智能網(wǎng)格大風(fēng)預(yù)報在舟山普陀休閑漁業(yè)區(qū)的研究

曹 云

(舟山市普陀區(qū)氣象局,舟山 316000)

0 引言

休閑漁業(yè)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(chǎn)性捕撈活動的經(jīng)營性漁業(yè)活動。普陀區(qū)455座大小島嶼星羅棋布,島嶼岸線蜿蜒,海域水產(chǎn)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(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)和海洋旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展,普陀區(qū)休閑漁業(yè)也呈現(xiàn)積極發(fā)展勢頭[1-2]。目前,普陀區(qū)休閑漁業(yè)作業(yè)區(qū)主要分布在白沙、朱家尖、六橫、桃花和東極區(qū)域。作業(yè)區(qū)域一般在離岸9260 m范圍內(nèi),漁業(yè)作業(yè)的開展對氣象信息的依賴程度高,根據(jù)相關(guān)規(guī)定,為確保安全,當預(yù)報沿海風(fēng)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(qū)域?qū)嶋H風(fēng)力與預(yù)報風(fēng)力有較大差異,有時實際風(fēng)力往往比預(yù)報風(fēng)力小很多,預(yù)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(xiàn)在溫度、降水、風(fēng)力等方面。如陳華忠等[3]對比各種模式對玉環(huán)海區(qū)風(fēng)速預(yù)報進行評分,得出最優(yōu)數(shù)值模式OCF,并建立基于最優(yōu)模式的風(fēng)力預(yù)報方程;劉新偉等[4]基于主流網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品,用小波分析法等技術(shù),研發(fā)西北地區(qū)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(fēng)資料及WRF,EC細網(wǎng)格預(yù)報風(fēng)場資料,定量分析模式風(fēng)場預(yù)報產(chǎn)品的有效性和可用性,為開展航線氣象服務(wù)提供指導(dǎo)。還有一些學(xué)者研究了沿海風(fēng)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(fēng)場;宮明曉等[7]開展了ASCAT衛(wèi)星反演風(fēng)場在青島沿海的適用評估,得出反演風(fēng)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(fēng)場空間分布,且線性回歸訂正結(jié)果最佳。文章將研究智能網(wǎng)格預(yù)報產(chǎn)品在普陀休閑漁業(yè)區(qū)域的釋用性,以期為開展休閑漁業(yè)作業(yè)區(qū)域精細化專項預(yù)報提供指導(dǎo)。

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(yè)作業(yè)區(qū)域代表區(qū)域站(白沙、東極、六橫、桃花、南沙)極大風(fēng)風(fēng)力實測資料,其中六橫站2018年數(shù)據(jù)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(yù)報產(chǎn)品(Multi-model Objective Consensus Forecasting Service Products,OCF)的10 m風(fēng)場格點預(yù)報資料。

1.2 方法

提取20:00OCF起報的對應(yīng)于各站點的每日05:00—20:00每3 h的極大風(fēng)風(fēng)速及風(fēng)向數(shù)據(jù),對比分析模式預(yù)報與實況值偏差,得出各作業(yè)區(qū)風(fēng)力預(yù)報方程。

2 OCF預(yù)報檢驗

2.1 預(yù)報與實況的風(fēng)速及風(fēng)向數(shù)據(jù)對比分析

為定量分析OCF預(yù)報普陀休閑漁業(yè)區(qū)域風(fēng)向風(fēng)速的有效性,文章選取了休閑漁業(yè)作業(yè)時間段(05:00—20:00)的預(yù)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(yù)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(shù)據(jù)的變化程度,值越小,說明預(yù)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(yù)測誤差的大小,更好地反映預(yù)測值誤差的實際情況。

3)正誤差與負誤差。定義預(yù)報數(shù)值大于實況數(shù)值為正誤差,反之為負誤差。

表1和表2給出了各休閑漁業(yè)區(qū)代表站點的每日每3 h實況風(fēng)速與預(yù)報的風(fēng)速及風(fēng)向?qū)Ρ取Ｓ娠L(fēng)速相關(guān)系數(shù)可知,東極的表現(xiàn)相對最好,相關(guān)系數(shù)為0.6130;其次是白沙,相關(guān)系數(shù)為0.5950;再次為桃花和南沙,風(fēng)速相關(guān)系數(shù)分別為0.5353和0.5116;最差為六橫,六橫數(shù)據(jù)可能受數(shù)據(jù)樣本的影響較大。風(fēng)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(fēng)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(fēng)向的瞬時性誤差比較強,導(dǎo)致偏差較大。從正負誤差的數(shù)據(jù)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(qū)域的預(yù)報在數(shù)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(qū)域的預(yù)報在數(shù)值上總體偏大。

表1 代表站點的每日每3 h實況風(fēng)速與預(yù)報風(fēng)速對比

表2 代表站點的每日每3 h實況風(fēng)向與預(yù)報風(fēng)向?qū)Ρ?/p>

表3給出了各休閑漁業(yè)區(qū)代表站點的日極實況大風(fēng)速與預(yù)報風(fēng)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(yù)報數(shù)據(jù)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(yù)報結(jié)論一致。

表3 各休閑漁業(yè)區(qū)代表站點日極大風(fēng)速實況與預(yù)報對比

2.2 不同量級風(fēng)速對比

文章將實況風(fēng)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(yīng)的預(yù)報風(fēng)速對比,各休閑漁業(yè)作業(yè)區(qū)域代表站都有一些相同的特征,即隨著風(fēng)速等級增大,模式預(yù)報的誤差呈現(xiàn)增大的趨勢,模式預(yù)報的負誤差也呈現(xiàn)增多的趨勢。6級及以下每3 h極大風(fēng)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(fēng)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(yù)報表現(xiàn)較好,負誤差占比也均在50%以上,說明在6級及以下預(yù)報結(jié)果比實況偏小;7級、8級及以上預(yù)報除南沙預(yù)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(fēng)速與預(yù)報風(fēng)速對比

2.3 各休閑漁業(yè)區(qū)預(yù)報總體評分

取2018—2020年每日20:00 OCF起報的休閑漁業(yè)作業(yè)時間(第2日05:00-20:00)每3 h預(yù)報極大風(fēng)及極大風(fēng)出現(xiàn)時間與對應(yīng)的實況值進行對比,風(fēng)力預(yù)報評分如下:當預(yù)報與實況差值小于或等于1 m/s,評定為100分;當預(yù)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(yù)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(yù)報與實況差值大于3 m/s且小于4 m/s,評定為40分;當預(yù)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(yù)報與實況差值大于或等于5 m/s,評定為0分。從評分結(jié)果來看,5個休閑漁業(yè)區(qū)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(yù)報結(jié)果總體優(yōu)于其他3個區(qū)域站(圖1)。

圖1 休閑漁業(yè)區(qū)風(fēng)力評定

3 各作業(yè)區(qū)日極大風(fēng)速預(yù)報方程

3.1 訂正方程的建立

以2018-01-01/2020-12-31的實有數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),將OCF模式風(fēng)速預(yù)報值與5個休閑漁業(yè)作業(yè)區(qū)代表站實測08:00-20:00極大風(fēng)速值進行擬合,建立回歸訂正方程(表5)。

表5 各休閑漁業(yè)區(qū)回歸訂正方程

3.2 方程釋用

將2021年1—6月OCF預(yù)報極大風(fēng)速值代入回歸訂正方程,得出訂正后的預(yù)報值,與相應(yīng)站點對應(yīng)時間的實況數(shù)據(jù)進行對比得出,各站經(jīng)訂正后的數(shù)據(jù)與實況數(shù)據(jù)的誤差都有一定程度的減小(圖2);風(fēng)速預(yù)報訂正各風(fēng)速偏差在4 m/s范圍內(nèi)(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(jīng)訂正后的預(yù)報數(shù)值在一定程度上減小了預(yù)報誤差,釋用效果良好。

圖2 風(fēng)速預(yù)報訂正前后偏差對比

4 結(jié)束語

文章利用2018—2021年普陀休閑漁業(yè)作業(yè)區(qū)代表站實況風(fēng)資料及浙江省氣象臺OCF預(yù)報產(chǎn)品的10 m風(fēng)場格點的預(yù)報資料進行對比分析,并在各休閑漁業(yè)區(qū)建立預(yù)報方程,得到如下結(jié)論:

1)OCF預(yù)報有一定的誤差。風(fēng)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(fēng)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(yù)報對白沙、東極、桃花站點預(yù)報值偏小,對六橫、南沙站點的預(yù)報值偏大。

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