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。     

驱动大洋海浪模式的两种海面风场对比分析研究

海面风场在海浪模拟和预报中起着重要作用。文中分别利用CCMP风场和Q/N混合风场驱动WAVEWATCHⅢ海浪模式对北太平洋海域的海浪过程进行了模拟。利用NDBC(美国国家浮标资料中心)提供的浮标资料和Jason-1卫星高度计资料对模拟结果进行了检验分析。分析表明:在北太平洋海域,CCMP风场较Q/N混合风场与浮标风速资料有更好的一致性,更能代表该海域的海面风场状况;CCMP风场驱动下的海浪模拟结果总体上优于Q/N混合风场的结果。     

2016年苏北近海风场和波浪场多时间尺度变化的数值模拟研究

利用高分辨率的大气和波浪数值模式,模拟了2016年苏北近海的风场和波浪场,并与卫星高度计资料、散射计风场、再分析资料以及实测浮标资料进行了比较,验证了模式的准确性。基于这套模式结果,系统地分析了江苏近海的风场和波浪场的多时间尺度变化:季节变化、日变化以及季节内变化(台风、寒潮)。分析结果表明:苏北近海海域的风速、有效波高和涌浪在冬季和秋季较大、春季和夏季较小;冬季盛行西北风,常浪向为西北向,夏季盛行东南风,常浪向为东南向。风场和波浪场还具有显著的日变化特征,且日变化存在季节变化规律,离岸越近海域日变化特征越明显。同时,江苏近海还会经历季节内尺度的强天气过程的影响,比如台风和寒潮。     

西北太平洋月平均风生流的数值试验

应用正压浅水方程模式对西北太平洋月平均风生流进行了数值试验。当海面风场的尺度与太平洋尺度接近时对西北太平洋不同月份所得到的风生流和西北太平洋实际环流的某些特征十分接近,而西北太平洋水区的风场仅对近岸流的特征有重要影响。对比试验表明,西海岸附近的水深变化对西北太平洋风生流的动力学影响是显著的。     

近22年西北太平洋海表风速变化趋势及空间分布特征研究

利用来自ESE(NASA Earth Science Enterprise)的1988-2009年CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场资料,对西北太平洋海域的海表风速进行研究,发现在1988-2009年期间,西北太平洋大部分海域的海表风速呈显著的逐年线性递增趋势,近岸海表风速的...     

4种表层风场资料在北半球海域的适用性评估

为进行海洋表层风场的物理结构重建与基础理论溯源,需选用可靠准确且通过检验的高时空分辨率风场资料。本文利用NDBC、TAO和嵊泗站现场观测资料,在全面比较分析的基础上,对其中应用较广泛的CFSR/CFSv2、ERA-Interim、FNL和CCMP四种风场产品在北半球海域(北太平洋、北大西洋)进行了检验评估,得出结论:1)4种资料的风速都不同程度地低估了实际观测风速;在低风速区的风向偏差较大,风速越低,偏差越多;产品资料在远岸地区比近岸地区更接近实测资料,在高纬地区的效果优于低纬地区。2)通过比较4种产品资料与浮标实测资料的风向和风速的偏差、均方根误差、误差标准差和相关系数,发现CCMP资料是4种资料中整体效果最好的一种,而CFSR/CFSv2资料是较差的一种。3)嵊泗站观测平台资料与浮标观测资料验证的结论略有差异,结果显示:FNL资料是4种资料产品中效果最好的产品,ERA-Interim资料的效果仅次于FNL,而用浮标验证效果较好的CCMP资料在嵊泗站点效果却较差,CFSR/CFSv2资料是4种资料中效果最差的。4)通过分析4种风场资料的偏差分布发现,CCMP与ERA-Interim风场资料的偏差较小,而CFSR/CFSv2与FNL风场资料的偏差较小。CCMP资料与其他3种资料的纬向风偏差在海洋上以负偏差为主,陆地以及沿岸地区的偏差较大,且分布不均匀;经向风偏差分布中,南半球的正偏差区较为明显,而北半球的负偏差区则较为明显,但偏差程度要小于纬向风偏差。     

菲律宾海上风能资源评估与利用研究

本文采用菲律宾地区30年的数据(1987—2016年)对菲律宾地区长期风和风能特征进行了研究。以CCMP(1987—2016年)风场资料作为背景场,对菲律宾30年的风场进行了重构。重构后的风场资料与卫星实测风场资料进行了比较,两者吻合较好。利用重构数据,对菲律宾风,风能的年平均、季平均和月平均时空特征进行了分析。结果表明年平均最大风和风能出现在菲律宾西北部地区,风能最充裕的月份发生在1月、2月和12月份,最不充裕的月份发生在6月、7月、8月和9月份。沿菲律宾群岛选取12个代表点绘制风和风能玫瑰图,风和风能的主导方向均为NNE、NE和ENE向。通过进行大风频率分析发现菲律宾西北部地区6级以上风速出现的频率最高(30%左右),此外对风机利用效率进行了研究,发现菲律宾北部和东部地区风机利用效率较高。     

“龙王”台风SAR遥感研究

利用0519号"龙王"台风SAR遥感图像,结合NCEP/QSCAT混合风场海面风向反演了高分辨的台风海面风速。基于高分辨率的SAR台风海面风场的风速剖面,对台风期间台湾海峡及周边海域海面风场的小尺度特征及变化进行了分析,结果表明,地形对风场特征的形成有显著作用,它导致台风海面风场结构发生变形以及澎湖列岛附近低风速尾流区、台湾岛的中央山脉北端下风面"角流"区和台湾岛西北海岸背风槽(或诱生低压)等现象的形成及台风期间福建省沿海区的大风天气。     

南大西洋海面风场时空特征分析

本文根据 1950 年~1995 年共 46a 的南大西洋船舶气象报资料,按 1°×1°和 5°×5°网格统计的海面风进行分析研究。通过分析每月各要素的等值线分布图,得出南大西洋海面风场季节变化不如北大西洋显著,但仍有较明显的季节变化,冬季比夏季强盛,相应的平均风速较大,6、8 级大风频率也较高。位于赤道和 25°S 之间的信风区,主要盛行东南风;副热带高压带,风速小,风向变化不定;35°S 以南的西风带风力较强。对这些规律的总结归纳,为该地区的各种活动提供了较为翔实的海面风场变化规律。     

中国海域近海面风速未来变化降尺度预估

基于CCMP卫星风场与全球耦合模式GFDL-CM3历史实验期的海表面风场、气压场、温度场等资料,使用经验正交函数和多元回归统计方式,获得高分辨率卫星风场与低分辨率气象要素场两者典型空间模态的长期统计关系,构建了我国海域近海面风速统计降尺度模型,进而结合GFDL-CM3气候模式RCPs情景未来预估数据,降尺度分析了2015-2050年我国海域近海面风速未来变化。结果表明:构建的降尺度模型具有良好模拟能力,模拟与观测风速空间分布相关性R值在0.98以上,风速变化趋势相关性R值在0.97以上,月平均风速模拟均方根误差(RMSE)全海域平均值约为1.32 m/s。我国海域近海面风速在未来35 a可能存在较明显的分时段变化特征,2015-2024年风速下降,2024-2035年风速增加,2035-2050年风速再次下降,同一时段内各海区风速变化趋势相同,但风速降幅或增幅存在差异,南海风速增降幅度较大,东海次之,黄渤海风速增降幅度相对较小。     

基于ERA-interim再分析资料的ASCAT风场产品在南海的精度评估及南海月平均风场特征分析

利用ERA-interim再分析资料作为参照,统计分析了南海季风盛行时ASCAT散射计L2B和L3风场产品的误差特征。结果表明:季风盛行时,南海中南部大部分海域,ASCAT两种散射计风场产品精度较好,与设计精度一致,风速标准偏差小于2 m/s,偏差小于1 m/s,风向标准偏差小于20°,偏差小于5°,ASCATL2B相对L3产品表现更好,西南风盛行时,风场相关性强,在0.8以上,ASCAT与ERA-interim一致性好,东北风盛行时,风场也具有强相关,不过在南海东部海域,风向相关性较弱,小于0.7。另外,利用ASCAT L2B分析了南海月平均风场分布特征,结果表明:南海季风盛行时,存在两个风速大值中心,分别位于南海中南部和台湾海峡及巴士海峡一带,其位置和大小随时间而变化。     

3种海面风场资料在吕宋海峡的比较与评估

利用1990—2014年的ICOADS观测资料,从空间分布、季节变化和不同风速风向特征等角度,对3种海面风场资料(ERA-I、CCMP、CFSR)在吕宋海峡处的风速和风向质量进行了较为全面详细的对比和评估。主要结论如下:(1)3种风场资料在吕宋海峡处风速整体偏小,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;均方根误差季节变化显著,6月最小,12月最大;(2)风速误差随不同风速、不同风向而不同,整体呈现高风速时风速较观测偏大,低风速时风速偏小的特点,且低风速段误差较小,高风速段误差随风速增大而增大;(3)3种风场资料在吕宋海峡处风向整体偏右,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;季节变化显著,12月最小,5月最大;(4)风向误差随不同风速、不同风向而不同,偏北方向,风向偏右;偏东方向,低风速段风向偏右,高风速段风向偏左;偏南方向,低风速段风向偏左,高风速段风向偏右;偏西方向,风向呈偏左状态。风向误差整体随风速的增大而减小;(5)综合比较,CCMP的风速、风向资料质量均好于其他两种资料。     

基于星载SAR数据和模式资料的海面风场变分融合方法研究

为实现合成孔径雷达数据与数值预报模式资料融合,提高海面风场精度和业务化运用水平,提出了一种基于星载SAR数据与模式资料的变分融合方法。其研究思路是采用二维连续小波变换提取SAR图像中高精度风条纹风向,结合地球物理模型函数求解海面风场的经向分量和纬向分量,然后采用Kriging插值方法将数值预报模式风速插值到SAR海面风场覆盖区域,得到SAR风速观测算子,由此构建SAR风场与模式风场融合的代价函数,并采用变分方法求解分析风场,最终得到融合后的海面风场结果。仿真分析结果表明,变分融合后的海面风速和风向结果更接近于理想值,尤其在SAR海面风场覆盖区域更为明显。选取ENVISAT/ASAR资料和与其时空匹配的欧洲中期天气预报中心模式风场资料开展实例验证,结果表明融合后的海面风场结果比模式风场更加接近于浮标观测结果。     

南印度洋风场时空特征分析

本文根据1950～1995年共46a的南印度洋船舶气象报资料,按1°×1°和5°×5°网格统计的海面风进行分析研究。通过分析每月各要素的等值线分布图,得出南印度洋风场季节变化不如北半球各大洋显著,但仍有较明显的季节变化,只是季节性差异较小,冬季比夏季风强盛,相应的平均风速、6级和8级以上大风频率也较大;全年风场基本相似,10°S以北为季风气候区,而其它海域信风区常年盛行东南风,40°S以南盛行偏西风。本文为船舶远洋交通运输、远洋出访和科学试验等活动,提供了较为详细的风场资料及变化规律。     

青岛百年气压与风场统计特征分析

本文利用青岛市1898～1997年气压、风场资料，对青岛气压场、风场的统计特征做了分析。发现青岛气压变化在1年中呈对称的“Ⅴ”字形分布规律，各月平均风速变化曲线呈“两峰一谷”，春季平均风速高于其他季节，但6级以上大风次数冬季最多，且大风出现时间多在下午，从9月至翌年2月以N风为主，3～8月以SSE为主。     

基于再分析数据的黄岩岛及邻近海域气象条件分析

采用美国NCEP-CFSR数据库资料,提取了1979—2010年的海平面大气要素场,在中国南海区域(0°～25°N、105°～125°E)和黄岩岛附近点(15°N、118°E),按日、月、年统计了32 a间海平面气压、海面2 m气温、海面2 m相对湿度、海面10 m风场基本气象要素特征。分析发现:黄岩岛及邻近中国南海区域属于赤道带、热带海洋性季风气候,其气候特征是:(1)海平面气压呈北高南低、冬季高夏季低的分布形势;黄岩岛日平均海平面气压冬季约为1 012 hPa,其他季节约为1 008 hPa,年平均海平面气压变化具有准5 a的周期;(2)全年平均气温较高,分布呈现北低南高,大陆低海面高,冬季低夏季高的特点;黄岩岛海面2 m气温日变化较小,年平均值约为27～28℃,年际变化上具有整体增加的趋势;(3)全年相对湿度较大,基本在60%以上,随季节变化明显,冬季较小,夏季较大;黄岩岛日平均相对湿度为80%,总体也具有略微增大的年际变化趋势;(4)受季风影响明显,冬季盛行东北季风,平均风速约为10～12 m/s,夏季盛行西南季风,平均风速约为4～8 m/s;黄岩岛海面风速的变化具有2.5～5 a的变化周期,年平均风速在5.3 m/s上下波动。     

南海海面风速季节特征的卫星遥感分析

利用ＧＥＯＳＡＴ卫星高度计于１９８６年１１月至１９８９年３月;司所测的南海海面风速资料,统计分析了南海海面风速的统计特征以及海面风场的分布特点。分析结果表明：南海海区风速受各种天气系统（如季风、台风、副热带高压等）的影响显著,表现为春、夏、秋季平均风速较小,冬季较大,风场分布呈现出夏季南部大,北部小,其他季节为由南向北增强的分布趋势,并在１０°Ｎ,１１０°Ｅ附近海区各季都有一较为稳定的高风速区,其范围大小和中心位置随季节略有变化。     

利用卫星高度计风速资料研究海面粗糙度

海面粗糙度对于海洋工程和海洋军事都非常重要,但对海面粗糙度的现场观测资料非常少, 这大大制约了对海面粗糙度的认识。利用 TOPEX 高度计风速资料实现了对海面粗糙度的反演,并利用 1993 年和1998 年两年的资料对西北太平洋海域的海面粗糙度进行了研究。     

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。     

南太平洋风场时空统计特征分析

南太平洋风场时空统计特征对船舶远洋交通运输、远洋出访、南极考察和科学试验等活动有重要实用价值。本文根据 1 950～ 1 995年共 46a的南太平洋船舶气象报资料 ,按 1°× 1°和5°× 5°网格统计的海面风进行分析研究。通过分析每月风各要素的等值线分布图 ,得出南太平洋风场季节变化特点不如北半球各大洋显著 ,但仍有较明显的季节变化 ,只是季节性差异较小 ,冬季比夏季风强盛 ,相应的平均风速 6级和 8级以上大风频率也较大 ;全年风场基本相似 ,低纬度地区 (2 5°S以北至赤道 )为信风区 ,常年盛行东至东南风 ;2 5°S～ 35°S的广大海域上 ,风力较小 ,风向变化最大 ;40°S以南盛行偏西风 ,风力最强。