台风“菲特”期间T639预报风场在东中国海的有效性检验

高占胜

(海军大连舰艇学院 航海系，辽宁 大连 116018)

台风“菲特”期间T639预报风场在东中国海的有效性检验

高占胜

(海军大连舰艇学院 航海系，辽宁 大连 116018)

海表风场是航海、海洋工程及防灾减灾等都十分关注的海洋要素之一，本文利用来自台湾地区和韩国的风速观测资料，检验了台风“菲特”及一次冷空气过程期间T639风场预报产品在东中国海的有效性。结果表明：(1)台风“菲特”和冷空气期间，预报风速与观测风速在曲线走势上保持了较好的一致性。(2)从相关系数来看，各个观测站的预报风速与观测风速都表现出较为密切的相关性；从偏差来看，预报风速略高于观测风速；从均方根误差和平均绝对误差来看，误差也都在可控范围之内。(3)台风“菲特”期间，T639预报风场对台风眼、台风尾迹等气旋性特征刻画得较为形象，外埔气象站、东吉岛气象站和兰屿气象站受台风影响较为显著，淡水气象站、金门气象站和绿岛气象站受台风的影响则偏弱。T639预报风场对南下的冷空气过程同样有着较好的体现，对风向和风速都有很好的模拟。

东中国海；T639风场预报产品；观测风速；台风

0 引言

东中国海包括渤海、黄海和东海，有着我国重要的出海口，在渔业、航运等方面具有重要的战略地位。东中国海纵跨温带和副热带，冬季常遭受强劲冷空气的影响，夏季常遭受台风的侵袭，对航海、渔业、防灾减灾等都有重大影响，因此对东中国海海表风场的预报工作十分重要。

狂风巨浪的破坏性已被人类所共识，轻则造成重大的经济损失，重则带来严重的灾难[1-2]。姚圣康 等[3]通过对0505号“海棠”台风的高空背景场及云图的分析，揭示了“海棠”的特征：台风“海棠”具有移速稳定、路径怪异、雨量强、范围大、破坏力强及两次登陆的特点；研究发现副热带高压和台湾岛的地形对台风“海棠”移动路径和强度变化有重要影响。王艳萍 等[4]对2006年西北太平洋热带气旋的活动特征进行了分析，并利用500 hPa月或候平均环流形势解释了2006年的台风登陆早、登陆时间集中的原因，发现500 hPa月或候平均环流形势对台风登陆预报有一定意义。罗碧瑜 等[5]通过对强台风“珍珠”的分析，发现南海的高海温、微弱的垂直风切变、良好的高空辐散是珍珠进入南海后强度加强的主要原因，分析还发现受到西风带切割的台风，南部的对流会大幅消减，而且这类台风对梅州降水的影响主要是在登陆前。黄嘉宏 等[6]曾利用四维同化技术和MM5模式，对南海台风Vongfong进行模拟，结果表明同化QuikScat资料主要能使模拟的台风移动路径与实况更为接近，台风的强度变化及降水量与对流参数化方案有密切的关系，其中Betts-Miller湿对流调整型方案最为合适。郑崇伟 等[7]曾以T639预报风场作为WW3(WAVEWATCH-III)海浪模式的驱动场，对2013年3月中旬发生在中国海的一次冷空气过程所致的海浪场进行数值模拟，首次实现击水概率(即掠海飞行时撞击海面的概率)的数值预报，成果可为舰载机、巡航导弹等飞行器的低空或超低空飞行提供参考，也可为航迹规划提供科学依据。综上，前人对海表风场已进行了大量分析研究，但以往多采用后报的方法进行分析，本文着眼于未来的预报，尤其是海上的预报效果，利用来自台湾地区和韩国的气象观测资料，检验了台风“菲特”及一次冷空气期间T639风场预报产品在东中国海的有效性，并利用T639风场预报产品，分析台风和冷空气的特点，以期为航海及防灾减灾等提供参考。

1 台风及数据资料简介

1.1 台风概况

台风“菲特”于2013年9月30日20时在菲律宾以东洋面生成，2013年10月7日01时在浙闽交界处沙南岸沙埕镇登陆，登陆时中心附近最大风力为14级(42 m/s)，中心最低气压为955 hPa。据国家防总统计，“菲特”共造成浙江省10市52个县435万人受灾；福建省4市12个县(市、区)104个乡(镇)21万人受灾，倒塌房屋120间，台风路径见图1。选取该台风作为研究对象还有一个重要原因：在台风“菲特”的消亡期，黄、渤海正遭受一次较为强劲的冷空气侵袭(2013年10月7日—10日)，选择这个时段，即可以验证台风期间T639预报风场的有效性，同样还可以验证冷空气期间T639预报风场的有效性。

图1 201323号台风“菲特”路径图

1.2 T639预报风场

T639产品具有要素丰富、时空分辨率高等优点[8]。T639模式的谱分辨率从213波提高至639波，垂向分层为60层，时间分辨率为3 h，空间分辨率为0.3°×0.3°，空间范围能够覆盖整个北半球。

1.3 观测风速资料来源

目前海洋观测资料在全球各个国家均较为稀缺，这种困境在我国也较为突出。卫星资料反演海表风速的精度虽然得到了广泛认可，但重复周期很长(如T/P高度计周期约为10 d)，这就导致数据在中国海的空间分辨率有很大缺陷。本文收集了来自台湾地区和韩国的观测资料[9-10]，检验台风“菲特”及一次冷空气期间T639风场预报产品在东中国海的有效性。观测站包括分布于台湾岛四周的淡水气象站、外埔气象站、金门气象站、东吉岛气象站、兰屿气象站和绿岛气象站等6个站点，韩国的观测站为济州岛浮标站，具体站点分布见图2所示。

2 T639预报风场的有效性检验

采用双线性插值方法，将T639的预报风速插值到台湾岛周边的6个观测站和韩国济州岛浮标站，结合曲线走势、相关系数(correlation coefficient，CC)、偏差(Bias)、均方根误差(root mean square error，RMSE)以及平均绝对误差(mean absolute error，MAE)，定性和定量地判断台风“菲特”期间T639风场预报产品在台湾岛周边及韩国济州岛海域的有效性。

2.1 定性比较

从图3和图4的曲线走势来看，台湾岛周边的6个站点处的预报风速与观测风速都保持了很好的一致性。预报风速稍大于观测风速。在台风“菲特”的影响下，外埔气象站、东吉岛气象站和兰屿气象站受台风影响较为显著，最大风速都可以达到15 m/s以上，甚至可达20 m/s；淡水气象站、金门气象站和绿岛气象站受台风的影响则偏弱，整个台风过程期间，淡水气象站和绿岛气象站的最大风速仅7 m/s左右，金门气象站的最大风速仅为8 m/s左右。济州岛浮标站受台风影响也较弱，台风“菲特”期间该站的风速基本都在14 m/s以内。在8日12时存在一个波峰，而这时候台风过程基本已经结束，这应该是由从黄、渤海南下的冷空气侵袭造成的，此时最大风速可以达到17 m/s。

图2 东中国海的地理特征及观测站分布图

图4 台风“菲特”期间济州岛浮标站的观测风速与T639 预报风速的对比

2.2 定量精确比较数据精度

为了更加准确地分析T639风场预报产品在东中国海的有效性，本文还定量计算了相关系数(CC)、偏差(Bias)、均方根误差(RMSE)以及平均绝对误差(MAE)，见表1。

表1 T639预报风速在东中国海的精度分析

从相关系数来看，台风“菲特”及冷空气期间，各个观测站的预报风速与观测风速都表现出较为密切的相关性，超过一半站点的相关系数甚至超过0.9，且均通过了99%的信度检验，尤其是东吉岛气象站，相关系数更是高达0.98，相关性非常显著，这一结论与图3和图4所示保持了很好的一致性。从偏差来看，7个观测站都呈负偏差，即预报风速略高于观测风速，也与图3和图4相一致。从均方根误差和平均绝对误差来看，误差也都在可控范围之内。综上，台风“菲特”及冷空气期间，T639预报风速在东中国海整体上具有较高精度，即T639预报产品对发生在东中国海的台风和冷空气风场都具有较好的预报能力。

3 台风“菲特”风场的分布特征

本文利用T639预报风场，分析了台风“菲特”及一次冷空气对东中国海的影响(图5)。

图5 台风“菲特”期间的风场分布特征

由图5可以看出，10月6日0时，此时台风位于台湾以东的广阔洋面，受地形的影响较小，因此台风呈较为规则的圆形，台风眼为明显的风速低值中心，近台风中心的风速可以达到35 m/s；由于地形的阻挡，台湾海峡的风速相对较小；台风前进方向的右半圆(即危险半圆)的风速明显大于左半圆(也称可航半圆)，与理论完全一致。10月6日6时，台风缓慢向西北偏西方向移动，随着向陆地的逼近，台风的结构特征逐渐受到地形的影响，台湾海峡受台风的影响也越来越明显，台湾海峡北部的风速可达20 m/s左右，而台湾海峡南部的风速仍然相对较小。10月6日18时，台风“菲特”即将在浙闽交界登陆，此时台风的结构特征明显受到地形影响，风速也明显减小，近中心最大风速为24 m/s左右，明显低于台风在大洋的强度。10月7日3时，台风处于消亡阶段，最大风速由24 m/s左右降至12 m/s左右；值得注意的是，此时北边的冷空气已经逐渐逼近位于渤海的辽东湾。10月7日6时，台风对东中国海的影响基本结束,渤海的冷空气已经可以明显看出，冷空气给渤海大部分海域造成了8 m/s的风速，大风中心风速为11 m/s左右，整个渤海、渤海海峡、黄海北部海域的风向以东北向为主。10月7日15时，冷空气南下至黄海中部海域，给山东半岛周边海域带来了明显的东北大风，大风中心风速可达13 m/s。

整体来看，台风“菲特”期间，T639预报风场对台风眼、台风尾迹等气旋性特征刻画得较为形象，尤其是当台风位于广阔洋面上的时候，台风眼尤其明显。在台风“菲特”的消亡期，黄、渤海正遭受一次较为强劲的冷空气侵袭，T639预报风场对南下的冷空气过程同样有着较好的体现，对风向和风速都有很好的模拟。

5 结论

针对台风“菲特”及一次冷空气过程，本文利用来自台湾地区和韩国的观测资料，检验了T639风场预报产品在东中国海的精度，得到以下结论：

(1)台风“菲特”和冷空气期间，7个观测站点处的预报风速与观测风速在曲线走势上保持了较好的一致性，预报风速稍大于观测风速。

(2)从相关系数来看，各个观测站的预报风速与观测风速都表现出较为密切的相关性，超过一半站点的相关系数甚至超过0.9，东吉岛气象站更是高达0.98；从偏差来看，7个观测站都呈负偏差，即预报风速略高于观测风速。从均方根误差和平均绝对误差来看，误差也都在可控范围之内。

(3)台风“菲特”期间，T639预报风场对台风眼、台风尾迹等气旋性特征刻画得较为形象，尤其是当台风位于广阔洋面上的时候，台风眼尤其明显。外埔气象站、东吉岛气象站和兰屿气象站受台风影响较为显著，最大风速都可以达到15 m/s以上，甚至可达20 m/s；淡水气象站、金门气象站和绿岛气象站受台风的影响则偏弱。在台风“菲特”的消亡期，黄、渤海正遭受一次较为强劲的冷空气侵袭，T639预报风场对南下的冷空气过程同样有着较好的体现，对风向和风速都有很好的模拟。

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Validation of the T639 wind production in the East China Sea during typhoon “Fitow”

GAO Zhan-sheng

(Departmentofnavigation,People’sLiberationArmyDalianNavalAcademy,Dalian116018,China)

The sea surface wind speed has an important impact on the navigation, ocean engineering and disaster prevention. In this study, the observed wind data from Taiwan Island and South Korean were used to verify the validation of the T639 wind production during the typhoon “Fitow” and a cold air process in the East China Sea. Results show that: (1) During the typhoon “Fitow”, there is a good consistency between the forecasting wind speed and the observing wind speed. (2) From the correlation coefficient, there is also a close relationship between the forecasting wind speed and the observing wind speed. The Bias error in the forecasting value is slightly larger than that in the observing value. Comprehensive consideration of the root mean square error and mean absolute error, the precision of the T639 wind production is reliable. (3) During the typhoon “Fitow”, the T639 wind production can describe the characteristics of typhoon (including the typhoon eye and typhoon end mark) very well. The Waipu meteorological station, Dongjidao meteorological station and Lanyu meteorological station were affected noticeably by the typhoon, whereas the Danshui meteorological station, Jinmen meteorological station and Lüdao meteorological station were affected weakly. The T639 wind production can also describe the cold air process, and simulate the wind speed and wind direction very well.

the East China Sea; T639 forecasting wind products; observing wind speed; typhoon

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.01.002.

2014-08-27

2014-10-25

国家重点基础研究发展规划项目资助(2012CB957803)

高占胜(1965-)，男，副教授，河北昌黎县人，主要从事船舶操纵的理论和方法及军事海洋环境方面的研究。 E-mail：lngzs@sohu.com

P732.4

A

1001-909X(2015)01-0009-07

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.01.002

高占胜.台风“菲特”期间T639预报风场在东中国海的有效性检验[J].海洋学研究,2015,33(1):9-15,

GAO Zhan-sheng. Validation of the T639 wind production in the East China Sea during typhoon "Fitow"[J]. Journal of Marine Sciences,2015,33(1):9-15, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2015.01.002.