GRAPES模式在一次近海強(qiáng)風(fēng)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

黃潮光，李曉欣，王偉，黃青蘭

（廣東省江門(mén)市氣象臺(tái)廣東江門(mén)529030）

GRAPES模式在一次近海強(qiáng)風(fēng)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

黃潮光，李曉欣，王偉，黃青蘭

（廣東省江門(mén)市氣象臺(tái)廣東江門(mén)529030）

利用GRAPES模式和廣東自動(dòng)站資料，從天氣學(xué)的角度對(duì)比、分析研究了GRAPES模式預(yù)告在2010年12月15—17日廣東出現(xiàn)強(qiáng)冷空氣天氣過(guò)程中上川島附近海域強(qiáng)風(fēng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明，在此次近海強(qiáng)風(fēng)的過(guò)程中，GRAPES模式的預(yù)報(bào)能力及其提前量，在實(shí)際冷空氣海洋強(qiáng)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中值得參考，模式氣壓場(chǎng)的預(yù)報(bào)與實(shí)況沒(méi)有明顯的差異，強(qiáng)度基本一致，模式區(qū)域風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)與實(shí)況較為吻合，模式單點(diǎn)預(yù)報(bào)能提前量為60 h報(bào)出風(fēng)向風(fēng)速的突變，并且時(shí)間誤差在3 h左右，模式提前量達(dá)60 h以上。

GRAPES模式；天氣學(xué)；近海強(qiáng)風(fēng)；提前量

1 引言

做好近海氣象安全保障是海洋氣象與預(yù)報(bào)的重大課題，近海海域是旅游、養(yǎng)殖、漁業(yè)等行業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)海域。上川島附近海域是副熱帶近海海區(qū)，冬季冷空氣的強(qiáng)風(fēng)往往造成嚴(yán)重的影響，尤其是威脅離島航班、近海旅游船、近海蝦船的安全。2010年12月15—17日廣東出現(xiàn)強(qiáng)冷空氣天氣過(guò)程，造成上川島離島航班停航三天，其他行業(yè)頗有損失。

針對(duì)近海海面強(qiáng)風(fēng)的研究分析，已有不少的文獻(xiàn)[1-4]取得了很多有意義的研究成果，如盧峰本、黃燕波等[5-6]提出的通過(guò)對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行解釋，使用統(tǒng)計(jì)分析預(yù)報(bào)方法，對(duì)近海海面強(qiáng)風(fēng)作出預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)也很值得借鑒。由于海上觀測(cè)的難度大，海面實(shí)際觀測(cè)十分稀少，所以在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中有一定的難度?；跀?shù)值模式研究，對(duì)降水預(yù)報(bào)的研究較多，對(duì)大風(fēng)預(yù)報(bào)的研究較少，對(duì)海面強(qiáng)風(fēng)的預(yù)報(bào)研究更為稀少，但黃海波應(yīng)用WRF模式預(yù)報(bào)作機(jī)場(chǎng)大風(fēng)預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)[7]頗值得借鑒。

本文應(yīng)用中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所的GRAPES中尺度數(shù)值模式[8-10]（公眾網(wǎng)址：http：//www.itmm.gov.cn/qx/index.asp）資料對(duì)2010年12月15—17日的冷空氣天氣過(guò)程進(jìn)行分析比較，試圖說(shuō)明GRAPES模式預(yù)告與冷空氣天氣過(guò)程中近海強(qiáng)風(fēng)的密切關(guān)系，為今后提高預(yù)報(bào)員對(duì)冷空氣天氣過(guò)程中近海強(qiáng)風(fēng)的分析預(yù)報(bào)能力提供基礎(chǔ)。

2 天氣概況

2.1 單站實(shí)況

粵西沿海海面上的上川島氣象觀測(cè)站是國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站，圖1是該站12月15日14時(shí)—17日13時(shí)（北京時(shí)，下同）的風(fēng)向風(fēng)速自動(dòng)站正點(diǎn)觀測(cè)記錄。上川島氣象觀測(cè)站起風(fēng)時(shí)間為15日17時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)6級(jí)以上陣風(fēng)，8級(jí)以上平均風(fēng)維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)19 h，最大陣風(fēng)29.5 m/s（見(jiàn)表1）。

圖1 上川島觀測(cè)站風(fēng)向風(fēng)速觀測(cè)實(shí)況圖

表1 上川島風(fēng)力變化表

2.2 地面形勢(shì)分析

12月15日08時(shí)強(qiáng)冷空氣主體以補(bǔ)充的形式已經(jīng)進(jìn)入廣東中部（見(jiàn)圖2），但仍未到達(dá)粵西沿海海面，氣壓梯度密集鋒區(qū)仍在廣東中部的北邊。冷堆積的中心在甘肅的西北部，中心達(dá)1060 hPa，與上川島觀測(cè)站的氣壓差達(dá)50 hPa。

圖2 2010年12月15日08時(shí)地面實(shí)況圖

3 GRAPES模式的解讀分析

本文選用GRAPES模式以2010年12月13日 08時(shí)為起始場(chǎng)的預(yù)告資料，對(duì)12月15—17日粵西沿海海面出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng)進(jìn)行分析比較，探討的實(shí)際業(yè)務(wù)中使用GRAPES模式作參考的可行性，48 h的提前量在實(shí)際業(yè)務(wù)中此提前量可以接受。

3.1 氣壓場(chǎng)比較

在GRAPES_36 km模式12月13日08時(shí)起始場(chǎng)預(yù)告15日08時(shí)的地面氣壓場(chǎng)（見(jiàn)圖3a）與15日08時(shí)地面實(shí)況（見(jiàn)圖2）比較中，兩者氣壓場(chǎng)的主體沒(méi)有明顯的差異，強(qiáng)度基本一致，特別是1015 hPa線都經(jīng)過(guò)珠江口附近。只是氣壓梯度密集鋒區(qū)GRAPES_36 km模式預(yù)告圖比實(shí)況略為偏北，也就是說(shuō)，冷空氣主體到達(dá)廣東中部的時(shí)間，GRAPES_36 km模式預(yù)告的時(shí)間要比實(shí)際要稍遲，存在些小誤差，但其預(yù)告形勢(shì)的趨勢(shì)以及其提前量仍值得預(yù)報(bào)員在實(shí)際業(yè)務(wù)中參考。

16日08時(shí)的GRAPES_36 km模式預(yù)告圖上（見(jiàn)圖3b）強(qiáng)冷空氣前鋒已到達(dá)南海中北部海面，與16日08時(shí)的實(shí)況（圖略）基本一致。從預(yù)告圖上可知當(dāng)時(shí)上川島觀測(cè)站附近，南北之間的氣壓梯度非之常大。也就是說(shuō)，從氣壓梯度判斷上川島觀測(cè)站附近的偏北風(fēng)16日08時(shí)前后將相當(dāng)大，上川島觀測(cè)站的風(fēng)要素實(shí)況也印證了此點(diǎn)，16日早晨至上午為過(guò)程該站最大風(fēng)速時(shí)段，陣風(fēng)達(dá)29.5 m/s。

17日08時(shí)的GRAPES_36 km模式預(yù)告圖上（見(jiàn)圖3c）顯示,強(qiáng)冷空氣過(guò)程中粵西沿海海面的大風(fēng)緩和，但上川島觀測(cè)站的實(shí)況17日14時(shí)之后6級(jí)大風(fēng)才結(jié)束。單從氣壓梯度推算6級(jí)大風(fēng)結(jié)束誤差為6 h左右，但至17日08時(shí)GRAPES_36 km模式的提前量為96 h，預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)能使用的提前量為84 h，誤差仍被認(rèn)為可接受。

圖3 GRAPES_36 km模式12月13日08時(shí)起始場(chǎng)預(yù)告地面氣壓場(chǎng)與降水圖

3.2 大風(fēng)預(yù)報(bào)

3.2.1 區(qū)域預(yù)報(bào)

在GRAPES模式12月13日08時(shí)起始場(chǎng)預(yù)告16日08時(shí)地面10 m風(fēng)向風(fēng)速圖上（見(jiàn)圖4），粵西沿海海面的風(fēng)速達(dá)18 m/s（見(jiàn)圖4b）,上川島附近的海面達(dá)22—24 m/s，粵西沿海陸地仍有16—18 m/s。對(duì)比實(shí)況，此時(shí)上川島觀測(cè)站的平均風(fēng)速在20 m/s以上已經(jīng)維持了10個(gè)h（見(jiàn)圖1a），而且陣風(fēng)在26—28 m/s，16日10時(shí)還出現(xiàn)最大陣風(fēng)達(dá)29.5 m/s。

對(duì)比可見(jiàn)，GRAPES模式的區(qū)域預(yù)報(bào)對(duì)上川島附近的風(fēng)力預(yù)告與實(shí)況較為吻合。此時(shí)模式的提前量為72 h，預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)能使用的提前量為60 h，所以GRAPES模式的平均風(fēng)力預(yù)告在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中是值得參考的。

圖4 GRAPES模式12月13日08時(shí)起始場(chǎng)預(yù)告16日08時(shí)地面10 m風(fēng)向風(fēng)速圖

3.2.2 單點(diǎn)預(yù)報(bào)

圖5是GRAPES模式對(duì)上川島單點(diǎn)72 h風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)圖，從圖5a上分析，起風(fēng)的時(shí)間在15日20時(shí)前后，22時(shí)起報(bào)6級(jí)以上的偏北風(fēng)，8級(jí)以上的大風(fēng)未能報(bào)出。圖5a與圖1a比較，GRAPES模式預(yù)報(bào)起時(shí)間比實(shí)際時(shí)間遲3 h，6級(jí)大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間比實(shí)際時(shí)間遲4 h，但GRAPES模式的風(fēng)速預(yù)報(bào)中15日21—22時(shí)出現(xiàn)明顯的突變，由6 m/s突變?yōu)?2 m/s（6級(jí)）大風(fēng)。此點(diǎn)對(duì)預(yù)報(bào)的指導(dǎo)有明確的意義，對(duì)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)風(fēng)向或風(fēng)速的不連續(xù)，意味著鋒面在此處過(guò)境或此處出現(xiàn)天氣的突變，GRAPES模式還報(bào)出了上川島15日19時(shí)—20時(shí)風(fēng)向由偏東轉(zhuǎn)為東北的變化。GRAPES模式提前量為60 h，實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)可以提前48 h作出“上川島附近海面15日20時(shí)前后將出現(xiàn)6級(jí)以上大風(fēng)”的預(yù)報(bào)，誤差在3 h左右內(nèi)，本文認(rèn)為尚可接受。GRAPES模式單點(diǎn)預(yù)報(bào)未能報(bào)出8級(jí)以上的大風(fēng)，只能在區(qū)域預(yù)報(bào)中補(bǔ)足。

分析圖5b可知，GRAPES模式報(bào)上川島附近海面風(fēng)力16日20時(shí)出現(xiàn)減弱，但仍在保持在6級(jí)左右，至16日09時(shí)之后才降到6級(jí)以下，與圖1b的情況比較幾乎完全重合。也就是說(shuō)，GRAPES模式能夠提前36 h、參考GRAPES模式的實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)能夠提前24 h報(bào)出此次強(qiáng)冷空氣造成上川島附近海面強(qiáng)風(fēng)的結(jié)束時(shí)間。

圖5 GRAPES模式對(duì)上川島單點(diǎn)72 h風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)（圖中橫向時(shí)間坐標(biāo)為世界時(shí)）

4 小結(jié)

從以上分析可以認(rèn)為，在此次近海強(qiáng)風(fēng)的過(guò)程中GRAPES模式的預(yù)報(bào)能力及其提前量，在實(shí)際冷空氣海洋強(qiáng)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中值得參考，尤其是在海面觀測(cè)十分稀少的海區(qū)其使用意義更大。由上述的分析亦可知，GRAPES模式對(duì)近海強(qiáng)風(fēng)的預(yù)報(bào)能力仍需預(yù)報(bào)員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和天氣學(xué)知識(shí)進(jìn)行修正。

（1）此次強(qiáng)冷空氣過(guò)程中，GRAPES_36 km模式氣壓場(chǎng)的的預(yù)報(bào)與實(shí)況沒(méi)有明顯的差異，強(qiáng)度基本一致，模式的提前量為60 h；

（2）在此次近海強(qiáng)風(fēng)的過(guò)程中，GRAPES模式的區(qū)域風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)對(duì)上川島附近的風(fēng)力預(yù)告與實(shí)況較為吻合，模式的提前量為72 h；

（3）在此次近海強(qiáng)風(fēng)的過(guò)程中，GRAPES模式對(duì)上川島單點(diǎn)預(yù)報(bào)能提前量為60 h報(bào)出風(fēng)向風(fēng)速的突變，并且時(shí)間誤差在3 h左右，但未能報(bào)出8級(jí)以上的大風(fēng)。

[1]周偉隆,陳往溪,肖巍.一粵東海面冷空氣強(qiáng)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)[J].廣東氣象,2005,27(4)：20-22.

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The application of GRAPES model to the prediction of a strong coastal wind

HUANG Chao-guang,LI Xiao-xin,WANG Wei,HUANG Qing-lan
(Jiangmen Meteorological Bureau,Jiangmen Guangdong 529020 China)

Using GRAPES model,the strong wind event from 15 th to 17 th December 2010 around Shangchuan Island was simulated.The model results were compared with the automatic meteorological data of Guangdong station.The results showed that the prediction capability of GRAPES model were worth considering in the process of the strong wind event.There was no obvious difference between the prediction of the atmospheric pressure field in the model and the observation data.The forecasting of wind speed and direction field were consistent with the observation.By using the single-point results in the model,the wind speed and direction could be predicted in 60 hours,while the corresponding error was about 3 hours.

GRAPES model;synoptic meteorology;the strong coastal wind;initial lead

book=36,ebook=36

P731

：A

：1003-0239（2012）03-0015-05

2011-06-30

廣東省江門(mén)市氣象局“川島航區(qū)氣象保障數(shù)值預(yù)告應(yīng)用試驗(yàn)”項(xiàng)目。

黃潮光（1955-），男，工程師，主要從事氣象預(yù)報(bào)工作，E-mail：448474119@qq.com。