智能网格大风预报在舟山普陀休闲渔业区的研究

曹 云

(舟山市普陀区气象局,舟山 316000)

0 引言

休闲渔业是指以休闲娱乐和体育运动为目的,供游客在海上从事垂钓、捕捞、采集等非生产性捕捞活动的经营性渔业活动。普陀区455座大小岛屿星罗棋布,岛屿岸线蜿蜒,海域水产种类众多,自然景观和人文景观资源丰富。近年来,随着各地渔业转产转业和海洋旅游业的蓬勃发展,普陀区休闲渔业也呈现积极发展势头[1-2]。目前,普陀区休闲渔业作业区主要分布在白沙、朱家尖、六横、桃花和东极区域。作业区域一般在离岸9260 m范围内,渔业作业的开展对气象信息的依赖程度高,根据相关规定,为确保安全,当预报沿海风力达到8级时,休闲渔船不能出海。而因山体遮蔽等地形原因,区域实际风力与预报风力有较大差异,有时实际风力往往比预报风力小很多,预报值与实际值存在较大偏差。目前各地对模式的释用研究较多,主要表现在温度、降水、风力等方面。如陈华忠等[3]对比各种模式对玉环海区风速预报进行评分,得出最优数值模式OCF,并建立基于最优模式的风力预报方程;刘新伟等[4]基于主流网格数值预报产品,用小波分析法等技术,研发西北地区的气温客观订正方法,取得了较好的成效;邓以勤等[5]基于海上观测风资料及WRF,EC细网格预报风场资料,定量分析模式风场预报产品的有效性和可用性,为开展航线气象服务提供指导。还有一些学者研究了沿海风力的反演,如郭春迓等[6]对比研究了华南沿海及南海各站与ASCAT反演风场;宫明晓等[7]开展了ASCAT卫星反演风场在青岛沿海的适用评估,得出反演风场有较好实用性,相较于EC再分析资料能更细致地反映青岛沿岸的风场空间分布,且线性回归订正结果最佳。文章将研究智能网格预报产品在普陀休闲渔业区域的释用性,以期为开展休闲渔业作业区域精细化专项预报提供指导。

1 资料与方法

1.1 资料

实况资料选用2018年1月—2021年6月休闲渔业作业区域代表区域站(白沙、东极、六横、桃花、南沙)极大风风力实测资料,其中六横站2018年数据缺失。

模式资料选用2018年1月—2021年6月浙江省气象台多模式客观集成预报产品(Multi-model Objective Consensus Forecasting Service Products,OCF)的10 m风场格点预报资料。

1.2 方法

提取20:00OCF起报的对应于各站点的每日05:00—20:00每3 h的极大风风速及风向数据,对比分析模式预报与实况值偏差,得出各作业区风力预报方程。

2 OCF预报检验

2.1 预报与实况的风速及风向数据对比分析

为定量分析OCF预报普陀休闲渔业区域风向风速的有效性,文章选取了休闲渔业作业时间段(05:00—20:00)的预报值与实况值进行对比分析,计算了均方根误差及平均绝对误差等。

1)均方根误差即预测值与真实值偏差的平方和与观测频次比值的平方根,表示相对于真实值的离散程度,可以评价数据的变化程度,值越小,说明预测的精确度越好。

2)平均绝对误差即观测值与真实值的误差绝对值的平均值,能准确反映实际预测误差的大小,更好地反映预测值误差的实际情况。

3)正误差与负误差。定义预报数值大于实况数值为正误差,反之为负误差。

表1和表2给出了各休闲渔业区代表站点的每日每3 h实况风速与预报的风速及风向对比。由风速相关系数可知,东极的表现相对最好,相关系数为0.6130;其次是白沙,相关系数为0.5950;再次为桃花和南沙,风速相关系数分别为0.5353和0.5116;最差为六横,六横数据可能受数据样本的影响较大。风速误差方面,均方根误差在2.7～3.1 m/s,平均绝对误差在3.6～4.1 m/s;风向误差方面,均方根误差在55°～65°,平均绝对误差在70°～78°。站点受局地地形和下垫面影响较大,风向的瞬时性误差比较强,导致偏差较大。从正负误差的数据对比来看,白沙、东极、桃花负误差明显多于正误差,说明模式对上述3个区域的预报在数值上总体偏小,而六横、南沙站点的正误差多于负误差,模式对这2个区域的预报在数值上总体偏大。

表1 代表站点的每日每3 h实况风速与预报风速对比

表2 代表站点的每日每3 h实况风向与预报风向对比

表3给出了各休闲渔业区代表站点的日极实况大风速与预报风速对比,均方根误差在2.4～3.3 m/s,平均绝对误差在3.2～4.3 m/s。从预报数据对比实况的负误差占比来看,白沙、东极、桃花负误差明显多于正误差,而六横、南沙站点的正误差多于负误差,与预报结论一致。

表3 各休闲渔业区代表站点日极大风速实况与预报对比

2.2 不同量级风速对比

文章将实况风速分为6级及以下、7级和8级及以上3个等级,分别与对应的预报风速对比,各休闲渔业作业区域代表站都有一些相同的特征,即随着风速等级增大,模式预报的误差呈现增大的趋势,模式预报的负误差也呈现增多的趋势。6级及以下每3 h极大风速均方根误差除南沙为3.8 m/s外,其余4站均在2.4～2.7 m/s;6级及以下每3 h极大风速平均绝对误差除南沙为4.8 m/s外,其余4站均在3.2～3.6 m/s,预报表现较好,负误差占比也均在50%以上,说明在6级及以下预报结果比实况偏小;7级、8级及以上预报除南沙预报误差偏大外,其余4站误差范围接近(表4)。

表4 不同等级下每日每3 h极大实况风速与预报风速对比

2.3 各休闲渔业区预报总体评分

取2018—2020年每日20:00 OCF起报的休闲渔业作业时间(第2日05:00-20:00)每3 h预报极大风及极大风出现时间与对应的实况值进行对比,风力预报评分如下:当预报与实况差值小于或等于1 m/s,评定为100分;当预报与实况差值大于1 m/s且小于或等于2 m/s,评定为80分;当预报与实况差值大于2 m/s且小于或等于3 m/s,评定为60分;当预报与实况差值大于3 m/s且小于4 m/s,评定为40分;当预报与实况差值大于或等于4 m/s且小于5 m/s,评定为20分;当预报与实况差值大于或等于5 m/s,评定为0分。从评分结果来看,5个休闲渔业区域代表站点的评分差距不大,评分集中在54～62分,模式对桃花和南沙的预报结果总体优于其他3个区域站(图1)。

图1 休闲渔业区风力评定

3 各作业区日极大风速预报方程

3.1 订正方程的建立

以2018-01-01/2020-12-31的实有数据为基础,将OCF模式风速预报值与5个休闲渔业作业区代表站实测08:00-20:00极大风速值进行拟合,建立回归订正方程(表5)。

表5 各休闲渔业区回归订正方程

3.2 方程释用

将2021年1—6月OCF预报极大风速值代入回归订正方程,得出订正后的预报值,与相应站点对应时间的实况数据进行对比得出,各站经订正后的数据与实况数据的误差都有一定程度的减小(图2);风速预报订正各风速偏差在4 m/s范围内(包含4 m/s)各级别比例都有不同程度的增加,大于4 m/s的比例明显减少。经订正后的预报数值在一定程度上减小了预报误差,释用效果良好。

图2 风速预报订正前后偏差对比

4 结束语

文章利用2018—2021年普陀休闲渔业作业区代表站实况风资料及浙江省气象台OCF预报产品的10 m风场格点的预报资料进行对比分析,并在各休闲渔业区建立预报方程,得到如下结论:

1)OCF预报有一定的误差。风速误差方面,均方根误差在2.7～3.1 m/s,平均绝对误差在3.6～4.1 m/s;风向误差方面,均方根误差在55°～65°,平均绝对误差在70°～78°。

2)模式预报对白沙、东极、桃花站点预报值偏小,对六横、南沙站点的预报值偏大。

3)将OCF模式风速预报值和各代表站实测极大风速值进行拟合,建立回归订正方程,经订正后的各站点预报值与实况值偏差减小,订正效果良好。