山东沿海精细化海区大风特征分析

利用山东沿海12个精细化预报海区2010—2012年的实况代表站逐时大风资料,统计分析了山东沿海的大风日数、风速分布、大风持续时间及大风风向等特征。结果表明,山东沿海风速分布特征表现为:东部海区平均风速最大,在7 m/s左右,西部海区次之,在5 m/s左右,南部海区最小,在4 m/s左右,其中烟台南部沿海甚至在3 m/s以下。当出现大风过程时,各海区的风速相差更大。山东沿海的大风日数、大风持续时间都与平均风速表现为相同的分布特征。山东沿海的大风过程主要为偏北大风,并且量级主要分布在6—7级。由于山东沿海风的局地特征明显,因此在一次大风过程的预报中,各海区预报同一量级是不合适的,需要对预报量级和大风影响时间更加精细的把握。     

EC细网格产品在复杂海岛地形条件下的大风滚动订正释用

应用EC细网格资料和站点实况资料,结合风速高度订正和分风向误差风速分析,建立考虑地形的PP法模型.释用结果表明:考虑地形的PP法模型能有效提高EC细网格产品大风预报精度,平均绝对误差低至2.57 m/s;应用卡尔曼滤波法实时吸收最新资料,能实现释用模型回归系数的滚动更新,预报风速平均绝对误差由2.91 m/s降至2.6...     

渤海海峡海岛站与沿岸站大风对比分析

统计了渤海海峡5个海岛站和3个沿岸站1年的大风资料,在每月大风日数、风速、年际和月际变化特征、主导风向等方面进行了对比分析,得出渤海海峡大风如下结论:大风的风力以6～7级为主,南部比北部更易出现大风,且风速也较大;出现大风的最高概率为57.5%,即平均不到2天就出现一次;海岛站与沿岸站大风风力极值相差最大为20.8 m/s;极大风风速43.2 m/s,创历史最高纪录;风速的月变化规律基本一致,呈现两峰两谷形势;大风年主导风向为NW-NNE,风速以偏北大风和偏南大风较大,而偏西风和偏东风较小;具有典型的季风性气候特征,冬季以偏北大风为主,夏季以偏南大风为主,春、秋季偏北大风和偏南大风交替出现;综合应用海岛站和沿岸站大风记录,能更加准确反映渤海海峡大风的气候特征。     

泰山大风气候特征统计分析

利用泰山气象站1971-2010年近40a逐日风向风速观测资料,统计分析泰山大风天气的气候特征。结果表明：近40a泰山平均风速为7．0m／s,冬季风速最大,春季次之,夏季最小;近40a最大风速为37．7m／s,出现在1977年;年平均大风日数为160．3d,月平均大风日数最多为4月,9月最少,从季节分布：看,春季最多,...     

龙口海洋站风况特征分析

根据龙口海洋站观测得到的2007年逐时10分钟平均风速、风向资料,对平均风速风向、大风风速风向、大风日数等方面进行了分析,得出结论:龙口海洋站的风具有典型的季风性气候特征,冬夏季主风向有180°的变化,平均风速的月际变化出现两峰两谷的趋势;常风向为S向和NE向,强风向为偏北向;偏东风的平均风速和出现频率最小;大风风力以6级为主,大风的年平均风速为13.3 m/s,出现大风的月最高概率为63.3%;大风年主导风向为NW-NE以及S,风速以偏北大风较大,偏东风最小;秋冬季节以偏北大风为主,春季偏南大风与偏北大风交替出现,夏季是大风最少的季节。     

南非东南沿岸异常大风天气过程分析

2005年9月底,在远望船前往印度洋作业海域,经过南非东南沿海的航行中,经历了一次冷锋大风天气过程,当时现场实测瞬时风速达到34m/s以上,并在事发海域发现多起沉船事件.这次冷锋大风天气过程的最大特点是强度大,前期征兆不明显,对海上在航船舶安全危害性极大.本文在资料缺乏情况下对这一过程进行了尽可能详细的分析.     

3种海面风场资料在台湾海峡的比较和评估

本文对3种海面风场资料(CCMP、NCEP、ERA)在台湾海峡风场的平面分布和时间变化特征进行了相互比较,并应用2011年浮标观测的风速和风向资料分别对3种风场的误差进行了分析及评估。主要结论如下:(1)3种资料风场的平面分布、季节变化和年际变化特征基本一致,差异主要表现在冬季NCEP资料在海峡中部和南部的风速相对CCMP和ERA资料较大;(2)CCMP资料的风速偏差、风速均方根误差和风向均方根误差分别为-0.62m/s、1.67m/s和31°,NCEP分别为0.15m/s、1.64m/s和31°,ERA分别为-1.36m/s、2.4m/s和33°;NCEP资料的风速整体略偏大、CCMP略偏小、ERA偏小明显,CCMP和NCEP资料比ERA资料更接近观测;(3)在西南季风影响期以及风速较小时(风速不大于10m/s)CCMP资料的风速可信度较高、NCEP资料的风速偏大;在东北季风影响期以及风速较大时(大于10m/s)NCEP资料的风速可信度较高、CCMP资料的风速偏小;(4)3种资料的风向误差接近,均在低风速时(风速小于5m/s)误差较大。本文的结论可以为台湾海峡的海洋和大气科学研究选择合适的海面风场资料提供借鉴和参考。     

2008年冬季台湾海峡及其邻近海域QuikSCAT卫星遥感风场的检验及应用分析

采用布放在台湾海峡及其邻近海域的2个浮标对2008年冬季（2008年12月至2009年2月）QuikSCAT卫星遥感观测的风场资料进行了检验.结果表明,这两者风速的相关系数为0.93,平均偏差为-0.03 m/s,均方根误差为1.10 m/s,平均绝对误差为1.54 m/s;风向平均偏差为-9.53°,均方根误差为22.83°,平均绝对误差为33.84.°这表明QuikSCAT卫星遥感风场资料在台湾海峡及其邻近海域冬季风观测中具有很高的适用性.本文利用2008年冬季QuikSCAT卫星遥感的平均风速场,分析了在＂狭管效应＂影响下台湾海峡及其邻近海域的风速特征.结果显示其平均风速具有3个基本特征：（1）台湾海峡中部存在着明显高于附近其他海域的高风速区,平均风速高出1~4m/s,风速高值区更贴近海峡东岸.（2）台湾海峡南部平均风速大于北部.（3）台湾岛东北角和西南角各有一个风速低值区.结合对2009年2月15~18日一次冷空气大风过程的分析发现,风速越大台湾海峡＂狭管效应＂越明显.     

唐山湾精细化海区大风特征初步分析

根据唐山湾的特殊地理环境,将其分为西部、南部和东部3个海域,并选取3个沿岸站、2个海岛站和1个浮标站分别作为3个海域的代表站,对每个站点的大风日数、风速、年际和月际的变化特征进行对比分析。结果如下:南部海域出现≥6级的大风和极大风的天数最多,出现大风的概率与东部海域相当,均为西部海域的3倍左右;整个唐山湾海域大风具有典型的季节性变化特征,呈两峰两谷分布,5月和11月是出现大风最多的月份;3个海域的极大风速极值均在17.2 m/s以上(8级以上),7月16日急性型冷锋的出现使得嘴东站的极大风速达到31.2 m/s(11级);唐山湾3个海域的≥6级大风年主导风向为NE-ENE,≥6级极大风年主导风向为ENE-E,所有大风几乎没有偏南的风向,即唐山湾6级以上大风均以偏北风为主。综合分析3个海域代表站的大风资料,可以精确的反映唐山湾海域大风的气候特征,更为各个海域的天气预报提供辅助工作。     

利用浮标资料初步评估NCEP再分析湍通量

通过与浮标观测资料的对比分析,指出NCEP动量通量、再计算NCEP热通量更能够代表NCEP再分析数据库的数值模拟效果。当风速大于20m/s时,数值模拟的湍通量低于浮标块体湍通量,当风速在10～20m/s时,数值模拟的湍通量高于浮标块体湍通量。同时还发现数值模拟结果的延迟现象,以及不能反映大风过后快速的海气温差变化而引起的感热通量变化。     

一种改进的高度计风速反演模式函数研究

本文利用角动量模式计算获得高风速资料,并通过气象观测站实测资料验证了风速资料的准确性,并将所得风速应用于Jason-1高度计风速反演模式函数研究,得到了一个新的风速反演模式函数。研究结果表明,本文提出的模式函数能更好地反映台风经过时海表面风速情况,实现了高度计对高风速(10~40 m/s)的反演,可作为Jason-1高度计风速反演业务化算法在高风速情况下的补充,以提高高度计风速反演精度。     

黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

利用区域气象观测站、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar,XPAR）等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0~6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0~1.0 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显。     

Evaluation of reanalysis surface wind products with quality-assured buoy wind measurements along the north coast of the South China Sea

Three archived reanalysis wind vectors at 10 m height in the wind speed range of 2–15 m/s, namely, the second version of the National Centres for Environmental Prediction(NCEP) Climate Forecast System Reanalysis(CFSv2), European Centre for Medium-Range Weather Forecasting Interim Reanalysis(ERA-I) and NCEPDepartment of Energy(DOE) Reanalysis 2(NCEP-2) products, are evaluated by a comparison with the winds measured by moored buoys in coastal regions of the South China Sea(SCS). The buoy data are first quality controlled by extensive techniques that help eliminate degraded measurements. The evaluation results reveal that the CFSv2 wind vectors are most consistent with the buoy winds(with average biases of 0.01 m/s and 1.76°). The ERA-I winds significantly underestimate the buoy wind speed(with an average bias of –1.57 m/s), while the statistical errors in the NCEP-2 wind direction have the largest magnitude. The diagnosis of the reanalysis wind errors shows the residuals of all three reanalysis wind speeds(reanalysis-buoy) decrease with increasing buoy wind speed, suggesting a narrower wind speed range than that of the observations. Moreover, wind direction errors are examined to depend on the magnitude of the wind speed and the wind speed biases. In general, the evaluation of three reanalysis wind products demonstrates that CFSv2 wind vectors are the closest to the winds along the north coast of the SCS and are sufficiently accurate to be used in numerical models.     

一种改进海面风速反演的分类神经网络方法

为了提高使用SSM/I资料反演全球海面风速的精度,发展了一个新型的神经网络方法.在这个方法中,使用高风速、中、低风速状态和天气状态分类的方法分别训练神经网络,然后根据其类别的不同使用不同的神经网络计算风速.此方法较好地去除了由于高风速和云天天气状态下训练样本数据的缺少所产生的误差,改进了在高风速状态下反演风速值比实际风速偏低的情况,使得反演的高风速值被校正到了正常位置.本方法反演海面风速的值与浮标实测风速值之间的均方根误差达到1.60m/s.     

QuikSCAT卫星遥感风场可靠性分析及其揭示的中国近海风速分布

利用2000—2009年美国国家航空航天局(NASA)在中国近海海域(0°~45°N,105°~135°E)的QuikSCAT卫星遥感风场资料与近海测风塔(位于上海近海)、海上石油平台(位于东海和渤海)、岛屿站(南海珊瑚岛和西沙海边观测塔)的实测风场资料进行对比分析,检验了QuikSCAT卫星遥感风场资料在中国近海海域的可靠性。研究结果如下:各站点实测风速与站点位置以及站点附近的QuikSCAT卫星遥感风场资料相关系数均在0.7以上;QuikSCAT卫星遥感风场资料与海上石油平台的风速均方根误差较小(约1.5 m/s);其年均值均大于实测值,差值范围是0.1~1.3 m/s;其Weibull形状参数K与海上石油平台以及近海测风塔的K值较为接近,表明QuikSCAT卫星遥感风场资料各风速段的频次分布形态与观测站的实测值基本吻合,QuikSCAT卫星遥感风场资料能基本合理地反映出中国近海风速的分布状况。利用QuikSCAT卫星遥感风场资料分析了中国近海及其邻近水域风速的空间分布特征:(1)台湾海峡是中国近海风速最大的区域,从台湾海峡向东北至日本海,往西南至南海北部115°E附近和巴林塘海峡为风速的次大值区;(2)28°N到长江入海口的东海海域年均风速为7.0~7.5 m/s,在黄海和渤海为5.5~7.0 m/s,在南海北部自东向西由8.5 m/s递减为6.0 m/s,北部湾最大风速区位于东方附近海域。     

ERA5海面气压和风速再分析资料在渤海和北黄海适用性分析

利用渤海和北黄海9个站位浮标的海面10 m气压和风速观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：海面气压和风速再分析资料与观测资料具有良好的相关性,不同时间尺度的统计结果具有一定差异,累年逐月的相关性优于日均和日极值,极端天气下的相关系数最低。不同时间尺度的统计结果显示,气压再分析资料与观测值的偏差总体为负值,即高压再分析资料较观测值偏弱、低压再分析资料较观测值偏强,二者存在一定的系统性偏差;风速统计结果显示,偏差与风力级别有关,大风速时,风速再分析资料普遍小于观测值。累年逐月再分析资料反映了研究区气压和风速的季节变化特征,偏差也呈现出季节性变化,且冬季的适用性优于夏季;极端天气情况下,气压和风速再分析资料的适用性较差,需要开展进一步的订正处理。     

Validation and accuracy analysis of wind products from scatterometer onboard the HY-2B satellite

The Chinese marine dynamic environment satellite HY-2B was launched in October 2018 and carries a Ku-band scatterometer. This paper focuses on the accuracies of HY-2B scatterometer wind data during the period from November 2018 to May 2021. The HY-2B wind data are validated against global moored buoys operated by the U.S. National Data Buoy Center and Tropical Atmosphere Ocean, numerical model data by the National Centers for Environmental Prediction, and the Advanced Scatterometer data issued b...     

Sea-surface acoustic backscattering measurement at 6–25 kHz in the Yellow Sea

Sea-surface acoustic backscattering measurements at moderate to high frequencies were performed in the shallow water of the south Yellow Sea, using omnidirectional spherical sources and omnidirectional hydrophones. Sea-surface backscattering data for frequencies in the 6–25 k Hz range and wind speeds of(3.0±0.5)and(4.5±1.0) m/s were obtained from two adjacent experimental sites, respectively. Computation of sea-surface backscattering strength using bistatic transducer is described. Finally, we calculated sea-surface backscattering strengths at grazing angles in the range of 16°–85°. We find that the measured backscattering strengths agree reasonably well with those predicted by using second order small-roughness perturbation approximation method with "PM" roughness spectrum for all frequencies at grazing angles ranged from 40° to 80°. The backscattering strengths varied slightly at grazing angles of 16°–40°, and were much stronger than roughness scattering. It is speculated that scattering from bubbles dominates the backscattering strengths at high wind speeds and small grazing angles. At the same frequencies and moderate to high grazing angles, the results show that the backscattering strengths at a wind speed of(4.5±1.0) m/s were approximately 5 d B higher than those at a wind speed of(3.0±0.5) m/s. However, the discrepancies of backscattering strength at low grazing angles were more than 10 d B. Furthermore the backscattering strengths exhibited no significant frequency dependence at 3 m/s wind speed. At a wind speed of 4.5 m/s, the scattering strengths increased at low grazing angles but decreased at high grazing angles with increasing grazing angle.     

HY-2 扫描辐射计风速数据产品与平台基观测数据的比较研究

基于南海北部PY30-1平台上2012年2月至9月测风仪观测的风速数据,开展了HY-2扫描辐射计风速数据比较研究。选取时空匹配窗口为5 min和25 km,利用HY-2扫描辐射计RM 100,70和35 km分辨率3种风速数据,分别与平台观测数据进行了比较。比较结果表明:在南海北部海域,HY-2扫描辐射计100 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为3.86 m/s;70 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为10.52 m/s;35 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为5.54 m/s。还进一步比较了有雨和无雨两种情况下HY-2扫描辐射计和平台数据的偏差,结果表明:有雨和无雨条件下都是100 km分辨率的数据偏差最小。这为在我国南海北部海域应用HY-2扫描辐射计的风速数据产品的选择提供了依据。