广东省海面风的主客观预报检验评估

林芳妮，黄晓莹，蔡景就

（1.广东省气象公共服务中心，广东广州 510640；2.广东省气象台，广东广州 510640）

广东省地处低纬，海岸线长，海面强风是广东沿海海面主要灾害性天气之一［1]。随着海面精细化预报服务需求的增多，对其预报能力的检验变得越来越重要，对观测站数据的质量控制也非常必要［2-3]。郭春迓等［4]对南海北部50个测站的风速资料进行了质量控制研究，认为大部分测站观测的风速质量良好。但是，部分沿岸或海岛测站受地理位置、地形、海拔高度等因素影响，是否能真实反映邻近海域的风力情况仍存在不确定性。为使海面风场评估变得更有价值，应筛选出能反映海面风力的测站数据作海面风场检验。

本研究对2019年全年海洋风的网格预报（20：00（北京时，下同）起报）进行了评估，评估对象包括省级主观网格预报（以下简称主观预报）、ECMWF和GRAPES_3km模式，根据实际业务，客观模式取提前24 h起报的24～48 h预报与主观预报的0～24 h预报进行对比评估，实况取测站检验时段内平均风力的最大值及其相对应的风向与预报时效内平均风力的最大值及其相对应的风向作为评估样本，选取离测站最近的网格预报值进行检验。对具有代表性的浮标站、海岛站做了比较分析，初步给出预报检验结果。

1 预报检验评估

1.1 海洋测站风力预报检验

本研究对测站进行初步质量控制后，筛选出108个，包括浮标站、石油平台、海岛站、沿海站和船舶站，主要分布在广东省海岸线及海南岛周边，西沙和南沙也有分布。图1为108个测站的主观预报与实况进行对比分析。

图1 主观预报样本中预报-实况风力散点分布

由图1可以看出样本中的实况风力包括从静风到超过20.8 m／s的8级以上大风，虽然多数样本的误差分布在准确指示线附近，但绝对误差超过5 m／s的样本数占比接近17%，说明部分测站实况风力与预报风力明显不符，可能的原因是沿海站或海岛站受地理位置、地形、海拔高度等因素影响。客观模式对比结果类似（图略）。因此，这类测站实况能否反映邻近海面风场的准确性仍存在不确定性。

1.2 单站的主客观预报检验

为了分析不同测站的风力特征，综合地理位置、海拔高度和数据完整性等条件，选取了广东省中部海面3个分布为三角形且各相距约90 km的测站作为对照，分别为东莞浮标站（G5942）、珠海外伶仃岛（59479，海拔高度8 m）、大亚湾马鞭洲站（59494，海拔高度8 m），分别代表了珠江口外开阔海面、开阔海岛和靠近海岸线的海岛。对这3个测站剔除风力无效记录后，做主、客观预报与实况对比分析。结果显示（图2），G5942（蓝色圆点）能采集到较完整的风力等级数据，其样本覆盖从小于3级到7级的平均风；59479站（灰色圆点）风力样本中3级到5级占多数，6级以上的样本仅占1%，说明6级以上的风力样本很少被采集到；59494站（黄色圆点）风力样本中3级到4级约占90%，可能受海岸线等因素影响，5级以上的风力样本难以被采集。

主观预报误差结果显示，G5942站的误差偏大和偏小样本分别占44%和56%，样本多数分布在预报准确指示线附近（图2a），说明主观预报能较准确地反映实况风力；59479站预报误差偏大的样本占比接近91%，预报误差以偏大为主；59494站5 m／s及以下实况风力的预报误差超过3 m／s的样本为13%，说明风力较弱时，部分预报误差明显偏大。ECMWF和GRAPES_3km模式对这3个测站预报能力接近（图2b、图2c），对G5942站的预报偏低率均超过88%，误差随风力增大趋于显著；对59479站预报偏高，偏高率分别为80%和82%；对59494站预报偏高为主，偏高率分别为67%和69%。

图2 浮标站和海岛站全年风力预报-实况分布散点图

2 浮标站预报误差分析

2.1 东莞浮标站不同风级预报误差

浮标站是海洋观测技术中最可靠、最有效、最重要的手段之一［5]。通过分析发现，G5942浮标站的风力样本较全面，对G5942站的实况风力根据蒲氏分级法分为3（及以下）、4、5、6和7级做主、客观预报能力分析，3及以下级风力样本数较少故合并统计，8级及以上风力样本太少不作单独统计。统计了不同风级时主、客观预报误差的平均值和均方差（表1），以及不同风级预报误差的最大值、最小值和去掉最大、最小10%样本后的中间80%样本的误差区间（图3）。总样本数为278，其中4到6级风占85%。客观预报误差普遍偏小，误差随风力增大趋于显著，3级及以下风力误差与均方差均最小，说明模式预报准确，4到7级风预报偏小具有系统性，因此认为客观模式具有可订正性；主观预报对4到6级风预报能力最好，对3级及以下的风力预报偏大，对7级风预报误差偏小。对4到7级风，主观预报对模式预报有正技巧。

表1 不同风级时主、客观预报误差平均值和误差均方差 m／s

图3 G5942站实况不同风级时主、客观预报误差分布

2.2 东莞浮标站不同风向预报误差

对G5942站风向按0°～360°划分为北风（0°～22.5°或337.5°～360°）、东北风（22.5°～67.5°）、东风（67.5°～112.5°）、东南风（112.5°～157.5°）、南风（157.5°～202.5°）、西南风（202.5°～247.5°）、西风（247.5°～292.5°）和西北风（292.5°～337.5°）8个风向，做主、客观预报误差分析（图4），并给出了相应平均误差与均方差（表2）。

图4 G5942站实况不同风向主、客观预报误差分布

表2 不同风向时主、客观预报误差平均值和误差均方差 m／s

分析可知，客观预报对不同风向的风力预报误差系统性偏小，平均误差在-1～-2 m／s，对东南风、南风和西南风的预报误差区间小于对东风和西风的预报误差区间；对西北风的预报平均误差最大且均方差也最大，说明模式对其预报能力最差。主观预报对东南风、北风、东北风和西南风的预报效果较好，误差在2 m／s内；对南风的预报偏大，对东风和西风的预报偏小，均方差大，说明误差波动大；对西北风的预报均偏小，均方差最大，说明主观预报对其订正能力最差。除西北风外，主观预报对模式预报有正技巧。

3 结论

1）地理位置等因素影响海洋观测，越靠近陆地影响越大，以东莞浮标站为代表研究发现浮标站能最大程度反映海面风的真实情况。

2）对东莞浮标站平均风做主客观检验结果显示，客观预报误差总体偏小，误差随风力增大趋于显著，模式对3级及以下风力绝对误差最小；主观预报对4到6级风预报能力最好，对3级及以下的风力预报误差偏大，对7级风预报误差偏小，主观预报对4到7级风预报能力较模式预报有正技巧。

3）客观预报对不同风向的风力预报误差系统性偏小，对东南风、南风和西南风的预报误差区间较小，对东风和西风的预报误差区间较大；主观预报对东南风、北风、东北风和西南风的预报效果较好，对南风的预报误差偏大，对东风和西风的预报误差偏小，主、客观预报对西北风预报能力均最差；除西北风外，主观预报对模式预报均有正技巧。