中国海表面风统计降尺度模型研究

基于CCMP卫星风场数据和NECP-DOE再分析数据两者典型空间模态近20 a的长期统计关系,构建了中国海域海表面风的统计降尺度模型。降尺度模型交叉验证结果表明:模拟与观测两者风速在空间分布和变化趋势上均具有很好的吻合性,风速空间分布的相关性(R)可达到0.98以上,风速变化趋势的相关性(R)可达0.89以上。模型预测风速的均方根误差(RMSE)和绝对误差(AE),在绝大多数海区均低于0.25 m/s和0.30 m/s,相对误差(RE)-5%或5%的海区面积仅约占全海域面积的5%左右。从空间上而言,降尺度模型的模拟误差大值区多发生在陆域附近的近海区,主要原因是近海区影响风场的中小尺度天气因子众多。     

中国近海风场未来气候变化统计降尺度预估

利用经验正交分解和多元回归相结合的方法,基于1992—2011年逐日0.25°×0.25°经纬度网格卫星反演风场和欧洲中期数值预报中心1.5°×1.5°经纬度网格的再分析海表面风场和气压场资料,建立了中国近海海表面风场的统计降尺度模型,并对模型进行了验证。将该模型应用到全球耦合模式比较计划中的8个模式输出场,对1986—2005年历史气候态模拟和2026—2045年3个不同排放情景下中国近海海表面风场的变化特征进行评估。结果表明:统计降尺度模型的交叉验证显示其较好的再现了海表面风场(SSWS)的气候态空间分布;与观测对比表明,利用模式模拟数据进行统计降尺度分析的空间分布型的模拟上要优于直接插值结果;相对于历史模拟参考时段,未来各RCP情景冬季SSWS整体变化不大,空间分布均表现为约25°N以南海域SSWS增加,夏季SSWS整体表现为略微的增加,增加主要区域为山东半岛中国黄海海域,台湾岛以东中国东海海域以及南海部分海域,不同情景之间SSWS变化的幅度和区域大小均不相同。     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法(EOF)、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明:南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势,呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

基于ASCAT 散射计数据的2013 年南极周边海面风速特征分析

利用2013年1月1日~2013年12月31日的ASCAT散射计风速数据,从海面风速季平均分布特征、平均海面风速特征、海面风速大于10 m/s发生比例统计等方面,对55°S以南的南极周边海域开展了风速空间分布特性统计,得到以下结果:7月平均风速最大,为12 m/s,1月平均风速最小,为8 m/s。对于南极周边海域,区域平均风速主要在9~12 m/s,全年出现的时间大于280 d,约占全年的77%。风速大于10 m/s所占比例4~9月大于1~3月和10~12月。从全年来看,南极周边海域在4~9月风速普遍较大,且0°~60°W海域内风速明显比其他海域要小。在此基础上将2013年每日的区域平均风速与月平均风速与2012年做了对比,变化趋势与2012年基本一致。通过本项长期工作,可以了解南极风场环境基本情况,建立与更新基础资料和图件,得到南极地区风场要素时空分布、变化规律,服务于南极科学考察、全球变化等多学科研究应用。     

基于HY-2 卫星观测分析南海风浪关系

海面有效波高(H1/3)是表征海浪的重要参数,随着卫星遥感技术的发展,雷达高度计已成为获取海面有效波高的重要手段,但也只能对卫星星下点轨迹处进行有效观测,远无法满足大范围应用的需求.本研究结合2013年10月HY-2雷达高度计观测的海面有效波高和微波散射计观测的海面风场资料,分别对高、低风速下风浪数据进行拟合,建立了适用于0~40 m/s风速范围内的南海海域风浪关系模型,经模型比对和结果验证,结果表明,基于HY-2卫星数据分析建立的南海海域风浪关系模型是可信的,特别是低风速的风浪模型与实测数据建立的风浪模型具有很好的一致性;根据建立的风浪关系模型,从卫星散射计大面观测的海面风场出发,能推算出风浪条件下海面有效波高的大面信息,数据覆盖远高于卫星高度计的星下点观测,能为分析和预报海浪、风暴潮灾害提供大范围的海面有效波高信息.     

西北太平洋海域海表风速长期变化趋势研究

利用来自ECMWF的ERA-40海表10m风场资料,对西北太平洋海域海表风速的长期变化趋势等进行研究,研究发现:(1)1958-2001年期间,西北太平洋第一岛链以内海域的海表风速不存在显著的逐年变化趋势,第一岛链以外地广阔洋面则基本表现出显著性逐年线性递增趋势,递增趋势约0.005-0.02 m·s1·a-1,呈显著性逐年线性递减的海域主要分布于一些零星海域;(2)近44年期间,西北太平洋海域的海表风速整体上以0.0072m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增,在1958-1974年期间,海表风速的递增趋势较强,1975-2001年期间,西北太平洋海域的海表风速整体上变化趋势较为平缓,尤其是在1976-1983年期间,海表风速的走势甚为平缓;(3)西北太平洋海域的海表风速不存在显著的逐MAM、逐JJA变化趋势,逐SON和逐DJF则表现出显著的线性递增趋势,逐SON的递增趋势为0.0047 m· s-1· a-1,逐DJF的递增趋势为0.0079m·s-1·a-1;(4)西北太平洋海域的海表风速存在多种尺度的变化周期,具有明显的2.0-2.4年、4.3-5.2年以及26年以上的长周期震荡.     

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。     

ERS散射计风速资料反演海面粗糙度

本文首先提出了一个利用海面风场计算海面粗糙度(空气动力学粗糙长度)的模式。应用ERS-1/2散射计风速资料,对我国南海海域的海面粗糙度进行了初步的研究。卫星散射计测风具有高精度和高空间分辨率等特点,这对于研究海面粗糙度及波长、周期和波陡等波浪信息研究提供了坚实的数据基础。     

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。     

HY-2B卫星散射计海面风场产品质量分析 *

星载微波散射计是获取全球海面风场信息的主要手段, HY-2B卫星散射计的成功发射为全球海面风场数据获取的持续性提供了重要保障。本文利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)再分析风场数据、热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array, TAO)和美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标获取的海面风矢量实测数据, 对HY-2B散射计海面风场数据产品的质量进行统计分析。分析表明, HY-2B风场与ECMWF再分析风场对比, 在4~24m·s^-1风速区间内, 风速和风向均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.58m·s^-1和15.34°; 与位于开阔海域的TAO浮标数据对比, 风速、风向RMSE分别为1.03m·s^-1和14.98°, 可见HY-2B风场能较好地满足业务化应用的精度要求(风速优于2m·s^-1, 风向优于20°)。与主要位于近海海域的NDBC浮标对比, HY-2B风场的风速、风向RMSE分别为1.60m·s^-1和19.14°, 说明HY-2B散射计同时具备了对近海海域风场的良好观测能力。本文还发现HY-2B风场质量会随风速、地面交轨位置等变化, 为用户更好地使用HY-2B风场产品提供参考。