無縫隙預報在舟山港口精細化服務中的應用

唐躍，陳梅汀，徐穎

無縫隙預報在舟山港口精細化服務中的應用

唐躍，陳梅汀，徐穎

（舟山市氣象局，浙江舟山316021）

應用浙江省氣象臺雷達定量降水估測產品、24h逐小時預報產品、多模式集成數值預報產品和舟山各港口自動氣象站網等資料，采用雙線性內插法和滑動平均誤差法，進行舟山港口氣象要素的本地化釋用，建立各類指標和預報模型，形成港口10 min—168 h的無縫隙降水（非連續要素）、氣溫、風力精細化客觀預報產品，再以圖形的方式生成各類服務產品。通過該服務產品開展港口專項氣象服務，有效提升了舟山海洋氣象服務的精細化水平和船只的通航率及港口、臨港產業的工作效率，也為政府、管理部門防災減災提供了決策依據，社會和經濟效益明顯。

無縫隙預報；港口服務；精細化

1 引言

舟山位于中國東部黃金海岸線與長江黃金水道交匯處，是我國南北海運和長江水運的“T”型交匯要沖，背靠長三角經濟腹地，對內是江海聯運樞紐，對外是我國東部沿海和長江流域走向世界的主要海上門戶，也是上海港、寧波-舟山港的主要港池和錨泊地。港口物流快速發展，已成為區域性水水中轉大港，寧波-舟山港已躋身世界十大港口之列，每天有上千艘貨運船只穿梭、錨泊于舟山海域，舟山港域港口貨物吞吐量達到3.79億噸；舟山已形成以船舶修造、臨港石化等為支柱的臨港產業體系，是全國重要的修造船基地。但是，舟山群島地處中緯度，受南北天氣系統和東西風環流影響，一年四季災害性天氣頻發，特別是臺風、低壓、冷空氣大風等對船舶靠離碼頭、港區裝卸作業和海上航行等產生了嚴重的影響，極大地限制了舟山海洋經濟的發展。近年來舟山氣象部門越來越重視對舟山海域風力的精細化預報研究[1-3]，也取得了一些成果。很多專家和學者進行過釋用數值預報產品的研究和試用方法[4-9]，效果顯著。本文利用數值預報產品和港口自動站進行對比分析，形成10 min—168 h的無縫隙天氣、溫度、風力精細化客觀預報產品，并將之應用到日常預報。

2 資料與方法

2.1 資料來源

浙江省氣象臺雷達定量降水估測產品（基于自動氣象站降水實況和雷達外推的格點預報產品，時間分辨率10 min，空間分辨率1 km，每10 min更新一次，預報時效3 h，預報范圍114.67°～125.32°E、25.43°～32.42°N）、24 h逐小時預報產品（基于浙江省快速更新同化預報系統，時間分辨率1 h、空間分辨率3 km，每1 h更新一次，預報時效24 h，預報范圍118°～123°E、26.75°～31.75°N）和多模式集成數值預報產品OCF（Objective Consensus Forecasting，基于中國數值預報、歐洲數值預報、美國數值預報和日本數值預報的最優集成，時間分辨率72 h內3 h、72—168 h為6 h，空間分辨率5 km，每天08時、20時更新一次，預報時效168 h時，預報范圍116°～128°E、25°～33°N），以及舟山海域主要港口自動氣象站資料。根據舟山的地理位置，資料范圍取121°～123°E、29°～31°N之間。圖1為舟山海域主要港口地理位置分布。

圖1 舟山海域主要港口地理位置分布

2.2 資料處理

隨著計算機技術和氣象科技的不斷發展，數值預報在氣象預報中的作用越來越重要，而且其預報準確率也在逐年提高，但是受到本地氣候、地形和環境等的影響，各類數值預報都存在一定的預報誤差。去除預報誤差的方法有很多，最常見的就是利用大量歷史數據建立方程的MOS方法，但是其存在一定的局限性，一是所需的氣象資料繁多，二是方程一旦建立就無法隨時修改，隨著數值預報準確率的不斷提高，預報誤差就不能及時反饋到MOS方程中。

因此，本文采用雙線性內插法和滑動平均誤差法對精細化格點數值預報產品的氣象要素進行釋用，且預報均取自模式預報時間點上的預報值。首先，利用數值預報的格點氣象資料通過雙線性內插法插值到港口自動氣象站所在的經緯度，得到該港口某一時刻不同氣象要素的預報值；再通過該時刻前期預報和實況的誤差反饋到當前預報時刻方程，及時修正預報方程參數，以此提高下一時刻的預報精度，而且該方法不需要大量的歷史數據資料，大大減少了存儲量和計算量。

圖2 雙線性內插示意圖

以下為雙線性內插的計算方法：

假設想得到P點，坐標為（x，y）的值（見圖2），已知P點四周最近的4個坐標（x1，y1）、（x1，y2）、（x2，y1）、（x2，y2）的值分別為Q11、Q12、Q21、Q22。首先在X方向進行線性插值，得到：

然后將式（1）和（2）代入式（3）這樣就得到用雙線性內插法得到P點所要的結果式（4）。

然后在y方向上進行線性插值，得到：

用滑動平均誤差法計算下一時刻要素預報方法如下：

式中：n為滑動窗口，y為利用數值預報通過雙線性插值法算得某港口某一時刻的預報值，z為y對應時刻港口自動氣象站測得的實況值，Yn+1為下一時刻通過滑動平均誤差法計算得出的最終預報值。

由于數值預報對雨量的預報無連續性，而且受諸多因素影響，因此對港口雨量10 min—168 h的預報直接采用數值預報中雨量預報進行雙線性插值到港口取得。對于氣溫和風力因為有較好的連續性，因此在雙線性插值數值預報的基礎上，利用滑動平均誤差法對港口的全風速和氣溫進行釋用。針對不同的預報時效和數值模式，系統產生的誤差也不盡相同，所以分別取滑動窗口為5 d、10 d、15 d、20 d、25 d、30 d對不同時效的預報準確率進行對比分析，最終得出采用滑動窗口為5 d的24 h內逐小時氣溫和風力平均預報準確率分別為82%和86%，滑動窗口為15 d的24—72 h內逐3 h氣溫和風力平均預報準確率分別為84%和85%，滑動窗口為30 d的72—168 h內逐6 h氣溫和風力平均預報準確率分別為80%和79%，均為不同滑動窗口中準確率最高的。因此，分別采用5 d、15 d、30 d為不同預報時效的滑動窗口。表1為各港口10 min—168 h無縫隙雨量、氣溫、風力精細化客觀預報產品。

2.3 預報流程

通過以上預報流程生成各個港口10 min—168 h不同時次的預報服務產品（見圖4），該產品可視性強，為預報服務人員和港口單位提供了更直觀的預報參考。

3 預報應用

為及時得到預報產品準確情況，本文對預報產品進行了必要的評估和檢驗。主要分為1—24 h（間隔1 h）、24—72 h（間隔3 h）和72—168 h（間隔6 h）的晴雨、氣溫、風力檢驗。其中，風力檢驗采用5級以下不作檢驗，5級以上采用每相差1級扣20分，氣溫檢驗采用每相差1℃扣20分計算。

通過2015年1月1日—12月31日每天2次（08時、20時）對舟山海域所有港口的晴雨、氣溫和風力的準確率進行統計（見圖5），發現晴雨預報24 h內均在70%以上，其他隨著時次的增加震蕩下降；氣溫預報相對在午后的最高氣溫預報上會在80%以下，其余均在80%以上；風力預報準確率相對平穩，隨著時次的增加而降低，但72 h內一般均在80%以上。

利用本預報方法在實際的港口預報服務中，通過專門的港口精細化預報服務平臺，供預報業務人員和港口單位使用，效果非常顯著。不僅確保了舟山各港口（航區）、臨港產業基地的生產安全，而且明顯減少了港口大型船舶的滯港、增加了作業時間和港口的吞吐量。根據2015年的統計，利用港口精細化預報服務平臺所作的專項預報進行生產計劃、調度，各港口平均增加作業天數30 d，社會和經濟效益明顯。

圖3 預報流程圖

表1 各港口無縫隙10 min—168 h天氣、溫度、風力精細化客觀預報產品

圖4 馬跡山港預報服務產品圖

圖5 2015年舟山各港口晴雨、氣溫、風力預報準確率圖

圖5 （續）

4 結論

本文綜合應用各類數值預報產品和舟山港口自動站觀測資料，形成舟山港口無縫隙、精細化預報服務產品，并將此應用于港口、臨港產業專項氣象服務，取得了顯著的社會和經濟效益，也為舟山新區發展做出了積極貢獻，現將主要結論總結如下：

（1）基于浙江省氣象臺雷達定量降水估測產品、24 h逐小時預報產品和多模式集成數值預報產品（OCF），利用舟山各港口自動氣象站網資料，通過雙線性內插和滑動平均誤差法，進行舟山各港口的本地化釋用，建立各類指標和預報模型，形成港口10 min—168 h的無縫隙天氣、溫度、風力精細化客觀預報產品；

（2）通過對港口晴雨、氣溫和風力的準確率進行評估，效果令人滿意，并且具有比較高的預報穩定性和針對性，目前已經將該精細化預報服務平臺應用于日常港口預報中；

（3）利用此方法建立的港口精細化預報服務平臺，不僅有效提升了舟山海洋氣象服務的精細化水平，而且在舟山各航線、港口、臨港產業基地預報服務中發揮了重要作用；也為政府、管理部門防災減災提供了決策依據；在保證安全的前提下，使企業的工作效率明顯增加，社會和經濟效益明顯。

[1]范其平,林偉,唐躍,等.利用NCEP產品制作舟山港口精細化風力預報方法研究[J].浙江海洋學院學報(自然科學版),2008,27 (3):311-315.

[2]黃輝,陳淑琴.舟山海域風力分布特征分析[J].海洋預報,2006, 23(1):76-80.

[3]黃輝,陳淑琴.MM5數值預報產品在舟山海域風力分區預報中的釋用[J].海洋預報,2006,23(2):67-71.

[4]龔強,袁國恩,汪宏宇,等.應用MM5模式對地面大風過程的模擬試驗[J].氣象,2005,31(4):53-57.

[5]凌鐵軍,張蘊斐,楊學聯,等.中尺度數值預報模式(MM5)在海面風場預報中的應用[J].海洋預報,2004,21(4):1-7.

[6]劉鴻升,余功梅.偏北大風的數值預報釋用方法研究[J].氣象科學,2002,22(1):100-106.

[7]陳錦冠,林少冰.10分鐘平均最大風速與極大風速評估方程的建立[J].氣象,2001,27(10):38-41.

[8]高山紅,吳增茂.海島測站大風資料代表性的數值模型分析[J].應用氣象學報,1999,10(3):333-338.

[9]王詠亮,孟上.數值預報產品二次開發在近海大風預報上的一次試驗[J].海洋預報,1999,16(2):69-73.

Application of seamless forecast fine service in Zhoushan harbor

TANG Yue，CHEN Mei-ting，XU Yin
（Zhoushan Meteorological Bureau,Zhoushan 316021 China）

Based on the quantitative precipitation estimation products derived from radar at the Zhejiang Meteorological Station,24-hourly forecasting products,ensemble forecasting products from multi-models and automatic meteorological station data at every harbor in Zhoushan,using Bilinear Interpolation method and slide average error method,the interpretation and application of meteorological elements are conducted locally.Some kinds of indexes and forecast models are established to produce a seamless fine objective forecast products of precipitation(non-continuous element),temperature and wind from 10-min to 168 hour and generate kinds of service productions by figures.Such service products can promote the fine prediction level of marine meteorology in Zhoushan and greatly improve the ratio of navigation and the working efficiency of harbor and port-vicinity industries.It can provide the decision-making for the government and the administrative departments’disaster prevention and reduction with obvious social and economic benefits.

seamless forecast;harbor service;fine

P732.4

A

1003-0239（2017）04-0084-06

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.04.010

2016-09-26；

2017-04-21。

浙江省氣象科技項目（2012YB01）。

唐躍（1977-），男，工程師，學士，主要從事海洋氣象預報服務工作。E-mail：fuld121@sina.com