GRAPES模式在一次近海强风预报中的应用

黄潮光，李晓欣，王伟，黄青兰

（广东省江门市气象台广东江门529030）

GRAPES模式在一次近海强风预报中的应用

黄潮光，李晓欣，王伟，黄青兰

（广东省江门市气象台广东江门529030）

利用GRAPES模式和广东自动站资料，从天气学的角度对比、分析研究了GRAPES模式预告在2010年12月15—17日广东出现强冷空气天气过程中上川岛附近海域强风的对应关系。结果表明，在此次近海强风的过程中，GRAPES模式的预报能力及其提前量，在实际冷空气海洋强风预报业务中值得参考，模式气压场的预报与实况没有明显的差异，强度基本一致，模式区域风向风速预报与实况较为吻合，模式单点预报能提前量为60 h报出风向风速的突变，并且时间误差在3 h左右，模式提前量达60 h以上。

GRAPES模式；天气学；近海强风；提前量

1 引言

做好近海气象安全保障是海洋气象与预报的重大课题，近海海域是旅游、养殖、渔业等行业相当发达海域。上川岛附近海域是副热带近海海区，冬季冷空气的强风往往造成严重的影响，尤其是威胁离岛航班、近海旅游船、近海虾船的安全。2010年12月15—17日广东出现强冷空气天气过程，造成上川岛离岛航班停航三天，其他行业颇有损失。

针对近海海面强风的研究分析，已有不少的文献[1-4]取得了很多有意义的研究成果，如卢峰本、黄燕波等[5-6]提出的通过对数值预报产品进行解释，使用统计分析预报方法，对近海海面强风作出预报的经验也很值得借鉴。由于海上观测的难度大，海面实际观测十分稀少，所以在预报业务中有一定的难度。基于数值模式研究，对降水预报的研究较多，对大风预报的研究较少，对海面强风的预报研究更为稀少，但黄海波应用WRF模式预报作机场大风预报的经验[7]颇值得借鉴。

本文应用中国气象局广州热带海洋气象研究所的GRAPES中尺度数值模式[8-10]（公众网址：http：//www.itmm.gov.cn/qx/index.asp）资料对2010年12月15—17日的冷空气天气过程进行分析比较，试图说明GRAPES模式预告与冷空气天气过程中近海强风的密切关系，为今后提高预报员对冷空气天气过程中近海强风的分析预报能力提供基础。

2 天气概况

2.1 单站实况

粤西沿海海面上的上川岛气象观测站是国家级气象观测站，图1是该站12月15日14时—17日13时（北京时，下同）的风向风速自动站正点观测记录。上川岛气象观测站起风时间为15日17时，开始出现6级以上阵风，8级以上平均风维持时间长达19 h，最大阵风29.5 m/s（见表1）。

图1 上川岛观测站风向风速观测实况图

表1 上川岛风力变化表

2.2 地面形势分析

12月15日08时强冷空气主体以补充的形式已经进入广东中部（见图2），但仍未到达粤西沿海海面，气压梯度密集锋区仍在广东中部的北边。冷堆积的中心在甘肃的西北部，中心达1060 hPa，与上川岛观测站的气压差达50 hPa。

图2 2010年12月15日08时地面实况图

3 GRAPES模式的解读分析

本文选用GRAPES模式以2010年12月13日 08时为起始场的预告资料，对12月15—17日粤西沿海海面出现的强风进行分析比较，探讨的实际业务中使用GRAPES模式作参考的可行性，48 h的提前量在实际业务中此提前量可以接受。

3.1 气压场比较

在GRAPES_36 km模式12月13日08时起始场预告15日08时的地面气压场（见图3a）与15日08时地面实况（见图2）比较中，两者气压场的主体没有明显的差异，强度基本一致，特别是1015 hPa线都经过珠江口附近。只是气压梯度密集锋区GRAPES_36 km模式预告图比实况略为偏北，也就是说，冷空气主体到达广东中部的时间，GRAPES_36 km模式预告的时间要比实际要稍迟，存在些小误差，但其预告形势的趋势以及其提前量仍值得预报员在实际业务中参考。

16日08时的GRAPES_36 km模式预告图上（见图3b）强冷空气前锋已到达南海中北部海面，与16日08时的实况（图略）基本一致。从预告图上可知当时上川岛观测站附近，南北之间的气压梯度非之常大。也就是说，从气压梯度判断上川岛观测站附近的偏北风16日08时前后将相当大，上川岛观测站的风要素实况也印证了此点，16日早晨至上午为过程该站最大风速时段，阵风达29.5 m/s。

17日08时的GRAPES_36 km模式预告图上（见图3c）显示,强冷空气过程中粤西沿海海面的大风缓和，但上川岛观测站的实况17日14时之后6级大风才结束。单从气压梯度推算6级大风结束误差为6 h左右，但至17日08时GRAPES_36 km模式的提前量为96 h，预报业务能使用的提前量为84 h，误差仍被认为可接受。

图3 GRAPES_36 km模式12月13日08时起始场预告地面气压场与降水图

3.2 大风预报

3.2.1 区域预报

在GRAPES模式12月13日08时起始场预告16日08时地面10 m风向风速图上（见图4），粤西沿海海面的风速达18 m/s（见图4b）,上川岛附近的海面达22—24 m/s，粤西沿海陆地仍有16—18 m/s。对比实况，此时上川岛观测站的平均风速在20 m/s以上已经维持了10个h（见图1a），而且阵风在26—28 m/s，16日10时还出现最大阵风达29.5 m/s。

对比可见，GRAPES模式的区域预报对上川岛附近的风力预告与实况较为吻合。此时模式的提前量为72 h，预报业务能使用的提前量为60 h，所以GRAPES模式的平均风力预告在预报业务中是值得参考的。

图4 GRAPES模式12月13日08时起始场预告16日08时地面10 m风向风速图

3.2.2 单点预报

图5是GRAPES模式对上川岛单点72 h风向风速预报图，从图5a上分析，起风的时间在15日20时前后，22时起报6级以上的偏北风，8级以上的大风未能报出。图5a与图1a比较，GRAPES模式预报起时间比实际时间迟3 h，6级大风出现时间比实际时间迟4 h，但GRAPES模式的风速预报中15日21—22时出现明显的突变，由6 m/s突变为12 m/s（6级）大风。此点对预报的指导有明确的意义，对单点来说风向或风速的不连续，意味着锋面在此处过境或此处出现天气的突变，GRAPES模式还报出了上川岛15日19时—20时风向由偏东转为东北的变化。GRAPES模式提前量为60 h，实际预报业务可以提前48 h作出“上川岛附近海面15日20时前后将出现6级以上大风”的预报，误差在3 h左右内，本文认为尚可接受。GRAPES模式单点预报未能报出8级以上的大风，只能在区域预报中补足。

分析图5b可知，GRAPES模式报上川岛附近海面风力16日20时出现减弱，但仍在保持在6级左右，至16日09时之后才降到6级以下，与图1b的情况比较几乎完全重合。也就是说，GRAPES模式能够提前36 h、参考GRAPES模式的实际预报业务能够提前24 h报出此次强冷空气造成上川岛附近海面强风的结束时间。

图5 GRAPES模式对上川岛单点72 h风向风速预报（图中横向时间坐标为世界时）

4 小结

从以上分析可以认为，在此次近海强风的过程中GRAPES模式的预报能力及其提前量，在实际冷空气海洋强风预报业务中值得参考，尤其是在海面观测十分稀少的海区其使用意义更大。由上述的分析亦可知，GRAPES模式对近海强风的预报能力仍需预报员的实际经验和天气学知识进行修正。

（1）此次强冷空气过程中，GRAPES_36 km模式气压场的的预报与实况没有明显的差异，强度基本一致，模式的提前量为60 h；

（2）在此次近海强风的过程中，GRAPES模式的区域风向风速预报对上川岛附近的风力预告与实况较为吻合，模式的提前量为72 h；

（3）在此次近海强风的过程中，GRAPES模式对上川岛单点预报能提前量为60 h报出风向风速的突变，并且时间误差在3 h左右，但未能报出8级以上的大风。

[1]周伟隆,陈往溪,肖巍.一粤东海面冷空气强风的统计分析与预报[J].广东气象,2005,27(4)：20-22.

[2]黄继章,范绍佳,宋丽莉,等.一次强冷空气过程海面近地层大风特征分析[J].带气象学报,2009,25（5）：635-640.

[3]辛吉武,翁小芳,许向春,等.琼州海峡南北海岸带大风的天气气候特征[J].气象,2009,35(11)：71-77.

[4]段朝霞.一次强冷空气影响广东海面8级强风的物理成因[J].广东气象,2009,31（1）：29-31.

[5]卢峰本,黄滢,覃庆第.北部湾海面冬春季偏北强风客观预报方法研究[J].海洋预报,2006.23(3)：78-82.

[6]黄燕波.北部湾偏北强风分析及经验预报[J].海洋预报,2008,25（3）：0-65.

[7]黄海波.2009年4月25—26日乌鲁木齐机场大风天气的数值分析[J].中国民航飞行学院学报,2010,21（3）：31-33.

[8]周慧,朱国强,陈江民.GRAPES模式对西南季风爆发的数值模拟及初值影响试验[J].热带气象学报,2010,26（1）：98-104.

[9]叶成志,欧阳里程,李象玉.GRAPES中尺度模式对2005年长江流域重大灾害性降水天气过程预报性能的检验分析[J].热带气象学报,2006,22（4）：393-399.

[10]周鑫,丁菊丽,田伟.海面风场的数值模拟与反演的研究进展[J].广东气象,2009,31(1)：22-26

The application of GRAPES model to the prediction of a strong coastal wind

HUANG Chao-guang,LI Xiao-xin,WANG Wei,HUANG Qing-lan
(Jiangmen Meteorological Bureau,Jiangmen Guangdong 529020 China)

Using GRAPES model,the strong wind event from 15 th to 17 th December 2010 around Shangchuan Island was simulated.The model results were compared with the automatic meteorological data of Guangdong station.The results showed that the prediction capability of GRAPES model were worth considering in the process of the strong wind event.There was no obvious difference between the prediction of the atmospheric pressure field in the model and the observation data.The forecasting of wind speed and direction field were consistent with the observation.By using the single-point results in the model,the wind speed and direction could be predicted in 60 hours,while the corresponding error was about 3 hours.

GRAPES model;synoptic meteorology;the strong coastal wind;initial lead

book=36,ebook=36

P731

：A

：1003-0239（2012）03-0015-05

2011-06-30

广东省江门市气象局“川岛航区气象保障数值预告应用试验”项目。

黄潮光（1955-），男，工程师，主要从事气象预报工作，E-mail：448474119@qq.com。