李文博,李銳*,王彬,張薇,高山,侯喬琨,孫雅文
(1 山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室山東青島266100;2 自然資源部北海預(yù)報減災(zāi)中心山東青島266100)
海浪災(zāi)害是人類在海上和近岸活動的最主要威脅,對生命和財產(chǎn)安全可能造成巨大損害[1-5],因此,準(zhǔn)確的海浪預(yù)報是海上活動的最基本保障。隨著數(shù)值預(yù)報技術(shù)的發(fā)展、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的豐富和改進以及計算機運算能力的提高,以海浪數(shù)值模式為核心的海浪數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)已成為海浪預(yù)報和業(yè)務(wù)研究的主要手段,海浪預(yù)報水平也有了較大提高[6-9]。目前常用的海浪預(yù)報數(shù)值模式主要為第三代海浪數(shù)值模式WAM[10-12]和WAVEWATCH-Ⅲ[13-15],兩種模式均可模擬大洋和近海的海浪生成、傳播與耗散過程。
隨著海浪數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用,對其預(yù)報誤差的系統(tǒng)檢驗也必不可少。目前已有不少學(xué)者在海浪數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的評估方面做出研究。20 世紀 末21 世 紀 初,TOLMAN 等[16-18]通 過 對 比WAVEWATCH-Ⅲ模式計算結(jié)果與浮標(biāo)數(shù)據(jù),改進了模式源函數(shù);BIDLOT[19]對21 a 的數(shù)值預(yù)報結(jié)果進行檢驗評估,發(fā)現(xiàn)包括歐洲中尺度天氣預(yù)報中心(European Centre for Medium - Range Weather Forecasts,ECMWF)海浪預(yù)報產(chǎn)品(簡稱EC)在內(nèi)的幾種產(chǎn)品的預(yù)報準(zhǔn)確性均有提高;WANG 等[20]首次利用中國近海的波浪浮標(biāo)觀測數(shù)據(jù)檢驗了EC海浪預(yù)報產(chǎn)品的誤差,并分別從離岸距離、水深等方面討論了EC 產(chǎn)品的誤差分布情況;李燕等[21]對WAVEWATCH-Ⅲ在渤海的預(yù)報結(jié)果進行了檢驗;梁 小 力 等[22]對 基 于SWAN(Simulating Waves Nearshore)模式的全球海浪預(yù)報結(jié)果進行了初步驗證。然而,目前的海浪數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品評估僅限于對不同站位的誤差開展統(tǒng)計,而對于誤差的時空分布、尤其是不同天氣過程下的誤差分析卻鮮有研究。另外,目前海浪預(yù)報水平評估主要聚焦于大洋和開闊海域,渤海和黃海作為半封閉海,海浪風(fēng)區(qū)短、水深淺,與大洋海浪生成傳播機制有較大不同,對現(xiàn)有海浪預(yù)報產(chǎn)品在渤海和黃海的預(yù)報能力缺少系統(tǒng)分析。為了系統(tǒng)評估渤海和黃海的海浪數(shù)值預(yù)報水平,本文擬對EC、美國國家環(huán)境預(yù)報中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的全球天氣預(yù)報系統(tǒng)(Global Forecasting System)海浪預(yù)報產(chǎn)品(簡稱GFS)和自然資源部北海預(yù)報減災(zāi)中心(North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration)海浪預(yù)報產(chǎn)品(簡稱NMFC)在渤海和黃海海域的預(yù)報能力進行初步檢驗與評估,充分發(fā)揮數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品在海洋環(huán)境預(yù)報中的作用,為今后渤海和黃海海浪預(yù)報技術(shù)發(fā)展提供有價值的參考。
EC產(chǎn)品所用海浪模式為WAM。NMFC與GFS兩種產(chǎn)品所用海浪模式均為WAVEWATCH-Ⅲ,其能量輸入耗散項均采用ST4 參數(shù)化方案,其中NMFC主要參數(shù)化方案設(shè)置包括ST4風(fēng)浪模型和海浪耗散項、JONSWAP 底部摩擦方法、線性風(fēng)時間插值、三階傳播方案等。
考慮到資料的連續(xù)性,本文收集2021 年EC、GFS、NMFC 3 種預(yù)報產(chǎn)品24 h、48 h、72 h、96 h 預(yù)報時效的有效波高預(yù)報結(jié)果用于評估。EC 和GFS的時間分辨率為3 h,NMFC的時間分辨率包括3 h和1 h兩種,其中3 h分辨率的NMFC用于與EC和GFS橫向比較,1 h分辨率的NMFC用于日極值誤差分析。各預(yù)報產(chǎn)品的簡要情況介紹見表1。EC模式的整體預(yù)報效果優(yōu)于GFS,其中24~72 h 的均方根誤差(RMSE)比GFS減小了6.8%~8%,EC 24~72 h風(fēng)速預(yù)報偏差中位數(shù)在0.19~0.25 m/s之間,GFS同類中位數(shù)在0.33~0.41 m/s之間,兩種預(yù)報產(chǎn)品風(fēng)速的預(yù)報結(jié)果整體略偏大,EC的偏離程度相對更小。
表1 各機構(gòu)海浪數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品及驅(qū)動風(fēng)場情況Tab.1 Brief list of different ocean wave forecast products and wind forcing
觀測資料包括10 個10 m 大型海洋觀測浮標(biāo)以及5 個海洋站觀測的2021 年有效波高數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)均通過嚴格的質(zhì)量控制。渤海有3個浮標(biāo),位于119°~121°E,37.5°~40°N這一矩形海域內(nèi);渤海海峽有兩個浮標(biāo),為南北分布;黃海北部有1 個浮標(biāo),位置約在該海域中心處;黃海中部有4個浮標(biāo),位于120°~124°E,35°~36.5°N 這一矩形海域內(nèi);5 個海洋站分別為東營港、小長山、龍口、小麥島和日照港。觀測結(jié)果分別與上述3 種海浪預(yù)報產(chǎn)品進行直接對比,并利用雙線性插值將3種數(shù)值預(yù)報網(wǎng)格數(shù)據(jù)插值到觀測站點進行誤差統(tǒng)計。
采用相對誤差、均方根誤差和平均偏差來評估數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品偏離實際觀測的情況,誤差統(tǒng)計的具體方法如下:
①相對誤差(Er,單位:%)反映了預(yù)報偏離觀測的相對程度。計算公式為:
②均方根誤差(Erms,單位:m)反映了預(yù)報偏離觀測的離散程度。計算公式為:
③平均偏差(Ebias,單位:m)反映了預(yù)測相對于觀測的整體偏離程度。計算公式為:
2021年3種預(yù)報產(chǎn)品到報率均超過95%。將預(yù)報產(chǎn)品24 h、48 h、72 h 和96 h 的有效波高預(yù)報數(shù)值插值到10 個浮標(biāo)站位和5 個海洋站位,將所有結(jié)果與實測有效波高進行對比分析,并制作預(yù)報與觀測數(shù)據(jù)對比圖(見圖1),其中紅色線為利用最小二乘法擬合出的線(簡稱LSF 線),誤差統(tǒng)計見表2。從圖1 可以看出,渤海和黃海2021 年低于2 m 的有效波高出現(xiàn)概率超過60%,2 m 以上有效波高出現(xiàn)概率較小,最大有效波高超過5 m。從表2 可以看出,不同波高分段情況下EC 的RMSE 均為最低。3 m以上有效波高的預(yù)報相對誤差、均方根誤差和平均偏差均為EC最小,GFS最大,NMFC居中,三者24 h預(yù)報相對誤差均在21%以下;3 m 及以下有效波高的預(yù)報均方根誤差也是EC 最小,說明EC 對于海浪有效波高的整體預(yù)報水平高于NMFC 和GFS。從圖1 的LSF 線和表2 平均偏差統(tǒng)計結(jié)果來看,3 種預(yù)報產(chǎn)品對于2 m 以上有效波高的預(yù)報結(jié)果整體偏小0.2 ~0.6 m,且GFS 大浪預(yù)報結(jié)果偏小的情況最為明顯,這可能與現(xiàn)有海浪預(yù)報模式的風(fēng)能輸入?yún)?shù)化方案和參數(shù)設(shè)置更適用于開闊海域,渤海和黃海風(fēng)區(qū)較短且波浪成長機制與開闊海域不同有關(guān)。
圖1 預(yù)報有效波高與實測有效波高對比Fig.1 Comparison of significant wave height forecasts with observations
表2 有效波高預(yù)報誤差統(tǒng)計Tab.2 Statistical parameter of the comparison of significant wave height forecasts with buoy observations
圖2 為3 種產(chǎn)品的偏差箱線圖,用來體現(xiàn)不同預(yù)報時效下預(yù)報偏差的離散程度和數(shù)據(jù)的集中趨勢[23]。從圖中可以看出,EC、NMFC 和GFS 24~96 h 有效波高的預(yù)報偏差中位數(shù)分別在0.06~0.08 m、0.04~0.09 m、0.01~0.02 m 之間,預(yù)報結(jié)果整體均略偏大??紤]到3 種產(chǎn)品對2 m 以上有效波高的預(yù)報偏差偏小,說明它們對2 m 以下有效波高的小浪預(yù)報偏大。從圖中箱子和虛線長短來看,3種產(chǎn)品中EC 的離散程度最小,GFS 的負偏離較多,NMFC 的正偏離較多,說明EC 與觀測更為接近,GFS 漏報較多而NMFC 誤報較多。另外,從圖中可以看出,3 種模式預(yù)報偏差的離散度隨著預(yù)報時效的增長而不斷增大。
圖2 不同模式24~96 h預(yù)報偏差箱線圖Fig.2 Different model's box diagram of 24~96 h prediction
根據(jù)10 m 大型海洋觀測浮標(biāo)所在的不同位置,將其劃分為渤海、黃海北部、黃海中部3個海域分別進行誤差統(tǒng)計分析,其中預(yù)報有效波高為0~2 m 的均方根誤差結(jié)果見圖3a,有效波高大于2 m 的均方根誤差結(jié)果見圖3b。從海區(qū)來看,當(dāng)渤海區(qū)域的預(yù)報有效波高為0~2 m 時,EC 預(yù)報結(jié)果的均方根誤差最小,NMFC 24 h 和48 h 預(yù)報結(jié)果次之,但72 h和96 h 預(yù)報結(jié)果的均方根誤差大于GFS 預(yù)報。在有效波高為0~2 m 時,EC 24 h、48 h、72 h 和96 h 預(yù)報結(jié)果的均方根誤差分別為0.33 m、0.37 m、0.38 m和0.44 m;而有效波高大于2 m時,EC 24 h、48 h、72 h預(yù)報結(jié)果的均方根誤差分別為0.48 m、0.57 m、0.66 m,這3 項結(jié)果均為3 種產(chǎn)品中最優(yōu),96 h 預(yù)報結(jié)果的均方根誤差為0.86 m,高于NMFC 的預(yù)報結(jié)果(0.83 m)。GFS 預(yù)報產(chǎn)品的均方根誤差在有效波高大于2 m 時均為最大。在黃海北部,除有效波高大于2 m的96 h預(yù)報結(jié)果外,其余情況下EC預(yù)報結(jié)果的均方根誤差均為最小,GFS次之,NMFC最大。在有效波高為0~2 m 時,EC 24 h、48 h、72 h 和96 h 預(yù)報結(jié)果的均方根誤差分別為0.28 m、0.30 m、0.32 m和0.38 m;而有效波高大于2 m 時,EC 24 h、48 h、72 h 和96 h 預(yù)報結(jié)果的均方根誤差分別為0.36 m、0.41 m、0.52 m 和0.61 m。在黃海中部,EC預(yù)報結(jié)果的均方根誤差均為最小,GFS 預(yù)報誤差多數(shù)情況下小于NMFC。
圖3 不同海域有效波高預(yù)報均方根誤差Fig.3 RMSE of significant wave height forecasts in different sea areas
從3 個海區(qū)的預(yù)報誤差來看,EC 的預(yù)報效果在大多數(shù)情況下為最好,NMFC 和GFS 的預(yù)報結(jié)果在不同海區(qū)、不同預(yù)報時效以及不同有效波高范圍下各有優(yōu)劣。橫向比較來看,3 種有效波高預(yù)報產(chǎn)品在渤海和黃海中部的誤差大于黃海北部,其中GFS預(yù)報誤差在渤海區(qū)域尤其大,可能是由于GFS 產(chǎn)品的參數(shù)化方案不適用于渤海這種短風(fēng)區(qū)、淺水深海域,也可能與GFS 模式在渤海所用地形數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確有關(guān),具體原因需要對GFS的模式設(shè)置進行分析。
考慮到海上浮標(biāo)與海洋站的位置區(qū)別,將結(jié)果分為外海和近岸進行誤差分析,結(jié)果見圖4,其中近岸部分為所有海洋站結(jié)果,外海部分為所有海上浮標(biāo)結(jié)果。從圖中可以看出,3 種產(chǎn)品在近岸的誤差均高于外海。對于2 m 以下有效波高的預(yù)報結(jié)果,3種產(chǎn)品在近岸的均方根誤差比較接近,在外海EC的均方根誤差最?。粚τ? m 以上的有效波高,GFS在近岸的均方根誤差嚴重偏大(超過1.3 m),EC 在外海的均方根誤差最小,NMFC 在近岸的均方根誤差最小,這可能與NMFC 的模式分辨率較高(1/36°)并采用了海圖水深數(shù)據(jù)有關(guān)。
圖4 近岸與外海有效波高預(yù)報均方根誤差Fig.4 RMSE of significant wave height forecasts in the nearshore and open sea areas
泰勒圖由TAYLOR[24]于2001 年首先提出,近年來被廣泛應(yīng)用于模式的評估與檢驗?;谟嘞叶ɡ恚├請D可巧妙將模式的相關(guān)系數(shù)、中心均方根誤差和標(biāo)準(zhǔn)差之比3個評價指標(biāo)整合在一張極坐標(biāo)圖上,圖5 是3 種預(yù)報產(chǎn)品在所有觀測站位的泰勒圖,圖中從圓點出發(fā)的徑向距離表示模式與觀測的標(biāo)準(zhǔn)差之比,比值越接近1,表示模擬能力越好;中心均方根誤差是以觀測點為圓心的半圓弧,模式點越靠近觀測點,表明模擬越接近觀測值;相關(guān)系數(shù)由方位角的余弦決定,當(dāng)模式模擬結(jié)果與觀測值較一致時,相對系數(shù)越接近1。從圖中可以看出,在3種預(yù)報產(chǎn)品中,MF03007 浮標(biāo)(位于黃海中部,最遠離陸地)的誤差均為最小,說明3種模式對該站的預(yù)報效果最好;從對近岸站位(尤其是小長山)的預(yù)報效果來看,NMFC 的預(yù)報效果好于其他兩種模式,小長山站EC 和GFS 結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差之比均大于1.0,中心均方根誤差均大于0.8 m,相關(guān)系數(shù)均小于0.7;而GFS 對龍口站的預(yù)報效果十分不理想,中心均方根誤差都大于1.0 m。從對海上浮標(biāo)的預(yù)報效果來看,EC 整體好于其他兩種模式,中心均方根誤差相對較小,相關(guān)系數(shù)更接近1。
圖5 EC、GFS和NMFC的48 h預(yù)報泰勒圖Fig.5 Taylor diagram of 48 h prediction from the EC,GFS and NMFC products
圖6 為3 種產(chǎn)品48 h 有效波高預(yù)報誤差的時間分布。從圖中可以看出,3種產(chǎn)品在有效波高為0~2 m 時的均方根誤差變化趨勢較為一致且全年變化不大,冬季均方根誤差略高于其他季節(jié)。當(dāng)有效波高大于2 m時,3種產(chǎn)品的均方根誤差顯示出較大的差異,其中GFS 的預(yù)報結(jié)果在8 月和11 月誤差偏大,經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)是由于其對8 月的一次低壓過程和11 月的3 次冷空氣過程預(yù)報誤差較大造成的,而NMFC 和EC 對這4 次過程的預(yù)報誤差較??;EC 的預(yù)報結(jié)果在6 月誤差偏大,這是因為EC 對6 月的一次低壓過程有效波高預(yù)測偏小從而導(dǎo)致漏報。由此可以看出,對于渤海和黃海2 m 以上的有效波高來說,夏季海浪模式的預(yù)報水平主要取決于其對溫帶氣旋、低壓倒槽等低壓過程有效波高的預(yù)報誤差,而秋冬季則主要取決于對冷空氣過程有效波高的預(yù)報誤差。
圖6 各月份不同有效波高48 h預(yù)報均方根誤差Fig.6 The monthly evolution of the RMSE of 48 h forecasts for different significant wave height
挑選8 個海上浮標(biāo)海浪觀測數(shù)據(jù),根據(jù)實測波向?qū)⑵浞殖? 個方向,分別對3 種預(yù)報產(chǎn)品在不同波向時的預(yù)報進行誤差分析,計算均方根誤差并評估其在不同波向下的預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確性,具體結(jié)果見表3。以24 h 結(jié)果為例,從表中可以看出EC 預(yù)報結(jié)果在8 個方向差別不大且均為最好;GFS 在E 向、S向效果較好,在W 向、NW 向效果略差;NMFC 在S向、SE向效果較好,在W向效果最差。
表3 不同波向有效波高預(yù)報均方根誤差統(tǒng)計(單位:m)Tab.3 RMSE of significant wave height forecasts in different directions(unit:m)
根據(jù)海浪觀測數(shù)據(jù)挑選2 m 有效波高以上的天氣過程時間窗口,并按照冷空氣、溫帶氣旋、臺風(fēng)、低壓倒槽、東高西低(即東面為副熱帶高壓帶,西面為大低壓帶)5 類天氣過程進行分類,依照分類分別對不同天氣過程的預(yù)報誤差進行評估。分類結(jié)果顯示,2021 年渤海和黃海大浪過程主要由冷空氣(26次)和溫帶氣旋(10次)兩種天氣過程導(dǎo)致,臺風(fēng)(3 次)、低壓倒槽(3 次)和東高西低(1 次)的天氣過程發(fā)生頻率較低。由于東高西低過程只出現(xiàn)了1次,缺乏代表性,故本次分析不考慮東高西低過程。
將4種不同天氣過程下的數(shù)值預(yù)報結(jié)果與浮標(biāo)實測結(jié)果進行對比并分析2 m 以上有效波高的預(yù)報均方根誤差,結(jié)果見圖7。通過分析可以得出,冷空氣期間,EC 的預(yù)報誤差(均方根誤差為40~80 cm)最小,GFS 的預(yù)報誤差最大,NMFC 的預(yù)報誤差居中,NMFC 的96 h 預(yù)報誤差比EC 的略??;溫帶氣旋期間,3 種數(shù)值預(yù)報結(jié)果的總體誤差水平接近,NMFC 在24~72 h 的預(yù)報誤差較小,但96 h 的預(yù)報誤差偏大;低壓倒槽期間,NMFC 的預(yù)報誤差小于EC 和GFS;臺風(fēng)及臺風(fēng)外圍影響期間,NMFC 的24 h 預(yù)報誤差最小,而EC 的48~96 h 預(yù)報誤差最小。由于2021 年影響渤海和黃海的低壓倒槽和臺風(fēng)過程均僅有3 次,所以該結(jié)果的可參考性仍需進一步研究??傮w來說在3 種產(chǎn)品中,EC 對于冷空氣作用期間海浪的預(yù)報效果較好,NMFC 對于溫帶氣旋等低壓過程期間海浪的預(yù)報效果較好。
圖7 不同天氣過程有效波高預(yù)報均方根誤差Fig.7 RMSE of significant wave height forecasts in different weather situation
圖8 是在2021 年10 月3—5 日冷空氣過程中渤海中部浮標(biāo)有效波高隨時間的變化曲線。從圖中可以看出,3 種產(chǎn)品的有效波高預(yù)報峰值比較接近,但都小于觀測值。在有效波高下降的過程中,EC的預(yù)報結(jié)果和實測更接近,所以EC 的預(yù)報誤差最小。EC對于此次冷空氣過程的預(yù)報波高衰減更慢,可能是由于其海浪數(shù)值模式中的能量耗散參數(shù)化方案更有利于冷空氣期間海浪能量的長距離傳播。
圖8 一次冷空氣過程有效波高隨時間變化曲線圖Fig.8 Comparison of significant wave height forecasts with observations for the waves during a typical cold air activity
圖9 為在2021 年6 月14—16 日低壓倒槽過程期間黃海中部浮標(biāo)有效波高隨時間的變化曲線。從圖中可以看到,EC 與GFS 對此次低壓倒槽過程的有效波高極值的預(yù)報水平相當(dāng),但與實測相比均偏小,預(yù)報值與實測極值相差約1 m,而NMFC雖然對于極值出現(xiàn)時間的預(yù)報比其他二者略有提前,但預(yù)報結(jié)果與實測極值最接近,僅相差不足0.5 m,這可能與NMFC所使用的風(fēng)場驅(qū)動較為準(zhǔn)確有關(guān)。
圖9 一次低壓倒槽過程有效波高隨時間變化曲線圖Fig.9 Comparison of significant wave height forecasts with observations for the waves during a typical inverted trough activity
我們使用逐3 h預(yù)報數(shù)據(jù),針對4種過程下預(yù)報與實測波高極值的出現(xiàn)時刻進行分析,得出相應(yīng)相位差。定義在某次過程中某個浮標(biāo)/臺站實測波高極值出現(xiàn)在預(yù)報時間之前為預(yù)報滯后,反之為預(yù)報提前。篩選4種天氣過程下具有代表性的實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,具體結(jié)果見表4。在冷空氣發(fā)生時,3 種預(yù)報產(chǎn)品預(yù)報滯后出現(xiàn)次數(shù)明顯高于預(yù)報提前,NMFC 產(chǎn)品平均滯后時間約為5.58 h,EC 和GFS 產(chǎn)品為5.61 h 和5.55 h;而當(dāng)預(yù)報提前時,NMFC 產(chǎn)品平均提前時間為5.19 h,EC 產(chǎn)品為5.31 h,GFS 產(chǎn)品為5.19 h。溫帶氣旋下3 種預(yù)報產(chǎn)品預(yù)報滯后出現(xiàn)次數(shù)略高于預(yù)報提前,NMFC 產(chǎn)品平均滯后時間約為5.61 h,EC 和GFS 產(chǎn)品為5.94 h 和6.03 h;而當(dāng)預(yù)報提前時,NMFC 產(chǎn)品平均提前時間為6.36 h,EC產(chǎn)品為6.33 h,GFS 產(chǎn)品為6.14 h。臺風(fēng)和低壓倒槽過程發(fā)生次數(shù)相對較少,此處不做分析。
表4 有效波高預(yù)報極值結(jié)果與實測結(jié)果出現(xiàn)時間差Tab.4 Occurring time difference between the forecasted significant wave height extreme and the observed extreme
考慮到預(yù)報機構(gòu)對外發(fā)布的海洋預(yù)報結(jié)果通常以天為單位,本文對日極值預(yù)報結(jié)果進行誤差分析。采用NMFC的逐時預(yù)報數(shù)據(jù)、EC和GFS的逐3 h預(yù)報數(shù)據(jù)統(tǒng)計每日預(yù)報的最大有效波高且結(jié)果大于2 m 的時刻,并與利用逐時觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的每日觀測最大有效波高進行對比,結(jié)果見圖10。從圖中可以看出,對于有效波高極值NMFC 的預(yù)報最好,EC 的效果略差(96 h 預(yù)報誤差變大),GFS 的預(yù)報誤差最大。結(jié)合表3可知,盡管EC有效波高的總體誤差低于NMFC,但在極值預(yù)報方面卻不如NMFC。這是因為NMFC為逐時預(yù)報產(chǎn)品,而EC和GFS 為逐3 h 產(chǎn)品,在捕捉極值方面逐時預(yù)報產(chǎn)品更有優(yōu)勢。
圖10 2 m以上有效波高日預(yù)報誤差統(tǒng)計Fig.10 RMSE of daily significant wave height(>2 m)forecasts
本文收集整理了2021 年NMFC、EC、GFS 的海浪數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品以及渤海和黃海浮標(biāo)和海洋站的海浪觀測數(shù)據(jù),將模式數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)進行比較并統(tǒng)計分析了多種誤差指標(biāo)??傮w來說,3種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對2 m 以上有效波高24 h的預(yù)報誤差不超過19%,EC 預(yù)報誤差最低,3 種產(chǎn)品對于大浪過程的預(yù)報結(jié)果都偏低。從空間上看,渤海和黃海中部的有效波高預(yù)報誤差大于黃海北部(其中GFS在渤海的誤差尤其大);近岸的有效波高預(yù)報誤差均高于外海;EC 有效波高預(yù)報誤差在外海最小,NMFC 誤差在近岸最小。從月份來看,GFS 的有效波高在8 月和11 月誤差偏大,EC 有效波高誤差在6月偏大,NMFC 有效波高預(yù)報誤差全年變化不大,總體來說夏季預(yù)報誤差偏大。在天氣過程方面,EC對冷空氣和臺風(fēng)期間海浪的預(yù)報效果更好,NMFC對溫帶氣旋和低壓倒槽期間海浪的預(yù)報效果更好。在極值預(yù)報方面,NMFC 對有效波高極值的預(yù)報最好,EC的效果略差,GFS的預(yù)報誤差最大。
本文僅對2021 年3 種預(yù)報產(chǎn)品的預(yù)報性能進行了初步研究,今后應(yīng)針對多年的預(yù)報產(chǎn)品開展更加系統(tǒng)的評估,以期為日后進行的實際有效波高的預(yù)報訂正和釋用提供有意義的參考。另外,在渤海和黃海,海浪的預(yù)報水平既取決于海浪模式的參數(shù)設(shè)置,還取決于海面風(fēng)的預(yù)報水平,拋開海面風(fēng)誤差只分析海浪誤差,不能完全確定海浪誤差的全部來源。因此,下一步應(yīng)將海面風(fēng)預(yù)報效果和海浪預(yù)報效果進行關(guān)聯(lián)分析,明確海浪預(yù)報誤差中的模式自身誤差和強迫場誤差的貢獻。