凤阳一次大风过程多风速对比分析及EC集合预报检验

时间：2024-05-24

袁学所+夏志芬+郭阳+王楠楠

摘要：该文选取安徽凤阳2017年3月1日一次冷空气影响的大风天气过程，对自动气象站采集的2min平均风速、10min平均风速、瞬时风速、最大风速、极大风速观测值进行对比分析，对EC集合预报效果进行检验。结果表明，不同风速展现的风力变化趋势基本一致；随着滑动平均时段的延长，其平均风速逐渐减小；极大风速变幅最大，10min平均风速变幅最小。当EC集合预报的10min平均风速分别≥6.1m/s、≥7.2m/s、≥8.5m/s时，极大风速可能分别超6级、7级、8级。

关键词：大风；多风速；EC集合预报；模式检验

中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 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，凤阳国家气象观测站录得18.4m/s（8级）极大风速，相应风向323°（西北）。凤阳县气象局该日08：00发布大风蓝色预警信号指出，受冷空气影响，3月1日中午前后起到上半夜凤阳县阵风可达7级以上。关于大风形成的天气形势和气候特征的分析研究多有报道[1-11]，例如，赵玲等对大兴安岭地区春季由于一次冷锋过境产生的大风作了天气分析[1]；韦宏江等分析了广西凌云县大风天气特征[6]。本文针对凤阳此次大风过程，对目前自动气象站采集到的5种风速进行对比分析，并对EC集合预报的10min平均风速进行检验，得出相关预报指标，为今后参考数值预报产品做好大风预警服务提供依据。

2 资料来源和相关定义

选取凤阳国家气象观测站2017年2月28日20：00至3月2日08：00逐小时自动观测风速资料，测风仪距地面高度10.5m，分析对象共5个：2min平均风速（每1h正点前2min滑动平均值）、10min平均风速（每1h正点前10min滑动平均值）、瞬时风速（每1h正点前3s滑动平均值）[12]、最大风速（每1h正点前60min内最大10min滑动平均值）[12]、极大风速（每1h正点前60min内最大3s滑动平均值）[12]。

1992年集合预报系统在美国国家环境中心（NCEP）和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）投入业务运行[13]，EC集合预报是指ECMWF集合预报系统的产品，其10m高度10min平均风速预报值（集合平均）取自安徽省气象台发布的相关产品。

3 多风速对比分析

3.1 平均风速与瞬时风速图1对研究时段每小时正点前10min、2min平均风速与瞬时风速做对比。结合差值分析可见，3种风速观测值的走势大体一致，最大值出现时间集中于1日14：00—15：00，但变幅不同。瞬时风速变幅最大（14.2m/s），2min平均风速次之（10.9m/s），10min平均风速最小（8.8m/s）。当风速<2.0m/s时，3种风速差异不大；当风速≥2.0m/s時，瞬时风速多大于2min、10min平均风速；当风速≥4.0m/s时，瞬时风速明显大于平均风速。2min、10min平均风速大小总体相当。从平均状况看，瞬时风速比2min平均风速大1.22m/s，瞬时风速比10min平均风速大1.25m/s，2min平均风速比10min平均风速大0.03m/s。

3.2 最大风速与极大风速图2给出研究时段每小时最大风速、极大风速与二者之差的动态变化。按前述定义，最大风速从小时内10min滑动平均风速中挑取，极大风速从小时内3s滑动平均风速中挑取。因而，极大风速明显大于最大风速。研究时段内，极大风速比最大风速平均相差2.8m/s，最大相差9.3m/s；最大风速变化范围0.6～10.2m/s，变幅9.6m/s；极大风速变化范围0.7～18.4m/s，变幅17.7m/s；极大风速变幅比最大风速变幅大8.1m/s。统计表明，极大风速与最大风速呈极极显著的正相关关系（图3）。其相关系数0.991（信度0.001的相关系数临界值为0.513，故α<0.001）。从线性回归方程系数可见，最大风速每增大1m/s，极大风速增大1.8m/s。

4 EC集合预报检验

4.1 预报误差分析图4展现了EC集合预报的10min平均风速与实况对比。从图4可以看出：预报风速的变幅小于实况；预报风速大部分时次大于实况，尤其当风速<4.0m/s时；预报风速变化趋势与实况大体一致；预报较大风速出现时段与实况基本吻合。定量分析表明，预报风速平均比实况大1.3m/s。其中，实况≥4.0m/s时，预报值平均偏大不足0.1m/s，最多偏大1.5m/s；实况<4.0m/s时，预报值平均偏大1.9m/s，最多偏大3.0m/s。预报风速与实况的线性相关系数为0.9472（α<0.001）。由此可见，EC集合预报的10min平均风速在风速较小时有一定的正偏差，这可能与地面摩擦作用有关。风速较大时，地面摩擦的影响趋于减弱，二者偏差有所减小。根据这个规律，我们可以对预报结果进行分段订正。

4.2 预报10min平均风速与极大风速的关系统计表明，EC集合预报10min平均风速与极大风速线性相关极显著（图5）。其相关系数0.975（α<0.001）。据线性回归方程反推，极大风速≥10.8m/s（6级以上）、≥13.9m/s（7级以上）、≥17.2m/s（8级以上）时，其对应的10min平均风速分别≥6.1m/s、≥7.2m/s、≥8.5m/s。此结果可用于6级以上阵风的预报，为发布大风预警信号提供依据。

5 结论与讨论

（1）本次大风过程风速最大值出现在2017年3月1日午后，不同风速展现的风力变化趋势基本一致。

（2）因风的阵性特征，一般随着滑动平均时段的延长，其平均风速逐渐减小。5种风速按降序排列为：极大风速、最大风速、瞬时风速、2min平均风速、10min平均风速。当风速≥4.0m/s时，这种差别更为明显。

（3）极大风速与最大风速正相关极显著。本过程极大风速变幅比最大风速变幅大8.1m/s，最大风速平均每增大1m/s，极大风速增大1.8m/s。

（4）EC集合预报的10min平均风速变化趋势与实况大体一致；预报较大风速出现时段与实况基本符合。预报值在风速较小时有较大的正偏差。

（5）当EC集合预报的10min平均风速分别≥6.1m/s、

≥7.2m/s、≥8.5m/s时，应考虑极大风速可能分别达到6级以上、7级以上、8级以上。需加强监测，适时发布大风预警信号。

参考文献

[1]赵玲，万里鹏.一次春季冷锋过境引起的大风天气分析[J].黑龙江气象，2006（04）：13-15.

[2]李劲，顾松山.2009年6月5日安徽致灾大风天气过程分析[J].安徽农业科学，2010，38（14）：7443-7445.

[3]梁鈺，高媛媛，吕林宜，等.河南省2012年3月23日致灾大风形成及维持原因[J].河南科学，2013，31（11）：1970-1976.

[4]刘皑国，徐东进.喀什地区春季大风的综合预报[J].新疆气象，1997，20（2）：18-20.