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博賀海洋氣象科學試驗基地
博賀海洋氣象科學試驗基地主要是由三部分構成,一是在大陸上的海岸陸地觀測基地,二是在近海的海上氣象觀測平臺,三是在海島上的通量觀測塔。

博賀海洋氣象科學試驗基地


Marine Meteorological Science Experiment Base (MMSEB) at Bohe of ITMM, CMA

基本概況

海-氣界面通量交換是海-氣相互作用的關鍵環節,海-氣界面通量的觀測研究是認識和了解海洋與大氣相互作用的一種主要途徑,是大氣科學和海洋科學共同關注的研究領域。

在中央級科學事業單位修繕購置專項經費的支持下,中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所在我國南海北部建立了博賀海洋氣象科學試驗基地,建設了包括:近海邊界層垂直觀測系統、海氣通量觀測系統、海洋環境要素觀測系統、基本氣象要素觀測系統在內的海洋氣象綜合觀測系統。依托該試驗基地優勢科研條件,確定了以華南地區海洋災害性天氣為研究對象,通過加強針對華南海岸帶地區氣象災害的監測與觀測,開展各種海洋災害性天氣的演變過程和形成機制的分析研究,不斷提高各種海洋災害性天氣的預警預報能力的戰略定位。

氣候背景
南海氣候關鍵區海氣相互作用研究

亞洲季風區以及熱帶西太平洋地區海氣相互作用的強信號都會對華南地區天氣系統有較大影響。盡管亞洲季風異常復雜,但海-陸-氣相互作用一直是亞洲季風系統動力學中核心科學問題之一,也是制約季風年際和年代際變化的最重要因素。因而加強海氣相互作用的研究,尤其是海氣界面通量交換的研究,對提高南海季風預測、認識東亞季風在南海建立的機制、探究南海季風爆發與海氣相互作用都有重要作用。

南海臺風研究


1951-2000臺風活動頻次
長期以來,南海臺風狀況下海氣界面通量交換,一直是南海臺風研究中一個極為基本而有重要的問題,它涉及到復雜的海洋—大氣之間的相互聯系與反饋機制,會強烈的影響上層海洋與大氣邊界層結構,進而影響大氣環流與海洋環流,導致南海臺風的突變。基于海氣界面通量觀測,逐步開展對我國南海臺風狀況下海-氣界面動量、熱量、水汽的輸送特征的研究,對深入理解臺風發生發展的機理,提高熱帶氣旋及其他重大海洋氣象災害的預報能力都有重要意義。

 

設備布局


博賀海洋氣象科學試驗基地
北緯21°27ˊ, 東經111°18ˊ, 蓮頭嶺半島的中部,博賀海洋氣象科學試驗基地便坐落在這里。該島從大陸海岸線向西南方向凸出,海岸線非常平直,無地形阻擋,非常有利于對各種海洋氣象要素的觀測。

以建設國家級野外科學試驗基地和為海洋氣象業務提供支撐為目標,博賀海洋氣象科學試驗基地圍繞海岸帶海-陸-氣相互作用、海岸帶大氣邊界層結構特征、熱帶海洋災害性天氣系統機理、熱帶季風多時空尺度演變及致災機制等領域,逐步建立了海洋氣象觀測平臺、海島鐵塔、海上浮標、近海氣象綜合監測網絡。

基地目前已經安裝的主要探測設備包括:邊界層風廓線儀、微波輻射計、波浪浮標、波浪探測儀、輻射計、自動氣象站、能見度儀、超聲風溫儀、二氧化碳和水汽分析儀等,開展邊界層垂直風、溫、濕廓線,近岸波浪、表層流、海溫等要素,邊界層海氣動量、熱量、水汽交換及湍流輸送等方面觀測。

 

建設歷程

自2005年起,在財政部修繕購置專項的支持下,博賀海洋氣象科學試驗基地開始建設。2006-2012年期間,中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所共申請修購專項資金7525萬元,其中,用于房屋修繕經費共195萬元,基礎設施改造經費1340萬元,儀器設備購置經費5990萬元。

  • 2005年,制定試驗基地建設方案;
  • 2006年,購置海氣界面通量、近海海洋要素、海岸帶大氣垂直觀測系統;
  • 2007年,購置風廓線雷達、浮標觀測系統;
  • 2008年,建設鐵塔梯度觀測系統;
  • 2009年,建設海島自動站觀測系統;
  • 2011年,海洋氣象觀測平臺供電設施改造;
  • 2012年,海面強風觀測系統;
  •  ……


博賀海洋氣象科學試驗基地建設前

博賀海洋氣象科學試驗基地建設后

 

主要探測設備簡介

博賀海洋氣象科學試驗基地海上氣象觀測平臺


博賀海洋氣象科學試驗基地海上氣象觀測平臺
安裝在茂名博賀港南面約6公里的海床上的觀測平臺,總高度53米,上部為25米鋼塔,下部由重力式基礎、鋼管支撐和三角平臺組成,主要包括30米左右的海-氣通量觀測和大氣邊界層特征觀測塔、10米海洋氣象要素觀測塔及水下海洋要素觀測。平臺海水深度約為17米,觀測點受陸地下墊面的影響較小,可有效獲取具較好代表性的海氣邊界層、近海海洋觀測數據。

海洋氣象觀測平臺是海洋氣象科學試驗基地的一個重要組成部分,主要用于開展南海北部海氣通量、海洋要素、氣象垂直要素等方面的觀測,是了解臺風、暴雨、海浪和海霧等災害性天氣過程中海氣相互作用特征的重要手段。目前已經開展了對垂直梯度風、動量、水汽通量等的觀測。

2008年9月24日,強臺風黑格比正面襲擊平臺,在風速已經達到設計標準極限的情況下,平臺的主要構件性能指標卻沒有受到破壞,經受住了考驗。

2008年10月9日,中國氣象局廣州熱帶海洋研究所組織專家對海洋氣象觀測平臺進行了現場驗收,我國第一個海洋氣象觀測平臺的建成并投入觀測。

邊界層垂直觀測系統

由兩臺邊界層風廓線雷達組成(住友電工LQ-7、四創電子LLX802),美國RADIOMETRICS MP3000 25通道微波輻射計,并配備了中科院大氣物理研究所生產的GPS探空和系留探空系統,以此獲取海岸帶復雜下墊面區域上大氣邊界層的動力、熱力結構。為了方便臺風等災害性天氣觀測,建設了移動大氣垂直探測系統。

 

  GPS探空02

海-陸-氣界面通量觀測系統

100米鐵塔(距陸地約4公里的荒島上):配備了7層風速傳感器和3層溫濕度傳感器,主要開展海-陸-氣界面通量的梯度觀測和風能觀測。

海洋氣象平臺(海岸線以外6km、水深達到10m以上的海洋上):25米大塔配備美國CAMPBEL CSAT3三維超聲風速溫度儀、LI-COR 7500水汽和二氧化碳脈動儀二臺、同時進行風、溫、濕四層梯度的觀測,主要進行海-陸-氣界面物質通量(水汽、碳通量)及熱量、動量通量等參量的觀測。

 

輻射與能量平衡觀測系統

與海-陸-氣界面通量觀測系統相結合,在陸地、海上各安裝荷蘭Kipp-zone CNR1凈輻射儀一臺,土壤溫度(4層)、土壤濕度(4層)、土壤熱通量(1層)和海表溫度等觀測設備,獲取各種下墊面條件長、短波輻射(向上、向下)和,確定海-陸-氣相互作用過程中各種能量收支與平衡。

 
能見度與常規氣象要素觀測

美國Belfort M6000能見度儀一臺,芬蘭Vaisala MAWS201自動站一臺,主要進行近海能見度與常規風、溫、濕、壓和降水六要素。

 

近海波浪觀測系統

布設了山東省科學院海洋儀器儀表研究所10米大型波浪浮標遙測系統和WaMoS II海浪探測儀,主要開展近海波浪狀況、海表溫度、表層流觀測。

投放成功

移動觀測系統

包括移動式車載邊界層風廓線雷達、渦動相關系統、雨滴譜儀、GPS探空在內的移動觀測系統,主要用于對華南海霧、廣東登陸熱帶氣旋的近地層觀測。自2009年起,開展了多次海霧觀測,對11個登陸熱帶氣旋開展的追蹤觀測。

  P1000499

 

綜合觀測試驗

依托973計劃課題“臺風登陸過程外場科學試驗(2009CB421501)”,國家自然科學基金項目“華南海霧邊界層過程的觀測研究”、“南海夏季風期間華南沿海大氣邊界層高度的觀測試驗研究”、“海氣相互作用對南海熱帶氣旋近海突然加強或減弱的影響”、“強風條件下近海淺水區海—氣動量通量特征研究”,公益性氣象行業專項“華南海岸帶災害性天氣背景下的海氣交換特征與參數化研究”、“南海熱帶云團活動及其強風的監測和預報技術”、“華南季風強降水外場試驗與研究”等項目觀測研究需求,先后開展了對登陸熱帶氣旋、華南海霧、南海熱帶云團、海上強風、海岸帶強對流、儀器對比等一系列觀測工作。

臺風燦都2臺風燦都2
臺風移動觀測試驗

 

046050
西沙熱帶云團降水觀測試驗

 


2013年季風強降水試驗
DSC06257
海霧觀測試驗

 

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對比觀測試驗1

對比觀測試驗2

 


2013年南澳島強風觀測試驗
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強風、陣風觀測試驗

 

對科研業務支撐

主要科研成果
依托973項目的觀測研究進展

Ø  優化海-氣動量拖曳系數參數化方案

針對拖曳系數達到峰值時對應的閾值風速,在深水情況下會顯著高于淺水情形,提出了一種考慮水深的海-氣拖曳系數參數化方案并進行了敏感性實驗,結果顯示這種方案可以改善臺風海面風速與路徑的預報。

 

Ø  獲得近海風浪統計關系

統計結果指出,當風速小于20m/s時,有效波高隨著風速增大而增大,而當風速超過25m/s時,有效波高增大很少,甚至呈現平緩趨勢。這與海面的拖曳系數不再增大甚至減少有著相同的趨勢,也就是說在強風速條件下,海浪浪高增大緩慢可能是海面拖曳系數不再增大的原因之一。

 

依托海霧研究項目的進展

對比分析了兩種平流冷卻霧的邊界層條件和垂直結構特征,探討了兩種平流冷卻海霧在物理機制上存在的差異。結果顯示:(1)平流冷卻霧的邊界層條件存在明顯的水汽、風速、穩定度和輻射條件的差異;(2)冷海霧的演變受到輻射條件的控制;而暖海霧主要取決于低層風速與風切變的強度。

 

主要業務工作

2012年,“冬春季廣東沿海海霧區域預報系統”、“南海區域海浪數值模式”、“廣東風暴潮數值模式”等3項成果進入了廣東省氣象局科研成果業務化試運行階段(粵氣預函〔2012〕38號)。

 

領導關懷


2009年7月4日
中國氣象局鄭國光局長視察試驗基地

2009年1月12日
中國氣象局矯梅燕副局長視察試驗基地

 


2010年7月19日
中國氣象局宇如聰副局長視察試驗基地

2011年2月16日
中國氣象局科技司羅云峰司長視察試驗基

 


2007年7月25日
廣東省氣象局余勇視察試驗基地

2008年5月1日
廣東省氣象局梁建茵副局長視察試驗基地

 


2007年8月14日
中國氣象報彭瑩輝視察試驗基地

 

對外交流合作


2009年2月13日
中國科學院吳國雄院士訪問試驗基地

2007年3月21日
中國科學院周秀驥院士訪問試驗基地

 


2011年1月20日 中國科學院曾慶存院士訪問試驗基地

 


2009年9月1日 夏威夷大學Bin Wang教授
參加海洋氣象聯合開放實驗室第一次學術研討會

2008年9月3日
國家海洋環境預報中心周明煜研究員訪問試驗基地

 


2013年3月19日 香港天文臺 陳營華先生
一行2人訪問試驗基地

2012年4月10日 國家海洋局第一海洋研究所
副所長喬方利研究員來訪,討論利用
博賀海洋氣象科學試驗基地開展合作觀測研究事宜

 


2010年6月28日
國家信息中心李國平教授訪問試驗基地

2013年3月29日
國家衛星海洋應用中心宋清濤研究員訪問試驗基地

 


2012年12月28日
中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所何清研究員一行訪問試驗基地

2011年1月10日
山東省氣象局訪問試驗基地

 

 

 
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