ECMWF细网格10m风场产品在南海海域的预报检验

对2012年1月至2013年12月ECMWF(简称EC)细网格10m风场产品在南海海域的预报进行检验,结果表明:1EC对原油码头、七洲列岛、永兴岛、永暑礁4个海岛站的风速预报总体上比实况略偏大,其中对七洲列岛和永暑礁的风速预报不仅系统性偏差最小,接近0m/s,且预报与实况的相关性最好;在不同风速下EC预报的风向偏差多数集中分布在±45°之间,风速越小,风向预报偏差样本的离散度越大;EC对东南风向、偏东风向和西南风向预报的均方根误差和平均偏差均较小,而对偏北风向和西北风向的预报效果较差.2对比EC 10m风速预报场和分析场在不同季节的偏差发现:春、秋、冬季风速预报平均偏差大值中心分布有一定相似性,均位于南海北部靠近华南沿海一带和南海东南部靠近菲律宾群岛以西海面,但均方根误差和方差的分布有所差异;EC对夏季南海海域的风速预报除了24h预报较稳定外,预报时效越长,均方根误差和方差迅速增大,模式预报不稳定.

ECMWF细网格10m风产品在南海北部的检验与评估

基于2019年1月1日—2020年12月31日ECMWC细网格20:00起报的24、48、72h的10m风场资料,将模式预报风速与南海北部117个检验站点实测风速进行对比检验。结果表明:EC-MWF模式对3级以下、4到5级风的预报效果较好,风速预报满分率均在50%以上;3级以下风以预报偏高为主,4到5级风以偏低为主,6到7级和7级以上风预报效果较差,基本失分于预报偏低。EC-WMF模式对不同风向的风速预报系统性偏大,其中对西风和西北风预报效果较好,对偏南风和偏东风的预报效果较差。导致南海北部强风过程的天气系统中,冷空气占比最多达76%,其中又以弱冷空气占比最多,3种天气系统下的满分率和强风TS评分主要失于分预报偏高站次较多和强风的漏报。预报时效越长,满分率和TS评分越低,预报误差越大,预报偏差样本的离散度越大,体现出ECWMF模式在海面风预报中的不稳定性。

EC细网格10m风场产品在渤、黄海海域的预报能力检验与评估

基于ECMWF(EC)细网格的24 h、48 h和72 h预报的10 m风场资料,与选取的渤、黄海海域9个浮标的10 m实测风速和风向进行对比检验。结果表明:(1)EC细网格24 h预报的10 m风速与各浮标站的实测风速预报偏差中位数在0.11~0.52 m/s之间,EC预报的10 m风速在渤、黄海海区预报结果总体略偏大,但在黄海中部预报效果优于渤海和黄海北部海区;(2)EC细网格预报的10 m风速与实测风速相关性较好,选取的9个浮标站中8个浮标站的24 h预报风速和实测风速相关系数达到0.85以上,预报偏差离散度小,预报效果较好;(3)不同风速条件下,EC细网格的5级风预报结果与实测风速最为接近,对大于5级风的预报结果偏小,而小于5级风的预报结果偏大;风速越小,风向预报偏差样本的离散度越大。不同风向条件下,各向的24 h预报风向平均偏差在-20°~12°之间,48 h和72 h平均偏差分别为-22°~14°和-20°~15°之间,24 h预报风向结果优于48 h和72 h预报风向。在实况为偏北向风时,风向平均偏差较大,实况为偏南向风时,风向平均偏差较少。

ECMWF细网格10m风场在“天兔”大风预报中的释用

通过对欧洲中心数值预报细网格（以下简称＂ECthin＂）10m风场在2013年第19号超强台风＂天兔＂影响过程中的订正预报效果进行分析,结果表明：（1）预报格点值经过1.6～1.8倍阵风系数的人工订正后,模式预报的福建沿海大风的阵风量级和变化趋势与极大风速实况较为吻合;（2）崇武台站极大风速与ECthin 10m风场预报值在风速变化趋势上具有非常好的一致性,两者的平均绝对误差值≤1.1m/s。因此,ECthin 10m风场在此次台风大风预报中具有较好的应用价值,这也为开展沿海大风精细化预报提供了很好的支撑。

2019-2020年非汛期Grapes_1km 10m风速预报检验评估

选取广东省53个国家基本站,对2019年10月—2020年3月Grapes_1km模式输出的10m风场进行检验,发现Grapes_1km预报与实况整体趋势较一致,但预报10m风极大值的峰值略有提前;相关性检验方面,相关性比较好的地区是湛江沿海地区、江门沿海、汕头沿海,相关性较差的地区分别是茂名沿海、云浮地区、汕尾沿海;预报命中率随着风速的加大呈明显下降的趋势,且沿海站点的命中率略好于内陆站点;随着风速的增大,预报值相对实况有偏小的趋势。

中国东部地区夏季10m风场与降水的关系

本文风场资料选取了1981年~2000年欧洲中心ERA40资料的10m月平均风场和全国753个台站观测逐日降水资料,分析了夏季各月(6、7、8月)强降水的时空分布特征。按逐日降水Rd等级分为大于25mm小于50mm(大雨)、大于50mm小于100mm(暴雨)两个日雨量级别,分别计算42站大雨(25mm<Rd<50mm)、暴雨(50mm<Rd<100mm)6月、7月、8月年平均日数。对10m月平均风场进行向量经验正交(EOF)分解,研究10m月平均风场第一特征向量、第二特征向量的时空变化及其与我国东部地区降水的关系。

CLDAS 10 m风产品在陕西的质量检验分析

以陕西省99个地面自动气象站和1台测风塔作为检验站点,评估了2018年1月1日至2020年12月31日中国气象局陆面数据同化业务系统(CLDAS)的10 m风产品在陕西省的质量。结果表明:CLDAS 10 m风速产品能够较好地反映陕西省风速的时间和空间分布特征,陕西大部分地区风速的准确率为55%~75%、平均绝对误差小于0.8 m/s,风向的准确率为30%~75%;实况风速越大,CLDAS风速的质量越差。偏弱率是影响CLDAS风速质量的主要因子,当实况风速在8级以上时,CLDAS风速的偏弱率达到100%,平均绝对误差达到14.1 m/s。以测风塔资料作为检验数据,利用递减平均方法对CLDAS风速进行订正,订正后CLDAS风速的逐月和日变化曲线较订正前更接近实况,平均绝对误差从订正前的1.9~2.8 m/s降低到1.1~1.3 m/s。

“登台入闽”型台风个例10 m风场特征分析及模拟研究

通过浮标资料和模拟试验,对比不同路径下台风的10 m风场的时空演变规律。结果表明,由于登陆台湾岛位置不同,三种路径的台风在台湾海峡内风场随时间变化差异较大,北路台风在海峡内风向转变最早,中路台风风速极值出现最早,南路风速被削减最明显。在中尺度数值模式(Weather Research Forecasting,WRF)模拟试验中,YSU边界层参数方案模拟效果最优,对于中路台风的模拟效果最好。模拟结果表明,北路台风在过岛过程中,大风圈从北部绕过海拔较高的地形,风速减弱不明显;中路和南路台风由于中低层环流难以过山,强风中心通过动力减压作用出现在背风坡,并范围逐渐增大,取代原中心。地形敏感性试验表明,受中央山脉影响,在靠近台湾岛时迎风面大气堆积风速增强,南路台风的风场在登陆福建前受地形阻挡削减最大,中心风速减小幅度为20 m·s^(-1)。

WRF模式对渤海和黄海海面风预报误差分析

基于WRF模式的2019年24h、48h和72h预报结果,选取渤海、黄海8个浮标站位观测的海面10m风速和风向进行直接对比检验和误差统计分析。结果表明:(1)模式24h预报结果最优,随着预报时效的增长,预报值与实测值相关性下降,预报值离散度增大;(2)当实测风力在45级时,预报风速与实测风速平均偏差最小,两者在数值大小上吻合最好,随着风力增大(或减小),平均偏差和均方根误差增大;(3)不同风向条件下的风向平均绝对误差均在0°~30°,其中N向风时,风向平均绝对误差最小,其次为S和SW向,当实测风向为东向风时,WRF预报的风向误差最大;(4)不同海域而言,WRF对黄海海域风速风向的预报能力明显优于渤海海域,这主要是由于渤海海域的特殊地理位置导致,WRF模式对冷空气导致的大风过程的预报效果优于对台风导致的大风过程的预报。

陕西省风的时空分布及ERA5风资料检验评估

利用2017-2019年陕西省99个地面气象观测站资料分析近地面风场的时空分布特征,并对ERA5再分析资料10 m风速产品进行质量评估。结果显示:年平均风速陕北、关中北部及东部、商洛较大,汉江河谷及关中平原西部风速较小;大多数站点春季风速最大,秋季风速最小,4月风速最大,10月风速最小,8月风速存在次高点;白天风速明显大于夜间,最大风速一般出现在14-16时,最小风速多出现在20-21时前后和日出前后;夏季最大风速出现时间较其他季节提早2 h左右,前半夜风速明显大于后半夜。大部分站点有接近相反的两个主导风向,风速随季节有明显变化,陕北主导风向存在明显的季节变化。ERA5再分析资料10 m风速产品和自动气象站观测相比能够反映风场最基本的时空分布特征,风力日较差和标准差较站点观测偏小,连续性、均匀化特征明显;最大风速以及白天风速开始增大的时间较站点观测偏晚1 h左右;ERA510 m风速产品在陕北地区偏大,关中、陕南地区偏小,关中地区相对误差和均方根误差小,相关系数高,代表性优于陕北和陕南地区。

DOGRAFS温度和风场的预报检验

利用新疆及周边地区2012 年11 月1 日-2013 年10 月31 日的地面2 m 温度和10 m风场的逐6 h 观测和预报资料,通过预报的均方根误差和平均误差的分析,对基于WRFv3.5 和WRFDAv3.4.1 的新疆快速更新循环数值预报同化系统（DOGRAFS）的预报效果进行检验评估.结果表明：DOGRAFS系统对地面2 m温度和10 m风速的预报具有较好的参考价值,二者的预报偏差均呈周期性变化,对2 m 温度预报整体呈“低温偏高,高温偏低”特点,采用12 UTC 初值场起报的预报结果对冬、春、夏季的高温预报冷偏差最小,采用06 UTC 初值场起报的预报结果对秋季的预报冷偏差最小,采用18 UTC 初值场起报的预报结果对冬、春、夏季的低温预报偏差最小,采用00 UTC 初值场起报的预报结果则对秋季的最低温预报偏差最小,各时次对18 UTC 的预报偏差均接近0 .偏差的空间分布上,大部分站点在不同季节、不同时次的偏差都在-2-2 益之间.对10 m风场的预报在秋季效果最好,冬季最差,预报平均误差整体从冬到秋逐季递减,夜间大于白天,四季中,采用18 UTC 初值场起报的预报效果最好.

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10 m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.s 1.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0.0072 m.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0.0079 m.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。

1957-2002年北大西洋海表风速时空分布特征及变化周期研究

利用来自ECMWF的ERA-40海表10 m风场资料,采用EOF、功率谱等分析方法,对北大西洋海域海表风场的时空分布特征、变化周期等进行分析,研究发现：（1）北大西洋海域海表风场EOF分析的第一模态呈同位相分布,由高纬至低纬表现出＂高-低-高-低＂的分布特征;第二模态在空间分布特征上,北大西洋中部海域与东西两岸表现出反位相分布;第三模态的等值线也表现出东北-西南向,东部海域和西部海域表现出反位相分布特征,（2）北大西洋海域的海表风速在近44年期间整体呈显著的逐年线性递增趋势。在1958年至1967年期间,海表风速的变化趋势较为平缓,1968-1974年期间则表现出一波较为强劲的递增趋势,在1975年至2001年期间表现出缓慢的递增趋势。（3）北大西洋海域的海表风速存在明显的2.0~2.36年、3.71年以及26年以上的长周期震荡。

近45年北太平洋海表风速特征统计分析

本文利用来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的1957年8月—2002年7月逐6 h的ERA-40海表10 m风场资料,统计分析了近45年期间北太平洋海表风场的月变化特征,以及多年平均海表风速的分布特征,为海洋水文保障、海洋工程等提供参考。结果表明：（1）北太平洋的海表风场具有明显的月变化特征,10月至来年2月的风速整体高于其余月份。（2）从年平均风速来看,阿留申群岛附近海域为北太平洋年平均风速的明显大值中心,年平均风速基本在8 m/s以上;中纬度海域的年平均风速在6~7 m/s;15°N-20°N的东部海域存在一相对大值区,年平均风速在7 m/s以上;赤道西部海域的年平均风速较小,基本在4 m/s以内。

利用NCEP产品制作舟山港口精细化风力预报方法研究

利用美国每天4次发布的NCEP10mU、V风资料和舟山各港口海岛自动气象站网的每小时最大风和极大风资料,将30°N附近各经度上NCEP的风速资料在一定假设下订正到海面状态,并非线性地内插到站点位置,合成后与自动气象站资料在16个方位上进行对比,分别得到两者之间的关系式。在取得一个样本的时段内(3h),其起始时刻和结束时刻各有一个NCEP10m风资料预报值,将这两个预报值分别与自动气象站资料建立一个关系式,使得3h内的风有两个预报方程,预报时可以得到两个预报值。将此两个预报值进行最简单的集合得到集合预报值,试报结果表明用此方法预报效果令人满意。

EC预报数据在中国近海的适用性研究

欧洲中期天气预报中心(简称EC)的10 m风场数据在沿海有较高的参考性和使用频率,但尚未有研究系统地针对不同海域对该数据进行评估。本文利用EC预报的10 m风场数据,与中国近海22个浮标的10 m风场结果进行对比,检验EC 10 m风场预报性能,并挑选3个经过浮标点位的台风和两次典型的冷空气大风过程,检验其在台风和冷空气过程下的预报性能。结果表明:EC预报数据与浮标实测风速的相关性总体较好。在风力小于4级时,EC 10 m风速预报数据偏大,在风力大于4级时,预报数据偏小,在风力等级为3~5级时,预报数据较为准确。在不同风向条件下,EC预报10 m风向的平均误差大部分在0°~20°。风力等级越小,风向预报偏差越大,反之预报偏差越小。EC预报数据对于台风引起的风向变化有较好的反应,且风速较低时,风速预报数据表现较好,而对于台风最大风速值的预报则存在较大误差。EC预报结果能较好地反映两次冷空气过程引起的风向变化。风速越小,EC预报的误差也越小,随着风力等级的增大,预报误差明显增大。EC对大风的风速预报偏小,误差偏大。

GRAPES全球模式预报检验评估--2016年夏季四川地面要素

本文使用2016年6~8月GRAPES全球模式2m温度和10m风场24、48、72h时效预报场和同期四川省156个国家气象站逐日地面温度和风场资料,选取预报准确率、平均误差、平均绝对误差、均方根误差和Alpha Index5个统计量对2016年夏季四川3个区域(盆地区、过渡区和高原区)2m温度和10m风场进行了较为详细的检验评估。研究结果表明:模式对10m最大风速的预报效果较好,准确率较高,最高可达80.64%。模式对过渡区温度预报效果较差,准确率基本低于10%,但是对盆地区温度的预报有一定可信度。模式对10m最大风速的风向预报效果不如最大风速值。全省各区各要素的AI值都在0.7左右变化,表明模式预报的随机误差大,预报和观测吻合较差。本研究还发现,整体来看模式对盆地各要素预报效果较好,对于地形复杂地区(高原区、过渡区)预报效果较差。此外,模式存在一定的系统误差,2m温度的系统误差盆地区约为-2.3^-1.7℃,过渡区约为-8.3^-6.0℃,高原区约为-7.3^-5.0℃;10m最大风速值的系统误差盆地区约为-1.3^-0.6m/s,过渡区约为-2.3^-1.3m/s,高原区约为-2.7^-1.1m/s。

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。

安顺市2015年6月6-7日暴雨天气过程诊断分析

通过常规高空、地面资料以及欧洲中心数值预报资料对安顺市2015年6月6—7日暴雨天气过程进行了分析。结果表明,850hPa有切变线、10m风场存在辐合线以及较好地水汽条件是此次暴雨天气过程发生的主要条件,欧洲中心(EC)数值预报产品较好地预报出了此次过程的关键因子,但由于能量条件较差,导致降水量级预报比实况偏小,且出现漏报。因此,当850hPa有切变线、10m风场存在辐合线、水汽条件较好时,即使能量条件不够好,也需注意强对流天气的发生。