国家海洋环境预报中心的业务客观分析系统——第三部分 系统的运行评价

国家海洋环境预报中心(MEFC)的客观分析系统,自1989年1月投入业务运行,已连续两年,成功地为大气、海浪、海温、海冰及风暴潮等大气海洋数值预报模式提供了有效的初始气象场,由于客观分析产品已成为各专项预报模式的基础。因此,保证客观分析系统结构的合理性、功能的完备性、结果的精确性以及运行状态的稳定性就成为特别需要强调与重视的问题。本文准备对该系统产品的精确性做一些基本的统计检验,并希望能够通过这些统计分析,为该系统的进一步完善提供有价值的参考资料。 本文是基于1989年4月至1990年3月连续12个月的客观分析结果进行的。另外,利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)500hPa高度场的客观分析结果,我们对两套分析方案的分析误差做了比较。     

历史资料客观分析数据库

历史资料客观分析数据库是国家“八·五”科技攻关项目的一子课题，用了五年的时间研制并完成。它可以为海洋环境预报及预报模式研究服务，提高了海洋预报、特别是灾害性海况（海浪、风暴潮、海冰）预报的水平，它是海洋环境数值预报系统的一个重要组成部分。本文主要介绍历史资料客观分析数据库的概况及研制使用过程。     

国家海洋环境预报中心的业务客观分析系统：第一部分：系统结构及其功能

前 言 自1989年1月起,主要依据Cressman方法的一个客观分析系统,在国家海洋环境预报中心投入了业务运行。分析区域包括了整个北半球,极射投影。分析网格包括51×51个格点,格距381公里。提取观测资料时网格要向外扩充四圈半。分析时使用的观测资料有:地面观测、船舶站报告、海洋天气船报告、飞机报告、卫星测风、探空记录和气球测风。(尽管有些资料,如飞机报和卫星测风至今尚未收到)分析层次包括地面层和六个标准等压面层:850hPa、700hPa、500hPa、300hPa、200hPa和100hPa。 该系统能提供的分析产品表示在表1中:     

东海区域大风中期客观预报系统

本文利用欧洲中心中期数值预报产品,应用天气学分型推理预报,物理量分析诊断预报,相似预报和“MOS”方程预报四种方法,并将各种预报结果进行综合集成,做出东海区域大风的中期预报,业务应用表明,该系统对中期大风天气过程具有一定的预报能力。     

海洋资料客观分析和无规噪声对分析场的影响

本文提出了用于海洋资料的一个客观分析方法。使用这个方法温度场、气压场、高度场、海冰速度、海面风场和流函数等分别进行了分析。分析试验表明这个方法简单方便、分析精度较高。     

海洋气象中的客观分析方法

目前，海洋气象资料分析工作已逐渐由计算机取代了人工操作，资料的客观分析和四维资料同化已广泛被应用。本文综述了气象、海洋资料客观分析所需信息，客观分析的基本思路和实施方案，给出了几咱常用的客观分析垢基本原理。     

LOESS四维客观分析在中国近海的应用

利用全国海洋综合调查资料和世界大洋数据库(WOD)资料,运用局部加权回归法(LOESS)四维客观分析方案对中国近海的温度场进行了客观分析,将散布在空间中的温度资料点插值到均一的网格中。在分析中充分考虑了中国海曲折复杂的海岸特点,将底深调整系统(TAR)和障碍调整系统(BAR)整合到四维插值系统中,使得资料点空间权重的计算更为合理。计算结果显示,LOESS客观分析方案充分考虑了空间因素(经度、纬度、深度)和时间因素,能客观反映出中国近海一年四季的温度时间-空间结构。通过与Kriging插值方法的对比,发现LOESS方法能更精确地把中国近海温度结构反映出来。     

海冰的客观分型

本文采用聚类分析方法,对近１０年冬季逐候渤海海冰进行客观分型,获得海冰初终期型、发展期型、强盛期型和消融期型等共四类。通过分析不仅给出了海冰各型的厚度场及外缘线的分布状况,同时还揭示了型与型之间的关系及其转换和海冰各个发展阶段的内在联系。     

一个海洋资料的客观分析方法和分析场的置信水平

这项工作提出了用于海洋资料的一个客观分析方法。这个方法是根据ＧａｕｓＭａｒｋｏｖ原理建立的。当给出一个待分析场中有限个资料点上的观测值时，使用这个方法可以得到相应物理量（如速度，流函数和温度等）的最小平方误差的线性估计场。在建立这个方法的过程中，也给出了计算ＲＭＳ误差的公式。使用这个方法还可以设计出有效的空间取样阵列。本文使用这个方法对海冰速度，海面风速和流函数等分别进行了分析，试验结果表明，这个方法简单、方便，得到了满意的结果     

日本本州南方海域表层海流及表层水温的客观分析

用1984年7月神户海洋气象台所属的春风号调查船和气象厅海洋气象部所属的凌风号调查船,夏季定期海洋观测取得的表层海流、表层水温和表层盐度资料,进行了客观分析。 根据网格点与观测点之间距离函数的权重,取网格点一定距离范围内测点值的加权平均值,求网格点值。此外就参数α的三个不同值,对表层海流进行了分析,其结果选取α=0.0044作进一步分析。分析结果,表层海流经常与黑潮主流,反气旋性涡流及气旋性涡流等呈现较好的空间连续分布。表层海流的涡度场,沿岸侧与黑潮流轴相比,越靠近沿岸侧,越呈正值,越靠向外海,几乎在所有海区均呈负值。洋面上局部低温区,对应表层海流呈正涡度的最大值,而局部高温区,对应呈负涡度最大值。事实上,像夏季海面附近形成季节性跃层时,它会显示出海面附近局部水温的高低,对表层海流的涡度场有很大影响。此外。在20米深的水温分布,暖水中的南侧边界存在波长有40公里的带状分布。     

基于统一高度Cressman方法的地面2m气温客观分析

针对离散站点资料格点化的业务需求及 Cressman 方法在地形复杂区域客观分析存在的问 题,利用山东及周边省自动气象站观测的 2 m气温和 ECMWF预报的海上 2 m气温,结合山东省中尺度数值预报位温递减率、90 m分辨率 SRTM高程数据,采用统一高度 Cressman 方法对山东省地面2 m气温进行客观分析,生成了逐 1 h、0.01°×0.01°高分辨率的地面 2 m气温格点产品。结果表明,统一高度 Cressman 方法的客观分析格点产品在地形复杂区域的分析更合理,月平均误差基本在±1 ℃以内,鲁中山区地形高度较高区域月平均误差略大于鲁西北、鲁西南、鲁东南和山东半岛等地的平原地区,气温偏低的10、11、12月温度准确率均略低于 5、6、7、8、9 月;2020 年 5—12 月平均误差为－0.0039 ℃,平均绝对误差为 0.1469 ℃,均方根误差为 0.3597 ℃,2 ℃以内准确率为 99.64%,1 ℃以内准确率为 98.24%,各项检验指标均较优。总体上统一高度 Cressman 客观分析格点产品质量接近中国气象局陆面数据同化系统（ HRCLDAS ）高分辨率格点实况产品。     

基于Cressman客观分析的南海北部海区数据同化实验

利用POM模式和空间插值法构造的同化方案对南海北部的航次观测资料进行了数据同化模拟.结果表明,数据同化有效兼顾了模式模拟和航次观测,在一定程度上纠正了模式模拟值相对于真实数据的误差;同化结果与模拟结果相比更接近观测值,在航次断面及其附近海域同化结果误差较小;另一方面,由于航次资料站点相对较少,在无观测数据的海域模式同化不是很理想,有待改进.此方法可为南海大型航次及其他资料同化提供一个再分析资料的实验性参考.     

基于客观分析的多源卫星叶绿素a浓度产品融合方法研究

本文基于Aqua/MODIS、Terra/MODIS和Envisat/MERIS多源卫星叶绿素a浓度产品,研究了客观分析融合方法,制作了西北太平洋海域(0°~50°N,100°~150°E)叶绿素a浓度融合产品,并从有效数据空间覆盖率和产品精度两个方面对融合方法进行了评价。与单传感器以及欧洲太空局发布的GSM模型业务化融合产品相比,客观分析融合产品空间覆盖率明显提高;与收集的2002-2012年间叶绿素a浓度实测数据比较,GSM模型业务化融合产品的匹配数据点为578个,偏差为-0.20 mg/m3,均方根误差为0.37 mg/m3,客观分析法融合产品的匹配数据点为1432个,偏差为-0.21 mg/m3,均方根误差为0.36 mg/m3。结果表明:本文研究的客观分析融合方法在保证融合产品精度的同时可显著提高产品的空间覆盖率,在海洋水色融合应用前景广阔。     

海洋环境要素客观分析图绘制的若干问题

根据海洋环境资料空间分布的特点,使用Surfer中三角形线性插值法与样条平滑的组合能够比较准确地绘制单航次数据资料的客观分析图。对于累年多源资料,为了较好地解决海洋环境场的各向异性和资料空间分布不均匀性的问题,在Carter(1987)发展的客观分析统计模型的基础上,采用不同的搜索域进行客观分析,取得了良好效果。另外,Kriging方法用于海洋绘图时,在跃层和锋面处容易出现“鼓肚”现象,不能很好地反映浅海区潮混合导致的均匀层,应用时需加以注意。     

海温数值预报资料同化试验Ⅰ.客观分析的最优插值法试验

利用最优插值法发展了一个海温短期数据预报的资料同化系统，并进行了一些客观分析试验。这个同化系统具有下述几个特点：（１）由于海温的保守性，在对海个时次的船舶报ＳＳＴ资料进行同化时，加入了前后相差６ｈ的相邻资料作为同时资料，增加了资料密度，较好地解决了海洋资料相对稀疏引起的问题；（２）利用模式的一系列后报试验结果来估计模式预报误差的标准差，这比常用主观猜测的方法更加客观；（３）对观测资料进行检误的质量     

热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展

首次从云系形态识别、风场结构分析、云体温湿反演、时空运动匹配等4个崭新角度梳理归纳了热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展,分别介绍此4类方法的实现原理与过程,比较分析各种方法的优缺点与适用性。总结认为,上述方法虽大多仍处于探索研究阶段,但其优于传统人工目视判读定位法的诸多特点将使之成为发展应用的必然;同时综合比较指出,结合运动特征的混合智能算法将是热带气旋中心定位的未来方向;此外建立集成多种资料和算法的热带气旋综合客观定位系统,也有利于提高热带气旋中心定位的稳健性和准确率。     

低纬度客观风场在台风中期预报上的应用

本文计算了1984年热带地区850hPa涡度场、200hPa散度场以及格点风的u、v分量,分析了西北太平洋区域台风生成前后这些物理量的演变特征,为台风中期预报提供了客观依据。     

海温数值预报资料同化试验：Ⅰ.客观分析的最优插值法试验

利用最优插值法发展了一个海温短期数据预报的资料同化系统，并进行了一些客观分析试验。这个同化系统具有下述几个特点：（１）由于海温的保守性，在对海个时次的船舶报ＳＳＴ资料进行同化时，加入了前后相差６ｈ的相邻资料作为同时资料，增加了资料密度，较好地解决了海洋资料相对稀疏引起的问题；（２）利用模式的一系列后报试验结果来估计模式预报误差的标准差，这比常用主观猜测的方法更加客观；（３）对观测资料进行检误的质量