环渤海区域再分析资料地面风速场的适用性对比分析

利用环渤海区域的气象站资料和NCEP/NCAR、NCEP/DOE、CFSR、ERA-Interim、JRA-55共5种再分析资料,讨论了再分析资料近地面10 m平均风速场在环渤海区域的适用性问题。结果表明:JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数在山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10 m平均风速场JRA和ERA两套资料的适用性较好。由于ERA-Interim的水平分辨率更高,所以在强风过程分析中确定使用ERA-Interim再分析资料。     

ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析资料在我国东南近海适用性分析

利用我国东南近海5个浮标站观测资料,对2012—2016年ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析资料10 m风、2 m气温、海平面气压的适用性进行了评估。结果表明:NCEP/NCAR的再分析10 m风适用性更好,ERA-Interim的2 m气温适用性更好,海平面气压两者差异不大。风速再分析值与观测值具有较好的一致性,相关系数达0.8～0.9,但再分析风速总体上有偏小的趋势,平均偏差在-1.3～0 m/s之间,均方根误差在1.5～3 m/s。再分析资料的平均风向有顺时针偏差的趋势,温州浮标偏右达14°以上,均方根误差大多在40°～50°。不管风速还是风向,5个浮标站中均以舟山浮标的再分析值与观测值最为接近;分析还表明,再分析资料的冬季风代表性相对较差,这是造成风速和风向系统性偏差的主要原因。再分析资料与观测2 m气温相关系数均在0.95以上,且有偏高的趋势,NCEP偏高更为明显,有4个浮标站平均偏差达1～2℃,而ERA-I仅1个浮标站偏差1～2℃,4个在1℃以内。春季和冬季气温偏高最为明显,春季升温过程存在异常偏高的可能,秋季气温与观测值最为接近。海平面气压适用性较好,总体优于10 m风和2 m气温,且季节间差异也不大。     

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.     

浙江海域MASNUM海浪模式在台风“达维”“海葵”及“布拉万”过程的波浪数值模拟

利用MASNUM海浪模式、ECMWF高分辨率风场对2012年8月份台风过程下的浙江海域的海浪状况进行了数值模拟,与近岸观测站的风、浪资料进行了对比检验和误差分析,最后针对8月份"达维""海葵"及"布拉万"3个台风过程对浙江海域的影响进行了对比分析.风速验证结果显示2个站点ECMWF风速和观测风速的偏差分别为0.18、-0.34 m/s,平均绝对误差则为2.57、1.96m/s,均方根误差为3.40、2.65 m/s,与观测风速有较好的一致性.海浪验证结果显示8月份有效波高的相关系数在0.84以上;8月份发生的"达维""海葵"及"布拉万"3个台风期间的有效波高、波周期的模拟值与观测值的均方根误差分别介于0.19~0.37 m、0.88~1.28 s,波向的平均绝对误差介于19.39°~37.65°,表明MASNUM海浪模式能够较好的再现浙江海域台风期间的海浪状况,能够较好模拟出浙江近海的最大波高.在数值模拟和实际观测的基础上,进一步的对比分析表明:"海葵"台风期间,浙江外海有效波高的最大值达7.6 m,而"达维"和"布拉万"台风期间,数值显示最大有效波高分别为4.4、5.4 m.     

“灿鸿”台风期间高频地波雷达数据分析

分析了小型阵变频高频雷达在"灿鸿"台风期间海面风、浪、流遥测结果。将雷达观测结果与定点浮标数据进行比对,表现出很好的一致性。其中径向流相关系数为0.92,均方根误差为0.13 m/s,有效波高相关系数为0.90,均方根误差为0.50m,平均波周期相关系数为0.64,均方根误差为1.12s。风向相关系数为0.55,均方根误差为40.0°。风速相关系数为0.68,均方根误差为3.26m/s。雷达对海流的探测能力最优,在高海况下对风、浪探测能力优于低海况下;雷达对"灿鸿"台风期间风、浪的探测延迟于浮标测量。结果表明小型阵变频高频地波雷达较好地反映了台风期间波浪场的空间分布及其发展变化情况,具有一定的灾害性海洋天气监测能力。     

海洋二号卫星散射计风场产品真实性检验及分析

利用国际海-气综合数据集(ICOADS)中的海面风场实测数据作为真实值,对海洋二号卫星散射计风场产品进行真实性检验,得到初步结论:(1)在中、低风速条件下,海洋二号散射计风速与ICOADS实测风速具有较好一致性,但在较高风速条件下海洋二号散射计会出现风速低估现象;(2)海洋二号散射计风向与ICOADS实测风向的误差主要集中在-15°—15°范围内,在低风速条件下,海洋二号散射计与ICOADS两者风向存在较大偏差,风向多解也主要发生在低风速时;(3)在2—24 m/s风速条件下,剔除超过3个标准偏差风速样本后,海洋二号与ICOADS两者风速的平均绝对误差为1.36 m/s,均方根误差为1.92 m/s,若忽略风向多解的影响,两者风向的平均绝对误差为14.98°,均方根误差为20.21°。     

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ASCAT风场反演结果验证分析

利用NCEP风场产品和dropsonde探测资料,对中国近海ASCAT全场和单点的风速反演精度进行验证分析.研究发现ASCAT反演风场与NCEP风场的风速、风向平均绝对偏差分别为2.06 m/s和21.98°;均方根误差分别为2.87 m/s和34.29°.两者风速反演精度较一致,风向误差相对偏大.ASCAT反演风场与dropsonde探测资料的风速、风向平均绝对偏差分别为1.55 m/s和3.43°;均方根误差分别为1.73 m/s和4.15°.ASCAT资料可以较好的反演台风风场.     

ERA-Interim 再分析数据在中国沿海的质量评估

本文采用1979~2012年的中国沿海台站观测数据对ERA-Interim(简称"ERA-I")的气温、气压和海温数据进行质量评估。结果表明:(1)从常年平均来看,ERA-I气温、气压和海温多年月平均变化与观测数据吻合较好,可以反映气候态的季节变化特征。与台站观测数据相比,ERA-I气温平均偏高0.19℃,气压平均偏低0.17 h Pa,海温平均偏高0.70℃。(2)从年际变化情况来看,ERA-I和台站观测的气温、气压和海温变化趋势一致,气温和海温呈上升趋势,气压呈下降趋势。但在海南岛附近使用ERA-I气温做年际变化分析和在东海台湾海峡至北部湾沿岸使用ERA-I海温做年际变化趋势分析时要谨慎。(3)从月均变化分析来看,ERA-I月均气温、气压和海温数据与台站实测数据具有很好的一致性。从误差空间分布来看,ERA-I气温在黄海沿岸平均误差最小,ERA-I气压在渤海沿岸平均误差最小,ERA-I海温在南海沿岸平均误差最小。需要特别指出的是,ERA-I月均海温在渤海和台湾海峡附近沿岸平均误差较大(部分站均方根误差超过2.5℃),在上述区域使用ERA-I海温数据时应考虑其产品偏差。     

上海沿海极大风速预报方程的建立和应用

运用统计分析方法,对上海沿海3个浮标站的逐小时的2min平均风速和极大风速进行分析,发现两种风速具有很好的线性关系。通过建立两种风速的回归方程,获得了估计极大风速的客观方程,对3个浮标站,单站一元一次回归方程都能很好得反映2 min平均风速和极大风速的关系,实测极大风速与拟合极大风速的平均绝对误差均小于1 m/s;3个浮标的拟合数据都是以正偏差为主;3个浮标拟合偏差2 m/s的样本数都在5%以下。利用WRF模式预报风速进行极大风速试报,结果表明,3个浮标实测极大风速与预报极大风速的平均绝对误差均小于2 m/s,偏差4 m/s的样本数在10%以下,TS评分均在74分以上,建立的极大风速客观预报方程的效果比较理想。     

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。     

1991—2021年山东省人体舒适度时空分布特征

利用山东省1991—2021年122个国家级气象观测站的逐日气温、降水量、相对湿度、风速等资料,分析山东省内气候利弊条件,并采用人体舒适度指数（I_BC）计算分析全省人体舒适度的时空分布特征。结果表明：（1）半岛、鲁南东部地区适宜气温日数和适宜降水日数占比多于山东中西部地区;中西部地区适宜风速日数占比多于东部地区;半岛及鲁南东部地区很少出现高温天气,半岛东端易出现大风天气;沿海地区、鲁南地区的适宜湿度日数占比较其他地区偏多。（2）全省历年平均人体舒适度指数均属于偏凉等级,大部地区人体舒适日数呈增多趋势。月均I_BC多较为舒适,无寒冷等级（1级）,也无偏热以上等级（7~10级）,多数人舒适日数（4~6级）月际变化呈“M”形分布,5、6、9月舒适日最多,冬季、初春、秋末冷不舒适日数多,仅夏季出现较少的热不舒适日数。（3）山东各地均有6~7个月的舒适期,半岛、鲁南东部地区为最舒适,主要体现在青岛、烟台、威海地区气候最舒适期（5级）长达4个月,内陆城市仅有3个月。（4）全省各地人体舒适日数与同期平均气温、平均相对湿度、平均风速密切相关,夏季气温偏低、风速偏大、湿度适中时人体舒适度较好,其他季节大致反之。     

ERA-Interim和ERA5再分析数据在江苏区域的适用性对比研究

基于江苏省73个国家级自动气象观测站和3个高空探测站的观测数据,对比研究了ERA-Interim和ERA5两套再分析数据在江苏区域的适用性。结果表明:无论是地面气象要素还是高空气象要素,ERA5再分析数据的适用性均优于ERA-Interim再分析数据,特别是ERA5再分析数据中的2 m气温及2 m相对湿度相对于ERA-Interim再分析数据体现出系统性的改进,相关系数的提升超过0.4。两套数据的小时降水量与观测之间均存在相对较大的误差,在实际使用中需谨慎。ERA5再分析数据与观测数据在一致性及误差方面存在较为显著的时空变化特征,该数据在夏季的适用性低于其他季节,在空间上夏半年体现了明显的南北分布特征,与之对应,ERA-Interim再分析数据没有显著的时空分布特征。采用新一代的ERA5再分析数据对江苏区域的天气/气候进行研究/预报具有潜在的优势。     

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...     

ERA5再分析数据适用性初步评估

利用山东省及周边地区10个站点的地面和高空观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明:再分析的海平面气压和2 m温度与实况资料的相关性明显优于2 m相对湿度和10 m风场;高空温度和相对湿度在对流层中低层的适用性要好于高层,而位势高度和风场在中高层适用性较好;海平面气压再分析与实况的相关有着最明显的季节变化,2 m温度、2 m相对湿度和10 m风速则在部分站点有较明显的季节变化,而10 m风向的相关系数更多地表现出站点之间的差异,高空要素的适用性,季节和区域差异不明显。另外,对比发现,ERA5的适用性总体上要优于ERA-Interim再分析资料,地面和对流层低层的相对湿度、风场提高更为明显。     

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。     

卫星散射计与海面平台所测的风场数据比较

基于南海北部海面PY30-1石油平台气象站测风仪2011年7月19日—2012年9月17日实测的风场数据,分别开展了对卫星搭载的ASCAT和HY-2散射计所测风场数据的比较研究,分析散射计的测风能力(选取的时空窗口为30 min和25 km)。结果表明:在南海北部海域,ASCAT 散射计所测风速和PY30-1石油平台气象站观测风速的均方根误差为2.53 m/s,风向偏差较大,均方根误差为47.87°;HY-2散射计所测风速和PY30-1石油平台气象站观测风速的均方根误差为3.41 m/s,风向的均方根误差为58.66°。分别按低、中和高风速的不同条件将ASCAT和HY-2散射计所测的风场数据与PY30-1石油平台气象站观测的风场数据加以比较可知,ASCAT和HY-2散射计都具有较好的测风能力, 前者所测风速与PY30-1石油平台气象站测风仪观测风速的均方根误差稍小于后者。在150 min和15 km的时空窗口下,ASCAT与HY-2散射计所测风速的均方根误差为0.72 m/s,风向的均方根误差为8.50°。     

基于一阶谱信息的单站高频地波雷达风速提取

单站高频地波雷达反演风速通常需要利用二阶谱信息,但利用二阶谱信息进行风速反演的距离较小,不能满足远距离风速反演的需求。本文首先对高频地波雷达一阶谱与风速间的相关性进行了分析,在此基础上,基于一阶谱信息,利用极限学习机(ELM)方法对不同站点和不同频率的雷达获得的实测数据进行了风速反演。结果表明,利用极限学习机方法对实测数据获得的风速结果能够体现风速变化的趋势,两批数据反演结果的相关系数分别是0.46和0.42,均方根误差分别为1.93和1.89m/s。尽管其相关系数较低,但均方根误差可以接受,说明利用单站雷达一阶谱信息来进行风速反演是可行的。     

中国春季沙尘暴年代际变化和季节预测

利用1954～2007年中国258个台站观测的月沙尘暴日数资料,北半球地表温度和美国NCAR/NCEP大气再分析资料,研究了中国春季沙尘暴日数年代际变化特征及其影响因子。研究发现:中国春季沙尘暴日数与贝加尔湖地表变暖存在显著的负相关,相关系数达到-0.8,该地区的地表温度变暖导致蒙古气旋活动和我国沙尘暴频率降低。利用该地区冬季对流层850 hPa温度与春季地表温度指数之间显著正相关关系,建立了冬季850 hPa温度指数预测中国春季沙尘暴频率的线性预报方程。通过22年回报检验发现,统计预报结果与多数台站观测的沙尘暴发生频率存在显著的正相关,最大相关系数达到+0.4。其中,近22年的预报场与观测之间空间相关系数平均达到+0.4以上,均方根误差在1～2之间,表明该统计预报模型具有一定的业务应用价值。     

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。