武強(qiáng)，石磊，宗鋒，畢文濤

(1. 煙臺(tái)市氣象局，山東 煙臺(tái) 264003； 2. 威海市氣象局，山東 威海 264200)

龍口至旅順海上航線大風(fēng)實(shí)況資料處理方法研究

武強(qiáng)1，石磊2，宗鋒1，畢文濤1

(1. 煙臺(tái)市氣象局，山東 煙臺(tái) 264003； 2. 威海市氣象局，山東 威海 264200)

利用海島站大風(fēng)觀測(cè)資料，經(jīng)過高度訂正、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、風(fēng)速補(bǔ)償、組合取值等方式，研究了龍口至旅順海上航線大風(fēng)氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)況資料處理方法。通過實(shí)際個(gè)例分析發(fā)現(xiàn)，利用該方法獲取的實(shí)況資料，能夠在很大程度上消除高度偏差、地形遮擋等因素對(duì)海島站風(fēng)速的影響，為海上航運(yùn)氣象服務(wù)提供了更為精確的實(shí)況依據(jù)。

航線； 高度訂正； 風(fēng)速擬合； 組合取值

引言

蒲氏風(fēng)力等級(jí)將6級(jí)風(fēng)(10.8～13.8 m·s-1)定義為強(qiáng)風(fēng)，將8級(jí)風(fēng)(17.2～20.7 m·s-1)定義為大風(fēng)。而一般在氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中將平均風(fēng)速達(dá)到6級(jí)以上的風(fēng)，稱為大風(fēng)[1]。大風(fēng)多具災(zāi)害性，是海上主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。由于渤海海峽特殊的地理、地形等原因，大風(fēng)天氣頻繁，常常給航運(yùn)工作、海上捕撈、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大威脅和損失。渤海海峽又是連接?xùn)|北三省與華東地區(qū)、以及黃海進(jìn)入渤海的交通要道，海上每天過往船只眾多，煙臺(tái)至大連、蓬萊至旅順每天定期航班有20余次，大風(fēng)的預(yù)報(bào)服務(wù)對(duì)保障海上航線安全至關(guān)重要。

近年來，氣象部門在渤海海峽布設(shè)了多個(gè)海島自動(dòng)氣象站，但因布設(shè)條件所限，測(cè)站所處地理位置復(fù)雜、地形條件多樣，各站所測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)差別很大，無法直接應(yīng)用在實(shí)際預(yù)報(bào)服務(wù)中。沿海臺(tái)站的預(yù)報(bào)服務(wù)人員對(duì)海上測(cè)風(fēng)資料的可用性、代表性進(jìn)行了大量的分析研究[2-7]，積累了大量的使用經(jīng)驗(yàn)。王日東等[8]、高瑞華等[9-10]對(duì)渤海海峽海島站大風(fēng)資料進(jìn)行了對(duì)比和分析，得出了渤海海峽大風(fēng)的氣候特征和日變化等特征。2016年8月25日，龍口至旅順海上航線(簡(jiǎn)稱龍旅航線，下同)開通運(yùn)營，相應(yīng)的航線氣象服務(wù)工作也已啟動(dòng)，但目前尚未對(duì)這一航線的大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)況做深入研究。本文利用現(xiàn)有的海島自動(dòng)站資料和大風(fēng)實(shí)驗(yàn)資料，研究獲取此航線大風(fēng)實(shí)況資料的處理方法。

1 參考站選擇

為了便于研究，根據(jù)自動(dòng)氣象站的布設(shè)位置，將龍旅航線分為3段，航線北段附近有大欽島站、北隍城站和南隍城站，中段附近有大黑山站和長島站，南段附近有紀(jì)姆島站和桑島站(圖1)。由于海島的地質(zhì)環(huán)境等因素，很難找到一個(gè)海拔高度和探測(cè)環(huán)境完全滿足海上大風(fēng)觀測(cè)需求的地點(diǎn)，所布設(shè)的海島站幾乎都有遮擋角，表1給出各站海拔高度、開闊方向和遮擋方向。根據(jù)各海島站布設(shè)的海拔高度、遮擋方向、開闊方向等資料，進(jìn)行人工篩選，剔除遮擋角較大、資料代表性較差的站點(diǎn)。在航線的南段選取紀(jì)姆島站、桑島站，中段選取大黑山站、長島站，北段選取大欽島站和北隍城站共6個(gè)海島站作為研究龍口至旅順海上航線大風(fēng)資料處理方法的參考站點(diǎn)。

圖1 龍口至旅順海上航線示意圖Fig.1 Sketch map of the sea lane from Longkou to Lüshun

2 風(fēng)速訂正

2.1 乘冪率風(fēng)廓線高度訂正

不同的海拔高度，風(fēng)速差別較大，特別是在近地層尤為明顯。在所研究的6個(gè)海島站中，北隍城站、大黑山站海拔高度均超過了100 m，有3站在40～80 m之間，需將實(shí)測(cè)的風(fēng)速從不同的海拔高度換算到10 m高度。觀測(cè)研究[11]表明，指數(shù)律風(fēng)廓線公式的誤差明顯小于對(duì)數(shù)律，對(duì)數(shù)律僅適用于30 m

表1龍口至旅順航線附近海島站及探測(cè)環(huán)境

Table 1 Position of the island stations along the sea lane from Longkou to Lüshun

航線位置站名海拔高度/m開闊方向遮擋方向南段紀(jì)姆島站48.0N-E-S-SWWSW-W-NNW桑島站10.0NE-E-SE,SW-W-NWSSE-S-SSW,NNW-N-NNE中段大黑山站106.1N-E-SSES-W-NNW長島站39.7S-W-NNWN-E-SSE大欽島站42.0全開闊無遮擋北段南隍城站65.0SWW-N-E-S北隍城站122.0NE-E-SE,SW-W-NWSSE-SSW,NNW-NNE

以下的近中性層結(jié)，常用的低層大氣風(fēng)廓線公式為拉依赫特曼乘冪率風(fēng)廓線公式：

(1)

其中u1為在z1高度處的風(fēng)速。在給定風(fēng)切變指數(shù)m后，可以求出指定高度zn處的風(fēng)速u。

風(fēng)切變指數(shù)m的取值與下墊面的粗糙度以及參考高度有關(guān)，根據(jù)張淮水等[12]的研究，在海上m值隨海面粗糙度的增大而增大，隨著參考高度的增加而減小，取值從0.067變化至0.128，即1/15～1/7。高山紅和吳增茂[13]用指數(shù)和對(duì)數(shù)廓線兩種公式將砣磯島和南長山島測(cè)站大風(fēng)換算到10 m高度，與進(jìn)行數(shù)值模擬后的大風(fēng)進(jìn)行了對(duì)比分析，所采用的指數(shù)風(fēng)廓線公式為u10=uz(10/z)m(m取1/11≈0.091)。文中所研究的海島站雖然位于不同的航段、海拔高度也有差別，但其布設(shè)環(huán)境與砣磯島和南長山島總體接近。為便于計(jì)算，統(tǒng)一將m取值為0.1，依據(jù)(1)式將海島站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行10 m高度轉(zhuǎn)換。

2.2 實(shí)驗(yàn)訂正

實(shí)踐證明，測(cè)站測(cè)風(fēng)受地形影響明顯時(shí)，直接用對(duì)數(shù)或指數(shù)風(fēng)廓線公式進(jìn)行高度換算獲取海面10 m高度處風(fēng)速值[13-14]，或者利用數(shù)值模式進(jìn)行模擬，或者利用海陸風(fēng)對(duì)比結(jié)果由沿岸測(cè)站風(fēng)速來推測(cè)海上大風(fēng)情況，都會(huì)造成很大的誤差。2011年1月8日—2月28日和2012年11月1日—2013年5月31日，林曲鳳等[15]在煙臺(tái)北部沿海的八仙渡、桑島、擔(dān)子島等位置布設(shè)了實(shí)驗(yàn)站，獲取了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。八仙渡實(shí)驗(yàn)站位于蓬萊八仙渡棧橋，與長島站直線距離10 km，深入海中約150 m，海拔高度4 m，風(fēng)桿高度3 m。此站的北邊正對(duì)大海，其偏北方向(NW-NE)均無遮擋，在偏北大風(fēng)時(shí)，八仙渡實(shí)驗(yàn)站的風(fēng)向風(fēng)速基本可代表海面風(fēng)情況。桑島實(shí)驗(yàn)站位于距離桑島站1 km的北部海邊，海拔高度8 m，風(fēng)桿高度3 m，在WNW-NNE方向基本能代表海面風(fēng)(圖2)。為準(zhǔn)確把握各海島站與實(shí)驗(yàn)站的風(fēng)速關(guān)系，繼續(xù)采用本次大風(fēng)實(shí)驗(yàn)所獲取的資料，將桑島實(shí)驗(yàn)站資料與同時(shí)刻附近的紀(jì)姆島站和桑島站資料進(jìn)行對(duì)比分析，將八仙渡實(shí)驗(yàn)站資料與長島站和大黑山站資料進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比過程中，以各海島站風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn)，兼顧實(shí)驗(yàn)站的風(fēng)向。

圖2 八仙渡實(shí)驗(yàn)站(a)和桑島實(shí)驗(yàn)站(b)探測(cè)環(huán)境示意圖(填色區(qū)為遮擋方向，空白區(qū)為開闊方向)Fig.2 Observing environment in Baxiandu experimental station (a) and Sangdao experimental station (b) (The color-filled area is the obstacle direction, and the blank area is the useable direction)

由于實(shí)驗(yàn)站布設(shè)條件的限制，其開闊方向可以作為海上風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)況，但其遮擋方向仍不具有代表性。本文主要對(duì)其開闊方向的大風(fēng)與海島站的對(duì)比，將實(shí)驗(yàn)站無遮擋方向作為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，與各站訂正到10 m后的風(fēng)速進(jìn)行擬合，擬合關(guān)系較好的風(fēng)向作為獲取實(shí)況的穩(wěn)定風(fēng)速關(guān)系。

2.2.1 中段航線

大黑山站和長島站為中段航線的海島自動(dòng)氣象站。大黑山站在N-NNE-NE方向無遮擋，風(fēng)速訂正到10 m高度后，與八仙渡實(shí)驗(yàn)站10 m高度風(fēng)速進(jìn)行同風(fēng)向?qū)Ρ取?shí)驗(yàn)期間，共獲得N-NNE-NE風(fēng)向個(gè)例39例，與八仙渡實(shí)驗(yàn)站的日最大風(fēng)速進(jìn)行擬合，擬合度達(dá)到0.82，擬合效果較好(圖3a)。N-NNE-NE風(fēng)向八仙渡實(shí)驗(yàn)站最大風(fēng)比大黑山站平均偏大2.3 m·s-1。長島站NW-NNW方向無遮擋，可以與八仙渡站進(jìn)行對(duì)比，共獲得NW-NNW風(fēng)向個(gè)例31例，擬合結(jié)果較好，擬合度達(dá)到0.81(圖3b)。NW-NNW風(fēng)向八仙渡實(shí)驗(yàn)站比長島站平均偏大1.4 m·s-1。

圖3 八仙渡實(shí)驗(yàn)站與大黑山站(a)和長島站(b)大風(fēng)擬合情況Fig.3 Fitting results of the gale in Baxiandu experimental station with Daheishan station (a) and Changdao station (b)

2.2.2 南段航線

南段航線有桑島站和紀(jì)姆島站兩個(gè)海島自動(dòng)氣象站。桑島站海拔高度為10 m，布設(shè)高度符合標(biāo)準(zhǔn)，不需要進(jìn)行高度訂正，而且在NE和W-NW方向無遮擋，因此該風(fēng)向的風(fēng)速可作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)況使用，不需要與桑島實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行對(duì)比。紀(jì)姆島站N-NNE-NE方向無遮擋，與桑島實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行對(duì)比后共獲得N-NNE-NE風(fēng)向個(gè)例7例，擬合結(jié)果較好，擬合度達(dá)到0.92(圖4)。N-NNE-NE風(fēng)向桑島實(shí)驗(yàn)站比紀(jì)姆島站平均偏小0.1 m·s-1。

圖4 桑島實(shí)驗(yàn)站和紀(jì)姆島站大風(fēng)擬合情況Fig.4 Fitting results of the gale in Sangdao experimental station with Jimu island station

2.2.3 北段航線

北段航線上的大欽島站、北隍城站由于探測(cè)環(huán)境惡劣，無法布設(shè)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，而與八仙渡和桑島的實(shí)驗(yàn)站距離又較遠(yuǎn)，無法通過實(shí)驗(yàn)法獲取穩(wěn)定的線性訂正關(guān)系。

2.3 風(fēng)速補(bǔ)償

在實(shí)驗(yàn)訂正的過程中，實(shí)驗(yàn)站在某些風(fēng)向無探測(cè)資料或?qū)嶒?yàn)站的某些風(fēng)向受遮擋使得探測(cè)資料不可用，因此不能完全通過實(shí)驗(yàn)訂正建立穩(wěn)定的風(fēng)速訂正關(guān)系。對(duì)于這些風(fēng)向上的風(fēng)速，采用風(fēng)速補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行處理，從而獲得相對(duì)符合實(shí)際的風(fēng)速。共分為4種情況：

1)海島站在某些方向無遮擋，探測(cè)環(huán)境較好，但沒有該風(fēng)向的實(shí)驗(yàn)站探測(cè)數(shù)據(jù)，利用有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的風(fēng)向做風(fēng)速補(bǔ)償。設(shè)F實(shí)驗(yàn)站為實(shí)驗(yàn)站風(fēng)速，F(xiàn)10m訂正為海島站訂正到10 m的風(fēng)速，則風(fēng)速補(bǔ)償值M為：

(2)

在環(huán)境無遮擋且無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的風(fēng)向下，將原始風(fēng)速訂正到10 m高度，再加上風(fēng)速補(bǔ)償值M作為該站該風(fēng)向的準(zhǔn)確風(fēng)速。

2)海島站的某些風(fēng)向有遮擋，但實(shí)驗(yàn)站這些風(fēng)向無遮擋，風(fēng)速可用，為了使這些有遮擋的方向能獲得相對(duì)準(zhǔn)確的實(shí)際風(fēng)速，需要在訂正到10 m高度的基礎(chǔ)上加上風(fēng)速補(bǔ)償值。補(bǔ)償值為有無遮擋造成的差值，即實(shí)驗(yàn)站的無遮擋方向同時(shí)為海島站的有遮擋方向上，實(shí)驗(yàn)站與海島站風(fēng)速差的平均。

3)對(duì)于距離實(shí)驗(yàn)站較遠(yuǎn)的海島站，不論風(fēng)向有無遮擋，實(shí)驗(yàn)訂正的方法不太適用。在風(fēng)向無遮擋的方向也采取風(fēng)速補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行訂正，補(bǔ)償值參照距離該站較近和探測(cè)環(huán)境接近的海島站。大欽島站與長島站距離相對(duì)較近，海拔高度也接近，可采用長島站的補(bǔ)償值；北隍城站與大黑山站距離相對(duì)較近，海拔高度接近，采用大黑山站的補(bǔ)償值。

4)海島站和實(shí)驗(yàn)站均有遮擋的風(fēng)向，無法根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料獲取補(bǔ)償值，為了不遺漏大風(fēng)，則不進(jìn)行補(bǔ)償和高度訂正，直接使用該風(fēng)向的原始風(fēng)速。

2.4 風(fēng)向討論

近地面附近風(fēng)場(chǎng)，受摩擦作用向低壓一側(cè)偏轉(zhuǎn)，越是接近地面，受到的摩擦力越大，偏轉(zhuǎn)的角度就越大。從地面開始，隨高度逐漸升高，風(fēng)向逐漸向右偏轉(zhuǎn)，且風(fēng)速逐漸增大，直至摩擦層頂。盡管受同一個(gè)天氣系統(tǒng)影響，但位于不同海拔高度的測(cè)站，風(fēng)向都有明顯的差別。另外，地形、冷暖平流等因素對(duì)風(fēng)場(chǎng)的影響也非常大，很難通過實(shí)驗(yàn)或?qū)Ρ鹊贸鲆粋€(gè)準(zhǔn)確的海面風(fēng)向。所以，在研究海面風(fēng)場(chǎng)的時(shí)候，盡量選取探測(cè)環(huán)境優(yōu)越，且海拔高度較低的海島站的風(fēng)向，作為航線上的代表風(fēng)向，在3段航線上分別選取大欽島站、長島站和桑島站的風(fēng)向作為代表風(fēng)向。

3 訂正結(jié)果

根據(jù)前面的訂正方法，假設(shè)航線北段的訂正風(fēng)速為U，大欽島站原始風(fēng)速為u1，訂正到10 m高度風(fēng)速為u2，北隍城站原始風(fēng)速為u3，訂正到10 m高度風(fēng)速為u4；航線中段的訂正風(fēng)速為V，大黑山站原始風(fēng)速為v1，訂正到10 m高度風(fēng)速為v2，長島站原始風(fēng)速為v3，訂正到10 m高度風(fēng)速為v4；航線南段的訂正風(fēng)速為W，桑島站原始風(fēng)速為w1，訂正到10 m高度風(fēng)速為w2，紀(jì)姆島站原始風(fēng)速為w3，訂正到10 m高度風(fēng)速為w4。

最終只需要每個(gè)航段獲取一個(gè)風(fēng)速代表該段風(fēng)速，對(duì)同一航段的海島站按照風(fēng)向進(jìn)行組合取值，既要盡可能符合實(shí)際，又要兼顧航線安全，原則如下：

1)布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)符合要求的海島站，海拔高度10 m，且探測(cè)環(huán)境無遮擋的方位，測(cè)得風(fēng)速為精確風(fēng)速，優(yōu)先級(jí)為0。

2)利用實(shí)驗(yàn)對(duì)比，經(jīng)過擬合獲得的線性穩(wěn)定風(fēng)速關(guān)系的風(fēng)向，優(yōu)先級(jí)為1。

3)無穩(wěn)定線性風(fēng)速關(guān)系的風(fēng)向，采用風(fēng)速補(bǔ)償法獲得的風(fēng)速關(guān)系，優(yōu)先級(jí)為2。

4)探測(cè)環(huán)境較差的風(fēng)向，航段中所有海島站均被遮擋，既無穩(wěn)定線性風(fēng)速關(guān)系又無風(fēng)速補(bǔ)償關(guān)系的風(fēng)向，直接取原始風(fēng)速，優(yōu)先級(jí)為3。

根據(jù)前面設(shè)置的優(yōu)先級(jí)，對(duì)各段航線的訂正結(jié)果進(jìn)行組合取值，取優(yōu)先級(jí)較高的方法獲得的風(fēng)速，作為該航段的準(zhǔn)確風(fēng)速。優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，取較大值。最后得出3個(gè)航段各個(gè)風(fēng)向的風(fēng)速訂正方法(表2)。

表2龍口至旅順航線各參考站風(fēng)速訂正公式和訂正方法

Table 2 Correction formulas and methods of wind speed in the island stations along the sea lane from Longkou to Lüshun

風(fēng)向風(fēng)速訂正北段航線中段航線南段航線大欽島站北隍城站大黑山站長島站桑島站紀(jì)姆島站N訂正公式U=u2+1.4U=u3V=0.864v2+3.949V=v3W=w1+1.6W=0.647w4+4.597訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速實(shí)驗(yàn)訂正原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)訂正NNE訂正公式U=u2+1.4U=u3V=0.864v2+3.949V=v3W=w1+1.6W=0.647w4+4.597訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速實(shí)驗(yàn)訂正原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)訂正NE訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=0.864v2+3.949V=v3W=w1W=0.647w4+4.597訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)訂正原始風(fēng)速準(zhǔn)確實(shí)況實(shí)驗(yàn)訂正ENE訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v2+2.3V=v3W=w1W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速準(zhǔn)確實(shí)況風(fēng)速補(bǔ)償E訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v2+2.3V=v3W=w1W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速準(zhǔn)確實(shí)況風(fēng)速補(bǔ)償ESE訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v2+2.3V=v3W=w1W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速準(zhǔn)確實(shí)況風(fēng)速補(bǔ)償SE訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v2+2.3V=v3W=w1W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速準(zhǔn)確實(shí)況風(fēng)速補(bǔ)償SSE訂正公式U=u2+1.4U=u3V=v2+2.3V=v3W=w1+1.6W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償S訂正公式U=u2+1.4U=u3V=v1V=v4+1.4W=w1+1.6W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償SSW訂正公式U=u2+1.4U=u3V=v1V=v4+1.4W=w1+1.6W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償SW訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v1V=v4+1.4W=w1W=w4-0.1訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償準(zhǔn)確實(shí)況風(fēng)速補(bǔ)償WSW訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v1V=v4+1.4W=w1W=w3訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償準(zhǔn)確實(shí)況原始風(fēng)速W訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v1V=v4+1.4W=w1W=w3訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償準(zhǔn)確實(shí)況原始風(fēng)速WNW訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v1V=v4+1.4W=w1W=w3訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速風(fēng)速補(bǔ)償準(zhǔn)確實(shí)況原始風(fēng)速NW訂正公式U=u2+1.4U=u4+2.3V=v1V=0.758v4+2.578W=w1W=w3訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速實(shí)驗(yàn)訂正準(zhǔn)確實(shí)況原始風(fēng)速NNW訂正公式U=u2+1.4U=u3V=v1V=0.758v4+2.578W=w1+1.6W=w3訂正方法風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速原始風(fēng)速實(shí)驗(yàn)訂正風(fēng)速補(bǔ)償原始風(fēng)速

4 應(yīng)用實(shí)例

為測(cè)試用該方法處理后獲得的航線大風(fēng)數(shù)據(jù)在實(shí)際業(yè)務(wù)中的應(yīng)用效果，選取3個(gè)典型的大風(fēng)天氣過程進(jìn)行應(yīng)用和分析。

4.1 2014年5月11—12日SW大風(fēng)

500 hPa中支槽和南支槽在110°E同位相疊加發(fā)展加深，槽前西南氣流加強(qiáng)，使低層減壓。700 hPa和850 hPa江淮暖切變快速北抬，西南渦沿切變線向東北方向移動(dòng)。地面圖上，西南倒槽北伸，生成江淮氣旋后向東北方向移動(dòng)穿過渤海海峽移向東北。11日開始，渤海海峽位于氣旋西南象限，以西南風(fēng)為主。

4.2 2014年12月1—2日NW大風(fēng)

500 hPa高空?qǐng)D上，渤海海峽位于東亞大槽后部，西北氣流控制，低層700 hPa和850 hPa鋒區(qū)南壓，渤海海峽附近等溫線密集，冷平流較強(qiáng)。地面上，冷高壓覆蓋整個(gè)東亞大陸，其中心位于蒙古國，中心氣壓為1 050 hPa，日本海氣旋發(fā)展加深，移動(dòng)緩慢，渤海海峽附近等壓線密集，10個(gè)經(jīng)距的氣壓差達(dá)到25 hPa，地面附近風(fēng)向主要為偏北風(fēng)(圖略)。主要的大風(fēng)時(shí)段為11月30日下午—12月1日下午。

4.3 2015年11月5—8日NE大風(fēng)

500 hPa冷中心和冷渦中心位于東西伯利亞，東北地區(qū)有低槽東移引導(dǎo)冷空氣南下，700 hPa鋒區(qū)南壓至東北，鋒區(qū)內(nèi)等溫線密集，850 hPa以下冷空氣從東北回流南下。地面圖上，冷高壓中心位于貝加爾湖附近，長軸呈西北—東南向。渤海海峽位于冷高壓前部，東北風(fēng)為主，風(fēng)力較大。

4.4 結(jié)果分析

經(jīng)過3個(gè)典型大風(fēng)個(gè)例的應(yīng)用分析(表3-5)發(fā)現(xiàn)，用本文的方法取得的航線大風(fēng)值，7級(jí)以上的大風(fēng)時(shí)次數(shù)明顯減少，特別是對(duì)于中段和南段航線。由于對(duì)海島站風(fēng)速進(jìn)行了高度訂正，消除了海拔高度對(duì)風(fēng)速的影響，最大風(fēng)速值明顯減小。通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，6級(jí)以上大風(fēng)的時(shí)次數(shù)和平均最大風(fēng)速并沒有明顯的變化，甚至北部航段在3個(gè)個(gè)例中，6級(jí)以上大風(fēng)時(shí)次數(shù)均比訂正以前都有所增加。出現(xiàn)這種情況的原因可能是通過風(fēng)速的補(bǔ)償，消除了海島站一些有遮擋的方位障礙物對(duì)風(fēng)速的影響。

表32014年5月11—12日SW大風(fēng)訂正分析

Table 3 Correction analysis of SW gale from May 11 to 12, 2014

站點(diǎn)最大風(fēng)速平均值/(m·s-1)最大風(fēng)速/(m·s-1)≥6級(jí)時(shí)次數(shù)/次≥7級(jí)時(shí)次數(shù)/次停航時(shí)段(時(shí)間/h)大欽島站13.316.9331311日04時(shí)—12日04時(shí)(25)北段航線北隍城站14.620.1272011日06時(shí)—12日06時(shí)(25)訂正值14.317.8322111日04時(shí)—12日06時(shí)(27)大黑山站12.014.926211日17—18時(shí)(2)中段航線長島站10.714.416212日00—01時(shí)(2)訂正值10.813.7170無紀(jì)姆島站12.014.822311日21—23時(shí)(3)南段航線桑島站9.512.360無訂正值10.312.3120無

表42014年12月1—2日NW大風(fēng)訂正分析

Table 4 Correction analysis of NW gale from December 1 to 2, 2014

站點(diǎn)最大風(fēng)速平均值/(m·s-1)最大風(fēng)速/(m·s-1)≥6級(jí)時(shí)次數(shù)/次≥7級(jí)時(shí)次數(shù)/次停航時(shí)段(時(shí)間/h)北段航線大欽島站9.017.59630日14時(shí)—1日21時(shí)(32)北隍城站8.011.330無訂正值10.016.210630日14時(shí)—1日21時(shí)(32)中段航線大黑山站14.520.6291930日15時(shí)—1日13時(shí)(23)長島站13.720.1231330日21時(shí)—1日09時(shí)(13)訂正值11.515.620730日23時(shí)—1日05時(shí)(7)南段航線紀(jì)姆島站13.218.8281030日21時(shí)—1日06時(shí)(10)桑島站9.314.07112月1日02時(shí)(1)訂正值10.114.011112月1日02時(shí)(1)

表52015年11月5—8日NE大風(fēng)訂正分析

Table 5 Correction analysis of NE gale from November 5 to 8, 2015

站點(diǎn)最大風(fēng)速平均值/(m·s-1)最大風(fēng)速/(m·s-1)≥6級(jí)時(shí)次數(shù)/次≥7級(jí)時(shí)次數(shù)/次停航時(shí)段(時(shí)間/h)北段航線大欽島站13.820.158276日16時(shí)—8日11時(shí)(44)北隍城站12.116.74686日14時(shí)—7日14時(shí)(25)訂正值13.318.459186日16時(shí)—8日3時(shí)(35)中段航線大黑山站11.415.12157日9時(shí)—7日13時(shí)(5)長島站11.815.32647日10時(shí)—7日13時(shí)(4)訂正值11.514.22337日10時(shí)—7日12時(shí)(3)南段航線紀(jì)姆島站15.619.166565日10時(shí)—7日20時(shí)(59)桑島站14.316.965415日10時(shí)—7日15時(shí)(54)訂正值14.516.966435日10時(shí)—7日15時(shí)(54)

根據(jù)《山東省港口條例》規(guī)定，海上風(fēng)力達(dá)7級(jí)及以上時(shí)，從事港口旅客運(yùn)輸服務(wù)的港口經(jīng)營人不得允許旅客、車輛上船，以避免客運(yùn)船舶惡劣天氣冒險(xiǎn)開航。海事部門將根據(jù)單程航行時(shí)間提早取消開航計(jì)劃。把一次大風(fēng)天氣過程中，航線上首次監(jiān)測(cè)到7級(jí)以上大風(fēng)與最后一次監(jiān)測(cè)到7級(jí)以上大風(fēng)之間的時(shí)間作為理論停航時(shí)間。分析3個(gè)個(gè)例中各航段的停航時(shí)間，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過風(fēng)速的訂正后，中段航線和南段航線停航時(shí)間明顯縮短，北段航線的變化不如另外兩個(gè)航段明顯。但在第三個(gè)NE大風(fēng)個(gè)例中，北段航線的停航時(shí)間也明顯縮短。對(duì)于渤海海峽，冬春季NNE大風(fēng)出現(xiàn)的頻數(shù)較高[16]，本方法對(duì)于實(shí)況測(cè)站的風(fēng)力進(jìn)行訂正后，可以減少因觀測(cè)偏差而導(dǎo)致的停航，在保障安全的前提下提高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

1)根據(jù)海島站的布設(shè)位置和探測(cè)環(huán)境，將龍旅航線劃分南段、中段和北段，分別選取了桑島站、紀(jì)姆島站、長島站、大黑山站、大欽島站和北隍城站6個(gè)海島站作為參考站。

2)采用拉依赫特曼乘冪率風(fēng)廓線公式，將龍旅航線海島自動(dòng)氣象站風(fēng)速訂正到海拔10 m高度，利用實(shí)驗(yàn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析并建立了訂正方法，訂正后相鄰站點(diǎn)具有較好的擬合關(guān)系。

3)經(jīng)過風(fēng)速訂正后，縮短了龍旅航線7級(jí)及以上大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間，可以減少因觀測(cè)偏差而導(dǎo)致的停航，在保障安全的前提下提高經(jīng)濟(jì)效益。

4)由于大風(fēng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，所以在獲取風(fēng)速補(bǔ)償值的時(shí)候，只能簡(jiǎn)單地補(bǔ)償平均值，無法按照風(fēng)速的級(jí)別大小分別補(bǔ)償不同的值，在以后的研究中需要更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析。

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ResearchontheprocessingmethodoftheobservedgaledataalongthesealanefromLongkoutoLüshun

WU Qiang1, SHI Lei2, ZONG Feng1, BI Wentao1

(1.YantaiMeteorologicalBureau,Yantai264003,China； 2.WeihaiMeteorologicalBureau,Weihai264200,China)

The processing method of the observed gale data in the island stations along the sea lane from Longkou to Lüshun was disscussed by the height correction, contrast experiment, wind speed compensation and value combination method. According to case analysis, we found that the influences of local geographical factors (e.g., terrain, altitude) on gale observations could be eliminated in a large part by using this method, therefore providing accurate observation data reference about the weather service along the sea lane.

sea lane; height correction; wind speed fitting; value combination

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.012.(in Chinese)

2017-05-04；

：2017-08-01

山東省氣象局科研項(xiàng)目(2010sdqxz03)

武強(qiáng)(1981—)，女，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作，q_wu@163.com。

P413.21

： A

： 2096-3599(2017)03-0102-07

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.012

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