風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)在中小尺度災(zāi)害性天氣中的應(yīng)用

王鑫 許長義 卜清軍 （天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300457）

風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)在中小尺度災(zāi)害性天氣中的應(yīng)用

王鑫 許長義 卜清軍 （天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300457）

簡述了天津港實時風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的必要性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用等方面的概況。該系統(tǒng)將實現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、降水量等監(jiān)測參數(shù)在無人值守情況下的連續(xù)、自動觀測和與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時接入與發(fā)布。它的建立一方面可為天津港作業(yè)部門提供實時的監(jiān)測信息，另一方面也可為氣象業(yè)務(wù)部門提供高時空分辨率的近地面觀測資料，對天津港中小尺度災(zāi)害性天氣及海洋氣象服務(wù)有著重要的理論價值和實際意義。

風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng) 中小尺度災(zāi)害性天氣 海洋氣象 天津港

0 引言

近年來自動氣象站技術(shù)發(fā)展迅速，探測能力顯著增強，觀測自動化水平迅速提高。觀測儀器向系統(tǒng)化、高精度、自動化、多功能與小型化方向發(fā)展。自動氣象站觀測資料在國外早已應(yīng)用到一些中尺度氣象研究計劃中，并建立了一套基于自動地面觀測系統(tǒng)（ASOS）資料的中尺度分析和業(yè)務(wù)利用方法。如美國1992年實施的STORM-FEST計劃，地面觀測資料主要由ASOS提供，并與多普勒雷達(dá)、數(shù)值模式結(jié)合，分析中尺度重力波等中尺度現(xiàn)象。[1]美國國家海洋大氣局（NOAA）強風(fēng)暴實驗室（FSL），利用ASOS網(wǎng)提供的5分鐘一次觀測資料，經(jīng)過質(zhì)量控制、帶通濾波和時空轉(zhuǎn)換分析，建立了一套中尺度自動分析系統(tǒng)。[2]近年來FSL又建立了時空中尺度分析系統(tǒng)（STMAS，Space-Time Mesoscale Analysis System），實現(xiàn)對雷暴、陣風(fēng)鋒等小尺度系統(tǒng)的分析。2004年5月開始，STMAS實時提供全美5 km分辨率，15 min一次的分析產(chǎn)品。此外，俄克拉荷馬州立大學(xué)風(fēng)暴分析預(yù)報中心（CAPS）發(fā)展的ADAS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，針對美國西部復(fù)雜地形條件，進(jìn)行高時空分辨率實時中尺度分析。這些分析工具為預(yù)報員提供了大量地面要素和物理量數(shù)值分析結(jié)果，清楚地揭示了大氣邊界層的大氣運動特征，是制作短時天氣預(yù)報的重要分析資料。

天津港是我國北方的重要工業(yè)和港口城市，近年來，中小尺度災(zāi)害性天氣如暴雨、雷暴、大風(fēng)等和高潮位、強風(fēng)暴潮、海冰等海洋災(zāi)害天氣的頻率明顯增加，造成的經(jīng)濟損失日漸加重。由于港口開發(fā)作業(yè)對海洋風(fēng)和海浪的預(yù)報提出越來越高的要求，而海浪、風(fēng)暴潮等海洋水文要素的數(shù)值計算和預(yù)報迫切需要解決港口及海洋上風(fēng)場的精確計算。但是，復(fù)雜的海面結(jié)構(gòu)、大氣穩(wěn)定度和影響以及風(fēng)、浪之間動量的交換等，使海上風(fēng)的理論計算遇到很多困難，至今大部分工作還是依靠統(tǒng)計方法。即利用天氣預(yù)報的形勢場計算地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)，及其與海面摩擦、大氣穩(wěn)定度的經(jīng)驗訂正關(guān)系，但計算結(jié)果與實測風(fēng)比較不能令人滿意。為了得到合理和準(zhǔn)確的風(fēng)場，必須具有港口近地層的詳細(xì)觀測資料，以便取得合理的中小尺度風(fēng)場分布，再與大尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式結(jié)合起來，便可得到較為準(zhǔn)確合理的港口風(fēng)的預(yù)報場，為天津港實際業(yè)務(wù)提供重要信息。技術(shù)進(jìn)步與革新的最終目的是將探測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資源，應(yīng)用于現(xiàn)代化氣象業(yè)務(wù)、氣象科研與氣象科技服務(wù)中去。在氣象科技服務(wù)中根據(jù)地區(qū)特點，利用先進(jìn)的探測儀器與手段，將取得的數(shù)據(jù)通過切實可行的通訊方式傳輸給不同的對象，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析與二次開發(fā)形成新的氣象產(chǎn)品，并將其應(yīng)用到現(xiàn)代化氣象業(yè)務(wù)與氣象科研中去，最終形成氣象科技服務(wù)與氣象業(yè)務(wù)、科研相互推動，相互促進(jìn)與發(fā)展的有益循環(huán)。天津港風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)是針對港口安全作業(yè)需求開發(fā)的氣象科技服務(wù)產(chǎn)品，在國內(nèi)針對港口服務(wù)的同類產(chǎn)品尚屬空白。經(jīng)過十多年的發(fā)展已具備一定規(guī)模并出色完成了保障安全生產(chǎn)的任務(wù)。隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)也應(yīng)不斷完善，發(fā)揮其在回傳現(xiàn)場數(shù)據(jù)、港口中小尺度天氣分析以及海岸氣象分析中繼續(xù)發(fā)揮中重要作用。

1 風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)簡介及功能

1.1 風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)及其構(gòu)成

風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)是專門對風(fēng)向、風(fēng)速有實時觀測需求的用戶量身定制的系統(tǒng)，本系統(tǒng)針對風(fēng)速、風(fēng)向和溫度進(jìn)行實時觀測，提供多種顯示風(fēng)格和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，支持局域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，可以多點進(jìn)行實時監(jiān)控，支持實時報警功能，可以存儲定時氣象數(shù)據(jù)用于歷史查詢和報表曲線制作。2001年研發(fā)并投入使用的實時港口風(fēng)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，為港口生產(chǎn)作業(yè)與安全監(jiān)管提供及時的氣象數(shù)據(jù)。港口調(diào)度依據(jù)系統(tǒng)提供的實時風(fēng)數(shù)據(jù)指導(dǎo)大型設(shè)備作業(yè)，碼頭貨物裝卸，指揮進(jìn)出港船舶行駛；安全監(jiān)察部門依據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)對整個港口的作業(yè)進(jìn)行安全監(jiān)督，防止因大風(fēng)引起安全事故。

風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)語言使用VC 6.0系統(tǒng)，后臺數(shù)據(jù)庫使用SQLServer 2000系統(tǒng)。2010年基于既有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用SQLServer數(shù)據(jù)庫語言對該系統(tǒng)進(jìn)行全面升級。風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、核心采集器、通信、防雷和電源等5部分組成（見圖1）。在硬件方面新型風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有區(qū)域自動站技術(shù)結(jié)合，將供電方式由野外區(qū)域自動站的太陽能供電改為更加穩(wěn)定可靠的市電供電。220 V交流電首先轉(zhuǎn)換為12 V直流電對蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池為整套系統(tǒng)供電。這樣可以防止電流不穩(wěn)以及短時停電對整套系統(tǒng)造成的影響。通過更改采集器ROM程序?qū)⒉杉l率由1分鐘變?yōu)?秒，便于實時監(jiān)測氣象資料，有利于現(xiàn)場指揮；在接口技術(shù)上采用485接口，該接口技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定；除本地串口有線傳輸數(shù)據(jù)外，新型系統(tǒng)增加GPRS與3G傳輸模塊，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線傳輸。如圖2是該系統(tǒng)的用戶使用界面。在軟件方面新型風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)界面簡潔，主題明確，方便了不具備氣象專業(yè)知識的用戶使用；用戶可根據(jù)自身需要對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定，實現(xiàn)系統(tǒng)對風(fēng)速值進(jìn)行分級報警；系統(tǒng)可以保存本地歷史數(shù)據(jù)，并生成Excel表格，方便查詢和統(tǒng)計。新型風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)可以通過升級，擴展增加溫度、濕度、雨量以及氣壓等觀測項目和預(yù)警短信發(fā)送端口，使得此系統(tǒng)不再僅限于本地風(fēng)向和風(fēng)速的觀測與預(yù)警，從而發(fā)揮其在港口中小尺度氣象與海洋氣象方面的研發(fā)優(yōu)勢與遠(yuǎn)程報警的功能。

1.2 風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)的組網(wǎng)與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

從圖3中可以看出，目前在天津港范圍內(nèi)共有風(fēng)速觀測點18個，自動氣象站4個，其中兩要素（風(fēng)向、風(fēng)速）自動氣象站1個，7要素（溫度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、降水、能見度）自動氣象站3個，4個自動站數(shù)據(jù)傳輸時間間隔均為5 min。將現(xiàn)有風(fēng)速觀測點與港區(qū)內(nèi)與周邊區(qū)域自動站進(jìn)行組網(wǎng)，并將取得數(shù)據(jù)通過GPRS模塊回傳至中心站（位于濱海氣象預(yù)警中心）。傳輸頻率可根據(jù)需要設(shè)定，與實時監(jiān)測的要求區(qū)別對待。

對于中尺度自動氣象站資料，在原始自動站數(shù)據(jù)中可能會存在一些隨機性或系統(tǒng)性誤差，因此需要對原始自動站要素進(jìn)行一定的質(zhì)量控制，以免某些誤差過大的站點影響了實況要素場。自動氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制一直是影響自動站數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個大問題。質(zhì)量控制的目的是確保提供應(yīng)用的資料符合各種要求（包括不確定性、分辨率、連續(xù)性、均一性、代表性、時限、格式等）。好的資料無需特別出色，重要的是其質(zhì)量應(yīng)該是已知的和可證實的。[3]與一般的質(zhì)量控制原理的主要思路一致：根據(jù)氣象學(xué)、天氣學(xué)及氣候?qū)W原理，依據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》[4]和數(shù)據(jù)文件格式的規(guī)定，進(jìn)行氣象觀測數(shù)據(jù)序列的技術(shù)性、合理性檢驗。同時結(jié)合天津濱海新區(qū)的氣候背景，由程序自動對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，找出不合理、不正常的錯誤或可疑記錄，達(dá)到質(zhì)量控制的目的，[5]進(jìn)而確保該系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性。對于天津港的風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)和4部自動站觀測數(shù)據(jù)可采用簡單邏輯性檢查、時間連續(xù)性和空間一致性檢查來對其數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.2.1 邏輯性檢查 對于采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯性判斷，即排除明顯無氣象意義的錯誤資料。它主要包括采集時間檢誤和資料檢誤。

1.2.2 時間連續(xù)性檢查 所謂的時間連續(xù)性檢查，即利用一定時間范圍內(nèi)氣象要素與時間具有良好的一致性來識別出不太理想的要素突變站點。當(dāng)要素資料超出一定時間內(nèi)的變化范圍，則該數(shù)據(jù)視為可疑點。如果在某個時次檢驗出某個可疑點后，再對該可疑站點要素與周圍最近距離的若干個站點要素的平均值進(jìn)行比較。如該站點與周圍站點要素的平均值也超過了相應(yīng)閾值，則剔除該站點。

1.2.3 空間連續(xù)性檢查 由于一些誤差不能被時間連續(xù)性檢驗排除掉，因此，在時間連續(xù)性檢查后還需要對自動站數(shù)據(jù)進(jìn)行空間連續(xù)性檢查。所謂的空間連續(xù)性檢查，即利用臨近自動站空間相關(guān)性原理來檢查某一站點與周圍站點是否存在過大的差異。由于研究區(qū)域包含海岸線，其測站觀測到的要素值可能會和周圍測站的要素值有較大差異，對于篩選出來的可疑站點可與塘沽基本氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)而決定其站點數(shù)據(jù)是否要被剔除。

1.3 數(shù)據(jù)的二次開發(fā)及分發(fā)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)有區(qū)域自動氣象站在分布密度上無法達(dá)到天津港風(fēng)速觀測點的密度，新的自動氣象站在安裝及選址上也會遇到諸多困難。利用現(xiàn)有已建成的風(fēng)速觀測網(wǎng)點，對系統(tǒng)觀測項目進(jìn)行擴展升級，增加溫度、濕度及氣壓觀測即可成為一個小尺度氣象觀測系統(tǒng)。根據(jù)Micaps數(shù)據(jù)格式特點，通過計算機編程將經(jīng)過質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)保存為能被Micaps系統(tǒng)調(diào)閱的數(shù)據(jù)格式文件，加入各站的經(jīng)緯度、海拔，利用Micaps預(yù)報平臺，這些第一類數(shù)據(jù)格式（全要素填圖）或第三類數(shù)據(jù)格式（單要素填圖）文件可方便地被業(yè)務(wù)人員調(diào)閱參考，為天氣分析預(yù)報業(yè)務(wù)中的地面氣象要素加密觀測要求提供數(shù)據(jù)支持。

風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000使用方便，適合中小型數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器可能有成千上萬的用戶同時連接到SQLServer 2000實例。SQLServer 2000為這些環(huán)境提供了全面的保護(hù)，具有防止問題發(fā)生的安全措施，例如，可以防止多個用戶試圖同時更新相同的數(shù)據(jù)。SQLServer 2000還在多個用戶之間有效地分配可用資源，比如內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤I/O。超大型Internet站點可將其數(shù)據(jù)分開存放在多臺服務(wù)器上，從而使處理負(fù)荷分散到多臺計算機上，使站點能為成千上萬的并發(fā)用戶提供服務(wù)。采用Web技術(shù)構(gòu)建局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理及信息的發(fā)布，提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。提供方便的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫接口，可以通過多種方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開發(fā)，適應(yīng)各個方面的數(shù)據(jù)應(yīng)用。一方面將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布到天津港各個作業(yè)和指揮部門；另一方面，將取到的高時空分辨率的觀測數(shù)據(jù)加以質(zhì)量控制，為研究天津地區(qū)以至整個華北區(qū)域的中小尺度系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展及其機制提供寶貴的近地面數(shù)據(jù)來源。

1.4 風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀及其主要功能

目前已有天津港集團(tuán)下屬的18家二級公司與單位在調(diào)度與安監(jiān)部門安裝了風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)28套，其中2010年后投入使用的新型風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)16套，共有觀測點18個。這套系統(tǒng)使得單一的氣象數(shù)據(jù)直觀的、有針對性的通過人性化的界面顯示出來，并具備預(yù)警與查詢功能，為安全生產(chǎn)提供了強有力的保證，是現(xiàn)代化氣象科技服務(wù)的一個成功實例。應(yīng)用十余年來，風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)的觀測點已經(jīng)分布在整個港區(qū)，大多位于碼頭沿岸，區(qū)域自動氣象站觀測監(jiān)測無法覆蓋的海陸相接處，運行以來積累了大量的第一手港口海岸氣象數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)可以填補天津港地區(qū)沿海氣象數(shù)據(jù)的空白，并可為港口氣象、中小尺度災(zāi)害性天氣、海洋氣象等研究提供有力支持。其主要功能主要有以下幾點：

①各個監(jiān)測站均在無人值守情況下連續(xù)工作，自動完成風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)的自動測量，并在主站控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

②實現(xiàn)數(shù)據(jù)的組網(wǎng)，提供良好的數(shù)據(jù)接口以便于開發(fā)二次產(chǎn)品。

③系統(tǒng)具有良好的用戶交互界面，可向濱海氣象預(yù)警中心提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

④通過網(wǎng)站，實現(xiàn)對外發(fā)布實時的地面氣象觀測要素信息。

但目前各個系統(tǒng)之間保持獨立并未建立通訊鏈接，所以數(shù)據(jù)無法及時匯總，使得寶貴的數(shù)據(jù)無法得到有效的利用。另外，此系統(tǒng)是有針對性的氣象服務(wù)產(chǎn)品，所以目前其觀測項目只限于風(fēng)向、風(fēng)速觀測，使得觀測數(shù)據(jù)過于單一。及時取得觀測數(shù)據(jù)和增加觀測項目是利用好沿岸觀測點與這套系統(tǒng)的關(guān)鍵，這也是風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)在港口氣象和海洋氣象研究中發(fā)展的瓶頸。

2 風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)在天津港氣象中的應(yīng)用

隨著地區(qū)經(jīng)濟與氣象技術(shù)的飛速發(fā)展，中小尺度氣象和海洋氣象已成為氣象發(fā)展的一個重點方向，如何利用現(xiàn)有的天津港風(fēng)速監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，完善對港口及海岸的氣象監(jiān)測手段，取得第一手資料并進(jìn)行二次開發(fā)及研究，最終將研究成果應(yīng)用至港口與沿海的建設(shè)和發(fā)展中，將風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)升級為港口及沿岸小尺度氣象監(jiān)測系統(tǒng)，是目前天津港風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2.1 天津港及其所在地區(qū)氣候特點

天津港位于天津濱海新區(qū)最東部，是我國最大的人工海港，是我國對外貿(mào)易的重要口岸?，F(xiàn)有水陸域面積近260 km2，陸域面積72 km2，規(guī)劃到2010年港口陸域總面積達(dá)100 km2。天津港主要分為北疆、南疆、東疆、海河四大港區(qū)，岸線長度21.5 km。東疆港區(qū)為天津港的一個新港區(qū)，規(guī)劃面積為30 km2。由于天津港地處渤海灣灣頂，濱海之地，常有風(fēng)暴潮之憂，其氣候主要受季風(fēng)環(huán)流支配，屬大陸性季風(fēng)氣候，因東臨渤海，受其影響又具有海洋性氣候特點。半濕潤半干旱的季風(fēng)性大陸性氣候?qū)е吕渑諝饨粨Q頻繁，同時半封閉的海岸帶特殊地形，使得該地區(qū)的氣象條件更加復(fù)雜，獨特的地理位置和基本氣候特征，決定了天津港所在地區(qū)既有陸地氣象災(zāi)害又有海洋氣象災(zāi)害，這凸顯了氣象在其生產(chǎn)與發(fā)展中的重要作用。

2.2 中小尺度災(zāi)害性天氣對風(fēng)速監(jiān)測資料的需求

目前我國已經(jīng)建立起一個在空間分布與探測時間密度都較為合理的、現(xiàn)代化程度高的地面氣象觀測網(wǎng)，具備較高的業(yè)務(wù)水平。但是目前在城市周邊地區(qū)尤其是重要的港口地區(qū)中小尺度探測系統(tǒng)能力相對較弱，如天津港地區(qū)不能滿足監(jiān)測預(yù)報預(yù)警需求。為提高港口中小尺度天氣的監(jiān)測預(yù)警能力，研究城市局地小氣候規(guī)律，建立適當(dāng)規(guī)模的港口自動氣象站是十分必要并極具重要意義的。

中尺度災(zāi)害性天氣預(yù)報的成功依賴于很多方面，包括中尺度氣象探測網(wǎng)的建設(shè)、資料分析處理和通訊服務(wù)系統(tǒng)的完善以及中尺度預(yù)報工具和方法的改進(jìn)。其中，在觀測資料時空密度要求上，以中尺度天氣為主要預(yù)報對象的臨近預(yù)報和甚短期預(yù)報方法，與常規(guī)的短期天氣預(yù)報有很多不同，其資料主要來源于常規(guī)和加密地面、高空實測資料以及各種遙感、遙測資料（包括自動氣象站網(wǎng)、閃電探測網(wǎng)、廓線儀、衛(wèi)星和雷達(dá)探測資料等）。線性外推法是假定天氣系統(tǒng)保持其過去的演變趨勢，可按過去的演變情況推論它的未來（位置和強度）。這種方法并不適用與任何期限，而只是在一定的期限內(nèi)有效。這個期限叫做“有效現(xiàn)行外推期”，它表示預(yù)報值對實況的誤差保持在可以允許的范圍之內(nèi)的時段。而超出這個時段，線性外推法因誤差太大而不再有效。有效線性外推期的長短取決于不同的天氣現(xiàn)象和天氣系統(tǒng)。大尺度系統(tǒng)有較長的有效線性外推期，但中小尺度系統(tǒng)的有效線性外推期卻很短，一般都在0～2 h之內(nèi)。因此，需要自動氣象站提供高時空分辨率的地面觀測資料。

天津港地區(qū)受中小尺度局地性災(zāi)害天氣影響較大，如暴雨、雷暴、大風(fēng)、大霧等，這些中尺度天氣系統(tǒng)水平尺度僅有幾公里到幾十公里，有的生命史只有幾分鐘到幾小時；而我國常規(guī)地面觀測平均站距為近百公里，高空站距為幾百公里，常規(guī)觀測時間分辨率為6小時以上；無論是時間分辨率還是空間分辨率，目前的常規(guī)觀測站網(wǎng)遠(yuǎn)不能有效地捕捉到中尺度災(zāi)害性天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。多種高新技術(shù)在氣象領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，為更準(zhǔn)確監(jiān)測、分析和預(yù)報中尺度災(zāi)害性天氣提供了可能。可提供高時空分辨率中尺度氣象信息的多普勒天氣雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、風(fēng)廓線雷達(dá)、閃電定位儀、地面自動氣象站，制作中尺度天氣預(yù)報的高分辨率數(shù)值模式，高速的現(xiàn)代化通訊網(wǎng)絡(luò)等都為中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.3 海洋氣象對風(fēng)速監(jiān)測資料的需求

天津港目前的防潮標(biāo)準(zhǔn)警戒水位為490 cm，以往以470 cm作為標(biāo)準(zhǔn)是由于沿海地區(qū)如天津港客運碼頭及港口的一些企業(yè)單位地處低洼，潮位達(dá)到470 cm時已經(jīng)淹泡，并且風(fēng)暴潮出現(xiàn)的同時一般會伴有大風(fēng)和大浪，也會造成一定的災(zāi)害。渤海灣平均水深約18 m，是典型的半封閉淺海。馮士筰院士在《風(fēng)暴潮導(dǎo)論》中指出，[6]淺水風(fēng)暴潮的一個重要特征是：與氣壓變化相比，風(fēng)應(yīng)力是風(fēng)暴潮的主要強迫力。按照天文潮看，天津港最高潮位與警戒潮位相差80 cm左右，不會產(chǎn)生風(fēng)暴潮災(zāi)害。但是，當(dāng)有利于形成風(fēng)暴潮的天氣系統(tǒng)與天文大潮疊加時，可能會引發(fā)風(fēng)暴潮災(zāi)害。特別是風(fēng)暴潮的發(fā)生與風(fēng)向風(fēng)速密切相關(guān)，對天津港而言，一般情況下風(fēng)暴潮發(fā)生時都有偏東風(fēng)分量，潮位較高時風(fēng)速較大，而風(fēng)速較小時潮位較低。對1980—2005年的風(fēng)暴潮統(tǒng)計個例表明，[7]天津港大于500 cm的嚴(yán)重風(fēng)暴潮災(zāi)均發(fā)生在東到東北向岸風(fēng)影響下，且海上風(fēng)速大于16.3 m/s。因此，天津港風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)取得的高時空分辨率風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)對于監(jiān)測預(yù)警風(fēng)暴潮災(zāi)害，減小天津港損失是十分重要的。

3 結(jié)論

本文立足于天津港中小尺度災(zāi)害性天氣和風(fēng)暴潮海洋災(zāi)害性天氣的加密地面氣象要素觀測需求特點，提出應(yīng)用天津港風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)資料收集處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是21世紀(jì)初針對港口服務(wù)而開發(fā)的氣象科技服務(wù)產(chǎn)品。隨著經(jīng)濟與氣象探測技術(shù)的發(fā)展，特別是區(qū)域自動站技術(shù)成熟后，將現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行升級與完善，利用現(xiàn)有網(wǎng)點的分布適當(dāng)增加觀測要素，并將觀測數(shù)據(jù)回傳進(jìn)行處理，使其成為天津港小尺度氣象監(jiān)測系統(tǒng)是具有重大意義的。將其取得數(shù)據(jù)應(yīng)用于業(yè)務(wù)開發(fā)研究中，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開發(fā)，形成針對港口與沿海的氣象服務(wù)產(chǎn)品，從而在港口中避免小尺度災(zāi)害性天氣和海洋氣象，填補港口近地面加密觀測資料的空白，形成氣象科技服務(wù)與氣象科研相互促進(jìn)，相互推動的良性循環(huán)?！?/p>

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2012-05-06