無縫隙預(yù)報在舟山港口精細化服務(wù)中的應(yīng)用

唐躍，陳梅汀，徐穎

無縫隙預(yù)報在舟山港口精細化服務(wù)中的應(yīng)用

唐躍，陳梅汀，徐穎

（舟山市氣象局，浙江舟山316021）

應(yīng)用浙江省氣象臺雷達定量降水估測產(chǎn)品、24h逐小時預(yù)報產(chǎn)品、多模式集成數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品和舟山各港口自動氣象站網(wǎng)等資料，采用雙線性內(nèi)插法和滑動平均誤差法，進行舟山港口氣象要素的本地化釋用，建立各類指標和預(yù)報模型，形成港口10 min—168 h的無縫隙降水（非連續(xù)要素）、氣溫、風(fēng)力精細化客觀預(yù)報產(chǎn)品，再以圖形的方式生成各類服務(wù)產(chǎn)品。通過該服務(wù)產(chǎn)品開展港口專項氣象服務(wù)，有效提升了舟山海洋氣象服務(wù)的精細化水平和船只的通航率及港口、臨港產(chǎn)業(yè)的工作效率，也為政府、管理部門防災(zāi)減災(zāi)提供了決策依據(jù)，社會和經(jīng)濟效益明顯。

無縫隙預(yù)報；港口服務(wù)；精細化

1 引言

舟山位于中國東部黃金海岸線與長江黃金水道交匯處，是我國南北海運和長江水運的“T”型交匯要沖，背靠長三角經(jīng)濟腹地，對內(nèi)是江海聯(lián)運樞紐，對外是我國東部沿海和長江流域走向世界的主要海上門戶，也是上海港、寧波-舟山港的主要港池和錨泊地。港口物流快速發(fā)展，已成為區(qū)域性水水中轉(zhuǎn)大港，寧波-舟山港已躋身世界十大港口之列，每天有上千艘貨運船只穿梭、錨泊于舟山海域，舟山港域港口貨物吞吐量達到3.79億噸；舟山已形成以船舶修造、臨港石化等為支柱的臨港產(chǎn)業(yè)體系，是全國重要的修造船基地。但是，舟山群島地處中緯度，受南北天氣系統(tǒng)和東西風(fēng)環(huán)流影響，一年四季災(zāi)害性天氣頻發(fā)，特別是臺風(fēng)、低壓、冷空氣大風(fēng)等對船舶靠離碼頭、港區(qū)裝卸作業(yè)和海上航行等產(chǎn)生了嚴重的影響，極大地限制了舟山海洋經(jīng)濟的發(fā)展。近年來舟山氣象部門越來越重視對舟山海域風(fēng)力的精細化預(yù)報研究[1-3]，也取得了一些成果。很多專家和學(xué)者進行過釋用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的研究和試用方法[4-9]，效果顯著。本文利用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品和港口自動站進行對比分析，形成10 min—168 h的無縫隙天氣、溫度、風(fēng)力精細化客觀預(yù)報產(chǎn)品，并將之應(yīng)用到日常預(yù)報。

2 資料與方法

2.1 資料來源

浙江省氣象臺雷達定量降水估測產(chǎn)品（基于自動氣象站降水實況和雷達外推的格點預(yù)報產(chǎn)品，時間分辨率10 min，空間分辨率1 km，每10 min更新一次，預(yù)報時效3 h，預(yù)報范圍114.67°～125.32°E、25.43°～32.42°N）、24 h逐小時預(yù)報產(chǎn)品（基于浙江省快速更新同化預(yù)報系統(tǒng)，時間分辨率1 h、空間分辨率3 km，每1 h更新一次，預(yù)報時效24 h，預(yù)報范圍118°～123°E、26.75°～31.75°N）和多模式集成數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品OCF（Objective Consensus Forecasting，基于中國數(shù)值預(yù)報、歐洲數(shù)值預(yù)報、美國數(shù)值預(yù)報和日本數(shù)值預(yù)報的最優(yōu)集成，時間分辨率72 h內(nèi)3 h、72—168 h為6 h，空間分辨率5 km，每天08時、20時更新一次，預(yù)報時效168 h時，預(yù)報范圍116°～128°E、25°～33°N），以及舟山海域主要港口自動氣象站資料。根據(jù)舟山的地理位置，資料范圍取121°～123°E、29°～31°N之間。圖1為舟山海域主要港口地理位置分布。

圖1 舟山海域主要港口地理位置分布

2.2 資料處理

隨著計算機技術(shù)和氣象科技的不斷發(fā)展，數(shù)值預(yù)報在氣象預(yù)報中的作用越來越重要，而且其預(yù)報準確率也在逐年提高，但是受到本地氣候、地形和環(huán)境等的影響，各類數(shù)值預(yù)報都存在一定的預(yù)報誤差。去除預(yù)報誤差的方法有很多，最常見的就是利用大量歷史數(shù)據(jù)建立方程的MOS方法，但是其存在一定的局限性，一是所需的氣象資料繁多，二是方程一旦建立就無法隨時修改，隨著數(shù)值預(yù)報準確率的不斷提高，預(yù)報誤差就不能及時反饋到MOS方程中。

因此，本文采用雙線性內(nèi)插法和滑動平均誤差法對精細化格點數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的氣象要素進行釋用，且預(yù)報均取自模式預(yù)報時間點上的預(yù)報值。首先，利用數(shù)值預(yù)報的格點氣象資料通過雙線性內(nèi)插法插值到港口自動氣象站所在的經(jīng)緯度，得到該港口某一時刻不同氣象要素的預(yù)報值；再通過該時刻前期預(yù)報和實況的誤差反饋到當(dāng)前預(yù)報時刻方程，及時修正預(yù)報方程參數(shù)，以此提高下一時刻的預(yù)報精度，而且該方法不需要大量的歷史數(shù)據(jù)資料，大大減少了存儲量和計算量。

圖2 雙線性內(nèi)插示意圖

以下為雙線性內(nèi)插的計算方法：

假設(shè)想得到P點，坐標為（x，y）的值（見圖2），已知P點四周最近的4個坐標（x1，y1）、（x1，y2）、（x2，y1）、（x2，y2）的值分別為Q11、Q12、Q21、Q22。首先在X方向進行線性插值，得到：

然后將式（1）和（2）代入式（3）這樣就得到用雙線性內(nèi)插法得到P點所要的結(jié)果式（4）。

然后在y方向上進行線性插值，得到：

用滑動平均誤差法計算下一時刻要素預(yù)報方法如下：

式中：n為滑動窗口，y為利用數(shù)值預(yù)報通過雙線性插值法算得某港口某一時刻的預(yù)報值，z為y對應(yīng)時刻港口自動氣象站測得的實況值，Yn+1為下一時刻通過滑動平均誤差法計算得出的最終預(yù)報值。

由于數(shù)值預(yù)報對雨量的預(yù)報無連續(xù)性，而且受諸多因素影響，因此對港口雨量10 min—168 h的預(yù)報直接采用數(shù)值預(yù)報中雨量預(yù)報進行雙線性插值到港口取得。對于氣溫和風(fēng)力因為有較好的連續(xù)性，因此在雙線性插值數(shù)值預(yù)報的基礎(chǔ)上，利用滑動平均誤差法對港口的全風(fēng)速和氣溫進行釋用。針對不同的預(yù)報時效和數(shù)值模式，系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差也不盡相同，所以分別取滑動窗口為5 d、10 d、15 d、20 d、25 d、30 d對不同時效的預(yù)報準確率進行對比分析，最終得出采用滑動窗口為5 d的24 h內(nèi)逐小時氣溫和風(fēng)力平均預(yù)報準確率分別為82%和86%，滑動窗口為15 d的24—72 h內(nèi)逐3 h氣溫和風(fēng)力平均預(yù)報準確率分別為84%和85%，滑動窗口為30 d的72—168 h內(nèi)逐6 h氣溫和風(fēng)力平均預(yù)報準確率分別為80%和79%，均為不同滑動窗口中準確率最高的。因此，分別采用5 d、15 d、30 d為不同預(yù)報時效的滑動窗口。表1為各港口10 min—168 h無縫隙雨量、氣溫、風(fēng)力精細化客觀預(yù)報產(chǎn)品。

2.3 預(yù)報流程

通過以上預(yù)報流程生成各個港口10 min—168 h不同時次的預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品（見圖4），該產(chǎn)品可視性強，為預(yù)報服務(wù)人員和港口單位提供了更直觀的預(yù)報參考。

3 預(yù)報應(yīng)用

為及時得到預(yù)報產(chǎn)品準確情況，本文對預(yù)報產(chǎn)品進行了必要的評估和檢驗。主要分為1—24 h（間隔1 h）、24—72 h（間隔3 h）和72—168 h（間隔6 h）的晴雨、氣溫、風(fēng)力檢驗。其中，風(fēng)力檢驗采用5級以下不作檢驗，5級以上采用每相差1級扣20分，氣溫檢驗采用每相差1℃扣20分計算。

通過2015年1月1日—12月31日每天2次（08時、20時）對舟山海域所有港口的晴雨、氣溫和風(fēng)力的準確率進行統(tǒng)計（見圖5），發(fā)現(xiàn)晴雨預(yù)報24 h內(nèi)均在70%以上，其他隨著時次的增加震蕩下降；氣溫預(yù)報相對在午后的最高氣溫預(yù)報上會在80%以下，其余均在80%以上；風(fēng)力預(yù)報準確率相對平穩(wěn)，隨著時次的增加而降低，但72 h內(nèi)一般均在80%以上。

利用本預(yù)報方法在實際的港口預(yù)報服務(wù)中，通過專門的港口精細化預(yù)報服務(wù)平臺，供預(yù)報業(yè)務(wù)人員和港口單位使用，效果非常顯著。不僅確保了舟山各港口（航區(qū)）、臨港產(chǎn)業(yè)基地的生產(chǎn)安全，而且明顯減少了港口大型船舶的滯港、增加了作業(yè)時間和港口的吞吐量。根據(jù)2015年的統(tǒng)計，利用港口精細化預(yù)報服務(wù)平臺所作的專項預(yù)報進行生產(chǎn)計劃、調(diào)度，各港口平均增加作業(yè)天數(shù)30 d，社會和經(jīng)濟效益明顯。

圖3 預(yù)報流程圖

表1 各港口無縫隙10 min—168 h天氣、溫度、風(fēng)力精細化客觀預(yù)報產(chǎn)品

圖4 馬跡山港預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品圖

圖5 2015年舟山各港口晴雨、氣溫、風(fēng)力預(yù)報準確率圖

圖5 （續(xù)）

4 結(jié)論

本文綜合應(yīng)用各類數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品和舟山港口自動站觀測資料，形成舟山港口無縫隙、精細化預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品，并將此應(yīng)用于港口、臨港產(chǎn)業(yè)專項氣象服務(wù)，取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益，也為舟山新區(qū)發(fā)展做出了積極貢獻，現(xiàn)將主要結(jié)論總結(jié)如下：

（1）基于浙江省氣象臺雷達定量降水估測產(chǎn)品、24 h逐小時預(yù)報產(chǎn)品和多模式集成數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品（OCF），利用舟山各港口自動氣象站網(wǎng)資料，通過雙線性內(nèi)插和滑動平均誤差法，進行舟山各港口的本地化釋用，建立各類指標和預(yù)報模型，形成港口10 min—168 h的無縫隙天氣、溫度、風(fēng)力精細化客觀預(yù)報產(chǎn)品；

（2）通過對港口晴雨、氣溫和風(fēng)力的準確率進行評估，效果令人滿意，并且具有比較高的預(yù)報穩(wěn)定性和針對性，目前已經(jīng)將該精細化預(yù)報服務(wù)平臺應(yīng)用于日常港口預(yù)報中；

（3）利用此方法建立的港口精細化預(yù)報服務(wù)平臺，不僅有效提升了舟山海洋氣象服務(wù)的精細化水平，而且在舟山各航線、港口、臨港產(chǎn)業(yè)基地預(yù)報服務(wù)中發(fā)揮了重要作用；也為政府、管理部門防災(zāi)減災(zāi)提供了決策依據(jù)；在保證安全的前提下，使企業(yè)的工作效率明顯增加，社會和經(jīng)濟效益明顯。

[1]范其平,林偉,唐躍,等.利用NCEP產(chǎn)品制作舟山港口精細化風(fēng)力預(yù)報方法研究[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,27 (3):311-315.

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Application of seamless forecast fine service in Zhoushan harbor

TANG Yue，CHEN Mei-ting，XU Yin
（Zhoushan Meteorological Bureau,Zhoushan 316021 China）

Based on the quantitative precipitation estimation products derived from radar at the Zhejiang Meteorological Station,24-hourly forecasting products,ensemble forecasting products from multi-models and automatic meteorological station data at every harbor in Zhoushan,using Bilinear Interpolation method and slide average error method,the interpretation and application of meteorological elements are conducted locally.Some kinds of indexes and forecast models are established to produce a seamless fine objective forecast products of precipitation(non-continuous element),temperature and wind from 10-min to 168 hour and generate kinds of service productions by figures.Such service products can promote the fine prediction level of marine meteorology in Zhoushan and greatly improve the ratio of navigation and the working efficiency of harbor and port-vicinity industries.It can provide the decision-making for the government and the administrative departments’disaster prevention and reduction with obvious social and economic benefits.

seamless forecast;harbor service;fine

P732.4

A

1003-0239（2017）04-0084-06

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.04.010

2016-09-26；

2017-04-21。

浙江省氣象科技項目（2012YB01）。

唐躍（1977-），男，工程師，學(xué)士，主要從事海洋氣象預(yù)報服務(wù)工作。E-mail：fuld121@sina.com