智能網格大風預報在舟山普陀休閑漁業區的研究

曹 云

(舟山市普陀區氣象局,舟山 316000)

0 引言

休閑漁業是指以休閑娛樂和體育運動為目的,供游客在海上從事垂釣、捕撈、采集等非生產性捕撈活動的經營性漁業活動。普陀區455座大小島嶼星羅棋布,島嶼岸線蜿蜒,海域水產種類眾多,自然景觀和人文景觀資源豐富。近年來,隨著各地漁業轉產轉業和海洋旅游業的蓬勃發展,普陀區休閑漁業也呈現積極發展勢頭[1-2]。目前,普陀區休閑漁業作業區主要分布在白沙、朱家尖、六橫、桃花和東極區域。作業區域一般在離岸9260 m范圍內,漁業作業的開展對氣象信息的依賴程度高,根據相關規定,為確保安全,當預報沿海風力達到8級時,休閑漁船不能出海。而因山體遮蔽等地形原因,區域實際風力與預報風力有較大差異,有時實際風力往往比預報風力小很多,預報值與實際值存在較大偏差。目前各地對模式的釋用研究較多,主要表現在溫度、降水、風力等方面。如陳華忠等[3]對比各種模式對玉環海區風速預報進行評分,得出最優數值模式OCF,并建立基于最優模式的風力預報方程;劉新偉等[4]基于主流網格數值預報產品,用小波分析法等技術,研發西北地區的氣溫客觀訂正方法,取得了較好的成效;鄧以勤等[5]基于海上觀測風資料及WRF,EC細網格預報風場資料,定量分析模式風場預報產品的有效性和可用性,為開展航線氣象服務提供指導。還有一些學者研究了沿海風力的反演,如郭春迓等[6]對比研究了華南沿海及南海各站與ASCAT反演風場;宮明曉等[7]開展了ASCAT衛星反演風場在青島沿海的適用評估,得出反演風場有較好實用性,相較于EC再分析資料能更細致地反映青島沿岸的風場空間分布,且線性回歸訂正結果最佳。文章將研究智能網格預報產品在普陀休閑漁業區域的釋用性,以期為開展休閑漁業作業區域精細化專項預報提供指導。

1 資料與方法

1.1 資料

實況資料選用2018年1月—2021年6月休閑漁業作業區域代表區域站(白沙、東極、六橫、桃花、南沙)極大風風力實測資料,其中六橫站2018年數據缺失。

模式資料選用2018年1月—2021年6月浙江省氣象臺多模式客觀集成預報產品(Multi-model Objective Consensus Forecasting Service Products,OCF)的10 m風場格點預報資料。

1.2 方法

提取20:00OCF起報的對應于各站點的每日05:00—20:00每3 h的極大風風速及風向數據,對比分析模式預報與實況值偏差,得出各作業區風力預報方程。

2 OCF預報檢驗

2.1 預報與實況的風速及風向數據對比分析

為定量分析OCF預報普陀休閑漁業區域風向風速的有效性,文章選取了休閑漁業作業時間段(05:00—20:00)的預報值與實況值進行對比分析,計算了均方根誤差及平均絕對誤差等。

1)均方根誤差即預測值與真實值偏差的平方和與觀測頻次比值的平方根,表示相對于真實值的離散程度,可以評價數據的變化程度,值越小,說明預測的精確度越好。

2)平均絕對誤差即觀測值與真實值的誤差絕對值的平均值,能準確反映實際預測誤差的大小,更好地反映預測值誤差的實際情況。

3)正誤差與負誤差。定義預報數值大于實況數值為正誤差,反之為負誤差。

表1和表2給出了各休閑漁業區代表站點的每日每3 h實況風速與預報的風速及風向對比。由風速相關系數可知,東極的表現相對最好,相關系數為0.6130;其次是白沙,相關系數為0.5950;再次為桃花和南沙,風速相關系數分別為0.5353和0.5116;最差為六橫,六橫數據可能受數據樣本的影響較大。風速誤差方面,均方根誤差在2.7～3.1 m/s,平均絕對誤差在3.6～4.1 m/s;風向誤差方面,均方根誤差在55°～65°,平均絕對誤差在70°～78°。站點受局地地形和下墊面影響較大,風向的瞬時性誤差比較強,導致偏差較大。從正負誤差的數據對比來看,白沙、東極、桃花負誤差明顯多于正誤差,說明模式對上述3個區域的預報在數值上總體偏小,而六橫、南沙站點的正誤差多于負誤差,模式對這2個區域的預報在數值上總體偏大。

表1 代表站點的每日每3 h實況風速與預報風速對比

表2 代表站點的每日每3 h實況風向與預報風向對比

表3給出了各休閑漁業區代表站點的日極實況大風速與預報風速對比,均方根誤差在2.4～3.3 m/s,平均絕對誤差在3.2～4.3 m/s。從預報數據對比實況的負誤差占比來看,白沙、東極、桃花負誤差明顯多于正誤差,而六橫、南沙站點的正誤差多于負誤差,與預報結論一致。

表3 各休閑漁業區代表站點日極大風速實況與預報對比

2.2 不同量級風速對比

文章將實況風速分為6級及以下、7級和8級及以上3個等級,分別與對應的預報風速對比,各休閑漁業作業區域代表站都有一些相同的特征,即隨著風速等級增大,模式預報的誤差呈現增大的趨勢,模式預報的負誤差也呈現增多的趨勢。6級及以下每3 h極大風速均方根誤差除南沙為3.8 m/s外,其余4站均在2.4～2.7 m/s;6級及以下每3 h極大風速平均絕對誤差除南沙為4.8 m/s外,其余4站均在3.2～3.6 m/s,預報表現較好,負誤差占比也均在50%以上,說明在6級及以下預報結果比實況偏小;7級、8級及以上預報除南沙預報誤差偏大外,其余4站誤差范圍接近(表4)。

表4 不同等級下每日每3 h極大實況風速與預報風速對比

2.3 各休閑漁業區預報總體評分

取2018—2020年每日20:00 OCF起報的休閑漁業作業時間(第2日05:00-20:00)每3 h預報極大風及極大風出現時間與對應的實況值進行對比,風力預報評分如下:當預報與實況差值小于或等于1 m/s,評定為100分;當預報與實況差值大于1 m/s且小于或等于2 m/s,評定為80分;當預報與實況差值大于2 m/s且小于或等于3 m/s,評定為60分;當預報與實況差值大于3 m/s且小于4 m/s,評定為40分;當預報與實況差值大于或等于4 m/s且小于5 m/s,評定為20分;當預報與實況差值大于或等于5 m/s,評定為0分。從評分結果來看,5個休閑漁業區域代表站點的評分差距不大,評分集中在54～62分,模式對桃花和南沙的預報結果總體優于其他3個區域站(圖1)。

圖1 休閑漁業區風力評定

3 各作業區日極大風速預報方程

3.1 訂正方程的建立

以2018-01-01/2020-12-31的實有數據為基礎,將OCF模式風速預報值與5個休閑漁業作業區代表站實測08:00-20:00極大風速值進行擬合,建立回歸訂正方程(表5)。

表5 各休閑漁業區回歸訂正方程

3.2 方程釋用

將2021年1—6月OCF預報極大風速值代入回歸訂正方程,得出訂正后的預報值,與相應站點對應時間的實況數據進行對比得出,各站經訂正后的數據與實況數據的誤差都有一定程度的減小(圖2);風速預報訂正各風速偏差在4 m/s范圍內(包含4 m/s)各級別比例都有不同程度的增加,大于4 m/s的比例明顯減少。經訂正后的預報數值在一定程度上減小了預報誤差,釋用效果良好。

圖2 風速預報訂正前后偏差對比

4 結束語

文章利用2018—2021年普陀休閑漁業作業區代表站實況風資料及浙江省氣象臺OCF預報產品的10 m風場格點的預報資料進行對比分析,并在各休閑漁業區建立預報方程,得到如下結論:

1)OCF預報有一定的誤差。風速誤差方面,均方根誤差在2.7～3.1 m/s,平均絕對誤差在3.6～4.1 m/s;風向誤差方面,均方根誤差在55°～65°,平均絕對誤差在70°～78°。

2)模式預報對白沙、東極、桃花站點預報值偏小,對六橫、南沙站點的預報值偏大。

3)將OCF模式風速預報值和各代表站實測極大風速值進行擬合,建立回歸訂正方程,經訂正后的各站點預報值與實況值偏差減小,訂正效果良好。