QuikSCAT/NCEP混合风场资料在海上风资源评估中的应用

采用QuikSCAT/NCEP混合风场资料,初步分析了海上无资料地区风资源,为海上风资源普查提供参考。分析显示,粤东沿岸海面风速高于粤西,这与近岸气象台站观测资料推算结果一致,粤东沿岸海面10 m年平均风功率密度均大于250 W/m2,风能资源等级达到很好。

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。

东中国海域交叉定标多平台合成洋面风场资料的初步评估

对新的交叉定标多平台合成洋面风场资料(CCMP风场)的特点进行分析介绍,利用浮标和观测桩的时间序列资料和同期的卫星高度计探测资料,对东中国海海域范围内该风场的精度和特性进行了检验和评估并与欧洲中期天气预报中心再分析资料(ERA风场)和散射计探测混合风场资料(QuickScat/NCEP风场)进行对比分析。结果表明:CCMP风场在远海区域的精度较高,风速偏小;在近岸区域风速可能偏大,存在一定的局限性。在东中国海海域,较之ERA风场和QuickScat/NCEP风场,CCMP风场均方根误差最小;当实际风速较小时,三种资料的风速都偏大,偏度较小;当实际风速较大时,三种风场的风速都偏小,偏度较大;且三种资料的风速误差具有随季节变化的特征。

两种海面风场的对比及对海浪模拟的影响

海面风场在海浪模拟研究和预报中起着关键性的作用,再分析风场数据可为海浪模式提供长时间的大范围、高时空分辨率海面风场。利用日本浮标站资料和卫星高度计资料对再分析风场QuickSCAT/NCEP(Q/N)混合风场和ERA风场进行验证分析,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续12个月的数值模拟试验。对比风场和计算得到的海浪场得出结论:在风速较小的时候,ERA和Q/N风场较实测风场大,在风速较大的时候,ERA和Q/N风场较实测风场小;ERA风场模拟浪高较浮标观测波高偏小;Q/N混合风场模拟的浪高更接近实测浪高。

近10年南海海表风场季节特征统计

基于Fortran程序和Grads（Grid Analysis and Display System）软件,利用QN（QuikSCAT/NCEP）混合风场,统计了近10年（1999年8月～2009年7月）期间南海海表风场特征,主要统计了风速风向的季节特征,期望研究结果可以为航海、防灾减灾等提供参考.结果表明：（1）春季,风速的大值区位于南海北部,约3.5～5.0 m/s,台湾海峡能达到5.5 m/s;除泰国湾和北部湾以外的大部分海域以东北风为主,北部湾以偏东风为主,泰国湾以偏南风为主.（2）夏季,受西南季风影响,大部分海域以西南风为主;风速的大值区位于中南半岛附近海域,该海域为传统的南海大风区,约5～7m/s.（3）秋季,为季风过渡季节,风向稍显凌乱,南海中北部已转东北风,而南部部分海域的西南风尚未完全消退,泰国湾在该季节则以西北风为主;风速的相对大值区位于南海北部和台湾周边海域,约6～9 m/s,台湾海峡基本都在9 m/s左右.（4）冬季,受冷空气影响显著,整个南海均以强势的东北风为主;风速大值区呈东北-西南走向,大部分海域的风速在8 m/s以上,台湾海峡能达到11 m/s左右.

叠加风场在南海台风浪数值后报中的应用研究

根据经验风场与NCEP再分析风场的优缺点,采用两者相叠加的方式构造了一种叠加风场,与实测风速资料对比验证显示该风场精度较高。以叠加风场数据为输入,采用WAVEWATCH Ⅲ模式对南海海域有显著影响的8场台风进行计算,结果显示叠加风场计算南海台风浪具有较高的精度和可靠性。

面向无测风区域的复杂地形风场模拟研究

由于气象站点的布设受经济、地形、技术等因素限制,使得某风能资源丰富的无测风区域缺少气象站点数据,无法进行风场模拟。针对这一问题,尝试用NCEP再分析风速数据代替传统的气象站点数据,根据NCEP再分析风速数据的栅格数据特点,提出了一种面向无测风区域的复杂地形风场模拟方法。该风场模拟方法以SRTM DEM数据和NCEP再分析风速数据为数据源,首先通过均值变点分析法获取反映无测风区域地形起伏特点的最佳统计单元,得到无测风区域复杂地形的地形起伏度;然后对Cressman插值方法进行改进,将地形起伏度引入到权重函数中,并根据交叉检验中均方根误差最小原则求解权重函数中参数的最优解;最后将最优解代入权重函数中对风场进行加密。实验结果表明:风场模拟结果与气象站点风速之间的相关系数为0.7782,模拟风速的变化趋势与实测风速基本一致;风电场选址区主要建设在模拟风速较大的地区,十分符合风电场一般建设在风能资源丰富的地方的特点,间接验证面向无测风区域的复杂地形风场模拟方法是有效的。

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。

南中国海台风浪数值模拟研究——以台风“珍珠”为例

以QSCAT/NCEP混合风资料和Myers经验模型风场构造台风风场,并以之作为驱动风场,建立一个基于第三代海浪模式SWAN的两重嵌套台风浪数值模拟模型。以0601号台风珍珠为例,对南中国海至广东的台风浪进行数值模拟研究。将数值模拟结果与台风期间Jason-1卫星高度计观测资料和近岸浮标实测资料(波高、波向和波周期)作了较为详细地比较,并分析台风浪要素的时空分布。结果显示台风浪要素的数值模拟值与实测值吻合良好,表明SWAN模型能够较好地再现大洋和近岸台风浪的时间发展过程和空间分布特征。

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用ＮＣＥＰ风场资料和候平均向外长波辐射（ＯＬＲ）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系，在此基础上，采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发，确定了长序列（１９４９～１９９８）的南海夏季风爆发日期和强度指数，并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关；５０年来的气候趋势是，爆发日期逐渐偏晚，强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化，它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果，而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后，均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前，与强度指数反相关，而爆发之后，与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ＥＮＳＯ事件的密切关系。

中国海风能密度预报

利用NCEP预报风场,对2013年3月中旬发生在中国海的一次强冷空气过程进行分析,并利用预报风场计算得到这期间的风能密度,实现"风能密度数值预报",可为风电机采集风能提供日常保障,以提高装备的采集、转换效率。结果表明,1)NCEP预报风场可以很好地刻画冷空气给中国海带来的大风过程,从曲线走势、相关系数、偏差、均方根误差、平均绝对误差等分析也发现,NCEP预报风速在中国海具有很高精度。2)冷空气影响的海域,伴有明显的大风的过程,风能密度也出现明显的增幅。冷空气影响渤海时,该海域大部分区域的风速在10 m/s以上,大值中心在16 m/s以上;风能密度基本都在1 400 W/m2以上。冷空气影响的海域容易出现10 m/s以上的大风,对应区域的风能密度基本都在1 400 W/m2以上;冷空气的边缘海域风速也在8 m/s以上,风能密度在350 W/m2以上。3)利用NCEP预报风场,对海上风电场的风速、风能密度进行预报是可行的,可为风能开发、防灾减灾提供科学依据。

南海夏季风爆发前后低纬大气环流突变特征

利用１９８２～１９９６年１５年平均的ＮＣＥＰ再分析资料，研究南海夏季风爆发前后低纬大气环流的突变特征。结果表明，东南亚地区对流层中上层厚度（温度）场、高低风场和大气层顶净辐射加热率（ＱＲＴ）都有突变发生。海温场的变化相对其他要素较为缓慢，但也存在明显的转折点。ＱＲＴ突变最早，其次是海温场变化出现明显转折，再是厚度（温度）场、低层风场突变，高层风场的突变最迟；低层风场突变最快，其次是厚度（温度）场，最后是 ＱＲＴ和高层风场。南海地区的降水，水汽场的突变发生在南海夏季风爆发前，而且突变较快。

全球海域大风频率精细化统计分析

利用1999年8月-2009年7月高精度、高分辨率的QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场,对全球海域6级以上的大风频率进行统计分析,为航海、防灾减灾、海洋能开发等提供科学依据。结果表明,全球海域6级以上大风频率具有很大的区域性、季节性差异:1)南北半球西风带海域的大风频率明显高于其余海域,尤其是南印度洋"咆哮西风带"海域出现频率最高,高值中心在60%以上。30°N以内低纬度大范围海域的大风频率整体较低,基本在10%以内,仅在阿拉伯海、琉球群岛——台湾岛——南海大风区一带、南印度洋的马达加斯加——澳大利亚一带存在以东西向椭圆状海域,在20%~40%;2)冬半球的大风频率远大于夏半球,1、4、10月南北半球西风带海域的大风频率明显强于其余海域,7月南半球西风带海域的大风频率较高,北半球大部分海域在10%以内,阿拉伯海、孟加拉湾、南中国海,由于受到强劲西南季风的影响,为北半球的大风频率相对大值区,尤其是阿拉伯海大部分海域在50%以上,大值中心甚至高达90%以上。

地形数据对台风浪数值模拟的影响

采用区域嵌套,在岛礁处理的方案上采用地形平滑及三次样条插值的方案处理底地形和岛礁。以QuikSCAT/NCEP混合风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3,对2006年7月发生在中国近海的一次台风浪过程展开模拟,对比分析了原始地形和处理后地形对海浪数值模拟的影响,对比结果显示:经过处理后的地形对于提高台风浪的模拟效果起到了积极作用。

非结构网格模型在闽东沿海台风浪模拟中的应用

基于加密的非结构三角网格,以Holland模型风场叠加美国国家环境预报中心(NCEP)海面风场构造的合成风场驱动第三代浅水波浪数值模型(SWAN)对2017年影响闽东海域的"纳沙"和"泰利"台风过程进行数值模拟,并运用浮标站的实测数据对模拟结果进行验证.结果表明,模型计算的风速、有效波高与实测值符合较好,合成风场能较好地模拟台风期间的风速变化过程,SWAN模式能够合理地再现闽东沿海台风浪的时空分布特征.由模拟结果可见:台风"纳沙"中心越过台湾岛进入台湾海峡北部海面,受海峡地形的约束,其波浪场呈NE—SW向椭圆状分布,北部海域的浪高大于南部,闽东沿海遍布大范围的巨浪到狂浪;超强台风"泰利"未登陆闽东,当其台风中心与大陆的距离最近时,海面波浪场分布与台风风场结构一致,台风中心附近海域为14 m以上的怒涛区,巨浪遍布于闽东沿海.研究结果可为闽东沿海台风浪灾害预警和应急管理提供技术支撑和参考依据.

西北太平洋海浪数值模拟

以QSCAT/NCEP全年的风场资料为驱动风场,用第三代深海波浪模型WAVEWATCH Ⅲ(WW3)建立波浪后报数值模式,进行西北太平洋海域波浪的数值模拟,旨在得到比传统的波浪统计方法更为精确的时空网格上长时序的波浪场,以便做出更可靠的波浪要素的统计分析.经对比QSCAT/NCEP风场资料与船测的风速资料、水下地形资料(由上海海图出版社出版的最新海图经数字化转化而成)和海浪有效波高计算值与船舶实测值(相关系数在0.9以上),从三个方面验证了计算结果的精确性.此外,建立了集分析数据和图像输出一体化的后处理系统.根据计算所得的西北太平洋全年的波浪要素值,对此海域的全年海浪的时间和空间分布特征进行分析,进行了综合评价.计算结果和统计数据可以直接应用于科学试验、船舶与海洋工程.

两种海浪模式对中国黄海海域浪高模拟能力的比较

本文利用第三代海浪数值模式WAVEWATCH和SWAN模式,分别对黄海区域进行了理想模拟计算和实际浪场的模拟计算,结果表明:理想状态下两种模式的模拟结果在大小和空间分布上都不相同,但在大小及其变化趋势上相差不大;在实际模拟中,将两种模式的模拟结果与实际观测值相比,发现SWAN模式模拟结果较WAVEWATCH模式好,只是在高风速的模拟情况下,SWAN模式模拟结果偏大,而WAVEWATCH模式模拟结果偏小。

热带大气季节内振荡的一个数值模拟研究

文中分析了中国科学院大气物理研究所全球气候谱模式ALGCM (R4 2L9) 12a(1978～ 1989年 )积分的逐日输出结果 ,并与 1978～ 1989年的逐日NCEP资料对照 ,以此对热带季节内振荡 (30～ 6 0d振荡 )进行数值模拟研究。分析表明 ,该模式在热带地区可以模拟出明显的季节内振荡 (ISO)的准周期信号 ,并抓住了热带ISO的基本传播特征 ,能较好地再现东、西半球传播速度的差异 ,同时模式模拟存在东传要好于西传 ,冬、春季的模拟要好于夏、秋季的现象。该模式模拟的热带ISO的强度较许多大气模式明显提高 ,尤其是对 2 0 0hPa上ISO动能强度的模拟。模式基本模拟出了ISO低层辐合、高层辐散的水平风场特征。模式较好地再现了热带ISO纬向风的垂直结构。此外 ,观测资料表明热带ISO在冬、春强 ,而夏、秋弱的季节性倾向与ISO的年际变化相联系 ,模拟的ISO在季节性倾向偏差上表现为冬、夏相对强 ,而春、秋相对弱。垂直速度、散度、水汽等物理量的配置同NCEP资料的结构特征仍有明显差异 ,模拟的ISO空间分布也不太理想 ,表明要很好模拟ISO结构和空间分布特征 ,还须做不少工作。

江苏外海深水波要素推算

运用第三代海浪模式WAMC4在西北太平洋海域建立了深水波浪数学模型,利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析气象资料作为风场条件,对该海域波浪进行了长时间序列(1950～2009年)的数值模拟。在模型验证的基础上,采用P-III曲线对数值模拟结果进行了分方向重现期计算,得到了江苏外海13个站点一百年一遇和五十年一遇的重现期有效波高,发现江苏外海深水重现期波浪从南向北呈现递减趋势,强浪向由NE向逐渐向NNE向偏转。

星载散射计再分析风场在海浪模拟中的应用研究

基于第三代海浪（谱）模式WAVEWATCHⅢ,采用NCEP/QuikSCAT混合风场作为模式输入,进行了东中国海、太平洋东岸以及太平洋中部夏威夷附近海域的海浪数值模拟。在东中国海,模拟有效波高与浮标的参考值有较高的相关系数,波高的均方根误差约为0.5 m;在太平洋东岸和夏威夷附近海域,模拟有效波高比浮标的参考值普遍偏低,不同月份波高的均方根误差在0.4-1.2m之间,但模拟波高与浮标的参考值仍有较强的相关性。结果表明利用WAVEWATCHⅢ结合NCEP/QuikSCAT混合风场模拟东中国海的波高是可行的,但要模拟太平洋中、东部开阔深水海域的波高仍需考虑如涌浪、海流等非风场因素。