林芳妮，黃曉瑩，蔡景就

（1.廣東省氣象公共服務(wù)中心，廣東廣州 510640；2.廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510640）

廣東省地處低緯，海岸線長(zhǎng)，海面強(qiáng)風(fēng)是廣東沿海海面主要災(zāi)害性天氣之一［1]。隨著海面精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)需求的增多，對(duì)其預(yù)報(bào)能力的檢驗(yàn)變得越來(lái)越重要，對(duì)觀測(cè)站數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制也非常必要［2-3]。郭春迓等［4]對(duì)南海北部50個(gè)測(cè)站的風(fēng)速資料進(jìn)行了質(zhì)量控制研究，認(rèn)為大部分測(cè)站觀測(cè)的風(fēng)速質(zhì)量良好。但是，部分沿岸或海島測(cè)站受地理位置、地形、海拔高度等因素影響，是否能真實(shí)反映鄰近海域的風(fēng)力情況仍存在不確定性。為使海面風(fēng)場(chǎng)評(píng)估變得更有價(jià)值，應(yīng)篩選出能反映海面風(fēng)力的測(cè)站數(shù)據(jù)作海面風(fēng)場(chǎng)檢驗(yàn)。

本研究對(duì)2019年全年海洋風(fēng)的網(wǎng)格預(yù)報(bào)（20：00（北京時(shí)，下同）起報(bào)）進(jìn)行了評(píng)估，評(píng)估對(duì)象包括省級(jí)主觀網(wǎng)格預(yù)報(bào)（以下簡(jiǎn)稱主觀預(yù)報(bào)）、ECMWF和GRAPES_3km模式，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)，客觀模式取提前24 h起報(bào)的24～48 h預(yù)報(bào)與主觀預(yù)報(bào)的0～24 h預(yù)報(bào)進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，實(shí)況取測(cè)站檢驗(yàn)時(shí)段內(nèi)平均風(fēng)力的最大值及其相對(duì)應(yīng)的風(fēng)向與預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)平均風(fēng)力的最大值及其相對(duì)應(yīng)的風(fēng)向作為評(píng)估樣本，選取離測(cè)站最近的網(wǎng)格預(yù)報(bào)值進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)具有代表性的浮標(biāo)站、海島站做了比較分析，初步給出預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果。

1 預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估

1.1 海洋測(cè)站風(fēng)力預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

本研究對(duì)測(cè)站進(jìn)行初步質(zhì)量控制后，篩選出108個(gè)，包括浮標(biāo)站、石油平臺(tái)、海島站、沿海站和船舶站，主要分布在廣東省海岸線及海南島周邊，西沙和南沙也有分布。圖1為108個(gè)測(cè)站的主觀預(yù)報(bào)與實(shí)況進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 主觀預(yù)報(bào)樣本中預(yù)報(bào)-實(shí)況風(fēng)力散點(diǎn)分布

由圖1可以看出樣本中的實(shí)況風(fēng)力包括從靜風(fēng)到超過(guò)20.8 m／s的8級(jí)以上大風(fēng)，雖然多數(shù)樣本的誤差分布在準(zhǔn)確指示線附近，但絕對(duì)誤差超過(guò)5 m／s的樣本數(shù)占比接近17%，說(shuō)明部分測(cè)站實(shí)況風(fēng)力與預(yù)報(bào)風(fēng)力明顯不符，可能的原因是沿海站或海島站受地理位置、地形、海拔高度等因素影響。客觀模式對(duì)比結(jié)果類似（圖略）。因此，這類測(cè)站實(shí)況能否反映鄰近海面風(fēng)場(chǎng)的準(zhǔn)確性仍存在不確定性。

1.2 單站的主客觀預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

為了分析不同測(cè)站的風(fēng)力特征，綜合地理位置、海拔高度和數(shù)據(jù)完整性等條件，選取了廣東省中部海面3個(gè)分布為三角形且各相距約90 km的測(cè)站作為對(duì)照，分別為東莞浮標(biāo)站（G5942）、珠海外伶仃島（59479，海拔高度8 m）、大亞灣馬鞭洲站（59494，海拔高度8 m），分別代表了珠江口外開(kāi)闊海面、開(kāi)闊海島和靠近海岸線的海島。對(duì)這3個(gè)測(cè)站剔除風(fēng)力無(wú)效記錄后，做主、客觀預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)比分析。結(jié)果顯示（圖2），G5942（藍(lán)色圓點(diǎn)）能采集到較完整的風(fēng)力等級(jí)數(shù)據(jù)，其樣本覆蓋從小于3級(jí)到7級(jí)的平均風(fēng)；59479站（灰色圓點(diǎn)）風(fēng)力樣本中3級(jí)到5級(jí)占多數(shù)，6級(jí)以上的樣本僅占1%，說(shuō)明6級(jí)以上的風(fēng)力樣本很少被采集到；59494站（黃色圓點(diǎn)）風(fēng)力樣本中3級(jí)到4級(jí)約占90%，可能受海岸線等因素影響，5級(jí)以上的風(fēng)力樣本難以被采集。

主觀預(yù)報(bào)誤差結(jié)果顯示，G5942站的誤差偏大和偏小樣本分別占44%和56%，樣本多數(shù)分布在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確指示線附近（圖2a），說(shuō)明主觀預(yù)報(bào)能較準(zhǔn)確地反映實(shí)況風(fēng)力；59479站預(yù)報(bào)誤差偏大的樣本占比接近91%，預(yù)報(bào)誤差以偏大為主；59494站5 m／s及以下實(shí)況風(fēng)力的預(yù)報(bào)誤差超過(guò)3 m／s的樣本為13%，說(shuō)明風(fēng)力較弱時(shí)，部分預(yù)報(bào)誤差明顯偏大。ECMWF和GRAPES_3km模式對(duì)這3個(gè)測(cè)站預(yù)報(bào)能力接近（圖2b、圖2c），對(duì)G5942站的預(yù)報(bào)偏低率均超過(guò)88%，誤差隨風(fēng)力增大趨于顯著；對(duì)59479站預(yù)報(bào)偏高，偏高率分別為80%和82%；對(duì)59494站預(yù)報(bào)偏高為主，偏高率分別為67%和69%。

圖2 浮標(biāo)站和海島站全年風(fēng)力預(yù)報(bào)-實(shí)況分布散點(diǎn)圖

2 浮標(biāo)站預(yù)報(bào)誤差分析

2.1 東莞浮標(biāo)站不同風(fēng)級(jí)預(yù)報(bào)誤差

浮標(biāo)站是海洋觀測(cè)技術(shù)中最可靠、最有效、最重要的手段之一［5]。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，G5942浮標(biāo)站的風(fēng)力樣本較全面，對(duì)G5942站的實(shí)況風(fēng)力根據(jù)蒲氏分級(jí)法分為3（及以下）、4、5、6和7級(jí)做主、客觀預(yù)報(bào)能力分析，3及以下級(jí)風(fēng)力樣本數(shù)較少故合并統(tǒng)計(jì)，8級(jí)及以上風(fēng)力樣本太少不作單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)了不同風(fēng)級(jí)時(shí)主、客觀預(yù)報(bào)誤差的平均值和均方差（表1），以及不同風(fēng)級(jí)預(yù)報(bào)誤差的最大值、最小值和去掉最大、最小10%樣本后的中間80%樣本的誤差區(qū)間（圖3）?？倶颖緮?shù)為278，其中4到6級(jí)風(fēng)占85%。客觀預(yù)報(bào)誤差普遍偏小，誤差隨風(fēng)力增大趨于顯著，3級(jí)及以下風(fēng)力誤差與均方差均最小，說(shuō)明模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，4到7級(jí)風(fēng)預(yù)報(bào)偏小具有系統(tǒng)性，因此認(rèn)為客觀模式具有可訂正性；主觀預(yù)報(bào)對(duì)4到6級(jí)風(fēng)預(yù)報(bào)能力最好，對(duì)3級(jí)及以下的風(fēng)力預(yù)報(bào)偏大，對(duì)7級(jí)風(fēng)預(yù)報(bào)誤差偏小。對(duì)4到7級(jí)風(fēng)，主觀預(yù)報(bào)對(duì)模式預(yù)報(bào)有正技巧。

表1 不同風(fēng)級(jí)時(shí)主、客觀預(yù)報(bào)誤差平均值和誤差均方差 m／s

圖3 G5942站實(shí)況不同風(fēng)級(jí)時(shí)主、客觀預(yù)報(bào)誤差分布

2.2 東莞浮標(biāo)站不同風(fēng)向預(yù)報(bào)誤差

對(duì)G5942站風(fēng)向按0°～360°劃分為北風(fēng)（0°～22.5°或337.5°～360°）、東北風(fēng)（22.5°～67.5°）、東風(fēng)（67.5°～112.5°）、東南風(fēng)（112.5°～157.5°）、南風(fēng)（157.5°～202.5°）、西南風(fēng)（202.5°～247.5°）、西風(fēng)（247.5°～292.5°）和西北風(fēng)（292.5°～337.5°）8個(gè)風(fēng)向，做主、客觀預(yù)報(bào)誤差分析（圖4），并給出了相應(yīng)平均誤差與均方差（表2）。

圖4 G5942站實(shí)況不同風(fēng)向主、客觀預(yù)報(bào)誤差分布

表2 不同風(fēng)向時(shí)主、客觀預(yù)報(bào)誤差平均值和誤差均方差 m／s

分析可知，客觀預(yù)報(bào)對(duì)不同風(fēng)向的風(fēng)力預(yù)報(bào)誤差系統(tǒng)性偏小，平均誤差在-1～-2 m／s，對(duì)東南風(fēng)、南風(fēng)和西南風(fēng)的預(yù)報(bào)誤差區(qū)間小于對(duì)東風(fēng)和西風(fēng)的預(yù)報(bào)誤差區(qū)間；對(duì)西北風(fēng)的預(yù)報(bào)平均誤差最大且均方差也最大，說(shuō)明模式對(duì)其預(yù)報(bào)能力最差。主觀預(yù)報(bào)對(duì)東南風(fēng)、北風(fēng)、東北風(fēng)和西南風(fēng)的預(yù)報(bào)效果較好，誤差在2 m／s內(nèi)；對(duì)南風(fēng)的預(yù)報(bào)偏大，對(duì)東風(fēng)和西風(fēng)的預(yù)報(bào)偏小，均方差大，說(shuō)明誤差波動(dòng)大；對(duì)西北風(fēng)的預(yù)報(bào)均偏小，均方差最大，說(shuō)明主觀預(yù)報(bào)對(duì)其訂正能力最差。除西北風(fēng)外，主觀預(yù)報(bào)對(duì)模式預(yù)報(bào)有正技巧。

3 結(jié)論

1）地理位置等因素影響海洋觀測(cè)，越靠近陸地影響越大，以東莞浮標(biāo)站為代表研究發(fā)現(xiàn)浮標(biāo)站能最大程度反映海面風(fēng)的真實(shí)情況。

2）對(duì)東莞浮標(biāo)站平均風(fēng)做主客觀檢驗(yàn)結(jié)果顯示，客觀預(yù)報(bào)誤差總體偏小，誤差隨風(fēng)力增大趨于顯著，模式對(duì)3級(jí)及以下風(fēng)力絕對(duì)誤差最??；主觀預(yù)報(bào)對(duì)4到6級(jí)風(fēng)預(yù)報(bào)能力最好，對(duì)3級(jí)及以下的風(fēng)力預(yù)報(bào)誤差偏大，對(duì)7級(jí)風(fēng)預(yù)報(bào)誤差偏小，主觀預(yù)報(bào)對(duì)4到7級(jí)風(fēng)預(yù)報(bào)能力較模式預(yù)報(bào)有正技巧。

3）客觀預(yù)報(bào)對(duì)不同風(fēng)向的風(fēng)力預(yù)報(bào)誤差系統(tǒng)性偏小，對(duì)東南風(fēng)、南風(fēng)和西南風(fēng)的預(yù)報(bào)誤差區(qū)間較小，對(duì)東風(fēng)和西風(fēng)的預(yù)報(bào)誤差區(qū)間較大；主觀預(yù)報(bào)對(duì)東南風(fēng)、北風(fēng)、東北風(fēng)和西南風(fēng)的預(yù)報(bào)效果較好，對(duì)南風(fēng)的預(yù)報(bào)誤差偏大，對(duì)東風(fēng)和西風(fēng)的預(yù)報(bào)誤差偏小，主、客觀預(yù)報(bào)對(duì)西北風(fēng)預(yù)報(bào)能力均最差；除西北風(fēng)外，主觀預(yù)報(bào)對(duì)模式預(yù)報(bào)均有正技巧。