多云天气下海南岛地形对局地海风环流结构影响的数值模拟

王凌梓 苗峻峰 管玉平

摘要 采用WRF中尺度天气预报模式，针对海南岛多云天气条件下的一次典型海风个例，对局地海风环流结构进行数值模拟，分析海风环流的演变特征，并通过设计改变海南岛地形的敏感性试验，探究地形对海南岛局地海风环流结构以及云水分布的影响。结果表明：海岛西部陡峭的山区造成海风强迫抬升，偏南背景风使得海岛北部高空回流明显，海岛西部、北部的海风结构较为完整;地形高度越高，海岛南部山区的阻挡作用越强，西部地区的海风高空回流特征越显著，西部、西北部云水混合比的位置也越深入内陆;受南海季风的影响，与晴空天气相比，多云天气下海风强盛期全岛的最大风速稍大，海风在垂直方向上达到的高度更高;移平地形后，多云天氣下全岛风速平均仅减少2～3 m·s-1，而晴空天气下全岛风速则大大减弱，即多云天气下海风环流水平结构受地形的影响比晴空天气下弱。

关键词海南岛;复杂地形;海风环流;云水分布;海风对流

海陆风是沿海地区一种重要的中尺度环流现象，是由海陆热力性质差异产生的大气次级环流（Miao et al.，2003;Crosman and Horel，2010）。在当今社会，海陆风对沿海地区的天气气候、大气污染物扩散和海事活动等产生的影响越来越受到人们关注。大量的观测和模拟研究表明，地形对中尺度环流和对流的发生发展有着重要的影响（刘玉宝等，1995;Tucker and Crook，1999;苏涛等，2016;王凌梓等，2018）。海风作为浅薄的中尺度环流系统，地形对其影响的重要性不可忽视。

地形的影响主要有动力作用和热力作用。复杂下垫面上地形的动力、热力作用并不单一存在（韩志伟等，1999），综合影响的结果可能造成阻塞作用、狭管效应、绕流、气流越山等（李艺苑等，2009）。地形特征尺度、过山气流方向、地形高度以及地形的几何形状等都有可能决定其上空的大气运动状态（王其伟和谈哲敏，2006）。此外，特殊的复杂下垫面会改变大气过程与能量交换传输（蒋维楣等，2009），改变山脉地区的土地利用类型，将影响局地陆气相互作用和边界层特征（Wang et al.，2015）。

近来，已有众多学者在研究海风的基础上探讨了地形的影响。其中，地形存在与否对海风环流演变的影响是研究的重点。Qian（2008）表明，将区域气候模式中东南亚地区群岛上的地形移除或将群岛置换成海洋，海陆风均将减弱。Barthlott and Kirshbaum（2013）利用COSMO（COnsortium for Small-scale MOdeling）模式模拟深对流对地中海群岛地形强迫的敏感性时发现，移除岛屿地形会导致模拟对流降水的消失。李庆宝等（2010）研究指出，由于青岛奥帆赛竞赛海域周边存在复杂地形，在地面不同的背景气流下会形成不同的海陆温差，从而影响海陆风的发生发展。另外，土地利用类型与地形高度的改变也影响着海风环流特征。在地形和土地利用类型不同的情况下，Miao et al.（2003）和Nitis et al.（2005）分别利用RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）模式和MEMO（MEsoscale MOdel）模式对海风特征明显的西班牙东部、大里耶卡地区的海风环流进行了分析。此外，Jeong et al.（2012）对比分析了韩国海岸线复杂的西南沿海地区和山脉众多的东部沿海地区在高分辨率数值模式下模拟的局地海风环流情况，研究表明，地形高度发生变化，东部沿海地区垂直运动受到的影响较大。在地中海群岛地区，海拔高度较高的岛屿在增强海风锋强度的同时，也对海风锋向内陆的传播有阻挡作用（Barthlott and Kirshbaum，2013）。

海南岛作为中国第二大岛屿，形似梨状且地处热带地区，海岸线曲折呈环状，岛内地形独特而复杂，南部地区地表起伏较大，以五指山、黎母岭为中心，海拔高度以阶梯式向沿海地区递减，海岛东部山脉坡度较西部稍缓。海南岛独一无二的地理位置和地形地貌使其成为研究海陆风的黄金地区。朱乾根等（1983）通过探讨温压场特征研究了包括海南岛在内的华南地区海陆风，吴兑等（1995）、张振州等（2014）和王静等（2016）利用观测资料以统计分析的方法分析了海南岛海风特征及其季节变化。随着数值模式的发展，用数值模拟的方法分析海陆风已成为当前研究热点（苗峻峰，2014）。

20世纪80年代，钱维宏（1988）尝试探究了海南岛地形及热源对周围海域上空气流的影响，此后，利用数值模式对海南岛海陆风环流进行模拟的研究逐渐增多（柯史钊和黄健，1993;Tu et al.，1993;翟武全等，1997;张振州等，2014）。最近，王语卉等（2016）利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式从数值模拟的角度揭示了晴空天气下海南岛海风环流的三维结构特征，Huang et al.（2016）也对海南岛海风的时空分布进行了研究。杨秋彦等（2017）探究了晴空天气下海南岛复杂地形对局地海风环流结构及其演变特征的影响。在海南岛地区，多云天气日数约占全年的三分之一，且在多云天气条件下海风发生的频率也相对较高（王静等，2016）。为研究多云天气下海南岛的海风环流结构，韩芙蓉等（2017）对多云海风个例进行了高分辨率数值模拟，对比分析了海南岛上山地与平坦地区两类不同地形条件下的海风演变过程。总之，已有多个研究关注海南岛海风环流的三维结构及其演变特征（张振州等，2014;Huang et al.，2016;王语卉等，2016;韩芙蓉等，2017），以及晴空天气下海南岛地形对海风演变过程的影响（杨秋彦等，2017），但在多云天气下海南岛地形是如何影响海风环流结构和云水分布的，至今尚不清楚。为此，本文利用WRF模式对海南岛一个多云天气下典型海风日的局地海风环流进行了模拟，通过地形敏感性试验，探究多云天气下地形高度变化对局地海风环流结构和云水分布特征的影响，为沿海地区的天气预报提供理论依据。

1 个例选取

采用的资料主要包括：海南省气象台站的常规观测数据以及海口站每6 min一次的雷达资料，NCEP（National Center for Environmental Prediction）FNL（Final Analysis）1°×1°逐6 h全球分析资料，NOAA/ESRL（National Oceanic and Atmospheric Administration/Earth System Research Laboratory）探空资料，国家卫星气象中心风云卫星遥感资料。

2013年6月4日当天，受南海季风的影响，08时偏南气流覆盖整个海南岛（图略）。从该日08时500 hPa和850 hPa的环流形势可以看出，海南岛位于副热带高压西侧，海岛上空环流形势相对稳定，未受到天气系统的影响。探空资料（图1）也显示，海南岛上空6 km以下区域无明显切变过程，风速均小于8 m·s-1，白天背景风场为偏南风。由此可以看出，该日背景场较弱，有利于海风的发生发展。常规气象台站的地面观测数据表明，11时开始，海岛自南向北先后有测站出现向岸气流，风速明显增加，到15时大多数沿海站出现向岸气流，且深入内陆，尤其是海岛西北部的平坦地区，向岸风已传播至海岛长轴附近。傍晚，全岛大部分测站转为离岸气流。在该日稳定的天气形势下，海南岛9个沿海站中的大多数测站均有明显的风向偏转现象，海风特征突出。地面观测数据和雷达、卫星资料（图略）表明，当天大部分時间为多云天气，云系在午后发展移入海南岛地区，至傍晚时逐渐消散。因此，此次海风个例适合于研究多云条件下海风环流结构的演变。

2 模式定制与敏感性试验设计

2.1 模式定制

采用WRF模式（V3.7）对该多云天气下的典型海风个例进行数值模拟。WRF-ARW模式是中尺度天气预报模式，包含可压缩的非静力平衡模式，对中小尺度天气有较好的模拟能力。本次模拟的初始场和边界条件采用6 h一次的NCEP FNL 1°×1°资料，模式积分开始时间为2013年6月3日00时（世界时;即2013年6月3日08时，北京时，下同），积分时间为40 h，前16 h为起转调整（spin-up）时间，模拟结果逐时输出。模拟在垂直方向设计了36个σ层（3 km以下有24层），模式顶层气压值为100 hPa。研究区域使用双向反馈的四重嵌套，其中第4层嵌套区域覆盖376×373个网格点（表1）;最外层嵌套区域包括大部分中国地区，最内层嵌套区域包含整个海南岛及其周边海域，陆地和海洋的面积比例约为1∶1，有利于海陆风的充分激发（图2a）。物理参数化方案配置类似于韩芙蓉等（2017，2018），主要包括Dudhia短波辐射方案、RRTM长波辐射方案、Lin微物理方案、YSU边界层方案、MM5 Monin-Obukhov近地层方案、Noah陆面过程方案、Kain-Fritsch积云参数化方案（第3、4层嵌套区域未使用）。

此外使用了较新的TOPO_30s地形数据和NCEP的MODIS_30s土地利用类型数据，能较准确地反映海南岛地形地貌特征。由图2b可以看出，海南岛地势复杂，岛屿西南部为山区，以五指山、黎母岭两大山脉为中心，形成中间高、四周低的环形层状地貌，是研究复杂地形下海风环流结构演变特征的理想区域。

2.2 数值试验

按照上文模式定制进行的试验为控制试验（CNTL）。为研究地形对海南岛海风环流结构的影响，在同样的初始条件和边界条件下对模式最内层嵌套区域的地形进行处理，设计了两组地形敏感性试验（FLAT试验、HALF试验）。其中，FLAT试验将海南岛的地形高度降为零，研究地形削平时海风环流结构的变化;HALF试验将海南岛地形高度改为模式地形的0.5倍;在各试验中，均未改变土地利用类型。通过对比CNTL、FLAT、HALF这三组数值试验的结果，分析地形对海南岛海风环流结构特征和云水分布的影响，探究地形在海风演变过程中所起的作用。

3 模拟结果和分析

3.1 模拟与观测的比较

为了检验模式模拟效果，将CNTL试验结果与海南省19个常规气象站的观测数据进行对比。分别在海南岛东、西、南、北四个方位上选取有代表性的沿海测站（测站位置如图2b所示），对比分析当天海陆风的演变过程。

风向风速的变化能直观地显示海风的发生发展。从图3可知，观测数据与模拟结果的风向风速变化基本一致，夜晚为陆风，在日出后风向开始发生改变，正午前后形成稳定海风，傍晚时分回转为陆风。从观测数据与模拟结果的拟合程度上看，海岛东部（文昌站）、西部（东方站）的模拟效果较好;海岛南部（陵水站）模拟的海风演变特征比观测更为清晰;在海岛北部（海口、琼山站），模拟与观测均能看到明显海风，但其开始和结束的时间有一定的偏差，海口站中模式模拟的海风开始时间比观测早1 h，结束时间晚1 h，琼山站中模拟的海风结束时间早1 h，这可能是模式地形与实际地形之间的差异造成的（韩芙蓉等，2017）。

此外，海风的生消情况与海陆热力性质关系密切，关注模式模拟的2 m温度变化能从侧面反映海风模拟的合理性。从图4可以看出，四个沿海测站中，海口站的模拟温度较观测高，海陆温差更大，使得其模拟的海风持续时间较长。除该站外，其余各站模拟的午后最高温度几乎与观测相同，温度变化趋势也较同步。但温度的模拟与实际观测相比仍有差异，这可能是因为模式地形高度、地表植被类型与实际地形高度、下垫面类型存在一定的偏差。总体来说，模式能较为准确地模拟出当天海风随时间的演变过程，模拟的测站风向转变及温度变化趋势与实际观测结果较为一致。

3.2 海风环流结构

3.2.1 水平结构

模式模拟的CNTL试验海南岛海风水平结构的演变过程如图5所示，受到背景风的影响，夜间海南岛四周海域均为偏南风，海岛沿岸为陆风，南部陆风风速较小（图略）。09时海岛西北部海风出现最早，表现为西北部偏南风风速减小，部分地区风向发生偏转。12时全岛海风特征显著，北部海风风速较弱，但也已深入内陆，呈偏北风。此时，因海岛南部地形的阻挡，高耸的山地迫使南部海风一分为三，形成左右两股绕流和越山气流，分别与西、东、北部海风相遇。至午后，海陆温差持续增大，约15时海风达到强盛，在地形平坦的海岛东北部，海岛长轴线上的海风辐合明显。18时海风逐渐减弱，海岛长轴以南地区偏南风风速减小，长轴以北，尤其是西北地区已有陆风形成。到19时全岛海风过程基本结束。总体来说，CNTL试验全岛的海风过程发生在10～18时，在约15时海风辐合程度最高，发展最强盛。这与韩芙蓉等（2017）的模拟结果类似，多云天气下的海风强盛期发生于15时左右，全岛最大风速可达6～7 m·s-1。与晴空个例中海风强盛期5～6 m·s-1的全岛最大风速（王语卉等，2016;杨秋彦等，2017）相比，多云天气下的最大风速更大。结合南海季风发生的日期（He et al.，2017），多云天气下发生的海风个例多出现于季风爆发后期，而晴空的海风个例多出现在季风前期。岛内的向岸风是海风与背景风综合作用的结果，在不同天气状况下全岛最大风速的差异是因二者处于季风的不同发展阶段所造成的。季风爆发时，背景风的叠加会使岛内最大风速偏大，在季风前期，因背景气流强度略弱而使其最大风速相对较小，张振州等（2014）在季节变化对海南岛海陆风影响的研究中也提出此现象。因此，随着南海季风的发展成熟，多云天气下的全岛最大风速比晴空天气下更高。

为分析复杂地形对海风水平结构的影响，在地形削平（FLAT试验）、地形减半（HALF试验）的情况下研究海风强盛期（约15时）的海风环流结构，将两组敏感性试验的海风水平结构演变与CNTL试验做比较。完整的海风环流包括近地层的海风重力流与高空回流。图6显示了海南岛近地层10 m风场在不同地形高度下的表现，地形移平后，与CNTL试验相比，15时海岛东部海风推进距离加深，几乎覆盖海岛长轴以南地区，海岛西部与西北部的海风较为微弱，均只在海岸线附近出现。多云天气下的FLAT试验，全岛风速平均约减少2～3 m·s-1，而与此相对地，削平地形后晴空天气下的全岛风速比多云天气下的减弱程度更大（杨秋彦等，2017）。这说明了移平地形后不同天气下的海风特征有所不同，多云天气下海南岛上的风速受到地形的影响更小。对于HALF试验，地形的出現使得南部山区中的局地风向发生偏转，受到地形的影响，不再直接深入内地;15时海岛长轴以北地区海风的传播距离比CNTL试验小。与晴空天气相比，海风环流的水平结构在多云天气条件下受地形的影响相对较弱。不同的天气条件下地形的动力阻挡作用对海风的影响相差不大，二者差异主要是由两种天气状况下地形热力作用的不同引起的。多云天气下的热力条件复杂，因云层的存在，对太阳短波辐射的折射、散射和吸收作用增加，使得地表接收到的短波辐射减弱，即作为地形热力作用的源减少，因此，改变地形后热力效应的变化幅度也较小，故相比晴空天气下，多云天气下地形对海风特征影响的敏感性较弱。

如图7所示，在850 hPa上海风的高空回流因地形不同也受到一定的影响。在各个试验中，因偏南背景风的影响，海岛西部、北部海风的高空回流均较为明显，海岛东部回流风速较小，南部高空回流不明显。随着地形高度的增加，全岛海风的高空回流愈显复杂。其中，海岛西部沿岸的高空回流受地形影响较大，地形高度抬高，西部沿岸850 hPa风向由偏南风转为偏东风，海风的高空回流特征更加显著。850 hPa上的风速在地形削平后全岛均增大，极大值出现在海岛西部、北部沿岸区域，风速达8 m·s-1;由FLAT试验到CNTL试验，地形高度增加，海风也逐渐深入，高空回流的风速大值区也随之往内陆方向移动。

对流云团会产生于海风辐合带附近，云的宏观特性可以用云水混合比来表征（Sano and Tsuboki，2006），3 km以下的累积云水混合比既能显示对流云团的分布情况，也能反映海风辐合带的位置及其强度。如图6所示，从累积云水混合比分布的位置和强度也可以看出地形改变对海风的影响程度。CNTL试验中，15时全岛的累积云水混合比主要分布在海岛东北部、西部沿岸和山区以东的位置，其中海岛东北部和西部沿岸累积云水混合比的强度达到4 g·kg-1以上，海风辐合明显。FLAT试验中全岛对流云强度大大减弱，成为散点状，多分布于西部和西北部海岸线附近，原东北部累积云水混合比指示的海风辐合带也变得模糊，山区以东位置的对流云团几乎消失。与CNTL试验相比，HALF试验海岛西部的累积云水混合比更靠近沿岸地区，强度也有所降低，海岛东北部上原呈东北-西南方向线状排列的对流云分散为块状，而在海岛南部山区附近，山脉高度的降低使累积云水混合比向岛屿中部推进，但其强度大多低于2 g·kg-1，分布较为散乱。

由此可见，地形对海风环流的演变及其结构都有很大影响，海南岛地形的存在是影响海风发生发展的重要因素。海风低层风场、高空回流以及3 km以下累积云水混合比的分布与地形高度有关。海岛山区对东部、南部盛行的海风有阻挡作用，并且随着地形高度的增加，海岛西部高空回流特征更加显著，西部、西北部累积云水混合比的位置离海岸越远且强度越大。由于对流云团可以指示海风辐合带的位置，所以地形的存在有利于背景风下游地区海风辐合带的形成及其向内陆传播距离的深入。

3.2.2 垂直结构

从海风环流水平结构可知，CNTL试验中在海岛西北部有海风辐合发生，海岛东西、南北向海风在此发生碰撞，故选取该区域沿109.1°E、19.0°N分别作南北方向和东西方向剖面，以研究该区域海风的垂直结构。图8为沿19.0°N东西方向垂直剖面的风场（由u与w合成），由图可知，在CNTL试验中，海岛西部海风环流较为完整，在海风演变过程中，海风重力流、海风头部及高空回流结构清晰，海风厚度均达0.3 km以上，海风向内陆的传播距离约为23 km;然而在海岛东部，海风在垂直方向上达到的高度比西部大，向内陆传播的距离也更远，海风回流偏弱，海风头部特征较为模糊。图9中沿109.1°E南北方向上的风场（由v与w合成）也有类似情况，在海岛北部的海风环流比较清晰完整。造成海岛东西、南北部海风系统结构差别的原因，很大一部分是复杂地形造成的，即海岛西部山地陡峭，海风在此堆积，地形的阻挡和抬升作用促使其更易垂直发展;此外，偏南的背景风也令海岛北部的高空回流更易成型。在垂直结构上，不同天气条件下的海风厚度也有所差别，在15时的海岛经向剖面图中，晴空天气下的海风厚度平均约为0.7～0.9 km（王语卉等，2016;杨秋彦等，2017），而在多云天气下平均可达0.8～1 km（韩芙蓉等，2017），由此可见，多云天气下的海风比晴空天气在垂直方向上伸展的高度更高。

在海风演变过程中，海岛内部出现多条云水混合比阴影带，发生区域大部分位于山区两侧和山区内部位置。在CNTL试验中海风结构最清晰的15时，沿19.0°N东西方向的垂直运动的上升高度可到达3 km以上，在109.8°E附近对流云带的位置与该处的垂直上升运动相对应（图8c）;沿109.1°E南北方向上，在南部多山地形的影响下，海风在越山过程中出现了两个对流活跃区域（图9c）。

当海南岛地形被移平时，海风强度与海岛上的对流活动均有一定程度的减弱。在海风结构较清晰的15时，如图10所示，FLAT试验中，沿19.0°N东西方向上海风发展较弱，海岛西部海风仅存在于海岸线附近，海风厚度小于0.3 km;从沿109.1°E南北方向上看，北部海风风速减小;与晴空天气下的地形削平试验相比（杨秋彦等，2017），垂直方向上的海风厚度为0.3 km左右，二者相差不大。沿19.0°N东西方向上原黎母岭处（约109.8°E）的云水混合比大值区范围西移，比CNTL试验略大，强度达1.0 g·kg-1（图10a）;在南北方向上，原黎母岭（约19.0°N）上的云水混合比消失（图10b），云水混合比出现在北部沿海地区。相比CNTL试验，FLAT试验的海风结构较为模糊，由此可知，地形的存在可以使海风环流结构更加清晰。地形被移平时，地形动力抬升所起的作用消失，在FLAT试验中海风特征主要受到局地热力作用的影响。在弱地形动力条件下，黎母岭的西侧仍有云水混合比出现，即黎母岭山脉上海风环流一部分是因地形的热力作用造成的。

在各試验中，沿19.0°N东西方向上，海岛西部的海风在垂直方向上达到的高度随着地形高度升高而增加，海风回流也愈加明显（图10a、c）。沿109.1°E南北方向上，两组试验中海岛北部海风传播距离逐渐向内陆深入，且云水混合比的分布也从沿岸地区往南移动（图10b、d）。黎母岭上的云水混合比分布与地形动力作用紧密相关，地形高度升高，在黎母岭山脉东西两个坡面上，地形的抬升作用使黎母岭附近的云水混合比逐渐向山峰汇聚增强，CNTL试验中高达1.2 g·kg-1以上。总体来说，黎母岭附近的海风结构是地形动力、热力作用综合作用的结果，地形对海风还有动力抬升作用。

对海岛南部山区的感热通量、潜热通量（图略）进行分析后发现，各个试验之间感热、潜热通量相差较小，其中15时地形敏感性试验与CNTL试验的感热通量差值平均约为5 W·m-2左右，即地形高度的变化对热力作用的敏感程度较小。在海岛南部山区，不同地形高度在影响海风环流结构过程中地形动力作用的差别较大。海风向内陆传播的过程中，遇山受到阻挡，山脉使海风抬升爬坡，产生垂直运动，山区内的平均垂直速度可以在一定程度上反映出地形动力作用的大小。由图11可以看出，在午后海风发展强盛时，海岛南部山区的平均垂直速度明显上升，其强度与地形高度密切相关，地形高度越高，海风遇山后的抬升作用越大，平均垂直速度也越大。综上可知，黎母岭作为海岛南部山区的代表性山峰，地形对海风环流结构的影响包括动力抬升作用和局地热力作用，并且，其高度变化对地形动力作用影响的敏感性更高。

4 结论

利用中尺度天气预报模式WRF（V3.7），对2013年6月4日多云天气条件下的典型海风个例进行了数值模拟，分析了该日海南岛海风环流的发生发展情况，通过地形敏感性试验，探讨了多云天气下海南岛地形对海风环流结构和云水分布的影响，主要结论如下：

1）2013年6月4日，海南岛在多云天气条件下有明显的海风特征，WRF模式较为准确地模拟出了该日海风的主要特征及海风环流的发展演变过程，能够清晰地展示海风环流结构。

2）在CNTL试验中，海南岛当天10～18时有海风发生发展，海风强盛期出现于15时左右。地形对海风环流结构有一定的影响，海岛西部、北部的海风环流结构更加完整，海风在海岛西部陡峭的山区堆积且被迫抬升，更易向垂直方向发展;而在背景风的下游地区，海岛西部、北部高空回流特征更加显著。在偏南背景风下，随着地形高度的增加，海岛南部山区阻挡作用越明显，海岛西部的海风高空回流特征越显著，西部、西北部云水混合比的位置也越深入内陆，强度逐渐增强。

3）在多云天气下，海风强盛期全岛最大风速可达6～7 m·s-1，海风在垂直方向上发展的高度可达0.8～1 km左右。对比晴空天气，由于受到南海季风的影响，多云天气下海风强盛期全岛最大风速稍大，且在垂直方向上伸展的高度更高。移平地形后，晴空天气下的全岛风速大大减弱，而多云天气下全岛风速平均仅减少2～3 m·s-1。与晴空天气相比，海风环流的水平结构在多云天气条件下受地形的影响相对较弱。

4）海南岛地形影响着局地海风环流的发生发展。黎母岭作为海岛南部山区的代表性山峰，在CNTL试验中海风受到地形动力、热力作用的综合影响，且其高度变化对地形动力作用的敏感性程度较大。

此外，本文仅选取一个多云天气下的海风个例探讨地形对海南岛海风环流结构的影响，具有一定的局限性，未来仍需更多的个例对相关结论进行验证。

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Numerical simulation of impact of topography of Hainan Island on structure of local sea breeze circulation under cloudy weather

WANG Lingzi1，2，3，MIAO Junfeng1，2，GUAN Yuping4，5，6

1School of Atmospheric Sciences，Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044，China;

2Key Laboratory of South China Sea Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Hainan Province，Haikou 570203，China;

3Power Dispatching and Control Center of China Southern Power Grid，Guangzhou 510623，China;

4State Key Laboratory of Tropical Oceanography，South China Sea Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510301，China;

5College of Earth and Planetary Sciences，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;

6Zhuhai Joint Innovative Center for Climate-Environment-Ecosystem，Zhuhai 519078，China

Based on a typical case of sea breeze under the cloudy weather in Hainan Island，this paper simulates the structure of local sea breeze circulation by using the WRF model（Version 3.7），analyzes the evolution characteristics of sea breeze circulation，and explores the influence of the complex topography on the structures of local sea breeze circulation and the distribution of cloud water by designing the sensitivity experiments with different terrain heights in Hainan Island.Results show that the topography can significantly affect the structure of sea breeze circulation and the distribution of cloud water mixing ratio.The steep mountain area in the western Hainan Island results in the forced lifting of sea breeze.The southerly background wind causes obvious high-altitude back-flow in the northern Hainan Island.A nearly complete structure of sea breeze is revealed in the western and northern Hainan Island.The higher the terrain height is，the stronger the blocking effect of mountain area in the southern Hainan Island is，the more significant the high-altitude back-flow characteristics of sea breeze in the western Hainan Island，and the further the position of cloud water mixing ratio in the western and northwestern Hainan Island is in the inland.Under the influence of the South China Sea monsoon，compared with the clear weather，the maximum wind speed of the whole island is slightly larger in the strong period of sea breeze and the height of sea breeze in the vertical direction is higher under the cloudy weather.After moving the terrain，the average wind speed of the whole island under the cloudy weather only decreases by 2—3 m·s-1，while under the clear weather，the wind speed of the whole island is greatly weakened，that is to say，the influence of the topography on the horizontal structure of sea breeze circulation under the cloudy weather is weaker than that under the clear weather.

Hainan Island;complex topography;sea breeze circulation;cloud water distribution;sea breeze convection

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20181009008

（責任编辑：张福颖）