鳳陽(yáng)一次大風(fēng)過(guò)程多風(fēng)速對(duì)比分析及EC集合預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

袁學(xué)所+夏志芬+郭陽(yáng)+王楠楠

摘 要：該文選取安徽鳳陽(yáng)2017年3月1日一次冷空氣影響的大風(fēng)天氣過(guò)程，對(duì)自動(dòng)氣象站采集的2min平均風(fēng)速、10min平均風(fēng)速、瞬時(shí)風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)EC集合預(yù)報(bào)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，不同風(fēng)速展現(xiàn)的風(fēng)力變化趨勢(shì)基本一致；隨著滑動(dòng)平均時(shí)段的延長(zhǎng)，其平均風(fēng)速逐漸減小；極大風(fēng)速變幅最大，10min平均風(fēng)速變幅最小。當(dāng)EC集合預(yù)報(bào)的10min平均風(fēng)速分別≥6.1m/s、≥7.2m/s、≥8.5m/s時(shí)，極大風(fēng)速可能分別超6級(jí)、7級(jí)、8級(jí)。

關(guān)鍵詞：大風(fēng)；多風(fēng)速；EC集合預(yù)報(bào)；模式檢驗(yàn)

中圖分類號(hào) P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）10-0153-03

Abstract：This article selects the gale process triggered by the cold air in Fengyang in Anhui Province on March 1， 2017， several wind speeds were compared and analyzed， and the effect of the EC ensemble forecast was tested. These speeds include average wind speed， instantaneous wind speed， maximum wind speed， etc， they were collected by the automatic meteorological station. The results show that the trends are basically identical for several wind speeds；Along with the extension of moving average period of time， the average wind speed decreases；Maximum wind speed range is the largest， 10 minutes average wind speed range is the minimum. When 10 minutes average wind speed by EC ensemble forecast greater than 6.1 m/s， 7.2 m/s， 8.5 m/s， the grade of maximum wind speed may be greater than 6，7，8.

Key words：Gale；Several wind speeds；EC ensemble forecast；Model test

1 引言

2017年3月1日13：57，鳳陽(yáng)國(guó)家氣象觀測(cè)站錄得18.4m/s（8級(jí)）極大風(fēng)速，相應(yīng)風(fēng)向323°（西北）。鳳陽(yáng)縣氣象局該日08：00發(fā)布大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信號(hào)指出，受冷空氣影響，3月1日中午前后起到上半夜鳳陽(yáng)縣陣風(fēng)可達(dá)7級(jí)以上。關(guān)于大風(fēng)形成的天氣形勢(shì)和氣候特征的分析研究多有報(bào)道[1-11]，例如，趙玲等對(duì)大興安嶺地區(qū)春季由于一次冷鋒過(guò)境產(chǎn)生的大風(fēng)作了天氣分析[1]；韋宏江等分析了廣西凌云縣大風(fēng)天氣特征[6]。本文針對(duì)鳳陽(yáng)此次大風(fēng)過(guò)程，對(duì)目前自動(dòng)氣象站采集到的5種風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)EC集合預(yù)報(bào)的10min平均風(fēng)速進(jìn)行檢驗(yàn)，得出相關(guān)預(yù)報(bào)指標(biāo)，為今后參考數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品做好大風(fēng)預(yù)警服務(wù)提供依據(jù)。

2 資料來(lái)源和相關(guān)定義

選取鳳陽(yáng)國(guó)家氣象觀測(cè)站2017年2月28日20：00至3月2日08：00逐小時(shí)自動(dòng)觀測(cè)風(fēng)速資料，測(cè)風(fēng)儀距地面高度10.5m，分析對(duì)象共5個(gè)：2min平均風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前2min滑動(dòng)平均值）、10min平均風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前10min滑動(dòng)平均值）、瞬時(shí)風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前3s滑動(dòng)平均值）[12]、最大風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前60min內(nèi)最大10min滑動(dòng)平均值）[12]、極大風(fēng)速（每1h正點(diǎn)前60min內(nèi)最大3s滑動(dòng)平均值）[12]。

1992年集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)在美國(guó)國(guó)家環(huán)境中心（NCEP）和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）投入業(yè)務(wù)運(yùn)行[13]，EC集合預(yù)報(bào)是指ECMWF集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的產(chǎn)品，其10m高度10min平均風(fēng)速預(yù)報(bào)值（集合平均）取自安徽省氣象臺(tái)發(fā)布的相關(guān)產(chǎn)品。

3 多風(fēng)速對(duì)比分析

3.1 平均風(fēng)速與瞬時(shí)風(fēng)速 圖1對(duì)研究時(shí)段每小時(shí)正點(diǎn)前10min、2min平均風(fēng)速與瞬時(shí)風(fēng)速做對(duì)比。結(jié)合差值分析可見(jiàn)，3種風(fēng)速觀測(cè)值的走勢(shì)大體一致，最大值出現(xiàn)時(shí)間集中于1日14：00—15：00，但變幅不同。瞬時(shí)風(fēng)速變幅最大（14.2m/s），2min平均風(fēng)速次之（10.9m/s），10min平均風(fēng)速最小（8.8m/s）。當(dāng)風(fēng)速<2.0m/s時(shí)，3種風(fēng)速差異不大；當(dāng)風(fēng)速≥2.0m/s時(shí)，瞬時(shí)風(fēng)速多大于2min、10min平均風(fēng)速；當(dāng)風(fēng)速≥4.0m/s時(shí)，瞬時(shí)風(fēng)速明顯大于平均風(fēng)速。2min、10min平均風(fēng)速大小總體相當(dāng)。從平均狀況看，瞬時(shí)風(fēng)速比2min平均風(fēng)速大1.22m/s，瞬時(shí)風(fēng)速比10min平均風(fēng)速大1.25m/s，2min平均風(fēng)速比10min平均風(fēng)速大0.03m/s。

3.2 最大風(fēng)速與極大風(fēng)速 圖2給出研究時(shí)段每小時(shí)最大風(fēng)速、極大風(fēng)速與二者之差的動(dòng)態(tài)變化。按前述定義，最大風(fēng)速?gòu)男r(shí)內(nèi)10min滑動(dòng)平均風(fēng)速中挑取，極大風(fēng)速?gòu)男r(shí)內(nèi)3s滑動(dòng)平均風(fēng)速中挑取。因而，極大風(fēng)速明顯大于最大風(fēng)速。研究時(shí)段內(nèi)，極大風(fēng)速比最大風(fēng)速平均相差2.8m/s，最大相差9.3m/s；最大風(fēng)速變化范圍0.6～10.2m/s，變幅9.6m/s；極大風(fēng)速變化范圍0.7～18.4m/s，變幅17.7m/s；極大風(fēng)速變幅比最大風(fēng)速變幅大8.1m/s。統(tǒng)計(jì)表明，極大風(fēng)速與最大風(fēng)速呈極極顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖3）。其相關(guān)系數(shù)0.991（信度0.001的相關(guān)系數(shù)臨界值為0.513，故α<0.001）。從線性回歸方程系數(shù)可見(jiàn)，最大風(fēng)速每增大1m/s，極大風(fēng)速增大1.8m/s。

4 EC集合預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

4.1 預(yù)報(bào)誤差分析 圖4展現(xiàn)了EC集合預(yù)報(bào)的10min平均風(fēng)速與實(shí)況對(duì)比。從圖4可以看出：預(yù)報(bào)風(fēng)速的變幅小于實(shí)況；預(yù)報(bào)風(fēng)速大部分時(shí)次大于實(shí)況，尤其當(dāng)風(fēng)速<4.0m/s時(shí)；預(yù)報(bào)風(fēng)速變化趨勢(shì)與實(shí)況大體一致；預(yù)報(bào)較大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)段與實(shí)況基本吻合。定量分析表明，預(yù)報(bào)風(fēng)速平均比實(shí)況大1.3m/s。其中，實(shí)況≥4.0m/s時(shí)，預(yù)報(bào)值平均偏大不足0.1m/s，最多偏大1.5m/s；實(shí)況<4.0m/s時(shí)，預(yù)報(bào)值平均偏大1.9m/s，最多偏大3.0m/s。預(yù)報(bào)風(fēng)速與實(shí)況的線性相關(guān)系數(shù)為0.9472（α<0.001）。由此可見(jiàn)，EC集合預(yù)報(bào)的10min平均風(fēng)速在風(fēng)速較小時(shí)有一定的正偏差，這可能與地面摩擦作用有關(guān)。風(fēng)速較大時(shí)，地面摩擦的影響趨于減弱，二者偏差有所減小。根據(jù)這個(gè)規(guī)律，我們可以對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行分段訂正。

4.2 預(yù)報(bào)10min平均風(fēng)速與極大風(fēng)速的關(guān)系 統(tǒng)計(jì)表明，EC集合預(yù)報(bào)10min平均風(fēng)速與極大風(fēng)速線性相關(guān)極顯著（圖5）。其相關(guān)系數(shù)0.975（α<0.001）。據(jù)線性回歸方程反推，極大風(fēng)速≥10.8m/s（6級(jí)以上）、≥13.9m/s（7級(jí)以上）、≥17.2m/s（8級(jí)以上）時(shí)，其對(duì)應(yīng)的10min平均風(fēng)速分別≥6.1m/s、≥7.2m/s、≥8.5m/s。此結(jié)果可用于6級(jí)以上陣風(fēng)的預(yù)報(bào)，為發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號(hào)提供依據(jù)。

5 結(jié)論與討論

（1）本次大風(fēng)過(guò)程風(fēng)速最大值出現(xiàn)在2017年3月1日午后，不同風(fēng)速展現(xiàn)的風(fēng)力變化趨勢(shì)基本一致。

（2）因風(fēng)的陣性特征，一般隨著滑動(dòng)平均時(shí)段的延長(zhǎng)，其平均風(fēng)速逐漸減小。5種風(fēng)速按降序排列為：極大風(fēng)速、最大風(fēng)速、瞬時(shí)風(fēng)速、2min平均風(fēng)速、10min平均風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速≥4.0m/s時(shí)，這種差別更為明顯。

（3）極大風(fēng)速與最大風(fēng)速正相關(guān)極顯著。本過(guò)程極大風(fēng)速變幅比最大風(fēng)速變幅大8.1m/s，最大風(fēng)速平均每增大1m/s，極大風(fēng)速增大1.8m/s。

（4）EC集合預(yù)報(bào)的10min平均風(fēng)速變化趨勢(shì)與實(shí)況大體一致；預(yù)報(bào)較大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)段與實(shí)況基本符合。預(yù)報(bào)值在風(fēng)速較小時(shí)有較大的正偏差。

（5）當(dāng)EC集合預(yù)報(bào)的10min平均風(fēng)速分別≥6.1m/s、

≥7.2m/s、≥8.5m/s時(shí)，應(yīng)考慮極大風(fēng)速可能分別達(dá)到6級(jí)以上、7級(jí)以上、8級(jí)以上。需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，適時(shí)發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號(hào)。

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