ERA5資料在天津沿海海陸風(fēng)特征分析中的適用性評(píng)估

摘 要 使用2018年3月—2021年2月歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ERA5資料和站點(diǎn)逐小時(shí)風(fēng)向、風(fēng)速等資料，采用常規(guī)方法篩選天津沿海海陸風(fēng)事件，比較分析不同資料呈現(xiàn)出的海陸風(fēng)起訖時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度等指標(biāo)表征的海陸風(fēng)特征的年均和季節(jié)差異，以評(píng)估ERA5資料的適用性。結(jié)果表明：（1）2套資料四季分布對(duì)應(yīng)較好，均能顯示夏季海陸風(fēng)日數(shù)最多這一基本特征；海風(fēng)持續(xù)時(shí)間較陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，年均強(qiáng)度高于陸風(fēng)，最強(qiáng)均出現(xiàn)在春季。（2）年均差異主要表現(xiàn)為，站點(diǎn)資料顯示的海風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間呈弱雙峰結(jié)構(gòu)，陸風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間均早于ERA5資料，平均海風(fēng)和陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間短于ERA5資料。（3）季節(jié)差異主要表現(xiàn)為，ERA5資料顯示陸風(fēng)強(qiáng)度極小值出現(xiàn)在夏季，海風(fēng)最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間主要出現(xiàn)在秋季；站點(diǎn)資料顯示陸風(fēng)強(qiáng)度極小值在秋季，海風(fēng)最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間出現(xiàn)在春、夏兩季。評(píng)估結(jié)果顯示，較長(zhǎng)時(shí)間序列ERA5資料與站點(diǎn)資料的相關(guān)性較高，適用于天津沿海海陸風(fēng)特征研究。

關(guān)鍵詞 海陸風(fēng)；天津沿海；ERA5資料；適用性

中圖分類(lèi)號(hào)： P445" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" 文章編號(hào)： 2096-3599（2024）03-0037-13

DOI：10.19513/j.cnki.hyqxxb.20231025002

Applicability assessment of ERA5 data in investigating characteristics of sea-land breeze over Tianjin coastal area

ZHU Zhifan1，2，3， CAO Jie1，2，3， QIU Xiaobin4，5， ZHAO Wei6

（1. Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters， Nanjing University of Information Science amp; Technology， Nanjing 210044， China; 2. Key Laboratory of Meteorological Disasters， Ministry of Education， Nanjing 210044， China; 3. School of Atmospheric Sciences， Nanjing University of Information Science amp; Technology， Nanjing 210044， China; 4. Tianjin Key Laboratory for Oceanic Meteorology， Tianjin 300074， China; 5. Tianjin Institute of Meteorological Sciences， Tianjin 300074， China; 6. Beijing Weather Forecasting Center， Beijing 100089， China）

Abstract The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts （ECMWF） Reanalysis v5 （ERA5） and hourly observation data of wind direction and speed at meteorological stations from March 2018 to February 2021 are adopted to investigate the characteristics of the sea-land breeze over Tianjin coastal area. Firstly， conventional methods are used to identify the sea-land breeze events over Tianjin coastal area. Secondly， the interannual average and seasonal differences of sea-land breeze characteristics， such as the starting and ending time， duration and intensity， are analyzed and compared based on these two sets of data with the purpose to make an assessment of the applicability of ERA5 data. Similarities and differences are concluded as follows. （1） Both data are capable of revealing the fact that sea-land breeze events mostly occur in summer with similar distributions in all 4 seasons. The sea breeze lasts longer than the land breeze with stronger intensity. Both breezes reach their maximum intensities in spring. （2） There are interannual differences revealed by these two sets of data. Compared to results revealed by ERA5 data， the starting and ending time of the sea breeze revealed by the observation data have a weaker bimodal structure. The observed starting and ending time of the land breeze are ahead of their correspondences revealed by ERA5 data. The durations of both the sea breeze and the land breeze are shorter revealed by the observation data. （3） There are also seasonal differences. The minimum intensity of the land breeze revealed by ERA5 data appears in summer and the longest duration of the sea breeze appears in autumn. However， the minimum intensity of the land breeze revealed by the observation data appears in autumn and the longest duration of the sea breeze is in spring and summer. The assessment indicates that ERA5 data with the duration of three years， highly correlated with the observation data， are suitable for analyzing the sea-land breeze over Tianjin coastal area.

Keywords sea-land breeze; Tianjin coastal area; ECMWF Reanalysis v5 （ERA5）; applicability

引言

海陸風(fēng)是由于海洋和陸地表面的熱力和輻射特性差異，造成低層大氣中產(chǎn)生不穩(wěn)定溫度梯度，從而引發(fā)的一種以日周期交替變化為重要特征的中尺度天氣現(xiàn)象［1］。對(duì)海陸風(fēng)觸發(fā)災(zāi)害性天氣［2-5］、影響大氣和近海環(huán)境污染擴(kuò)散［6-8］等方面的研究較多。隨著全球變暖和城市化程度加劇，熱島效應(yīng)加強(qiáng)，熱島環(huán)流與海陸風(fēng)環(huán)流共同影響沿海地區(qū)極端天氣、氣候、環(huán)境等事件［9-12］。研究海陸風(fēng)等局地環(huán)流中小尺度天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的海陸風(fēng)具有不同的季節(jié)特征。劉馨尹［13］發(fā)現(xiàn)中國(guó)沿海5個(gè)不同緯度地區(qū)的海陸風(fēng)多發(fā)生在夏秋季節(jié)，且隨緯度降低，海陸風(fēng)發(fā)生頻次升高、海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間延后。楊林［14］發(fā)現(xiàn)中低緯度地區(qū)的海陸風(fēng)強(qiáng)度在冬、夏季更強(qiáng)，晴天比陰天更強(qiáng)。與國(guó)內(nèi)研究結(jié)論相反，Coulibaly等［15］發(fā)現(xiàn)西非幾內(nèi)亞海岸地區(qū)的海陸風(fēng)在冬季最為常見(jiàn)?？梢?jiàn)，各地區(qū)因緯度、海岸線(xiàn)和下墊面等差異，呈現(xiàn)不同特征。中國(guó)是世界上海岸線(xiàn)最長(zhǎng)的國(guó)家之一，海岸線(xiàn)形態(tài)奇特，南北跨越超40緯度，不同沿海地區(qū)的海陸風(fēng)差異明顯。天津緊鄰北京，是人口密集的沿海重要工業(yè)化城市，地理位置使其成為連接華北、東北和華東地區(qū)的重要交通樞紐，也是連接中國(guó)內(nèi)地和國(guó)際市場(chǎng)的重要通道。天津擁有豐富的港口資源和沿海資源，對(duì)中國(guó)及周邊國(guó)家的貿(mào)易有著重要影響。在高速發(fā)展的大背景下，有必要對(duì)天津沿海海陸風(fēng)開(kāi)展深入研究。

對(duì)海陸風(fēng)的研究主要使用3類(lèi)資料：觀測(cè)資料［16-18］、數(shù)值模式模擬資料［19-21］和再分析資料［22］。不少研究學(xué)者對(duì)比分析了不同資料揭示的不同地區(qū)的海陸風(fēng)特征［15-16，23］，對(duì)天津沿海海陸風(fēng)的研究，大多聚焦觀測(cè)和模擬資料顯示的海陸風(fēng)空間結(jié)構(gòu)特征［24-26］，對(duì)天津地區(qū)ERA5資料海陸風(fēng)起訖時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度的年均和季節(jié)特征的適用性評(píng)估較少。隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)的增多，檢驗(yàn)數(shù)值模式常用的ERA5資料與站點(diǎn)資料近年在天津地區(qū)海陸風(fēng)統(tǒng)計(jì)特征的異同，是開(kāi)展環(huán)渤海地區(qū)海陸風(fēng)的數(shù)值模擬和熱動(dòng)力精細(xì)化特征分析的基礎(chǔ)，有利于未來(lái)提高極端天氣、氣候和環(huán)境事件的預(yù)報(bào)水平。

1 資料和方法

1.1 資料

使用2018年3月—2021年2月歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ERA5資料（https：//cds.climate.copernicus.eu/#！/home），空間分辨率為0.125°，時(shí)間分辨率為1 h。沿用許啟慧［27］研究天津海陸風(fēng)特征使用的塘沽站（117.71°E，39.00°N）、大港站（117.28°E，38.51°N）和漢沽站（117.46°E，39.14°N）這3個(gè)具有代表性的沿海國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站，站點(diǎn)離海岸線(xiàn)的距離為5～10 km（圖1），能夠很好地捕捉到海陸風(fēng)這一天氣系統(tǒng)。ERA5資料選取站點(diǎn)臨近格點(diǎn)資料來(lái)表示。

1.2 篩選方法

國(guó)內(nèi)外對(duì)于海陸風(fēng)的篩選條件，多基于風(fēng)速風(fēng)向的改變、海陸溫差、背景風(fēng)場(chǎng)、云量、太陽(yáng)輻射等。表1列舉了部分研究對(duì)不同地理位置海陸風(fēng)的判定標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)測(cè)風(fēng)是局地風(fēng)場(chǎng)和背景風(fēng)場(chǎng)的疊加，強(qiáng)背景風(fēng)會(huì)掩蓋海陸風(fēng)信息。為研究局地風(fēng)場(chǎng)特征，沿用邱曉暖等［31］的方法，首先，由公式（1）—（4）區(qū)分背景風(fēng)場(chǎng)和局地風(fēng)場(chǎng)。

u=124∑23i=0Ui，（1）

v=124∑23i=0Vi，（2）

ul=Uo-u，（3）

vl=Vo-v。（4）

其中：Uo、Vo是站點(diǎn)資料或再分析資料風(fēng)場(chǎng)，u、v是背景風(fēng)，ul、vl是局地風(fēng)。該方法已證實(shí)可以有效利用國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)對(duì)海陸風(fēng)局地環(huán)流進(jìn)行研究。

由于觀測(cè)站儀器故障等原因，站點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測(cè)，因此在使用前需要對(duì)缺測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。規(guī)定1 d之內(nèi)，缺測(cè)時(shí)次超過(guò)1/3（即24 h數(shù)據(jù)有8 h及以上缺測(cè)時(shí)次）所在日為無(wú)效日［31］；其他少量缺測(cè)時(shí)次，根據(jù)氣象要素的連續(xù)性，用相鄰時(shí)次的氣象要素值補(bǔ)充修訂。表2是對(duì)站點(diǎn)數(shù)據(jù)有效時(shí)次及有效日數(shù)的統(tǒng)計(jì)，可見(jiàn)研究時(shí)段內(nèi)各個(gè)站點(diǎn)有效時(shí)次比例超過(guò)97%，即站點(diǎn)數(shù)據(jù)有效性較高。

對(duì)站點(diǎn)資料和ERA5資料進(jìn)行時(shí)空一致性檢驗(yàn)評(píng)估。通過(guò)檢驗(yàn)研究時(shí)段內(nèi)塘沽站、大港站、漢沽站風(fēng)速及風(fēng)向等要素，顯示2套資料的各要素時(shí)空間序列變化合理，且站點(diǎn)資料的風(fēng)速平均值相比于ERA5資料偏小1.7～2.2 m·s-1（圖略）。

1.3 海陸風(fēng)日及相關(guān)特征量定義

綜合考慮表1各種算法，主要借鑒邱曉暖等［31］的方法、劉馨尹［13］的指標(biāo)以及吳增茂［33］對(duì)海陸風(fēng)日最大風(fēng)速的限制，并根據(jù)天津地區(qū)海岸線(xiàn)的角度以及對(duì)本研究時(shí)段內(nèi)ERA5資料和站點(diǎn)資料的風(fēng)速平均值差異進(jìn)行微調(diào)和測(cè)試，最終定義海陸風(fēng)日滿(mǎn)足以下條件：

（1）海風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間段為12：00—20：00，出現(xiàn)海風(fēng)不少于5次，陸風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間段為01：00—09：00，出現(xiàn)陸風(fēng)不少于3次；ERA5資料當(dāng)日最大風(fēng)速小于或等于10 m·s-1，站點(diǎn)資料當(dāng)日最大風(fēng)速小于或等于8 m·s-1，則定義當(dāng)天為海陸風(fēng)日。

（2）在海陸風(fēng)日，05：00后，當(dāng)海風(fēng)在A時(shí)刻出現(xiàn)并持續(xù)3 h及以上（D1），記A為海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間，D1為海風(fēng)持續(xù)時(shí)間，A+D1為海風(fēng)結(jié)束時(shí)間。

（3）在海陸風(fēng)日，14：00前，當(dāng)陸風(fēng)在B時(shí)刻出現(xiàn)并持續(xù)2 h及以上（D2），記B為陸風(fēng)開(kāi)始時(shí)間，D2為陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間，B+D2為陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間。

（4）海風(fēng)（陸風(fēng)）強(qiáng)度由公式（5）得到，定義為發(fā)生海風(fēng)（陸風(fēng)）時(shí)間段內(nèi)的最大全風(fēng)速。

I=Vmax （tstart-tend）。（5）

其中：I為海風(fēng)（陸風(fēng)）強(qiáng)度，單位為m·s-1；Vmax 為最大風(fēng)速，單位為m·s-1；tstart為海風(fēng)（陸風(fēng)）開(kāi)始時(shí)間;tend為海風(fēng)（陸風(fēng)）結(jié)束時(shí)間。

海風(fēng)（陸風(fēng)）角度以海岸線(xiàn)為準(zhǔn)，3個(gè)站點(diǎn)垂直于海岸線(xiàn)吹向內(nèi)陸的風(fēng)為海風(fēng)，反之為陸風(fēng)?？紤]風(fēng)向左右擺動(dòng)等原因，具體海風(fēng)和陸風(fēng)的風(fēng)向角度定義如表3所示。

2 氣候特征分析

2.1 海陸風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間

篩選ERA5資料和站點(diǎn)資料得到的塘沽站海陸風(fēng)日數(shù)分別為286 d和251 d，大港站海陸風(fēng)日數(shù)分別為159 d和205 d，漢沽站海陸風(fēng)日數(shù)分別為232 d和192 d。除大港站外，ERA5資料識(shí)別結(jié)果多于站點(diǎn)資料。

由ERA5資料、站點(diǎn)資料顯示的海風(fēng)和陸風(fēng)開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間的年均日分布頻率（圖2和圖3）可見(jiàn)，海風(fēng)一般在11：00—15：00開(kāi)始，17：00—23：00結(jié)束，陸風(fēng)一般開(kāi)始于23：00—次日03：00，結(jié)束于06：00—10：00。具體來(lái)看，ERA5資料得到的塘沽站海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間更集中，超50%的海風(fēng)都發(fā)生在12：00—14：00（圖2a）；站點(diǎn)資料顯示的海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間隨著日出后逐漸延后，最常出現(xiàn)在14：00（圖3a）。2套資料顯示的陸風(fēng)開(kāi)始時(shí)間較一致，均為00：00—03：00（圖2b、圖3b）；ERA5資料顯示的陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間多為10：00，而站點(diǎn)資料多為06：00—07：00。ERA5資料顯示大港站海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間呈雙峰分布，多發(fā)生在11：00和15：00—16：00，與結(jié)束時(shí)間的雙峰分布對(duì)應(yīng)，分別在17：00和20：00（圖2c）；站點(diǎn)資料顯示12：00和14：00為海風(fēng)主要開(kāi)始時(shí)間，18時(shí)和20時(shí)是主要結(jié)束時(shí)間，雙峰結(jié)構(gòu)較弱（圖3c）。2套資料呈現(xiàn)的陸風(fēng)開(kāi)始（圖2d）和結(jié)束時(shí)間（圖3d）一致，且陸風(fēng)出現(xiàn)頻率均隨時(shí)間推移而降低，集中在06：00—08：00結(jié)束。ERA5資料顯示漢沽站海風(fēng)主要開(kāi)始于10：00之后，于13：00和16：00出現(xiàn)峰值（圖2e）；而站點(diǎn)資料顯示超50%以上的海風(fēng)發(fā)生在13：00—15：00，較ERA5資料早1 h（圖3e）。2套資料顯示的陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間（圖2f、圖3f）分布較平均，主要結(jié)束于上午09：00左右。

可見(jiàn)，2套資料顯示的海風(fēng)和陸風(fēng)開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間峰值結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但具體時(shí)間有差異。不同站點(diǎn)的年均差異主要為：ERA5資料顯示的塘沽站海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間略早于站點(diǎn)資料顯示的開(kāi)始時(shí)間，而結(jié)束時(shí)間晚于站點(diǎn)資料顯示的結(jié)束時(shí)間；站點(diǎn)資料顯示的陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間則提前于ERA5資料。ERA5資料顯示的大港站和漢沽站海風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間呈雙峰結(jié)構(gòu)，顯示的陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間相較于站點(diǎn)資料，有1 h左右的延遲。

2.2 海陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間

進(jìn)一步對(duì)比分析不同站點(diǎn)的海風(fēng)和陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間的特征（圖4）：由年均來(lái)看，ERA5資料顯示的塘沽站海風(fēng)持續(xù)時(shí)間主要為7～11 h（圖4a），相較于站點(diǎn)資料的5～10 h更集中；而陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間有1 h的相位差（圖4b），站點(diǎn)資料顯示50%的陸風(fēng)過(guò)程持續(xù)4～8 h，ERA5資料較站點(diǎn)資料平均長(zhǎng)0.2～0.8 h。

2套資料顯示的大港站與漢沽站海風(fēng)持續(xù)時(shí)間均為5～9 h，陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間為5～10 h。此外，站點(diǎn)資料分析得到3個(gè)站點(diǎn)的海陸風(fēng)事件年平均持續(xù)時(shí)間較ERA5資料更短，說(shuō)明站點(diǎn)資料在識(shí)別持續(xù)時(shí)間較短的海陸風(fēng)事件時(shí)，略?xún)?yōu)于ERA5資料。ERA5資料統(tǒng)計(jì)出的3個(gè)站點(diǎn)海風(fēng)持續(xù)時(shí)間更集中，塘沽站、大港站海風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間，漢沽站則相反。

3 不同季節(jié)的海陸風(fēng)特征對(duì)比分析

3.1 海陸風(fēng)日數(shù)

圖5顯示了使用不同資料識(shí)別出來(lái)的海陸風(fēng)日數(shù)在各個(gè)季節(jié)的分布情況，對(duì)比可見(jiàn)：ERA5資料顯示3個(gè)站點(diǎn)春、秋季海陸風(fēng)日數(shù)差異?。▓D5a），冬季除大港站以外，都達(dá)到了最小值。3個(gè)站點(diǎn)都在夏季出現(xiàn)最多海陸風(fēng)事件，塘沽站夏季海陸風(fēng)日數(shù)更是多達(dá)91 d。站點(diǎn)資料顯示3個(gè)站點(diǎn)冬季海陸風(fēng)日數(shù)均為最小值，且春季高于秋季（圖5b）。2套資料的四季分布除大港站的冬季以外都有很好的對(duì)應(yīng)。根據(jù)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)推測(cè)，是由于站點(diǎn)數(shù)據(jù)風(fēng)向與ERA5資料均值之間有系統(tǒng)性偏差，導(dǎo)致大港站風(fēng)向篩選出現(xiàn)偏差。但由總體結(jié)果來(lái)看，與吳增茂［33］對(duì)天津地區(qū)海陸風(fēng)的研究結(jié)論一致，即春、夏季為海陸風(fēng)的高發(fā)季節(jié)，冬季發(fā)生頻率最低。剔除大風(fēng)日的影響后，季節(jié)分布的差異多由天津地區(qū)局地?zé)崃σ蛩氐牟町悓?dǎo)致，夏季海陸溫差大，更容易達(dá)到海陸風(fēng)環(huán)流所需要的溫度場(chǎng)形勢(shì)，冬季海陸溫差小，海陸風(fēng)發(fā)生更加困難。

3.2 海陸風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間

為對(duì)比分析不同站點(diǎn)海陸風(fēng)日的海陸風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間異同特征，圖6—9顯示了2套資料識(shí)別出不同季節(jié)海風(fēng)（陸風(fēng)）開(kāi)始（結(jié)束）時(shí)間的頻率分布。2套資料顯示塘沽站夏、冬季（圖6d、圖6j）的海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間在平均值附近的分布十分相似。比較海風(fēng)平均開(kāi)始時(shí)間可見(jiàn)，2套資料夏季平均開(kāi)始時(shí)間一致（13：00左右），而站點(diǎn)資料顯示的冬季平均開(kāi)始時(shí)間（12：48）比ERA5資料對(duì)應(yīng)平均開(kāi)始時(shí)間（13：57）偏早1 h以上，且冬季的雙峰高發(fā)時(shí)間段分別分布在均值的±1 h處，說(shuō)明2套資料各自均值間隔1 h附近均為海風(fēng)開(kāi)始的高發(fā)期。ERA5資料顯示的海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間高峰期在春季提前于站點(diǎn)資料約1 h（圖6a），秋季則延遲約0.5 h（圖6g）。

具體到站點(diǎn)，ERA5資料顯示塘沽站夏季（圖6d）、秋季（圖6g）、冬季（圖6j）和大港站春季（圖6b）以及漢沽站冬季（圖6l）平均海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間遲于站點(diǎn)資料對(duì)應(yīng)結(jié)果。ERA5資料顯示塘沽站春季（圖6a）海風(fēng)平均開(kāi)始時(shí)間先于站點(diǎn)資料約1 h，大港站和漢沽站2套資料的差距較??；夏季峰值時(shí)間段基本符合，即2套資料對(duì)應(yīng)較好（圖6e—f）；秋季ERA5資料峰值時(shí)間提前于站點(diǎn)資料（圖6h—i）；冬季塘沽站（圖6j）的2套資料海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間分布走勢(shì)相同，ERA5資料顯示大港站（圖6k）和漢沽站（圖6l）均有平均值以上的峰值，而站點(diǎn)資料顯示存在平均值以下的峰值。

圖7顯示了2套資料不同季節(jié)海風(fēng)平均結(jié)束時(shí)間。塘沽站春季（圖7a）和大港站夏季（圖7e）、秋季（圖7h）、冬季（圖7k）以及漢沽站冬季（圖7l）在均值附近呈現(xiàn)相似的分布形勢(shì)；ERA5資料顯示大港站春季（圖7b）海風(fēng)結(jié)束時(shí)間多數(shù)早于平均時(shí)間，而站點(diǎn)資料結(jié)果不明顯；ERA5資料顯示漢沽站春季（圖7c）海風(fēng)結(jié)束時(shí)間呈現(xiàn)提前結(jié)束趨勢(shì)，且僅有一個(gè)峰值，而站點(diǎn)資料出現(xiàn)雙峰分布形勢(shì)。除大港站春季（圖7b）、漢沽站夏季（圖7f）以外，ERA5資料顯示的平均海風(fēng)結(jié)束時(shí)間均遲于站點(diǎn)資料對(duì)應(yīng)結(jié)果。

陸風(fēng)開(kāi)始時(shí)間的分布形勢(shì)表現(xiàn)為均在平均值前出現(xiàn)高頻時(shí)段，且隨時(shí)間推移，發(fā)生頻率逐漸降低（圖8）。在平均開(kāi)始時(shí)間之前約2 h，3個(gè)站點(diǎn)在四季均有一個(gè)明顯的高發(fā)頻率峰值，而在平均開(kāi)始時(shí)間之后，ERA5資料顯示的塘沽站夏季（圖8d）、秋季（圖8g）和大港站春季（圖8b）、夏季（圖8e）、秋季（圖8h）以及漢沽站春季（圖8c）陸風(fēng)開(kāi)始時(shí)間均在均值后2～4 h內(nèi)再次出現(xiàn)峰值；站點(diǎn)資料二次高發(fā)峰值出現(xiàn)時(shí)間更加提前，約在均值后0～2 h。2套資料的差異主要體現(xiàn)在，站點(diǎn)資料顯示的塘沽站春季（圖8a）、大港站冬季（圖8k）、漢沽站秋季（圖8i）平均陸風(fēng)開(kāi)始時(shí)間均晚于ERA5資料對(duì)應(yīng)結(jié)果。

2套資料顯示3個(gè)站點(diǎn)陸風(fēng)結(jié)束時(shí)刻在不同的季節(jié)有著不同的峰值結(jié)構(gòu)。塘沽站隨著季節(jié)的推移，站點(diǎn)資料陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間的峰值逐漸由平均值以下變化至平均值以上，而ERA5資料顯示春季（圖9a）、夏季（圖9d）峰值持續(xù)2 h，陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間大多晚于站點(diǎn)資料；2套資料在大港站春季（圖9b）、夏季（圖9e）、冬季（圖9k）走勢(shì)一致；ERA5資料顯示漢沽站春季（圖9c）、秋季（圖9i）陸風(fēng)結(jié)束時(shí)間圍繞均值呈雙峰分布，而站點(diǎn)資料僅出現(xiàn)單峰。

3.3 海陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間

對(duì)比2套資料顯示的不同季節(jié)海風(fēng)和陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間（圖10），可見(jiàn)ERA5資料顯示的海風(fēng)和陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間均長(zhǎng)于同站點(diǎn)同季節(jié)站點(diǎn)資料顯示持續(xù)時(shí)間。

具體來(lái)看，ERA5資料顯示塘沽站海風(fēng)（圖10a）春、秋、冬季海風(fēng)的持續(xù)時(shí)間主要分布在6～11 h，較站點(diǎn)資料結(jié)果更集中，而站點(diǎn)資料顯示的陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間（圖10b）在夏季更集中。2套資料顯示的大港站海風(fēng)（圖10c）和陸風(fēng)（圖10d）持續(xù)時(shí)間在春、夏季對(duì)應(yīng)較好，ERA5資料顯示的秋、冬季海風(fēng)持續(xù)時(shí)間相較于站點(diǎn)資料延長(zhǎng)了1.1～1.4 h。ERA5資料顯示的漢沽站春、夏、秋季海風(fēng)（圖10e）持續(xù)時(shí)間比站點(diǎn)資料對(duì)應(yīng)結(jié)果更為集中；而陸風(fēng)（圖10f）持續(xù)時(shí)間峰值區(qū)相比于站點(diǎn)資料延后1 h。整體來(lái)看，2套資料具有較好的一致性。

3.4 海陸風(fēng)強(qiáng)度

對(duì)比2套資料識(shí)別的3個(gè)站點(diǎn)各季節(jié)和年均海風(fēng)強(qiáng)度可見(jiàn)，ERA5資料（圖11a）和站點(diǎn)資料（圖11b）顯示3個(gè)站點(diǎn)春季海風(fēng)最強(qiáng)。由年均來(lái)看，塘沽站、大港站、漢沽站ERA5資料海風(fēng)強(qiáng)度依次遞減，且隨著季節(jié)推移，ERA5資料顯示的海風(fēng)強(qiáng)度逐漸減弱，在冬季最弱。站點(diǎn)資料顯示大港站在冬季海風(fēng)強(qiáng)度略微增強(qiáng)，海風(fēng)強(qiáng)度演變與ERA5資料顯示結(jié)果較相似；強(qiáng)度值方面，春季塘沽站和大港站海風(fēng)強(qiáng)度差異為1 m·s-1左右。

對(duì)比陸風(fēng)強(qiáng)度（圖11c、d）可見(jiàn)，大港站陸風(fēng)強(qiáng)度最弱，站點(diǎn)資料顯示的塘沽站陸風(fēng)強(qiáng)度與ERA5陸風(fēng)強(qiáng)度相比，偏弱2 m·s-1左右。由四季差異來(lái)看，春季陸風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，其中，ERA5資料顯示的塘沽站春季陸風(fēng)強(qiáng)度比其他兩站偏強(qiáng)1.4 m·s-1，2套資料顯示的陸風(fēng)強(qiáng)度在冬季均有所回升。

由海風(fēng)和陸風(fēng)強(qiáng)度總體分布趨勢(shì)可見(jiàn)，海陸風(fēng)強(qiáng)度在春季最強(qiáng)，在秋、冬季強(qiáng)度最弱，個(gè)別站點(diǎn)在冬季會(huì)出現(xiàn)第二次峰值。這與秋、冬季地表輻射冷卻迅速、氣溫下降有關(guān)，大氣層結(jié)穩(wěn)定使得風(fēng)速減??；而春、夏季的大氣層結(jié)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致海風(fēng)普遍增強(qiáng)，且海風(fēng)強(qiáng)度高于陸風(fēng)強(qiáng)度。此外，使用ERA5資料評(píng)估天津沿海3個(gè)站點(diǎn)得到的結(jié)果，與站點(diǎn)觀測(cè)資料結(jié)果對(duì)應(yīng)較好。

4 結(jié)論

使用2018年3月—2021年2月ERA5資料與站點(diǎn)資料，對(duì)天津沿海海陸風(fēng)事件進(jìn)行篩選，并對(duì)海陸風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特征開(kāi)展對(duì)比分析。結(jié)果表明：

（1）海風(fēng)一般在11：00—15：00開(kāi)始，17：00—23：00結(jié)束，陸風(fēng)一般開(kāi)始于23：00—次日03：00，結(jié)束于06：00—10：00。2套資料都體現(xiàn)夏季海陸風(fēng)日數(shù)最多這一基本特征，且四季分布基本有較好的對(duì)應(yīng)。海風(fēng)持續(xù)時(shí)間較陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，具體表現(xiàn)為2套資料中大港站海風(fēng)和陸風(fēng)的持續(xù)時(shí)間在春、夏季節(jié)分布一致，漢沽站冬季海風(fēng)以及夏季陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間集中程度相似；2套資料年均海風(fēng)強(qiáng)度高于陸風(fēng)強(qiáng)度，且強(qiáng)度在春季最大。

（2）年均差異表現(xiàn)為，ERA5資料顯示塘沽站海風(fēng)開(kāi)始時(shí)間略早于站點(diǎn)資料，大港站和漢沽站相反，且站點(diǎn)資料顯示海風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間呈弱雙峰結(jié)構(gòu)。ERA5資料顯示陸風(fēng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間均晚于站點(diǎn)資料約1 h。站點(diǎn)資料顯示平均海風(fēng)和陸風(fēng)持續(xù)時(shí)間均短于ERA5資料，且后者顯示的海風(fēng)持續(xù)時(shí)間分布更加集中，平均海風(fēng)和陸風(fēng)強(qiáng)度更強(qiáng)。

（3）季節(jié)差異主要表現(xiàn)為，ERA5資料顯示春、秋季海陸風(fēng)日數(shù)差異小，站點(diǎn)資料顯示冬季海陸風(fēng)日數(shù)最少。2套資料顯示漢沽站春季海風(fēng)結(jié)束時(shí)間在均值附近的雙峰分布差異較大；站點(diǎn)資料顯示塘沽站春、夏、秋季和漢沽站四季的陸風(fēng)平均結(jié)束時(shí)間峰值明顯。塘沽站秋、冬季海風(fēng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，大港站和漢沽站則為春、夏季海風(fēng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)；ERA5資料顯示大港站和漢沽站秋季出現(xiàn)海風(fēng)持續(xù)時(shí)間最大值。海風(fēng)強(qiáng)度隨季節(jié)推移，站點(diǎn)資料顯示大港站秋、冬季強(qiáng)度最小，冬季出現(xiàn)回升；ERA5資料顯示夏季陸風(fēng)最弱，站點(diǎn)資料則顯示秋季陸風(fēng)最弱。

綜上，對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間序列ERA5資料在表征天津沿海的海陸風(fēng)特征方面的適用性開(kāi)展了評(píng)估檢驗(yàn)，通過(guò)與站點(diǎn)資料對(duì)比分析，證實(shí)其適用性。未來(lái)將基于高分辨率模擬結(jié)果，結(jié)合沿海雷達(dá)等加密觀測(cè)資料，對(duì)海陸風(fēng)動(dòng)熱力精細(xì)化結(jié)構(gòu)特征、對(duì)流觸發(fā)機(jī)制開(kāi)展研究。

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