侯淑梅，張少林，盛春巖，范蘇丹

（1.山東省氣象臺，山東濟南250031；2.山東省氣象科學研究所，山東濟南250031）

1 引言

山東省地處我國東部的中緯度地區(qū)，位于黃渤海沿岸，海岸線長，航運及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達。受北方冷空氣和氣旋等影響，沿海經(jīng)常出現(xiàn)大風天氣，對海上交通和水產(chǎn)養(yǎng)殖影響很大，僅在1985—1994年的10年間，在煙臺所轄海域發(fā)生的海難事故就高達151 起[1]。許多學者[2-5]對黃渤海大風發(fā)生規(guī)律、影響系統(tǒng)、客觀預報等方面進行了深入細致的研究，對黃渤海海上大風的預報提供了很多有益的參考。

T639數(shù)值模式是在T213中期數(shù)值預報系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，該模式垂直分辨率為60 層，使模式層頂升至0.1 hPa，并采用Rayleigh 摩擦增加平流層的穩(wěn)定性[6]。自2008年夏季開始投入業(yè)務應用以來，以其高時空分辨率及多要素多層次等特點，受到一線預報員的青睞。該產(chǎn)品不僅有海平面氣壓場預報，更有10 m 風場預報，對地面大風的預報有一定的指導價值。朱智慧等[7]就T639預報產(chǎn)品對上海市南匯站的24 h 風速進行了檢驗并建立MOS 方程模型，結(jié)果表明，T639 模式對南匯站風速預報誤差較大，MOS方程結(jié)果優(yōu)于模式直接輸出結(jié)果。蔡薌寧[8]研究結(jié)果表明T639 模式較好的預報出引起2011年4月28日沙塵天氣的冷空氣位置和范圍，說明該模式對于地面大風的預報有較好的參考價值。

對T639數(shù)值預報產(chǎn)品的環(huán)流形勢、氣溫和降水等方面的效果檢驗已取得了許多成果[9-11]，但對于大風的檢驗很少，尤其是對于沿海大風的分類檢驗更是鳳毛麟角。閻麗鳳[12]對MM5、WRF-RUC及T639模式對山東沿海風的預報進行了分級檢驗，結(jié)果表明，T639 模式風力預報偏弱，對于4 級以下的風預報評分較高，而對于8 級以上大風幾乎沒有預報能力。本文就T639 數(shù)值預報產(chǎn)品對黃渤海沿海地區(qū)大風天氣的影響系統(tǒng)和大風的預報準確率進行統(tǒng)計，根據(jù)不同的天氣類型、不同預報時效分別對天氣系統(tǒng)和10 m風場進行檢驗，以期更好地對預報提供參考，提高黃渤海沿海大風的預報準確率，減少大風對海上作業(yè)的危害。

2 資料和方法

2.1 資料

資料時間：2008年8月1日—2011年12月31日。

檢驗區(qū)域：山東省海岸線10 km 以內(nèi)黃渤海沿海地區(qū)，將沿海區(qū)域分了3個預報區(qū)（見圖1）。

實況資料：山東省黃渤海沿海138 個地面、海島、浮標、石油平臺等自動站（見圖1）逐小時10 min平均最大風速，統(tǒng)計6級（10.8 m/s）以上的大風天氣過程，4年間共有221 個個例。其中1 區(qū)內(nèi)有40 個站，2區(qū)內(nèi)有60個站，3區(qū)內(nèi)有38個站，每個區(qū)內(nèi)不設代表站，只要同一區(qū)域內(nèi)有2個以上自動站連續(xù)3 h出現(xiàn)6級以上大風，即認為該區(qū)出現(xiàn)大風，因此個別站缺測不影響預報區(qū)域評分。

T639 數(shù)值預報資料：高空500 hPa、700 hPa、850 hPa 高度場、溫度場和風場，海平面氣壓場和10 m 風場。該產(chǎn)品格點空間分辨率為1°×1°，起報時間為每天08 時和20 時，預報時效間隔3 h。根據(jù)實際業(yè)務應用中獲取資料的時間和預報可用時效，取其12—48 h預報產(chǎn)品。

2.2 方法

圖1 黃渤海山東沿海預報區(qū)域劃分及沿海自動站和T639數(shù)值產(chǎn)品格點分布圖

大風過程：規(guī)定沿海自動站同一預報區(qū)域內(nèi)2個以上自動站出現(xiàn)6級以上大風，并持續(xù)3 h以上作為一次大風天氣過程，一個站連續(xù)兩個小時或同時有兩個站風力達到6級以上為一個過程的大風開始時間，所有自動站的風力均小于6 級風時為大風結(jié)束時間，每個大風過程中出現(xiàn)的最大風速作為該大風過程的風速最大值，若最大值只有一個站出現(xiàn)一個時次，則取次大值，依次類推。

天氣分型：根據(jù)大風天氣的影響系統(tǒng)將大風過程分為氣旋（41 例）、低槽冷鋒（西北路55 例、北路47 例、西路33 例）、臺風（4 例）和綜合類（41 例）4 個類型。天氣系統(tǒng)按照以地面形勢為主，高空形勢為輔的原則：當有臺風北上，黃渤海沿海受臺風環(huán)流直接影響時歸為臺風類；當受溫帶氣旋環(huán)流影響時歸為氣旋類；當?shù)孛嬗欣滗h，高空有西風槽時歸為低槽冷鋒類；當?shù)孛鏇]有上述天氣系統(tǒng)，而是受倒槽、低壓、東高西低或西高東低等形勢控制時，歸為綜合類。綜合類冷空氣勢力較弱或不明顯，但由于海上高壓增強等原因造成氣壓梯度增大，黃渤海沿海出現(xiàn)大風，這類大風的強度一般比其他三類弱。另外，由于冷空氣的路徑不同，產(chǎn)生大風的強度和區(qū)域也不同，根據(jù)冷空氣的路徑[13]又將低槽冷鋒類細分為西北路、北路和西路三個小類分別進行統(tǒng)計。

預報時間：規(guī)定10 m風場有一個格點的風速大于等于10 m/s持續(xù)2個時次以上或有兩個以上格點的風速值大于等于10 m/s，是預報大風的開始時間，當所有黃渤海沿海格點風速均小于10 m/s 時，為預報大風結(jié)束時間。

預報時效：是指當實況發(fā)生的時間在距離起報時間12—24 h 之內(nèi)時，稱為12 h 預報，當實況發(fā)生時間在距離起報時間24—36 h之內(nèi)時，稱為24 h預報，當實況發(fā)生時間在距離起報時間36—48 h之內(nèi)時，稱為36 h 預報。由于數(shù)值預報每3 h 輸出一次產(chǎn)品，當預報大風出現(xiàn)時間與實況大風出現(xiàn)時間差的絕對值小于3 h時，為正確，當二者差大于等于3 h時，為預報偏晚，當二者差小于等于-3 h時，為預報偏早。其他時間同理。

大風落區(qū)：將黃渤海沿海分為3 個海區(qū)（見圖1），當T639數(shù)值產(chǎn)品格點預報大風與實況大風落在同一區(qū)域內(nèi)時，為預報正確，當預報大風區(qū)域大于實況區(qū)域時，為偏大，否則為偏小，若預報大風區(qū)域與實況不在同一區(qū)域時為錯誤。

根據(jù)以上原則，統(tǒng)計2008—2011年T639 數(shù)值預報12—36 h 預報時效對各類型大風過程的天氣系統(tǒng)的影響時間、強度和中心位置以及大風出現(xiàn)的開始時間、結(jié)束時間、大風落區(qū)、最大風速值、最大風速值的開始時間、結(jié)束時間和落區(qū)的預報準確率。

3 天氣系統(tǒng)

3.1 影響時間

從圖2可見，對于天氣系統(tǒng)的影響時間，各種類型的漏報率除低槽冷鋒北路（36 h、12 h）和綜合類（各時次）分別有1 個個例漏報外，其他類型漏報率均為零。各類型的預報正確率，低槽冷鋒西路12 h最高，達75.8%，其次是氣旋類，三個時效的正確率均在60%—70%之間，臺風類預報正確率最低，3 個預報時效均為25%，這與蔡薌寧[14]和符嬌蘭[15]的研究結(jié)果一致：蔡薌寧[14]分析T639模式對0808號臺風鳳凰的路徑及強度預報與實況差異較大，符嬌蘭[15]研究結(jié)果表明，T639 模式對1107 號強臺風納沙的預報性能較差，中期時效內(nèi)路徑誤差在1000 km 以上。從預報時效來看，各類型的正確率三個時效之間沒有明顯的優(yōu)劣區(qū)別，低槽冷鋒北路36 h、24 h、12 h 預報正確率依次降低，低槽冷鋒西路的正確率依次升高，臺風類三個時次正確率相同，其他類型的12 h 預報正確率均略高于36 h 和24 h 時效。臺風類預報偏早概率較高，36 h 和24 h 偏早概率均高達50%，其次是綜合類，預報正確率與偏早概率相當，均在40%左右；低槽冷鋒三個路徑預報偏晚概率均大于偏早概率，西北路和北路預報偏晚概率均在30%—40%，明顯大于偏早概率（10%左右）。

綜上所述，就天氣系統(tǒng)的影響時間而言，各類型的正確率三個預報時效之間沒有明顯的優(yōu)劣，氣旋類、低槽冷鋒類正確率在50%—70%，氣旋類偏早概率大于偏晚概率，低槽冷鋒類預報偏晚概率大于偏早概率。臺風類和綜合類預報正確率較低，預報偏早概率較高。

3.2 強度

根據(jù)影響黃渤海沿海大風的四類天氣系統(tǒng)，本文天氣系統(tǒng)的強度是指地面高（低）壓的中心氣壓值和氣壓梯度，當高（低）壓中心距離黃渤海較遠時，主要是指氣壓梯度。從圖3可見，對于天氣系統(tǒng)的強度，各種類型的漏報同3.1。各類型的預報正確率均較高，一般在50%—70%，低槽冷鋒西路預報準確率最高，3個預報時效均超過60%，其12 h預報準確率高達69.7%，其次是綜合類，三個時效的正確率均在55%—70%之間，12h 預報正確率達68.3%，其他幾個類型的預報正確率在40%—55%之間。系統(tǒng)偏強的概率氣旋類最高，為30%—40%，其次是綜合類和臺風類，為20%—30%；系統(tǒng)偏弱的概率低槽冷鋒西北路最高，為30%—40%，綜合類最低，為10%左右。低槽冷鋒類預報偏弱的概率明顯大于偏強的概率，臺風類偏強和偏弱的概率相當，氣旋類和綜合類偏強的概率明顯高于偏弱類。從預報時效來看，除了低槽冷鋒西北路是12 h預報正確率小于36 h，其他類型的正確率36 h、24 h、12 h均是依次升高的。

綜上所述，就天氣系統(tǒng)的強度而言，各類型的預報正確率均較高，一般在50%—70%，12 h預報正確率一般要高于36 h和24 h，低槽冷鋒類預報偏弱的概率明顯大于偏強的概率，臺風類偏強和偏弱的概率相當，氣旋類和綜合類偏強的概率明顯高于偏弱類。

3.3 中心位置

從圖4可見，對于天氣系統(tǒng)的中心位置，各種類型的漏報率同3.1。各類型的預報正確率均較高，除了臺風類，其他類型均在80%—90%，低槽冷鋒北路預報準確率最高，3個預報時效均超過90%，其24 h預報正確率高達93.6%；其次是綜合類，其24 h 和12 h 預報正確率均為90.2%之間；臺風類預報正確率最低，36 h、24 h 預報正確率均為50%，12 h 正確率為75%。預報偏快、偏慢概率最大的是臺風類，均為25%，其他類型預報偏快偏慢的概率均較低，一般在10%以下。

4 大風

4.1 大風開始時間

以山東黃渤海沿海T639 產(chǎn)品10m 風場的預報場檢驗黃渤海沿岸6級以上大風的預報準確率。從圖5可見，對于大風的開始時間，各種類型的預報正確率均不高，最高的是低槽冷鋒西北路，其12 h 預報正確率為38.8%，最低的為低槽冷鋒北路，其12 h預報正確率為11.1%，其他類型的預報正確率均為20%—30%之間。三個預報時效中，只有低槽冷鋒北路的預報正確率是36 h、24 h、12 h 依次降低的，其他類型的預報正確率均是36 h、24 h、12 h依次升高或不變的。臺風類預報偏早的概率最高，其24 h預報偏早的概率高達75%，其36 h、12 h預報偏早的概率為50%。氣旋類、臺風類和綜合類預報偏早的概率大于偏晚的概率，低槽冷鋒西北路和西路預報偏早的概率與偏晚概率相當，北路預報偏早的概率低于偏晚的概率。所有類型的漏報率中低槽冷鋒北路最高，其12 h、24 h、36 h 漏報率分別為24.4%、17.4%、15.2%，其他類型的漏報率均低于10%，臺風類的漏報率最低，3個時次的漏報率均為0。

4.2 大風結(jié)束時間

由圖6可見，對于大風的結(jié)束時間，各類型的預報正確率均低于30%，正確率最高的是氣旋類和低槽冷鋒西路，其12 h 預報正確率分別為25.7%、25%，臺風類的預報正確率3 個時次均為0，其他類型的預報正確率均在10%左右。所有類型預報偏晚的概率遠遠高于正確率和偏早概率，均在40%以上，臺風類偏晚概率最高，其36 h 預報偏晚概率高達100%，低槽冷鋒北路偏晚概率最低，其36 h偏晚概率為43.8%，這與黨英娜[1]統(tǒng)計T639 預報渤海海峽氣旋類和熱帶氣旋類大風結(jié)束時間均偏晚的結(jié)論一致。

4.3 大風落區(qū)

由圖7 可見，對于大風落區(qū)，氣旋、低槽冷鋒西北路和西路預報正確率均在60%以上，其他類型的正確率均為40%—50%，最高的是低槽冷鋒西路，其12 h 預報正確率高達81.3%，最低的是臺風類，其24 h、12 h 正確率均為25%。臺風類預報落區(qū)偏大的概率最高，其24、12 h偏大的概率高達75%，其他類型預報偏大的概率均低于20%。預報偏小的概率綜合類最高，36 h 預報偏小概率為28.2%。預報錯誤的概率各類型均低于10%，漏報的概率只有低槽冷鋒北路超過10%，其12 h預報漏報率高達24.4%，臺風類漏報率和錯誤率均為0。

4.4 最大風速值

本文規(guī)定當實況為6級（10.8 m/s）大風時，山東黃渤海沿海同一區(qū)域格點預報場均小于10 m/s為漏報；當實況大于6級風時，山東黃渤海沿海格點預報場均小于12 m/s為漏報。

由圖8可見，對于最大風速值，預報正確率均不高，最高的為臺風類，其3 個預報時效正確率均為50%，其次是綜合類，其24 h和12 h預報正確率均為36.6%；正確率最低的為低槽冷鋒西北路，三個時效均低于20%，12 h 預報正確率僅為14.3%。各類型預報偏小的概率均較大，均在20%以上，其中低槽冷鋒西北路預報偏小的概率最大，三個時效偏小概率均大于60%，12 h預報偏小概率高達69.4%，其次是氣旋類，三個時效偏小概率均在50%左右，其24 h預報偏小概率為57.1%。各類型中預報偏大的只有低槽冷鋒西路和臺風類，臺風類24 h偏大的概率最高，為50%，其次是低槽冷鋒西路24 h，預報偏大的概率為43.8%。各類型漏報的概率是綜合類36 h最高，為42.5%，低槽冷鋒北路三個時效漏報率均較高，36 h 為41.3%，其他類型的漏報率均低于20%，臺風類漏報率為0。

4.5 最大風速值開始時間

由圖9可見，對于最大風速開始時間，預報正確率均不高，最高的為低槽冷鋒西路，其36 h 正確率為31.3%，其他類型的正確率均低于30%，其中綜合類的正確率最低，其36 h正確率僅為7.5%。預報最大風開始時間偏早的概率臺風類最高，三個時效均高達50%，其次是綜合類，其36 h 偏早的概率為32.5%。多數(shù)類型預報偏晚的概率大于偏早的概率，其中低槽冷鋒西路偏晚的概率最高，其12 h預報偏晚概率為46.9%，其次為低槽冷鋒西北路，其36 h偏晚概率為45.8%。各類的的漏報率同4.4。

4.6 最大風速值結(jié)束時間

由圖10 可見，對于最大風速結(jié)束時間，預報正確率均很低，最高的為低槽冷鋒西路，其36 h 正確率為29.4%，其他類型的正確率均低于20%，其中臺風類的正確率最低，三個時效均為0。大多數(shù)類型預報最大風結(jié)束時間偏晚的概率大于偏早的概率，其中臺風類預報偏晚的概率最高，三個時效均為100%，其次為氣旋類，其36和12 h預報偏晚的概率均為50%，其他類型偏晚概率一般在30%左右。預報偏早的概率最大的是低槽冷鋒西北路12 h預報，為43.6%，其他類型多在30%以下。漏報的概率綜合類36 h預報最高，為51.5%，其次是低槽冷鋒北路，其三個時效的漏報率均超過40%，36 h 漏報率為48.7%。臺風類的漏報率最低，三個時次均為0。其他類型的漏報率一般低于30%。

除了龍王廟，筆者認為，船廠附近還應有衙署、軍營、驛站、工棚、庫房、工匠住宅、碼頭等設施，當然這些不可能全是劉清所建。因為劉清第一次來到船廠時，船廠已經(jīng)建立整整十年了，基礎(chǔ)設施和軍政建制應該完善了，劉清對此大多是進行修繕和增擴建。

4.7 最大風速值落區(qū)

由圖11可見，對于最大風速落區(qū)各類預報的正確率差別較大，最高的是低槽冷鋒西路，其12 h 正確率為75.0%，36 h 和24 h 正確率為68.8%，其次是氣旋和低槽冷鋒西北路的12 h預報，均為57.1%，正確率最低的是低槽冷鋒北路，其12 h預報正確率為24.4%；除低槽冷鋒北路外，各類型12 h落區(qū)正確率均高于36 h 和24 h，36 h 和24 h 正確率卻各有千秋。預報落區(qū)偏大概率最大的是臺風類，其24 h偏大概率為75%，36 h和12 h概率為50%，其他類型偏大概率均小于20%，低槽冷鋒西路概率最小，其36 h和12 h 概率均為3.1%。各類預報落區(qū)偏小的概率最大的是綜合類24 h預報，為26.8%，其次是低槽冷鋒北路，其12 h預報偏小概率為26.7%，臺風類預報偏小的概率三個時次均為0。各類型落區(qū)預報錯誤的概率均很低，均小于10%。各類型漏報的概率高低不同，綜合類36 h最高，為42.5%，其次是低槽冷鋒北路，三個時效的漏報率相差無幾，36 h、24 h、12 h漏報率依次為41.3%、39.1%、37.8%。其他類型的漏報率小于20%。

5 T639 數(shù)值產(chǎn)品10 m 風場預報黃渤海沿海大風應用技巧

統(tǒng)計T639數(shù)值產(chǎn)品10 m風場對黃渤海沿海各類型大風過程的預報，發(fā)現(xiàn)有以下規(guī)律，使用時可以根據(jù)情況加以訂正：

（1）T639的10 m風預報大風比實況偏小，一般情況下可遵循以下規(guī)則使用：

預報10 m/s，沿海可以出現(xiàn)6級或6—7級陣風8級的大風；

預報12 m/s，沿?？梢猿霈F(xiàn)7 級陣風8—9 級大風或7—8級陣風9—10級大風；

預報12—14 m/s，且時間長、范圍較大時，沿?？梢猿霈F(xiàn)7—8級陣風10—11級大風；

預報14 m/s 以上，且時間長、范圍較大時，沿?？梢猿霈F(xiàn)8—9級陣風10—11級大風。

（2）當大風預報時間長，范圍大時，沿海大風可能將增大1—2個量級。

（3）當有氣旋生成（本地或上下游）均可能導致氣壓梯度增大，沿海實況大風將增大1—2個量級。

6 小結(jié)

（1）對于造成黃渤海沿海大風的天氣系統(tǒng)，T639 基本沒有漏報，對于系統(tǒng)的中心位置和強度，各類型、各時效12 h正確率一般高于36 h和24 h，中心位置預報正確率一般大于80%；強度預報正確率一般在50%—70%，低槽冷鋒類預報正確或偏弱，氣旋類和綜合類預報正確或偏強；影響時間預報各類型大多數(shù)12 h 正確率高于36 h 和24 h，正確率一般在50%—70%，低槽冷鋒類預報正確或偏晚，氣旋類預報正確或偏早。臺風的影響時間和中心位置預報正確率明顯低于其他天氣系統(tǒng)；

（2）T639 對于大風的開始時間預報正確率較低，氣旋類、臺風類和綜合類預報開始時間正確或偏早，低槽冷鋒類預報偏晚概率略大于偏早概率；對于大風的結(jié)束時間所有類型和時效均是預報偏晚的概率較大；對于大風的落區(qū)，臺風類落區(qū)預報偏大，其他類型均是正確或偏??；

（3）對于最大風速值預報，臺風類和低槽冷鋒西路預報正確或偏大，其他類型預報正確或偏小，綜合類和低槽冷鋒北路的漏報率高達30%—40%；最大風的開始時間臺風類和綜合類偏早，其他類型正確或偏晚；最大風結(jié)束時間低槽冷鋒北路沒有明顯規(guī)律，其他類型均偏晚，臺風類偏晚概率三個時效均為100%；最大風落區(qū)臺風類明顯偏大，其他類型正確或偏小；

（4）T639 對于臺風，無論是天氣系統(tǒng)還是其造成的大風，預報能力是所有類型中最差的，原因之一是臺風個例少，可能代表性差；原因之二是T639對于臺風路徑的預報準確率直接影響著大風的準確率；

（5）三個預報時效相比，12 h 一般情況要優(yōu)于36 h 和24 h，36 h和24 h預報之間沒有明顯的優(yōu)劣。

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