南海北部ASCAT风场的验证分析 · 取2013年9月18-26日期间(台风“天兔”...
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南海北部ASCAT风场的验证分析
广东省气象台
郭春迓 李天然
2014年5月6日 青岛
2014年全国卫星技术应用交流会
研究背景---关于ASCAT
http://www.eumetsat.int/website/home/Satellites/CurrentSatellites/Metop/MetopDesign/ASCAT/index.html
http://manati.star.nesdis.noaa.gov/datasets/WindSATData.php
ASCAT(Advanced SCATterometer,由欧洲气象卫星组织(EUMESAT)于2006年10月19日发射的MetOp-A卫星提供) 主要用于海表风速和风向的测量;也可用于极冰和热带植物的研究。
极轨卫星数据,空间分辨率有0.5*0.5°和0.25*0.25°,包括近海风场和海洋风场两种数据。
已有的研究和应用:与浮标、其他卫星、自动站等数据进行对比和相互验证;监测热带气旋的位置、强度及风场结构。
研究表明:ASCAT在风速较大的情况下会低估风力;在降水率较大的情况下得到的风场资料也有较大偏差。
2008年7月
2011年4月
2012年4月
2012年10月
2013年5月
2010年10月
流花
番禺30-1
流花 惠州32-2
陆丰13-1
茂名浮标
汕头浮标
浮标站
石油平台
研究背景---广东省近海风场观测现状
报告内容
研究背景
数据和方法介绍
ASCAT同浮标和平台风场的对比
ASCAT风场与数值预报分析场的比较-以台风“天兔”过程为例
小结
数据和方法介绍
ASCAT- Advanced Scatterometer:
0.5°*0.5°的海洋风场数据
2010至2012年间每日扫过100-130°E,0-30°N区域时的数据
南海北部浮标站和平台站数据:
2010-2012年间有记录的2分钟平均风场观测数据。时间上每10分钟输出一次。
再分析数据:
日本气象厅(JMA)精细化预报起始风场产品,取2013年9月18-26日期间(台风“天兔”经过我省时段),空间分辨率为0.5*0.5°,时间取每日08时(北京时)起报的起始场数据。
空间反距离权重插值法:
其中,Zp为p点的风速或风向,Zi为第i个点的风速或风向,di为待插点与其邻域内第i个点之间的距离,k为次幂,这里k取2
m
i k
i
m
i k
i
i
dd
Z11p
1/Z
均方根误差:
N
i
ii QFN
S1
2
e )(1
平均绝对误差:
N
i
ii QFN
E1
1
报告内容
研究背景
数据和方法介绍
ASCAT同浮标和平台风场的对比
ASCAT风场与数值预报分析场的比较-以台风“天兔”过程为例
小结
汕头浮标
茂名浮标
流花平台
惠州1平台
惠州2平台
番禺平台
陆丰平台
风向 风速
汕头浮标站:
多数时次吹东北风(风向在50°以内),这时浮标站风向值偏大
在风向为偏东到东南(50-150°)时,ASCAT风向偏大较为严重
吹偏西风(西南、西北风)(200-350°),浮标站风向较为偏大
浮标观测风速偏大。另外,该站观测的风速最大值不超过20m/s。
茂名浮标站:
ASCAT风向值偏大(几乎在每个风向都是,且多数时次吹东北风
(50-100°))
风速二者相当,浮标观测风速略大。该站上的风速在这三年间基
本不超过15m/s。
流花石油平台:
平台观测的风向远远小于ASCAT观测的风向值。
平台观测风速偏大。
惠州平台:
平台自动站的风向风速几乎均大于卫星观测,风向在偏东到偏南
甚至西南风之间,风速不超过15m/s。
陆丰和番禺平台:
平台自动站的风速小于ASCAT观测,但风向二者相当,并以东北风
居多,在此条件下平台观测值略大
ASCAT同浮标
和平台风场的对比
图 2 所有平台点上ASCAT卫星观测和平台自动站的风向(左图)风速(右图)对比
ASCAT同浮标和平台风场的对比
风向(样本数317) 风速(样本数311)
风向以东北风居多,而在这种情形下,平台观测的风向往往大于ASCAT观测的风向值 在东南风,或者偏西(包括西南西北风时),有时平台观测的风向偏大,有时ASCAT观测值偏大 从风速对比来看,平台的观测值偏大 风速和风向平均绝对误差、均方根误差分别为2.98m/s,3.83m/s,52.35°,83.82°
东北风(冬季)
ASCAT探测的风向
偏南风(夏季)
平台或浮标站的风向
实际风向
报告内容
研究背景
数据和方法介绍
ASCAT同浮标和平台风场的对比
ASCAT风场与数值预报分析场的比较-以台风“天兔”过程为例
小结
ASCAT风场与数值预报分析场的比较-以台风“天兔”过程为例
图3 2013年9月18日至26日期间(22日除外)的ASCAT观测风场(红色)和日本精细化数值预报的分析场(黑色)
ASCAT风场与数值预报分析场的比较-以台风“天兔”过程为例
风速较小时,例如台风周围,或者热带低压环流中,两种观测的风场数据吻合度较好
在“天兔”大风分布区,如9月20日、21日两天,二者探测的风向往往有较大偏差:吹北风、西南风时,ASCAT探测的风向易左偏,而吹东南风易右偏
ASCAT风场与数值预报分析场的比较-以台风“天兔”过程为例
图4 2013年9月18日至26日期间ASCAT(左图)和日本精细化数值预报起报场(右图)的风玫瑰图
台风“天兔”过程中的风玫瑰图
ASCAT捕捉到的风场主要为偏东风,而其中以东北风为主: 在风速介于0-10m/s之间时,ASCAT风场似乎更易偏东,而日本精细化数值预
报起报场则更易偏北一些 在风速介于10-20m/s之间时,ASCAT风场更易偏北,而日本模式起报场则更易
偏东
台风“天兔”期间,东北风情形:
在风速介于0-10m/s之间时: 在风速介于15-20m/s之间时:
ASCAT探测的风向
日本精细化预报起报场风向
图4 2013年9月18日至26日期间ASCAT(左图)和日本精细化数值预报起报场(右图)的风玫瑰图
台风“天兔”过程中的风玫瑰图
东南风情形:: 在风速介于0-10m/s之间时,ASCAT风场似乎更易偏东,而日本精细化数值预
报起报场则更易偏南一些 在风速介于10-20m/s之间时,ASCAT风场更易偏南,而日本模式起报场则更易
偏东
台风“天兔”期间,东南风情形:
在风速介于0-10m/s之间时: 在风速介于15-20m/s之间时:
ASCAT探测的风向
日本精细化预报起报场风向
结论 (1)通过ASCAT风场和广东近海浮标、海上石油平台风场数据的比较发现,两种观测资料相关性较好。
在所统计的2010至2012年间(只统计有资料记载的时次),观测得到广东省近海的两个浮标站和海上石油平台以东北风居多,而在该风向下,浮标站和石油平台观测的风向往往大于ASCAT观测;在东南风,或者偏西(包括西南西北风时), ),有时平台观测的风向偏大,有时ASCAT观测值偏大
而从风速的观测对比来看,两种观测的风速较为相当,平台或浮标站的观测较为偏大
ASCAT观测风场同石油平台测量风场之间的风速和风向平均绝对误差、均方根误差分别为2.98m/s,3.83m/s,52.35°,83.82°。
(2)在台风“天兔”运动过程中,ASCAT风场能够清晰地捕捉到台风环流结构。从与日本精细化数值预报的起报场进行对比来看,二者具有较好的一致性。
计算得出二者在风速和风向上的的平均绝对误差、均方根误差分别为1.40m/s,1.90m/s,18.84°,36.21°。
在台风“天兔”发生期间,ASCAT得到的风场主要以东北到东风为主,风速大多为5-15m/;在风速介于0-10m/s之间时,ASCAT风场较日本精细化数值预报起报场偏东;在风速介于10-20m/s之间时,ASCAT风场则更易偏北。
在东南风且风速较大的情形下,ASCAT风场更易偏南。
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