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基于SVM的我国北部沿岸海上风速估算方法研究

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气象 2024年第2期50卷 221-233页

作者：渠鸿宇胡海川黄彬国家气象中心北京100081

沿岸海上观测站点稀少,而沿岸陆地观测站点相对密集,开展海陆分布导致的海陆风速差异特征研究,实现由陆地观测风速估算海上风速,有助于提高海上大风预报服务能力。利用我国北方地区两组浮标及其邻近陆地观测站点的2016—2020年逐小时平... 详细信息

沿岸海上观测站点稀少,而沿岸陆地观测站点相对密集,开展海陆分布导致的海陆风速差异特征研究,实现由陆地观测风速估算海上风速,有助于提高海上大风预报服务能力。利用我国北方地区两组浮标及其邻近陆地观测站点的2016—2020年逐小时平均风速和阵风风速数据,统计分析海陆风速差异特征及规律,采用支持向量机方法,构建了基于陆地平均风速、陆地阵风风速、海陆站点距离、月份及观测时次的海上风速估算模型。利用另外两组海陆观测站2021年观测数据对估算模型进行检验,结果表明:对于6级及以上的平均风速和7级及以上的阵风风速,模型具有较高的估算准确率,模型估算的两个检验组的海上站点平均风速(阵风风速)RMSE分别为2.40 m·s^(-1)(3.20 m·s^(-1))和2.35 m·s^(-1)(2.57 m·s^(-1)),较ERA5分别减少了24%(14%)和23%(20%)。在一次温带气旋和冷空气共同影响的大风过程中,模型估算的两个检验组的海上平均风速(阵风风速)平均绝对误差分别为1.6 m·s^(-1)(2.3 m·s^(-1))和1.1 m·s^(-1)(1.5 m·s^(-1)),在极值时刻的平均风速(阵风风速)误差分别为-1.3 m·s^(-1)(-0.6 m·s^(-1))和-1.2 m·s^(-1)(-3.1 m·s^(-1)),均优于ERA5计算结果。基于支持向量机的海上风速估算模型能够利用陆地观测风速估算出较为准确的海上大风,可降低海上观测资料不足的影响,具有一定的应用前景。

关键词：海陆风速差异海上平均风海上阵风支持向量机

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黄渤海及其邻近地区阵风估测改进

应用气象学报 2023年第6期34卷 668-680页

作者：胡海川钱传海渠鸿宇国家气象中心北京100081 中国气象局气象发展与规划院北京100081

为定量化下垫面等局地性因素对阵风拟合效果的影响,利用2021年1月—2022年12月风速观测数据,分析阵风系数方法在黄渤海及其邻近地区不同观测站拟合能力差异的原因,并基于差异系数及频率匹配构建阵风估测改进(gust estimation correction... 详细信息

为定量化下垫面等局地性因素对阵风拟合效果的影响,利用2021年1月—2022年12月风速观测数据,分析阵风系数方法在黄渤海及其邻近地区不同观测站拟合能力差异的原因,并基于差异系数及频率匹配构建阵风估测改进(gust estimation correction,GECO)方法,对阵风系数方法拟合结果进行订正。结果表明:阵风系数方法的拟合结果随风速增加更倾向于整点观测时刻阵风,使用小时内最大阵风与整点观测时刻阵风计算得到的差异系数可以定量表征观测站局地特性对阵风系数拟合结果的影响。对差异系数大的观测站,阵风系数方法对其强阵风拟合结果的负偏差也较大,需对其进行更大幅度订正。基于12个基准观测站构建的GECO方法同样适用于黄渤海及其邻近地区的364个观测站。对于风速为12 m·s^(-1)及以上和16 m·s^(-1)及以上的阵风,经GECO方法订正后的均方根误差较阵风系数方法分别减少12.3%和11.5%。对台风梅花(2212)的检验显示,GECO方法能够有效提升大级别阵风的估测能力,可为阵风客观预报方法改进提供参考。

关键词：阵风系数阵风估测阵风预报差异系数频率匹配

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2022年10月大气环流和天气分析

气象 2023年第1期49卷 122-128页

作者：渠鸿宇黄彬高拴柱钟海玲郭艳君刘达国家气象中心北京100081 国家气候中心北京100081

2022年10月大气环流的主要特征是北半球极涡呈单极型分布且较常年同期强度偏强,欧亚地区中高纬环流呈“两槽一脊”型,西太平洋副热带高压较常年位置偏西、偏北,强度偏强。10月,全国平均气温为10.8℃,较常年同期(10.6℃)偏高0.2℃;全国... 详细信息

2022年10月大气环流的主要特征是北半球极涡呈单极型分布且较常年同期强度偏强,欧亚地区中高纬环流呈“两槽一脊”型,西太平洋副热带高压较常年位置偏西、偏北,强度偏强。10月,全国平均气温为10.8℃,较常年同期(10.6℃)偏高0.2℃;全国平均降水量为34.4 mm,比常年同期(35.6 mm)偏少3.4%。月内我国有2次暴雨天气过程,一次受高空槽、低空急流和副热带高压影响,另一次受台风尼格和高空槽影响。10月共有5个热带气旋在南海和西北太平洋活动,生成个数较常年偏多1.2个,无登陆台风(较常年偏少),其中台风桑卡、纳沙和尼格影响南海、海南岛和华南地区。长江以北气象干旱缓和,长江以南气象干旱持续。

关键词：大气环流暴雨台风干旱

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西北太平洋台风季节活动的数值模拟

西北太平洋台风季节活动的数值模拟

作者：渠鸿宇国家海洋环境预报中心

学位级别：硕士

西北太平洋是世界上台风发生频数最多的区域,平均每年有28.2个台风生成。我国东部与西北太平洋相邻,是受台风影响严重的国家,平均每年有7个台风登陆我国。由台风带来的狂风、暴雨、风暴潮及次生灾害会给沿海地区带来重大的财产损失及人... 详细信息

西北太平洋是世界上台风发生频数最多的区域,平均每年有28.2个台风生成。我国东部与西北太平洋相邻,是受台风影响严重的国家,平均每年有7个台风登陆我国。由台风带来的狂风、暴雨、风暴潮及次生灾害会给沿海地区带来重大的财产损失及人员伤亡。台风活动具有显著的季节、年际以及年代际变化特征,1977-2016年间,台风年频数最高达37个,而最少的只有14个。因此,将具有年际变化的台风季节活动在台风季来临之前准确预报,可以给政府和公众提供充裕的时间对台风灾害做准备,将风险和损失降到最小。本文通过动力预报的方法,使用区域耦合模式COAWST模式对西北太平洋5月—10月的台风活动进行了相关的研究及预报。大尺度场对台风的生成及移动均具有重要的影响,区域模式在长期积分过程中会出现大尺度场漂移的现象,为了改善模式的季节预报技巧,首先研究了谱松弛同化方案对台风季节活动模拟的影响。结果表明,相比于未采用谱松弛同化方案的控制试验,谱松弛同化试验能够显著提高对台风频数、强度、ACE分布以及路径密度分布的模拟,模拟的台风季节活动与观测更加一致。谱松弛同化方案对台风季节活动模拟的改善主要通过改善模式的大尺度场实现。谱松驰同化方案可以使模式中高层的大尺度场(高度场、温度场、水平速度场及湿度场)向再分析场逼近,改善区域模式长时间积分对大尺度的模拟,进而改善模式中海气相互作用过程及中小尺度过程,实现对台风季节活动模拟的改善。在此基础上,进一步研究了耦合模式中不同积云对流参数化方案对台风季节活动模拟的影响。积云对流过程对台风的生成和发展至关重要,模式中引入的积云对流参数化方案是否合理,是能否成功模拟台风的关键。研究中对比了COAWST模式中四种的常用积云对流参数化方案(Kain-Fritsch(new Eta)方案,Betts-Miller-Janjic方案,Grell-Freitas方案和Grell-3方案)的差异,并考察台风季节活动的数值模拟对不同积云对流参数化方案选取的敏感性。不同积云对流参数化方案敏感性试验的模拟结果表明:在COAWST模式中,采用Kain-Fritsch(new Eta)方案进行台风季节活动的数值模拟,对台风频数和台风路径密度模拟具有最优的效果;而采用Grell-Freitas方案进行台风季节活动的数值模拟,对台风强度模拟具有最优的效果,相较于其他三种积云对流参数化方案,选用Betts-MillerJanjic方案模拟的台风频次及台风强度与观测相差最大。因为目前台风季节预测更多的关注台风频数信息和影响范围,因此,对于台风季节预测,Kain-Fritsch方案是较优的选择方案。在采用谱松弛同化方案并优化了积云对流参数化选项的基础上,进一步建立了区域耦合台风季节预报系统。选用CFSv2全球季节预报数据作为初边界场,对西北太平洋2011—2018年台风季的台风活动情况进行了历史回报试验,以检验预报系统的性能。回报试验的结果分析表明:相比于CFSv2预报的台风季节活动的频次偏少、强度偏弱,新建系统可以有效的改进台风频次及强度预报,尤其是改进强度超过TY等级的台风预报,但是预报结果与观测的台风频次及强度仍存在一定差距,主要体现为预报的季节总台风频次偏多、强台风的峰值相对偏弱。分析对台风生成、发展及移动较为重要的影响因子发现,台风频数预报效果的好坏与季风槽、850hPa相对涡度、低空辐合及高空辐散、海表潜热释放量和海表温度的预报效果有关。当预报的季风槽偏东,低纬度海域相对涡度偏大、低层辐合较强及高空辐散较弱、海表面潜热释放和海表面温度的有正明显偏差时,更有利于台风的发生及发展,导致预报的台风总频数超过观测的台风频数。

关键词： COAWST模式台风动力季节预报谱松弛积云对流参数化方案回报试验

CMA数值模式对台风“杜苏芮”(2305)的预报性能分析

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海洋气象学报 2023年第4期43卷 21-31页

作者：王海平渠鸿宇董林向纯怡国家气象中心北京100081

2023年第5号台风“杜苏芮”海上维持超强台风时间长达约72 h,登陆福建时为强台风级,登陆后维持时间长达22 h,给我国近海、沿海和内陆地区造成了严重的风雨影响。各家数值模式预报出现较大分歧,给综合预报造成较大困难。为了更好地对模... 详细信息

2023年第5号台风“杜苏芮”海上维持超强台风时间长达约72 h,登陆福建时为强台风级,登陆后维持时间长达22 h,给我国近海、沿海和内陆地区造成了严重的风雨影响。各家数值模式预报出现较大分歧,给综合预报造成较大困难。为了更好地对模式做出解释应用,重点检验中国气象局区域台风数值预报系统(China Meteorological Administration_Regional Mesoscale Typhoon Numerical Prediction System,CMA-TYM)和中国气象局全球同化预报系统(China Meteorological Administration_Global Forecast System,CMA-GFS)的路径和强度预报在“杜苏芮”预报过程中的表现,并采用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)预报与之对比,从而找出国产模式的优势和不足。检验结果发现,CMA-TYM路径预报误差与NCEP相近,大于ECMWF和CMA-GFS。在台风生成初期,CMA-TYM对其移动方向预报出现较大偏差,明显偏向了实况路径的右侧。23日开始的路径预报对登陆点把握良好,误差主要由对移动速度的预报偏快造成。CMA-TYM对快速加强过程的预报效果较其他模式具有显著优势。CMA-GFS的路径预报质量较好,平均误差略大于ECMWF,但小于NCEP和CMA-TYM,尤其是对长时效预报具有较好的可参考性,但对强度预报明显偏弱。

关键词：台风“杜苏芮” 数值模式预报检验

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HRCLDAS-V1.0和ERA5海面风场对比评估分析

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热带气象学报 2022年第4期38卷 569-579页

作者：渠鸿宇黄彬赵伟宋佳凝郭乙莹胡海川曹越男国家气象中心北京100081

基于2020年中国近海31个浮标的逐小时数据,使用统计分析方法对中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(HRCLDAS-V1.0)和欧洲中期天气预报中心第5代全球大气再分析数据(ERA5)海面风场进行了系统的检验,检验结果表明:两者在我国近海均具有较... 详细信息

基于2020年中国近海31个浮标的逐小时数据,使用统计分析方法对中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(HRCLDAS-V1.0)和欧洲中期天气预报中心第5代全球大气再分析数据(ERA5)海面风场进行了系统的检验,检验结果表明:两者在我国近海均具有较高的可信度,风速平均绝对误差(MAE)分别为1.16 m/s和1.09 m/s,风向MAE分别为23°和22°。随着风力增大两者的风速准确度均有所降低,当风力等级≥10级时,前者准确度优于后者;对于风向而言,随着风力增大,两者准确度均升高。此外,选取2020年典型的两次冷空气过程和2008号台风“巴威”过程,检验两者在不同天气过程影响下的准确度,两类融合产品均能较好地再现冷空气过程引起的风向变化,而对不同强度的冷空气过程下的风速反映存在差异;对于台风引起的大风,在风速较低时两者风速均具有不错的表现,但HRCLDAS-V1.0对峰值强度的表现优于ERA5。

关键词：海面风场融合数据 HRCLDAS-V1.0 风场评估浮标 ERA5

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2021年冬季海洋天气评述

海洋气象学报 2022年第2期42卷 64-73页

作者：渠鸿宇尹尽勇王慧周冠博杨正龙国家气象中心北京100081

2021年冬季(2021年12月—2022年2月)大气环流特征为:北半球极涡呈多极型分布,中高纬环流呈3波型分布。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于正距平区,西伯利亚脊偏强,而东亚大槽较常年同期偏弱,冷空气活动偏少、强度偏强。我国近海出... 详细信息

2021年冬季(2021年12月—2022年2月)大气环流特征为:北半球极涡呈多极型分布,中高纬环流呈3波型分布。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于正距平区,西伯利亚脊偏强,而东亚大槽较常年同期偏弱,冷空气活动偏少、强度偏强。我国近海出现了8次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程4次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3次,冷空气和台风共同影响的大风过程1次。我国近海未出现大范围的海雾过程。西北太平洋和南海共生成2个热带气旋,且均达到超强台风级,其中2122号台风“雷伊”是历史上12月在南海海域达到超强台风级的2个台风之一,也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风,还是影响南海最晚的超强台风。另外,全球其他海域共生成热带气旋14个。我国近海出现2.0 m以上大浪过程的天数有56 d,约占冬季总日数的62%。冬季,我国近海海域呈明显降温趋势,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,冬季海面温度较常年整体偏高。

关键词：大气环流大风热带气旋浪高海面温度

观测资料中大西洋和青藏高原东部地区冷暖波动的同步性

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海洋预报 2019年第3期36卷 1-8页

作者：李响史珍张蕴斐渠鸿宇国家海洋环境预报中心海洋灾害预报技术研究重点实验室

利用观测及模式模拟研究了大西洋多年代际振荡(AMO)对青藏高原(TP)夏季气温的影响。观测资料的分析表明:大西洋多年代际振荡(AMO)是TP夏季气温年代际变化的重要远程驱动因子。AMO与TP东部地区夏季气温存在显著的同步变化关系并且TP气温... 详细信息

利用观测及模式模拟研究了大西洋多年代际振荡(AMO)对青藏高原(TP)夏季气温的影响。观测资料的分析表明:大西洋多年代际振荡(AMO)是TP夏季气温年代际变化的重要远程驱动因子。AMO与TP东部地区夏季气温存在显著的同步变化关系并且TP气温的年代际变率可以在很大程度上由AMO所解释。基于观测和大气环流模型(AGCM)模拟,进一步确定了从北大西洋到TP远程影响的物理机制。观测和AGCM模拟都表明:AMO暖位相会引起海平面气压在大西洋-欧亚大陆地区形成纬向偶极子型,导致TP局地气压异常升高和异常的下沉运动,进一步引起TP东部地区在夏季出现异常的干旱和高温。

关键词：大西洋多年代际振荡青藏高原气温增暖

2018年6月上合组织青岛峰会期间海雾大气边界层特征及能见度分析

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海洋预报 2021年第6期38卷 73-81页

作者：黄彬侯淑梅吴振玲渠鸿宇国家气象中心北京100081 山东省气象台山东济南250031 天津市气象科学研究所天津300000

利用常规观测、地面加密自动站及NCEP再分析资料,对2018年6月9—10日上合组织青岛峰会期间海雾发展和消散过程进行了分析,总结了大气能见度预报的着眼点。结果表明:低纬暖湿气流在向岸风的作用下,在青岛沿海附近形成风速辐合和水汽辐合... 详细信息

利用常规观测、地面加密自动站及NCEP再分析资料,对2018年6月9—10日上合组织青岛峰会期间海雾发展和消散过程进行了分析,总结了大气能见度预报的着眼点。结果表明:低纬暖湿气流在向岸风的作用下,在青岛沿海附近形成风速辐合和水汽辐合生成海雾,水汽辐合散度增大,海雾处于发展阶段;当切断来自低纬暖湿的水汽输送,水汽辐合减弱或消失,海雾减弱消散。逆温差和最低逆温层高度能更好地体现逆温的强度的变化,最低逆温层高度越低,逆温差越大,则逆温强度越强,海雾厚度增加,逆温开始减弱时,海雾达到最强阶段。

关键词：大气边界层海雾水汽输送最低逆温层高度