数值资料在北太平洋鱿钓区洛克台风大风预报中的应用与分析

2012-12-07丁骏王晶王勤

浙江气象 2012年4期

丁骏王晶王勤

(1.浙江大学，浙江杭州310012;2.浙江省海洋监测预报中心，浙江杭州310012)

0 引言

浙江省渔船北太平洋鱿钓作业海区主要位于37°N ～48°N，150°E ～ 180°E，该区域可划分为 A1，A2，B1，B2，C1，C2 6 个预报海区(图1)。据浙江省海洋与渔业局文件显示，浙江省2008年在北太平洋鱿钓海区捕捞鱿鱼的远洋渔船178艘，每艘渔船大多为30人以上，鱿钓年平均产量稳定在10万t以上，占全省远洋渔业产量40%强。

图1 台风路径、北太作业海区和志愿观测船分布图

该鱿钓作业海区冬季是温带气旋爆发性发展最频繁的海域，而夏季则经常受北上台风影响，所以常年出现较大风浪的概率高。根据上海台风研究所CMA-STI热带气旋最佳路径数据集的普查分析发现，影响北太平洋鱿钓作业海区的台风(本文指经过作业海区的台风)主要集中在7—10月。在1949—2010年的7—10月共有99个影响北太平洋鱿钓作业海区的台风(表1)，平均每年1.6个。其中7月9个，8月23个，9月42个，10月25个。

在这99个影响北太平洋鱿钓作业海区台风中，有27个台风在北上的过程中，强度最强出现在30°N以北，占所有台风的27.3%。其中有一个7214号台风在北纬30°N以北达到超强台风的级别;台风在这一区域的影响时间长，范围广，所以做好台风影响期间的风浪预报服务尤为重要。

为了更好地做好该海区的风浪观测预报服务工作，浙江省海洋监测预报中心从2011年起在3艘远洋渔船上安装了气象观测设施，主要观测要素为气温、气压、水温、相对湿度、风向和风速。本文将该资料结合预报业务中常用的数值预报和分析资料，讨论如何在预报中加以应用，取得较好的预报效果。

表1 1949—2010年7—10月影响北太鱿钓区台风

1 资料和方法

本文以2011年的15号台风“洛克”为例，对比分析了多种数值资料和实况资料，根据分析结果调整模式预报方案，以期获得较好的预报效果。本文使用的资料有金海827、浙远东616和舟远615 3艘远洋志愿船在2011年9月22—25日期间的逐时观测资料;NCEP1°×1°的FNL和GFS再分析资料;基于初始场和侧边界的WRF模式的模拟结果;日本气象厅的石廊琦观测站和21595，21599两个浮标站的实况海浪资料。

采用的方法是将 NCEP的 FNL分析场、WRF模式不同方案的模拟结果插值到船测资料的位置上，然后与船测资料进行比较，从而为数值模式资料在北太平洋鱿钓区风浪预报中的使用提供有效手段和合理依据。

2 “洛克”台风影响期间实况分析

1115号“洛克”台风于2011年9月13日20时(文中时间都为北京时间)在菲律宾以东的西北太平洋洋面上生成。“洛克”生成后，先向东北方向移动，然后转向偏西方向。14日14时，“洛克”在日本冲绳东南海域发展成强热带风暴。19日02时，“洛克”折向偏北方向移动，并于23时发展成台风。随后，“洛克”开始向东北方向移动，速度逐渐加快。

“洛克”台风在日本静冈县滨松市附近登陆后继续朝东北方向移动，并于21日开始影响北太平洋鱿钓作业海区，期间浙江省有200艘鱿钓船(舟山、宁波)集中在北太鱿钓渔场A2海区即41°N ～44°N，150°E ～160°E 海域作业。

日本石廊琦在21日15时观测到10 m以上狂涛;21599浮标站21日18时观测到8 m以上狂浪;21日傍晚北太作业A海区自南向北开始出现4 m以上巨浪。浙江省3艘鱿钓志愿船分别观测到了14.1，13.4 和13.1 m/s的最大平均风速。

22日白天到夜间，随着“洛克”台风的移近，北太作业海区风浪也进一步增大。虽然“洛克”于22日08时减弱为温带气旋，但是其影响作业海区时中心气压仍有975 hPa，作业A海区出现6 m以上狂浪。21595浮标站22日00时观测到7 m以上狂浪。此时台风的7级风圈半径只有300 km，浙江省3艘鱿钓志愿船都已经撤离到距离台风中心500 km以外的作业海区，但还是分别观测到了 17.5，15.1 和14.0 m/s的最大平均风速，997.1，1000.9 和 1007.8 hPa 的最低气压(图2a、图2b所示)，“洛克”给作业的鱿钓渔船带来了较大安全威胁。

3 数值预报资料分析

由于海上实况资料稀缺，而 FNL，GFS等再分析资料的时间、空间精度不高，因此在业务中往往需要借助区域模式输出的高分辨率资料。在使用模式结果之前，需要对其准确率进行分析。首先利用志愿船资料与FNL再分析资料进行检验分析，通过把NCEP的FNL分析场插值到船测资料的位置上，共获得了从21日08时—25日08时的45个观测资料。

3.1 风速预报对比分析

从比较结果来看，虽然FNL资料的风速要略大于实况监测，但是3条船的观测资料和FNL分析资料的相关系数均超过0.8，而且风速随时间的变化趋势、大风出现时段均吻合较好，因此，FNL资料与实况资料具有较好的吻合性。

然后，可以将FNL再分析资料作为实况资料，对模式的输出结果进行检验。在本个例中采用了NCAR，NCEP和FSL/NOAA等联合开发研制的细网格中尺度WRF数值模式。模式采用全可压、非静力学方程，分为欧拉高度坐标和欧拉质量坐标两种坐标体系，水平格点采用Arakawa-C类格点。模式采用两重嵌套，第一重的水平网格距别为30 km，第二重为10 km，垂直方向分为35层，最外层积分步长为120 s，每1 h输出一次模拟结果，积分时长为121 h。试验的物理参数采用了如下的方案:WSM5类微物理方案，RRTM长波辐射方案，Dudhia短波辐射方案，MYJ边界层方案和Grell 3D积云参数化方案。一共采用了两种方案进行模拟，方案一是以GFS资料做为初始场和侧边界，侧边界每3 h更新一次;方案二是将初始场资料替换为fnl资料，其它不变。

在所有气象要素中，风速是对北太平洋鱿钓渔船作业影响最为严重的气象要素，风速大小的预报对渔船选择作业区域和作业时间有着极为重要的意义。本文用3艘志愿船的观测数据、FNL分析资料和WRF模式的风场模拟结果来讨论资料的应用。

WRF两种不同方案的模拟结果无论在台风路径、台风中心强度以及在船测点的风速风向都很接近(图略)，所以在下面的分析中使用方案1的结果。船测资料、FNL资料和WRF模拟的结果见图3、图4和图5。

模式输出资料与船测资料的风场对比来看，模拟值与实况值的相关系数在0.55～0.77之间(表2)，全部通过了99.9%的置信度水平;24 h模拟的平均相对误差为21.2%，48 h模拟的平均相对误差为20.1%，72 h模拟的平均相对误差为19.6%，96 h模拟的平均相对误差为20.1%，24～96 h的平均相对误差变化不大，均保持在20%左右。

表2 WRF模拟成果的风速检验 m/s

模式输出与FNL资料风场的对比来看，模拟值与实况值的相关系数在0.80～0.91之间，全部通过了99.9%的置信度水平;24 h模拟的平均相对误差为21.6%，48 h模拟的平均相对误差为16.0%，72 h模拟的平均相对误差为27.9%，96 h模拟的平均相对误差在46.9%，24～72 h的平均相对误差变化不大，均保持在30%以内，96 h的平均相对误差比较大。

通过WRF模式对“洛克”台风的模拟和模拟输出在3艘渔船位置上的风场来看，模式能比较准确地模拟出最大风速出现的时间，对船测资料24～96 h的模拟相对误差均保持在20%左右，对FNL资料24～72 h的模拟相对误差均保持在30%以内，说明WRF模式在风场的模拟上具有较好的性能，用其来开展北太平洋鱿钓作业海区的风场预报是可行的。

从WRF模拟结果和两种实况比对看，大风出现的时间模拟的很好，基本一致，最大时间误差不超过3 h，风速上看，主要误差出现在大风维持阶段，模式的预报结果系统性偏大。

3.2 风向预报对比分析

风向预报的准确与否，直接影响到天气系统的分布和预报员据此做出的判断。本文把风向分成 N，NE，E，SE，S，SW，W，WN 8 个方位并分别用数值1～8来表示，对实测和模拟的风向进行分析。从模式输出和志愿船实测风向比较结果来看，对于实测点的模拟风向平均误差在0.89～1.06之间，即误差在一个方位左右。从本次过程大风阶段(22日08时—23日08时)的模拟来看，风向的平均误差在0.12～0.64之间，此阶段3艘监测船共75个观测数据，模拟结果53个风向一致，16个差1个方位，基本准确率达到了92%，由此可见模式在大风阶段风向的模拟较为准确，有很高的参考价值。

表3 WRF模拟成果的风向检验 m/s

3.3 环流预报对比分析

从上面的分析可知，最大风出现的时刻是2011年9月22日08时，图6是该时刻FNL和模式的海平面气压场，从图中可以看到，实况FNL的台风中心强度在985 hPa(图6a)，而模拟的台风中心强度为975 hPa(图6b)，模拟台风要稍强于实况;相比台风中心位置，模拟的台风中心较实况略偏东北。从模拟与实况对比吻合度而言，该模拟已经具备了较好的效果，能够比较准确地反映实况台风的强度和台风中心位置。但也正是由于模拟台风中心的强度稍强于实况，因此造成了模拟大风的系统性偏大。