鳳陽一次大風(fēng)過程多風(fēng)速對比分析及EC集合預(yù)報檢驗(yàn)

袁學(xué)所+夏志芬+郭陽+王楠楠

摘 要：該文選取安徽鳳陽2017年3月1日一次冷空氣影響的大風(fēng)天氣過程，對自動氣象站采集的2min平均風(fēng)速、10min平均風(fēng)速、瞬時風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速觀測值進(jìn)行對比分析，對EC集合預(yù)報效果進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，不同風(fēng)速展現(xiàn)的風(fēng)力變化趨勢基本一致；隨著滑動平均時段的延長，其平均風(fēng)速逐漸減??；極大風(fēng)速變幅最大，10min平均風(fēng)速變幅最小。當(dāng)EC集合預(yù)報的10min平均風(fēng)速分別≥6.1m/s、≥7.2m/s、≥8.5m/s時，極大風(fēng)速可能分別超6級、7級、8級。

關(guān)鍵詞：大風(fēng)；多風(fēng)速；EC集合預(yù)報；模式檢驗(yàn)

中圖分類號 P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）10-0153-03

Abstract：This article selects the gale process triggered by the cold air in Fengyang in Anhui Province on March 1， 2017， several wind speeds were compared and analyzed， and the effect of the EC ensemble forecast was tested. These speeds include average wind speed， instantaneous wind speed， maximum wind speed， etc， they were collected by the automatic meteorological station. The results show that the trends are basically identical for several wind speeds；Along with the extension of moving average period of time， the average wind speed decreases；Maximum wind speed range is the largest， 10 minutes average wind speed range is the minimum. When 10 minutes average wind speed by EC ensemble forecast greater than 6.1 m/s， 7.2 m/s， 8.5 m/s， the grade of maximum wind speed may be greater than 6，7，8.

Key words：Gale；Several wind speeds；EC ensemble forecast；Model test

1 引言

2017年3月1日13：57，鳳陽國家氣象觀測站錄得18.4m/s（8級）極大風(fēng)速，相應(yīng)風(fēng)向323°（西北）。鳳陽縣氣象局該日08：00發(fā)布大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信號指出，受冷空氣影響，3月1日中午前后起到上半夜鳳陽縣陣風(fēng)可達(dá)7級以上。關(guān)于大風(fēng)形成的天氣形勢和氣候特征的分析研究多有報道[1-11]，例如，趙玲等對大興安嶺地區(qū)春季由于一次冷鋒過境產(chǎn)生的大風(fēng)作了天氣分析[1]；韋宏江等分析了廣西凌云縣大風(fēng)天氣特征[6]。本文針對鳳陽此次大風(fēng)過程，對目前自動氣象站采集到的5種風(fēng)速進(jìn)行對比分析，并對EC集合預(yù)報的10min平均風(fēng)速進(jìn)行檢驗(yàn)，得出相關(guān)預(yù)報指標(biāo)，為今后參考數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品做好大風(fēng)預(yù)警服務(wù)提供依據(jù)。

2 資料來源和相關(guān)定義

選取鳳陽國家氣象觀測站2017年2月28日20：00至3月2日08：00逐小時自動觀測風(fēng)速資料，測風(fēng)儀距地面高度10.5m，分析對象共5個：2min平均風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前2min滑動平均值）、10min平均風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前10min滑動平均值）、瞬時風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前3s滑動平均值）[12]、最大風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前60min內(nèi)最大10min滑動平均值）[12]、極大風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前60min內(nèi)最大3s滑動平均值）[12]。

1992年集合預(yù)報系統(tǒng)在美國國家環(huán)境中心（NCEP）和歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）投入業(yè)務(wù)運(yùn)行[13]，EC集合預(yù)報是指ECMWF集合預(yù)報系統(tǒng)的產(chǎn)品，其10m高度10min平均風(fēng)速預(yù)報值（集合平均）取自安徽省氣象臺發(fā)布的相關(guān)產(chǎn)品。

3 多風(fēng)速對比分析

3.1 平均風(fēng)速與瞬時風(fēng)速 圖1對研究時段每小時正點(diǎn)前10min、2min平均風(fēng)速與瞬時風(fēng)速做對比。結(jié)合差值分析可見，3種風(fēng)速觀測值的走勢大體一致，最大值出現(xiàn)時間集中于1日14：00—15：00，但變幅不同。瞬時風(fēng)速變幅最大（14.2m/s），2min平均風(fēng)速次之（10.9m/s），10min平均風(fēng)速最小（8.8m/s）。當(dāng)風(fēng)速<2.0m/s時，3種風(fēng)速差異不大；當(dāng)風(fēng)速≥2.0m/s時，瞬時風(fēng)速多大于2min、10min平均風(fēng)速；當(dāng)風(fēng)速≥4.0m/s時，瞬時風(fēng)速明顯大于平均風(fēng)速。2min、10min平均風(fēng)速大小總體相當(dāng)。從平均狀況看，瞬時風(fēng)速比2min平均風(fēng)速大1.22m/s，瞬時風(fēng)速比10min平均風(fēng)速大1.25m/s，2min平均風(fēng)速比10min平均風(fēng)速大0.03m/s。

3.2 最大風(fēng)速與極大風(fēng)速 圖2給出研究時段每小時最大風(fēng)速、極大風(fēng)速與二者之差的動態(tài)變化。按前述定義，最大風(fēng)速從小時內(nèi)10min滑動平均風(fēng)速中挑取，極大風(fēng)速從小時內(nèi)3s滑動平均風(fēng)速中挑取。因而，極大風(fēng)速明顯大于最大風(fēng)速。研究時段內(nèi)，極大風(fēng)速比最大風(fēng)速平均相差2.8m/s，最大相差9.3m/s；最大風(fēng)速變化范圍0.6～10.2m/s，變幅9.6m/s；極大風(fēng)速變化范圍0.7～18.4m/s，變幅17.7m/s；極大風(fēng)速變幅比最大風(fēng)速變幅大8.1m/s。統(tǒng)計表明，極大風(fēng)速與最大風(fēng)速呈極極顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖3）。其相關(guān)系數(shù)0.991（信度0.001的相關(guān)系數(shù)臨界值為0.513，故α<0.001）。從線性回歸方程系數(shù)可見，最大風(fēng)速每增大1m/s，極大風(fēng)速增大1.8m/s。

4 EC集合預(yù)報檢驗(yàn)

4.1 預(yù)報誤差分析 圖4展現(xiàn)了EC集合預(yù)報的10min平均風(fēng)速與實(shí)況對比。從圖4可以看出：預(yù)報風(fēng)速的變幅小于實(shí)況；預(yù)報風(fēng)速大部分時次大于實(shí)況，尤其當(dāng)風(fēng)速<4.0m/s時；預(yù)報風(fēng)速變化趨勢與實(shí)況大體一致；預(yù)報較大風(fēng)速出現(xiàn)時段與實(shí)況基本吻合。定量分析表明，預(yù)報風(fēng)速平均比實(shí)況大1.3m/s。其中，實(shí)況≥4.0m/s時，預(yù)報值平均偏大不足0.1m/s，最多偏大1.5m/s；實(shí)況<4.0m/s時，預(yù)報值平均偏大1.9m/s，最多偏大3.0m/s。預(yù)報風(fēng)速與實(shí)況的線性相關(guān)系數(shù)為0.9472（α<0.001）。由此可見，EC集合預(yù)報的10min平均風(fēng)速在風(fēng)速較小時有一定的正偏差，這可能與地面摩擦作用有關(guān)。風(fēng)速較大時，地面摩擦的影響趨于減弱，二者偏差有所減小。根據(jù)這個規(guī)律，我們可以對預(yù)報結(jié)果進(jìn)行分段訂正。

4.2 預(yù)報10min平均風(fēng)速與極大風(fēng)速的關(guān)系 統(tǒng)計表明，EC集合預(yù)報10min平均風(fēng)速與極大風(fēng)速線性相關(guān)極顯著（圖5）。其相關(guān)系數(shù)0.975（α<0.001）。據(jù)線性回歸方程反推，極大風(fēng)速≥10.8m/s（6級以上）、≥13.9m/s（7級以上）、≥17.2m/s（8級以上）時，其對應(yīng)的10min平均風(fēng)速分別≥6.1m/s、≥7.2m/s、≥8.5m/s。此結(jié)果可用于6級以上陣風(fēng)的預(yù)報，為發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號提供依據(jù)。

5 結(jié)論與討論

（1）本次大風(fēng)過程風(fēng)速最大值出現(xiàn)在2017年3月1日午后，不同風(fēng)速展現(xiàn)的風(fēng)力變化趨勢基本一致。

（2）因風(fēng)的陣性特征，一般隨著滑動平均時段的延長，其平均風(fēng)速逐漸減小。5種風(fēng)速按降序排列為：極大風(fēng)速、最大風(fēng)速、瞬時風(fēng)速、2min平均風(fēng)速、10min平均風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速≥4.0m/s時，這種差別更為明顯。

（3）極大風(fēng)速與最大風(fēng)速正相關(guān)極顯著。本過程極大風(fēng)速變幅比最大風(fēng)速變幅大8.1m/s，最大風(fēng)速平均每增大1m/s，極大風(fēng)速增大1.8m/s。

（4）EC集合預(yù)報的10min平均風(fēng)速變化趨勢與實(shí)況大體一致；預(yù)報較大風(fēng)速出現(xiàn)時段與實(shí)況基本符合。預(yù)報值在風(fēng)速較小時有較大的正偏差。

（5）當(dāng)EC集合預(yù)報的10min平均風(fēng)速分別≥6.1m/s、

≥7.2m/s、≥8.5m/s時，應(yīng)考慮極大風(fēng)速可能分別達(dá)到6級以上、7級以上、8級以上。需加強(qiáng)監(jiān)測，適時發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號。

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