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°。     

OSMAR-S100便携式高频地波雷达海浪和海面风探测性能分析

OSMAR-S系列便携式高频地波雷达系统采用单极子/交叉环紧凑型天线阵,通过单站雷达即可实现有效探测距离约10km内海浪和海面风的单点观测。为了更好地了解OSMAR-S100雷达系统海浪和海面风的综合探测性能,于2013年1月29日至3月7日在台湾海峡西南部海域进行了雷达与浮标观测的对比试验,得到了有效波高、有效波周期、平均风速和平均风向数据。对比结果表明,OSMAR-S100便携式高频地波雷达可有效观测距雷达10km以内有效波高0.5m以上的海浪平均状况和平均风速5m/s以上的海面风,雷达反演有效波高和有效波周期的均方根误差分别为0.60m和1.60s,反演平均风速和平均风向的均方根误差为1.83m/s和16.7°。在未经区域化标定的情况下,此结果说明了该型雷达产品已初步具备了海浪和海面风的业务化观测水平。     

我国近海风能资源分布特征分析

基于美国NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)近20a(1991-2010)10m风场再分析数据(0.3°×0.3°,1h/次,简称CFSR风场),对我国近海风能资源分布特征进行了统计分析与评估。利用天津渤海A平台观测站(118°25′E,38°27′N)逐时观测风速数据对CFSR风速数据进行了检验,发现均方根误差和平均偏差仅为均较小(分别为2.28m/s与0.16m/s)。基于此CFSR风场,本文章进一步统计并给出了我国陆地年平均风功率密度分布,结果与第三次风能普查(1971-2000年)及相关文献结果 (1991-2010年)相当一致。依据国家风电场风能资源评估方法,由CFSR风场推算了我国近海20a平均的70m高度风能资源分布。结果显示,年平均风功率密度均达到了200 W/m2以上,大于6m/s的风速累积小时数为4 000h以上;其中台湾海峡和东海南部海区风能最为丰富,黄海中部、渤海中部和辽东湾海区风能次之。参照海上风场选址要求,28°N以北的近岸海域由于水深较浅,30m/s以上风速发生频次极低,比较适合建立海上风电场。     

涠洲岛海域风侯和波侯特征分析

根据涠洲海洋监测站多年风和波浪实时观测资料,分析得出:涠洲岛海域累年强风向为N和NNE,其平均风速分别为5.9 m/s和5.3 m/s;常风向为NNE和ENE,其频率分别为18.2％和12.4％;夏季(6-8月)月平均风速最大,春季(3-5月)月平均风速最小.涠洲岛海域累年强浪向为SSW,其波高(H1/10)平均值为0...     

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。     

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°。     

舟山摘箬山岛风能资源评价

文章利用摘箬山岛风电场70 m高测风塔2011年1月—2014年1月的观测资料,对平均风速、风速频率、风向频率、风能频率、有效风力时数及风功率密度等风能参数进行计算分析,并依据国标《风电场风能资源评估方法》(GB/T18710-2002)中风功率密度等级划分标准对风电场的风能资源进行评估。结果表明:风电场各高度年平均风速在3.28~6.56 m/s,风速频率主要集中区间为1~8 m/s,有效风力时数为54.5%~86.9%,年平均风功率密度为54.8~283.2 W/m2。风电场10 m和70 m处主导风向分别为N风和S风,频率分别为13.0%和13.4%,主导风能分别为N风和NNW风,频率分别为14.7%和14.8%。该风电场风功率密度接近3级,具有一定开发利用价值。     

“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。     

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。     

台风期间浮标和潜标上ADCP的空间变化、数据误差及校正#br#

基于南海北部浮标和潜标的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）数据,通过一套几何算法计算了台风海鸥（1415）期间ADCP的空间变化和流速误差,并进行数据校正。浮标上,台风过后ADCP的水平位移最大可达2.61 km,水平流速误差最大可达0.27 m/s,垂向流速误差最大仅为5×10^-4 m/s;温跃层流速校正值在台风过后显著大于流速测值,这表明水平校正对于温跃层流速的质量控制很重要。潜标上,ADCP最大垂向位移增量为179 m,最大绳子倾角为35°,最大水平位移为1.5 km; ADCP水平流速误差和倾角误差都很小,在数据校正中可忽略不计,但对台风过后中层流速的垂向校正不能忽略。     

HY-2 扫描辐射计风速数据产品与平台基观测数据的比较研究

基于南海北部PY30-1平台上2012年2月至9月测风仪观测的风速数据,开展了HY-2扫描辐射计风速数据比较研究。选取时空匹配窗口为5 min和25 km,利用HY-2扫描辐射计RM 100,70和35 km分辨率3种风速数据,分别与平台观测数据进行了比较。比较结果表明:在南海北部海域,HY-2扫描辐射计100 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为3.86 m/s;70 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为10.52 m/s;35 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为5.54 m/s。还进一步比较了有雨和无雨两种情况下HY-2扫描辐射计和平台数据的偏差,结果表明:有雨和无雨条件下都是100 km分辨率的数据偏差最小。这为在我国南海北部海域应用HY-2扫描辐射计的风速数据产品的选择提供了依据。     

3套资料中西北太平洋热带气旋活动特征的比较分析

本文使用中国气象局、美国联合台风预警中心和日本气象厅的3套热带气旋最佳路径资料(CMA资料、JTWC资料和RSMC资料)分析了1951—2016年西北太平洋热带气旋活动特征。3套资料反映的结果如下:热带气旋主要发生在10°N—25°N范围内,且1980年前其位置点在纬度上有南移的变化趋势,1980年后则相反;移速主要分布在2~6 m/s区间,在25°N左右移速明显加快,1980年前移速呈显著减小趋势;最大持续风速主要分布在10~15 m/s区间,1980年前最大持续风速有减小趋势;在风速较大的区域热带气旋最大风速半径较小,2001—2016年热带气旋和台风最大风速半径每年分别减小0.46 km和0.54 km。CMA和RSMC资料的结果高度一致,而JTWC资料结果与它们都存在一定的差异。热带气旋位置点频数和强度的变化受资料间差异的影响较大,而其位置及移速的变化则受影响较小。     

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.     

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。     

利用多年卫星资料分析青岛和茂名附近海域海面风场变化

文章围绕青岛海洋经济开发和茂名海洋气象基础科学综合试验对附近海域基础环境数据的需求,利用多年卫星资料开展了青岛和茂名附近海域海面风场统计分析研究。结果表明:青岛附近海域风向频率和风速频率最大的方向均为北,相对应的平均风速值为3.5m/s;茂名附近海域风向频率最大方向为ENE,风速频率最大方向为NNE,茂名附近海域平均风速值全年均大于青岛附近海域平均风速值,研究成果可为开展海洋气象业务观测和科学试验提供基础数据支持,为"一带一路"海上风能资源开发与利用提供决策支撑。     

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.     

利用机载GNSS反射信号反演海面风速的研究

全球卫星导航定位系统的反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的、低成本的、高机动性的海面微波遥感测风技术,与其他测风手段优势互补,可以增加测风手段的多样性,弥补局部测风手段不足的状况。研究了接收机在机载高度时,GPS反射信号功率理论模型四部分函数的性质,在此基础之上,数值模拟了机载高度下理论相关功率波形,基于海面风速对波形峰值与后沿的影响,提出了一种能够兼顾所有理论波形信息的二维插值风速反演方法。利用该方法,结合实测机载数据对海面风速进行反演,反演的风速均值与附近测站风速均值相差为1.4 m/s,与浮标数据相一致。     

黄渤海气溶胶粒子数密度分布特征分析

本文利用激光气溶胶粒径谱仪随东方红2号科考船现场测量得到的冬季黄渤海上空的气溶胶粒子数密度和数密度谱,分析了2011年和2013年黄渤海气溶胶粒子平均数密度谱、黄海气溶胶数密度的经向分布以及气象条件等因素的影响。研究表明:渤海海域的直径在0.30~0.34μm和2~8μm范围内的大气气溶胶粒子数密度明显大于黄海;黄海海域气溶胶粒子数密度的经向分布有明显规律,主要呈现低纬度到高纬度逐级升高;风速是大气气溶胶的重要成因之一,风速小于12m/s时,大气气溶胶粒子数密度随风速的增大而增大。     

声速剖面反演预测方法

利用2006—2017年我国南海部分区域(112°～114°E,10°～12°N)的Argo观测数据,对该海区声速剖面进行了仿真分析和研究。在此基础上,利用遗传算法(GA)优化的径向基函数(RBF)神经网络建立反演预测模型(GA-RBF),结合海区表面实测温度和历史数据,研究了该区域2016—2017年的声速剖面实时预测情况,并获得该海区6月和12月的声速剖面平均均方根误差值为0.845 m/s和0.815 m/s;而采用平均声速剖面方法获得该海区6月和12月的声速均方根误差分别是2.393 m/s和2.176 m/s。仿真结果表明:基于GA-RBF网络模型并利用海区表面实测温度的反演预测结果更趋近实测声速剖面,该模型可用于海区垂直声速剖面的实时预测。     

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。