渤海風場推算模式

渤海風場推算模式

充分利用渤海沿岸陸地站實測風資料,來推算海上的風場實時變化情況是海上大風預報服務系統一種細化和補充,具有一定的實際意義。該研究已引起廣大海洋氣象工作者的興趣和關注,並已得到一定程度的推廣套用。

簡介

渤海沿岸陸地氣象觀測站點稠密,很容易獲取風場的實時觀測資料。海上正好與沿岸陸地相反,氣象觀測站點極為稀缺,使得岸上的指揮調度人員無法實時掌握海上風場變化情況,而不能很好的實施海上打撈救助、生產作業等各種海事活動。為此,充分利用沿岸陸地站測風來推算海上的風場變化情況,就是編輯本詞條的目的。

使用塘沽站代表沿岸陸地站,渤海7號觀測平台代表近海站。對於所給出的推算模式,我們採用分兩步逼進的做法。首先使用Hsu{1981}的動力推算模式為基值;其次。使用歷史海、陸大風對比觀測資料,用最小二乘法模擬出不同季節、風向下由於海陸下墊面熱力性質差異對風速訂正值。最後,基值與熱力訂正值疊加而得到總推算值。筆者分兩步疊加做法的風場推算模式,在當時具有一定的創新含意。在海上經常缺乏觀測資料情況下給出的推算模式,具有一定的實際意義。

學科定義

在大氣行星邊界層內,當風場掠過海岸線時,不僅會受到海、陸下墊面不同的粗糙度對風場產生動力影響,而同時還會受到海、陸下墊面隨日變化、季節變化等不同的熱力性質差異對風場產生的熱力影響。本學科定義,就是對風場既考慮動力又考慮熱力影響的海上風場推算模式。

基本內容

該渤海風場推算模式的創建具有以下特點;一是較好的借鑑和吸收了美國國家海洋和大氣管理局{NOAA}Hsu{1981}的“海上風場推算模式”給出的邊界層大氣運動控制方程具體解法和步驟。二是我們在此基礎上,針對渤海西海岸這一既定的地形、地貌推算出海、陸邊界層的不同高度,海、陸下墊面不同的阻力係數等參數,而重新確定出渤海西海岸邊界層大氣運動控制方程的解。

除此之外,我們還考慮到當風場掠過海岸線時;風場不僅受到海、陸下墊面粗糙度不同對風場產生的動力影響,還會受到由於海、陸下墊面熱力性質隨日變化、季節變化等所造成的差異的熱力影響。海陸下墊面熱力性質差異對風場產生的影響,是絕對不可忽視的重大“禍源”。特別是在秋冬季夜間,大陸是冷源,海洋是熱源的差異更加顯著。當風場掠過海岸線由冷源跨入熱源區域時,就會加劇鋒生的作用。往往會誘發突發性大風過程的產生,弄得始料不及,是一些“海難事故”產生的根源。
正是這種既考慮動力又考慮熱力影響兩步做法的“渤海近海風場推算模式”,較好的反映出風場掠過海岸線時真實的物理過程。通過檢驗,該兩步做法的風場推算值,甚至很好的模擬出海上風場的日變化趨勢。

發展歷史

海上風場推算模式的建立,最早是80年代初期,美國國家海洋大氣管理局{NOAA}使用6個浮標站與由墨西哥灣到阿拉斯加沿岸並排的陸地站之間進行了同時觀測對比。發現,海陸風之間最大差異,通常是發生在冬季。在加利福尼亞所有浮標站與沿岸陸地站平均風速之比為1.60正負0.28.為研究這種風速差異,Hsu{1981}等研究了兩種模式;一種是理論模式,另一種是半經驗模式。直到80年代後期,辛寶恆等在充分學習\借鑑Hsu{1981}的半經驗模式{動力模式}基礎上,而建立起一個既考慮動力影響,有考慮熱力影響分兩步疊加做法的“渤海風場推算模式”。

研究對象

本研究對象應屬於我國“海上大風預報服務系統”的一種補充和細化,是進一步提高海上大風預報服務系統質量的重要措施和手段。為岸上指揮、調度人員組織實施打撈救助、生產作業以及各種的海事活動,提供了進一步掌握海上風場實時變化的重要依據。因此,本研究賦予了重要的實際套用意義。

研究方法

本研究是在充分利用豐富的海陸大風對比觀測資料、豐富的天氣預報實踐經驗和核技術的基礎之上,通過天氣學診斷分析方法和數理統計方法來實施的。特別是對風場既考慮動力又考慮熱力影響兩步疊加做法是獲得成功的關鍵。

分支學科

筆者對黃海渤海大風預報的研究始於70年代初期,止於90年代中期。在80年代後期、90年代初期,所撰寫的利用陸地站測風推算“渤海近海風場的模式”一文和《黃海渤海大風概論》等均屬“氣象學科”的分支學科。

發展趨勢

自80年代末期創建的分兩步疊加做法的“渤海風場推算模式”起,截止到2011年,該模式已先後被沿海廣大海洋氣象工作者參考引用,創建了自己所管轄海域的“風場推算模式”。在我國“渤海風場推算模式”的推廣套用,已獲得良好的發展。

1、長江口外風場推算模式

1992年上海市氣象局徐家良最早參照渤海風場推算模式的兩步做法,建立起了“長江口外風速的近似推算模式”。在討論一節中指出,“本文提出的在不同季節、風力等級下利用沿岸陸地站測風推算海上風速的模式與辛寶恆等提出的根據不同季節、風向下類似的渤海近海風場的近似推算模式相比較,歷史擬合準確率約高5%。據統計表明,其原因是不同風力等級下的海陸風速值差異遠高於不同風向下的比值”。

2、江面風場推算模式

1995年南通市氣象局任遵海等發文指出,“天津市氣象科學研究所辛寶恆等,在1984年秋冬經過中尺度觀測試驗,得出了渤海海岸的邊界層高度及其相關方程。辛寶恆等套用於以上參數及相關方程,套用於渤海近海風場推算而獲得成功。渤海近海海域與長江口江域可視為基本相當。本文直接加以引用,得出江面風場推算模式”。

3、渤海風場推算模式的訂正

2007年天津市氣象科學研究所何群英等發文“利用渤海風場推算模式對中尺度風場預報訂正實驗”指出,“辛寶恆研究了一種在既考慮動力有考慮熱力影響情況下,由塘沽站測風推算其東南方大約50Km處7號平台的風場的近似模式。在考慮下墊面動力影響時,使用了Hsu的推算模式。並對該模式進行了一些調整和改進。在考慮下墊面熱力對風場產生的影響時,由於不同季節、不同風向下海陸的風速差值不同,所以對資料採取距平處理分析方法,分別建立統計相關方程。從而得出對海風的估值。”還指出,辛寶恆根據對多年海陸風速對比分析,對一些參數進行了修訂,得出海面邊界層高度為620m,沿岸邊界層高度為1014m,陸地阻力係數為0.0075等,辛寶恆的方法正確的反映了渤海海陸風場的特徵…”。

4、船舶對比觀測對動力熱力因子的檢驗

2008年浙江省氣象科學研究所朱持則等發文“遠望號風力觀測資料對風場的動力熱力實驗”,指出,“檢驗了Hsu等動力計算模擬和辛寶恆等的熱力訂正方法。修訂了東海北部海域計算參數的經驗值。得到了動力模型推算比值廓線。確定出不同時次的熱力方程。結果表明,由陸上資料可以很好的推算海上的風速,其有一定的實際套用價值”還指出,“辛寶恆等{1987}在Hsu的動力模型基礎上,將熱力性質差異形成的不同溫度層結,對風場產生的熱力影響作了進一步的研究。指出,在弱風條件下熱力作用的重要性。並模擬出了不同季節、風向下渤海區海陸風比值的顯著的日變化趨勢”。

5、海面風場訂正對風暴潮數值模擬的影響

2011年天津市氣象台楊曉君等發文“海面風場訂正對風暴潮數值模擬的影響”。指出,“Hsu在1981年提出由陸地站測風推算海上風場推算模式,辛寶恆在其基礎上提出渤海近海風場一種近似推算模式…”。使得渤海風暴潮數值模擬實驗,準確度有著明顯提高。

“渤海近海風場推算模式“的創建,已過去28個年頭了,改進還不斷在繼續,套用還不斷在拓展…。

相關著作

1、辛寶恆等。渤海近海風場的一種近似推算模式,氣象學報,1987,45(2)。

2、辛寶恆。近年國外冬季有關海上大風的一些研究,氣象科技,1982,{5}。

3、徐家良。長江口外風速的近似推算模式,東海海洋,1992.

4、任遵海等。江面風與陸地風的對比觀測結果及其分析,氣象,1995。

5、何群英等。利用渤海風場推算模式對中尺度風場預報訂正實驗,冰川凍土,2007.

6、朱持則等。遠望號風力觀測資料對風場的動力熱力實驗,海洋預報,2008.

7、楊曉君等。海面風場訂正對風暴潮數值模擬的影響,氣象,2011.。

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