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舟山群岛一年四季都受海上大风影响,给海上作业、港口作业、航运交通带来极大危害,因此研究舟山沿海大风的发生规律、形成机理、建立可靠的预报方法,具有重要的意义。
本文首先利用舟山市嵊泗国家基准站10年的测风站资料和历史天气图资料,对中路冷空气型、东路冷空气型、东海低压型、黄渤海低压型、冷空气与低压结合型和热带气旋型等六类大风的发生规律进行了研究。从年际分布来看,中路冷空气大风占的比重一直比较大,而且有比较大的年际变化。东路冷空气型的比重相对较小,一般每年2~5个。东海低压型大风每年比较均匀,一般在4~6个。黄渤海型比东海低压型少。冷空气与低压结合型的年际变化比较大,1997年以前很少,1998年以后比较多。舟山地区平均每年热带气旋引起的大风日数为6.3天,分布不均匀,有的年份没有,有的年份特别多。从月际分布来看,冷空气型主要发生在11月到3月。低压型主要在3~6月。冷空气与低压结合型相对分布比较均匀,除了6~9月外,其它各月都有。热带气旋主要在7—10月影响舟山,发生最多的是8月份,几乎占总次数的一半。
有关研究成果指出大风是斜压大气能量转换,西北急流活动及动量下传等因素共同作用的结果。对一次12级冷空气大风过程进行诊断分析结果表明:在强盛的西急流作用下,急行性干冷锋快速东移南下,斜压不稳定大气位能向动能剧烈转换,同时由于天气晴朗,地面加热作用较强,也使大气层结变得不稳定,导致垂直交换加强,空气的动量下传也加强,因此地面出现大风。通过对一次低压大风个例的诊断分析认为:地面的倒槽波动,加上高空的涡度平流、低层南北两支气流相遇形成的强烈的切变是地面低压能够形成并发展的关键。中低层的温度平流、降水凝结释放潜热维持上升运动,是低压进一步发展的有利条件。分析了“威马逊”台风过程不同强度和距离的大风的分布情况,并用梯度风和经验风公式进行了拟合,发现在测站离台风中心的距离大概在250~500km的时候,梯度风与经验风都与实况较接近,可以用梯度风和经验风来预报实况风力。
根据大风产生的机理和预报经验,对六类大风分别选择物理量计算有大风时的t统计量,根据t统计量异常的物理量选择预报因子,包括3个时次,大风发生前两个整点,大风发生后的一个整点。建模时,用实况填图资料经客观分析转换为1°×1°的网格点资料计算因子。预报时,第一个时刻的因子用实况填图资料计算,后两个时刻的因子用T213资料计算。用BP人工神经网络方法建立预报模型。第一层用双曲正切S型传递函数,第二层用线性传递函数。用70%的样本训练网络,15%用于确证,其余的15%的样本用来做检验。最后根据训练样本、确证样本、检验样本拟合的效果,综合决定一个最优的网络,以检验样本拟合的效果为最主要的参考。用拟合的结果与实际的风速作一元回归,复相关系数除冷空气与低压结合型和热带气旋型为0.82外,其它都在0.90以上,检验样本的绝对误差都在4.0m/s以下。
最后采用VC<++>建立大风预报服务系统,系统功能主要有三部分:1、历史个例资料检索查询,可以检索1994—2003年舟山市嵊泗国家基准站出现的大风及相邻时次的各层实况资料并做形势显示。2、大风预报经验查询,收集了舟山市气象台几十年来积累的大风预报经验,可供预报员经常查询,同时进行验证、修改,有助于提高预报水平。3、作大风客观预报,用一个FORTRAN程序,从MICAPS资料中读取最新填图资料和T213数值预报产品资料,计算预报因子,然后调用一个MATLAB程序,采用训练好的神经网络进行模拟,得出预报结果。
用上述预报系统对2004年9月~2005年2月舟山海域出现的大风过程进行了试报,总的来说,除了冷空气和低压结合型大风,其它类型的预报误差都在4.0m/s以下。对中路冷空气和东海低压型的预报有点偏大,对东路冷空气大风预报比较准确,对冷空气与低压结合型大风的预报有点偏小。