绥中36号海上石油平台站业务化评估及其风速资料的质量检测

选取海上A平台54646为参考站,通过差值对比、趋势对比以及风向相符率对绥中36号石油平台站54553运行以来的观测资料进行了分析,以此为例来说明天津建设的环渤海海域石油平台站的业务化评估过程。采用气候学界限值、内部一致性、持续性、时间一致性及空间一致性等检查方法对该站2017年定时2 min风速和极大风速数据进行了初步质量检测,并且还通过环渤海地区2017年冬半年的较强冷空气过程,对该站观测到的风速数据进行了进一步验证。结果表明:54553站观测的各气象要素值表现合理,具有一定的局地天气气候代表性,能够投入海洋气象预报、近海风能资源评估等业务使用。同时,该站观测的风速资料质量相对较好,为环渤海海洋气象预报服务增添了新的数据保障。     

船上气温、湿度和风速观测的代表性

当前我国有许多海洋气象调查船、商船和遥测气象浮标站的甲板上安装有气温、湿度和风速测量仪器，其中不少仪器本身测量精度是符合要求的，可是在船上使用能否获取符合要求的气象资料，其代表性如何，即是否能准确代表和反映观测船所在地点一定     

台风“菲特”期间T639预报风场在东中国海的有效性检验

海表风场是航海、海洋工程及防灾减灾等都十分关注的海洋要素之一,本文利用来自台湾地区和韩国的风速观测资料,检验了台风"菲特"及一次冷空气过程期间T639风场预报产品在东中国海的有效性。结果表明:(1)台风"菲特"和冷空气期间,预报风速与观测风速在曲线走势上保持了较好的一致性。(2)从相关系数来看,各个观测站的预报风速与观测风速都表现出较为密切的相关性;从偏差来看,预报风速略高于观测风速;从均方根误差和平均绝对误差来看,误差也都在可控范围之内。(3)台风"菲特"期间,T639预报风场对台风眼、台风尾迹等气旋性特征刻画得较为形象,外埔气象站、东吉岛气象站和兰屿气象站受台风影响较为显著,淡水气象站、金门气象站和绿岛气象站受台风的影响则偏弱。T639预报风场对南下的冷空气过程同样有着较好的体现,对风向和风速都有很好的模拟。     

船上气温、湿度和风速观测的代表性

当前我国有许多海洋气象调查船、商船和遥测气象浮标站的甲板上安装有气温、湿度和风速测量仪器,其中不少仪器本身测量精度是符合要求的,可是在船上使用能否获取符合要求的气象资料,其代表性如何,即是否能准确代表和反映观测船所在地点一定海域的海面上气温、湿度和风速的实际自然状况,这是应当进行探讨的。因为船上获取的气象资料的代表性如何,关系到海上天气分析和海洋气象科学研究能否正常开展,     

近海工程环境应用中各种风资料的平均时间分析

本文从近海工程设计应用的需要出发，对于通常使用的不同来源的测风资料平均时间进行了分析，这些资料来源包括：岸边及近海探查与生产设施上的气象台站、天气观测船、浮标、商船气象报、从受灾情况估计出的极大风速以及动力诊断模型估计出的海面风速。     

海基观测资料在改进南海台风强度分析中的应用

探讨了一种利用海岛自动站、石油平台站、海洋气象浮标观测站、船载自动气象站等在内的海基观测资料来改进南海热带气旋强度分析的客观估计方案,并利用该方案对近几年(2013—2016年)出现在南海海域的18个热带气旋强度进行了分析。结果表明:该方案的估计误差与基于卫星遥感资料分析得到的结果水平相当,其估计效果与热带气旋的自身强度和有效样本数量有关,同时是否有观测样本位于热带气旋最大风速半径内也会影响估计的准确性。在传统基于卫星遥感资料对热带气旋强度主客观分析出现不一致时,利用海基观测来估计台风的强度可以作为一种补充方案来提高强度分析的可靠性。     

海洋站观测资料的质量控制方法及其应用

文章阐明开展海洋站观测资料质量控制的必要性和重要性,以海洋站观测延时(月报)资料为例,详细论述其质量控制的对象、流程和参数以及包括日期检验、位置检验、格式检验在内的19种质量控制方法,同时概述海洋站观测资料质量控制软件,最后提出下一步开展海洋站观测资料的均一化检验和订正以及建立多模式检验系统和均一化数据集的研究重点,以期为海洋和气候变化研究提供科学准确的第一手资料。     

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。     

基于观测和再分析数据的LSTM深度神经网络沿海风速预报应用研究

基于海洋气象历史观测资料和再分析数据等，利用LSTM深度神经网络方法，开展在有监督学习情况下的海面风场短时预报应用研究。以中国近海5个代表站为研究区域，通过气象台站观测数据和ERA-Interim 6 h再分析数据构建数据集。选取21个变量作为预报因子，分别构建两个LSTM深度神经网络框架(OBS_LSTM和ALL_LSTM)。经与2017年WRF模式6 h预报结果对比分析，得出如下结论:构建的两个LSTM风速预报模型可以大幅降低风速预报误差，RMSE分别降低了41.3%和38.8%，MAE平均降低了43.0%和40.0%；风速误差统计和极端大风分析发现，LSTM模型能够抓住地形、短时大风和台风等敏感信息，对于大风过程预报结果明显优于WRF模式；两种LSTM模型对比发现，ALL_LSTM模型风速预报误差最小，具有很好的稳定性和鲁棒性，OBS_LSTM模型应用范围更广泛。     

基于虚拟仪器技术的海洋移动气象观测系统

介绍一种自主研发的、基于Labview虚拟仪器技术的海洋移动气象观测系统,它可广泛用于各种舰船、海洋移动平台上,能够有效地去除安装平台的移动给风参数测量造成的影响,从而给出真风速、真风向、温度、湿度、气压、安装平台移动轨迹、速度等参数,并能够实时地显示相关参数的随时间的变化趋势,为海洋气象的研究及预报工作提供真实有效的原始数据分析资料。     

西太平洋海面风场数据集的建立及其应用

再分析风场数据至今已发展了约30年,目前人们使用区域乃至全球网格化再分析数据集愈加频繁,但风场再分析数据在强天气过程中的强度明显不足,将风场再分析数据同台风观测数据相融合是解决问题的重要途径,本文通过“构建经验台风圆形风场-叠加台风移行风场-流入角修正-叠加背景再分析风场”的基本思路,融合了西太平洋联合警报中心的所有台风观测数据,形成了一套1981—2016年再分析和台风观测相结合的风场数据集。本文选取近十年在中国南海登陆的6例台风,通过与气象观测站数据对比,发现这六例台风相较于再分析数据都有10%以上的误差减小,本工作对于东中国海及南海等台风多发区域风能资源评估的整体提升可达4%,单点风能平均提高55 W/m^2。最后,通过海洋动力数值试验验证高风速下的水位模拟误差可以减少至工程标准的10%以内。综上,本文认为合成风场有助于海洋灾害和风能资源的评估和研究。     

南海北部海面风速概率分布特征

利用南海北部的浮标、石油平台观测的海面风资料，分析了0~200 km范围内，不同离岸距离站点的风速的概率分布特征。观测结果指出，各站平均风速一般最大值出现在冬季，最小值出现在夏季，具有明显的季节变化特征，并且平均风速随着离岸距离的增大也逐渐增大。对于离岸距离较近的区域（100 km以内），海面风基本符合双参数的Weibull分布，但对于100 km以外的海面风速概率分布与Weibull分布存在明显差异，随着离岸距离的增大，平均风速和风速标准偏差也相应增大。风速平均值与风速标准偏差的比值较小时，Weibull分布的偏斜度基本为正值，当比值较大时偏斜度转为负值。随着离岸距离的增大，出现与Weibull分布不一致的情况越来越多，且与对应的Weibull分布相比，其偏斜度越小，风速概率分布越不能用Weibull分布进行较好拟合。     

利用TOPEX卫星高度计资料分析东中国海的风、浪场特征

利用TOPEX卫星高度计和日本气象厅浮标观测资料,对东中国海的有效波高和风速进行比较,分析了卫星高度计资料的有效性。利用有效波高和风速的3种概率密度函数分布,结合TOPEX卫星高度计资料,并采用最大似然方法对统计分布参数进行估计,结果表明,有效波高的对数-正态概率密度分布与观测资料的直方图在有效波高的整个范围内符合较好,风速的直方图与Weibul概率密度分布符合较好。同时,分析了有效波高大于4 m的巨浪在东中国海的时空分布特征,表明巨浪多出现在冬、秋两季,平均有效波高最大值出现在夏季,且主要分布在东中国海东南部。     

东海及其邻近海区热带气旋风灾风险

东海及其邻近海区是受热带气旋影响较为严重的区域,研究该海域的热带气旋风灾风险有助于防灾减灾。选取1980—2019年影响该海域的587个热带气旋资料,利用Holland经验风场模型获得该海域热带气旋风场数据集,参照Simpson风灾指数方法,构建联合风速及其累计时间的风灾指数。结果表明:①东海及其邻近海区大部分海域受热带气旋影响,都会出现最大风速超过30 m/s。②进入20世纪,东海热带气旋风速有增强的趋势,每10 a的平均增速约1.6 m/s。③近岸海域最大风速主要发生在7月中旬至9月中旬。④从宁德至温州近岸海域的风灾等级相对较高,且风灾等级向南北两侧呈递减趋势。     

Bohai Sea oil spill model: a numerical case study

An operational Bohai Sea oil spill serving module (BSOSSM) that can provide users with trajectory and movement information of the released oil is developed for the purpose of informing mitigation of oil spill incidents in the Bohai Sea, China. BSOSSM is one of the serving modules that had been integrated in China digital ocean prototype system, a marine information platform for managing, displaying and disseminating all the data investigated by China 908 Program. The oil spill trajectory is calculated by an oil spill model (OSM), which serves as a component in BSOSSM. The impacts of wind, current, as well as Stokes drift on oil spill trajectory are studied by sensitivity experiments conducted using OSM. Simulation results indicate that wind forcing is the most important factor in controlling the oil trajectory at the sea surface in Bohai Sea, whereas current and Stokes drift play relatively less important roles. However, because the direction of waves generally follows that of the wind, Stokes drift does lead to an increase in oil drift and spreading velocity. Case studies of the Penglai 19-3 oil spill incident (June 2011) and Xingang oil spill (April 2005) demonstrate that OSM can generally reproduce the oil spreading, and is therefore capable of supporting the emergency response of future oil spills in the Bohai Sea through BSOSSM.     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

基于QuikSCAT/NCEP风场的1999-2009年中国海表风场研究

利用1999年8月-2009年7月具有高精度的QuikSCAT/NCEP混合风场,对中国海海表风场的风速风向、极值风速、大风频率等特征进行分析,研究发现:MAM和SON的风速大值中心位于台湾海峡,JJA位于南海西南部海域,DJF大值区主要位于琉球群岛-台湾海峡-东沙群岛-平顺海岛一带,风向也具有明显的季节特征;极值风速...     

夏季黄海表面冷水对大气边界层及海雾的影响

海表面温度(SST)是海气界面上的1个物理量,受到海洋潮汐、海底地形等因素影响,并对海洋大气边界层有着重要的影响.夏季的黄海,由于黄海冷水团的存在和陆架锋的影响,或是潮汐混合的作用导致海水的垂直混合,使海表面温度的分布产生复杂的结构.通过对卫星观测的海表面温度数据分析,发现在夏季黄海有几个SST冷中心的存在:辽东半岛以及山东半岛的顶端、朝鲜半岛的西侧、山东半岛南侧、江苏外海和黄海南部等.本文利用一系列船舶观测资料、卫星遥感数据、再分析数据分析等,并运用数值模拟研究黄海的冷中心对其上大气的影响.在冷区之上,大气稳定度增加,抑制了近海面大气的垂直混合,使海表面风速减弱.通过对船测数据的分析,在冷区位置有海雾多发区的存在,黄海南部冷区上的海雾发生频率达到15％以上.Weather Research and Forecasting(WRF)模式的数值模拟表明,冷中心降低上空的温度,使海表面风速减弱,形成厚度达500m的逆温层,为海雾的形成创造了有利的条件.与船测数据结果所不同的是黄海南部冷中心之上的海雾发生频率可以达到30％,去掉冷区影响的试验表明冷区较冷的海表面温度最多可以使海雾的发生频率增加15％以上.     

基于LSTM的海洋表面短期风速预测研究

为实现对海面风速精确的短期预测,提出了一种基于长短期记忆(LSTM,long short-term memory)神经网络的短期风速预测模型,选取OceanSITES数据库中单个浮标站点采集的风速历史数据作为模型输入,经过训练设置最佳参数等步骤,实现了以LSTM方法,对该站点所在海区海面风速在各季节性代表月份海面风速的24h短期预测。同时通过不同预测时长的实验以及与BP(back propagation)神经网络神经网络和径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBF)的预测效果对比实验,证明了LSTM预测方法相比上述两种神经网络预测方法,在海表面风速预测应用中的优越性。最后通过多个海域对应的站点风速数据预测实验,证明了LSTM神经网络模型的普遍适用性,由相关系数和预测误差的分析可知该方法具备应对急剧变化数据的预测稳定性,可以作为海洋表面风速短期预测的一种可靠方法。     

一种精细化的海洋浮标数据质量控制方法

针对海洋浮标数据获取特点及常见数据错情,本文提出了一种精细化的海洋浮标温盐数据质量控制方法。通过范围检验、尖峰检验、莱因达准则等六个步骤实现浮标数据质量控制,其创新性在于有效集成了多种质量检验法,并且研究了一种融合传统尖峰检验与莱因达准则的质量检验新方法;并以中国近海观测研究网络黄、东海站浮标温盐观测数据为例,验证了本方法的有效性和适用性。该方法可广泛用于海洋浮标温盐观测数据的质量控制,识别出长时间序列数据的异常值。经过本方法质控后的浮标观测数据对于海洋科学研究、海洋气象预报、海洋灾害预警以及渔业发展等具有重要意义。