)計了一組敏感性試驗：用與耦合模式相同空間分辨率的WRF模式(WRF-18 km)同樣進行兩次動力降尺度，得到2 km×2 km分辨率的WRF模擬結(jié)果(WRF-2 km)，并采用相同的模擬區(qū)域、參數(shù)化方案和驅(qū)動場，將耦合模式降尺度模擬的結(jié)果作為控制試驗,對比WRF模式與耦合模式動力降尺度模擬的差異。

由減弱型過程的敏感性試驗結(jié)果(圖5)可知，WRF-18 km模擬的回波略弱于RMAPS-Ocean的模擬結(jié)果，且在敏感性試驗中，動力降尺度后WRF-2 km模擬的回波移動速度略慢于控制試驗。通過對比可知，減弱型過程控制試驗的模擬結(jié)果更接近于實況。

由增強型過程的敏感性試驗結(jié)果(圖5)可知，WRF-18 km模擬的回波也略弱于RMAPS-Ocean的模擬結(jié)果。在WRF-2 km的敏感性試驗結(jié)果中，2018年7月13日15:00的對流系統(tǒng)回波形態(tài)較控制試驗更為聚集，且17:00敏感性試驗中模擬的最大回波中心強度較控制試驗偏弱。對比表明，增強型過程的敏感性試驗?zāi)M結(jié)果相較于控制試驗與實況差異更大。

圖5 同圖4，但為敏感性試驗

因此，雖然WRF模式的動力降尺度模擬結(jié)果與RMAPS-Ocean的動力降尺度模擬結(jié)果在趨勢上大致保持一致，但仍存在部分差異，與實況相比RMAPS-Ocean的動力降尺度模擬結(jié)果更好，這是由于耦合模式考慮了海氣相互作用的結(jié)果，因此采用海-氣-浪耦合模式為中尺度對流系統(tǒng)入海過程的模擬提供動力降尺度的初邊界條件具有一定優(yōu)勢。

4 模擬結(jié)果診斷

利用耦合模式動力降尺度模擬結(jié)果對兩次中尺度對流系統(tǒng)入海過程的熱動力環(huán)境條件進行對比，討論二者入海減弱和增強機制。首先分析兩次過程的不穩(wěn)定能量條件(圖6)。在減弱型過程中，對流系統(tǒng)入海前(2018年5月12日20:00)對流有效位能的大值區(qū)(超過1000 J)在渤海灣呈帶狀分布，渤海中部對流有效位能較小。0～6 km垂直風(fēng)切變在渤海灣則表現(xiàn)為低值區(qū)，在渤海中部垂直風(fēng)切變則逐漸增大。由850 hPa風(fēng)場可知，在帶狀對流系統(tǒng)后部西北風(fēng)和前部西南風(fēng)出現(xiàn)輻合，提供了有利的動力條件。隨著對流系統(tǒng)逐漸東移，對流前部的對流有效位能逐漸被消耗并在其后部形成低值區(qū)。在增強型過程中，對流系統(tǒng)中心入海前(2018年7月13日13:00)渤海灣的對流有效位能較強(超過1000 J)，且沿著渤海灣南部沿岸對流有效位能均為大值區(qū),渤海中部對流有效位能略低。0～6 km垂直風(fēng)切變在渤海灣存在大值區(qū)(超過22 m·s-1)，有利于對流在海上發(fā)展。850 hPa以西南氣流為主，未見明顯的風(fēng)向輻合。隨著對流系統(tǒng)東移，渤海灣南部沿岸的對流有效位能逐漸被消耗，但對流區(qū)域內(nèi)0～6 km垂直風(fēng)切變在對流發(fā)展過程中維持并略有加強，7月13日17:00最大值超過24 m·s-1，其大值區(qū)隨對流系統(tǒng)的發(fā)展沿渤海灣南部逐漸東移。

圖6 2018年5月12日和7月13日對流有效位能(填色)、0～6 km垂直風(fēng)切變(紅色等值線,單位:m·s-1)和850 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)

對比兩次過程，對流系統(tǒng)入海前渤海灣均存在對流有效位能大值區(qū)，減弱型過程中對流有效位能大值區(qū)沿著渤海灣呈東北—西南向帶狀分布，隨著系統(tǒng)東移逐漸消散；而在增強型過程中對流有效位能大值區(qū)沿著渤海灣南部沿岸分布，在系統(tǒng)東移過程中對流有效位能不斷補充，有利于對流發(fā)展。對流入海前，減弱型過程0～6 km垂直風(fēng)切變在渤海灣為低值區(qū)，不利于系統(tǒng)入海后發(fā)展，而增強型過程0～6 km垂直風(fēng)切變在渤海灣為高值區(qū)，有利于對流系統(tǒng)入海后發(fā)展。對比表明，增強型過程的環(huán)境不穩(wěn)定條件更有利于對流系統(tǒng)入海后增強發(fā)展。

沿著對流系統(tǒng)移動方向做垂直剖面，研究兩次過程垂直方向的浮力特征(圖7)。在減弱型過程中，5月12日20:00對流系統(tǒng)的前部上升區(qū)抵達渤海沿岸，且上升氣流很強，對流發(fā)展高度超過8 km，后部伴隨有后側(cè)入流,到3 km以下形成冷池，且其后側(cè)入流明顯大于前部風(fēng)速，在冷池前部邊緣形成風(fēng)速輻合。5月12日21:00對流系統(tǒng)前部上升區(qū)已經(jīng)移動到海上，且上升運動有所減弱，但隨著后部下沉氣流增強，冷池增強且范圍增大。至5月12日22:00對流系統(tǒng)的垂直運動已不再明顯，冷池前沿風(fēng)速輻合也趨于減弱，但冷池范圍依然清晰可見。在增強型過程中，7月13日13:00對流系統(tǒng)還未移動到海上，陸地沿岸有上升氣流，且強度較弱。7月13日15:00海上出現(xiàn)強對流上升區(qū)，對流系統(tǒng)底部出現(xiàn)冷池，強度較減弱型過程的冷池偏弱，但范圍更大。在冷池前部低層有弱的偏東氣流與冷池后部的偏西氣流輻合，對流加強。7月13日17:00對流系統(tǒng)繼續(xù)向海上移動，低層冷池依然清晰可見，冷池前部上升運動進一步加強。低層冷池前部偏東氣流與后部偏西氣流的輻合也更為明顯，促進對流系統(tǒng)中心在海上發(fā)展。

對比兩次過程可以看到，減弱型過程的冷池相較于周圍環(huán)境更為明顯，冷池前沿有風(fēng)速輻合，但隨著對流系統(tǒng)入海東移垂直運動以及冷池前沿風(fēng)速輻合逐漸減弱；增強型過程的對流系統(tǒng)產(chǎn)生的冷池較周圍環(huán)境強度更弱，但范圍更大，且在對流東移過程中，冷池前沿出現(xiàn)風(fēng)向輻合，并隨著對流系統(tǒng)東移輻合進一步加強。

結(jié)合兩次過程對流區(qū)域內(nèi)的平均視熱源Q1、視水汽匯Q2的垂直廓線分析大氣中熱量和水汽變化(圖8)。在減弱型過程中，對流系統(tǒng)入海前(5月12日20:00)，低層(0～1 km)Q1存在極大值，主要由水平平流作用引起，垂直輸送和局地變化作用并不明顯，說明低層大氣主要由西南氣流配合暖舌將熱量輸送到對流區(qū)引起的大氣加熱為主。在對流系統(tǒng)入海后，低層Q1由正轉(zhuǎn)負(fù)，大氣以吸收熱量，但垂直輸送和局地變化作用較小，主要由水平平流作用引起，說明在降水和冷池加強后，低層水平平流作用也由正轉(zhuǎn)負(fù)，從而引起Q1轉(zhuǎn)為負(fù)值，在此過程中海表為對流發(fā)展提供熱量較少。由Q2的垂直廓線可知，在對流系統(tǒng)入海前，低層(0～2 km)Q2為負(fù)并存在極值，水平平流作用明顯，說明此時低層為水汽源，且水汽主要來自低空西南氣流的輸送。中層(2～5 km)Q2轉(zhuǎn)為正，說明中層水汽供應(yīng)不足，形成水汽匯。對流系統(tǒng)入海后，低層Q2依然保持負(fù)值，且強度先增強后減弱，對應(yīng)水平平流作用下水汽輸送先增強后減弱。在對流系統(tǒng)移動過程中，低層Q2的垂直輸送作用較小，即海表對大氣的水汽輸送較少。

圖8 2018年5月12日和7月13日區(qū)域平均的視熱源Q1和視水汽匯Q2及其局地變化Q1_lc，Q2_lc,水平平流Q1_adv，Q2_adv和垂直輸送Q1_vt，Q2_vt作用的垂直廓線(選擇區(qū)域見圖4中紅色方框)

在增強型過程中，對流系統(tǒng)入海前(7月13日13:00)，低層(0～2 km)Q1值較小，中高層(2～8 km)由垂直輸送引起的視熱源為正，說明強烈的上升運動將低層暖空氣向上輸送引起中高層大氣的加熱。在對流系統(tǒng)中心入海后，低層Q1以負(fù)值為主，且存在明顯的極大值，說明對流入海后低層大氣以吸收熱量為主。低層Q1垂直輸送逐漸增大，7月13日17:00低層Q1的垂直輸送作用更加明顯。說明在對流系統(tǒng)入海后海面向其提供了一部分熱量。由Q2的垂直廓線可知，低層Q2在對流發(fā)展的整個過程均以負(fù)值為主，且垂直輸送作用強，說明低層為水汽源，且海面向其輸送水汽。

綜上，在減弱型過程中，海面向?qū)α鲄^(qū)域提供的熱量和水汽較少；而在增強型過程中，海面向?qū)α鲄^(qū)域同時提供了大量的熱量和水汽，維持對流系統(tǒng)入海后發(fā)展。

5 結(jié) 論

本文利用RMAPS-Ocean海-氣-浪耦合模式和動力降尺度方法，模擬并對比2018年5月12日和7月13日自西向東由陸地進入渤海灣的兩次中尺度對流過程，分別為入海減弱型和入海增強型。兩次過程均發(fā)生在低空西南氣流強盛，且地面處于暖舌控制的情況下，水汽和能量條件較好。但增強型過程的水汽和能量條件優(yōu)于減弱型過程，有利于入海后對流發(fā)展。研究表明：

1)對于減弱型過程，RMAPS-Ocean模擬結(jié)果能大致反映回波位置及對流系統(tǒng)東移入海減弱的趨勢，但強度較實況偏弱；而對于增強型過程，RMAPS-Ocean模擬的回波形態(tài)和位置與實況偏差較大。通過兩次動力降尺度將模式的空間分辨率提高至2 km×2 km后，兩次過程模擬效果均有明顯提升，模擬的回波位置及強度與實況接近。

2)WRF模式動力降尺度后的模擬結(jié)果與耦合模式動力降尺度后的模擬結(jié)果對比表明：海-氣-浪耦合模式可以為動力降尺度模擬提供更好的初邊界條件，適用于入海中尺度對流系統(tǒng)的高分辨率模擬。

3)耦合模式動力降尺度后的模擬結(jié)果表明：兩次過程對流系統(tǒng)入海前，渤海灣對流有效位能條件均較好，但0～6 km垂直風(fēng)切變條件增強型過程優(yōu)于減弱型過程。對流系統(tǒng)入海后，減弱型過程系統(tǒng)后部產(chǎn)生明顯的后側(cè)入流及冷池，而增強型過程系統(tǒng)產(chǎn)生的冷池強度較弱但范圍更大。對流系統(tǒng)在海上移動過程中，海洋下墊面為對流區(qū)域提供的熱量和水汽在減弱型過程中較少，在增強型過程中較多。