2010—2011年冬季渤海海冰数值预报

隋俊鹏，刘煜，唐茂宁，张启文，赵倩

（国家海洋环境预报中心，北京100081）

2010—2011年冬季渤海海冰数值预报

隋俊鹏，刘煜，唐茂宁，张启文，赵倩

（国家海洋环境预报中心，北京100081）

简要介绍了2010—2011年冬季渤海的天气与冰情，总结了该年度海冰数值预报情况，客观检验结果表明数值预报保证率满足业务预报精度要求。

渤海；海冰；数值预报

1 2010—2011年冬季渤海天气与冰情

2011年12月份渤海整体气温接近常年，辽东湾初冰日为12月11日，较2009年明显推迟。2011年1月份渤海地区气温较往年明显偏低，气温距平为-2.6℃，2010年2月份渤海地区气温接近常年。2011年1月初至2月上旬冰情发展迅速，是本年度冰情最严重的阶段，其中2011年2月14日辽东湾浮冰范围达到79 n mile，为本年度最大值。

1.1 2010—2011年冬季渤海天气概况

以大连站气温变化幅度为例来描述影响渤海地区的冷空气过程，2010年12月共发生7次冷空气过程，其中寒潮[1]为3次，分别发生在5—6日、12—15日和21—24日，月内多为西、北路冷空气活动且东北低压和渤海低压较活跃，图1为大连站12月日平均气温距平序列图，从图中可以看出12月日平均气温波动幅度较大。

图1 2010年12月日平均气温距平序列图

2011年1月大连站共发生4次冷空气过程，分别发生在8—9日、13—15日、23—24日和28—29日，冷空气多取西路南下影响我国近海，且欧亚高空阶梯槽形势较为稳定基本为西北冷平流控制，使得月内大的降温过程不多但维持低温状态。

2011年2月大连站共发生6次中等偏弱冷空气过程，过程降温幅度均不大，其中9—15日和27—28日日平均气温低于常年值，其余多日日平均气温均高于常年值。

1.2 2010—2011年冬季渤海冰情

1.2.1 初冰期

2010年12月11日辽东湾北部首次监测到大面积浮冰，浮冰面积为784 km²，之后几天冰情发展迅速，14日浮冰范围达到29 n mile，12月16日黄海北部首次监测到大范围海冰，海冰以初生冰为主，厚度较小、密集度偏低。冷空气过后辽东湾冰情缓解，18日海冰范围缩为8 n mile。但23日的强冷空气使辽东湾海冰范围持续增长，至1月3日已达43 n mile，渤海湾和莱州湾也于12月26日出现了大面积浮冰。

1.2.2 盛冰期

随着冷空气的不断南下，海冰范围持续增长，2011年1月4日辽东湾浮冰范围达到53 n mile，渤海及黄海北部地区进入了盛冰期。莱州湾冰情发展迅速，浮冰范围从10 n mile增加到23 n mile。15日辽东湾海冰范围达到62 n mile，首先达到蓝色警报标准，国家海洋预报台根据海冰应急预案发布辽东湾海冰蓝色警报；16日莱州湾海冰范围为32 n mile，达到了海冰蓝色警报标准，1月23日莱州湾海冰范围达到39 n mile，达到了海冰黄色警报标准。16—31日各湾海冰都维持较大范围，冰情稳定，是本年度冰情最严重的阶段，其中莱州湾的浮冰范围接近40n mile，为历史同期最大值。

图2 2011年1月日平均气温距平序列图

图3 2011年2月日平均气温距平序列图

1.2.3 融冰期

2月份气温逐步回升，2011年2月2日解除辽东湾海冰蓝色警报，莱州湾海冰警报由黄色降为蓝色，2月7日解除莱州湾海冰警报。虽然2月10—16日辽东湾发布海冰警报，但冰情总体已呈缓解趋势。2011年2月14日辽东湾海冰范围为79 n mile，至2月16日北缩至48 n mile，辽东湾海冰蓝色警报解除，整个海区进入融冰期。25日莱州湾和黄海北部基本无冰，仅辽东湾和渤海湾有少量浮冰。

图4为2010—2011年逐日海冰范围变化图，结合该图及冰情的演变分析，我们总结出2010—2011年冬季渤海海冰的主要特点为：

（1）冰期较常年偏短；

（2）强冷空气过程少，导致海上浮冰堆积现象轻；

（3）浮冰范围较大，特别是莱州湾的浮冰范围达到了历史最大值；

（4）辽东湾在2月冰情严重时，几乎整个湾内浮冰流出后又重新冻结，从而使辽东湾湾内浮冰冰厚明显偏薄；

（5）融冰期时间短，海冰融化速度快。

图4 2010—2011冬季海冰范围逐日变化

2 2010—2011年冬季海冰数值预报

业务化海冰数值预报系统以中国HY-1B卫星和MODIS卫星遥感图像反演的海冰信息为基础[2-4]，结合飞机航拍、雷达观测、海洋站监测等观测资料，通过多源资料同化，获得海冰数值预报的初始场[5-6]。由大气模式提供风应力、气温、湿度、感热和潜热通量等要素的预报场，将海冰初始场、大气强迫场、海洋强迫场作为海冰模式的输入场，计算各时刻海冰冰厚、密集度、速度等[7-9]。

2.1 海冰数值预报实例

图5给出的是2010—2011年冬季盛冰期的海冰数值预报个例。

图5 2010—2011年冬季盛冰期渤海海冰数值预报个例

图a1、b1为2010年1月26日的未来1、3天的海冰数值预报结果；图a2、b2为卫星遥感2010年1月27、29日的渤海海冰实况图。

从数值预报结果与卫星遥感实况图的对比可以看出，业务化数值预报模式对海冰预报结果较好。

2.2 海冰数值预报客观检验

为客观评价海冰数值预报精度，对2010—2011年海冰数值预报结果进行统计检验[10-11]。检验结果为改进海冰数值模式、完善数值预报初值系统及提高海冰预报精度提供科学依据。2010—2011数值预报结果的检验项目包括冰厚均方根误差、海冰外缘线平均误差及其预报保证率。

（1）冰厚预报均方根误差（RMSE）

式中N为海冰覆盖格点总数，HOij和HFij分别表示冰厚的观测、预报值，其中冰厚的观测值用的是JZ-93、JZ-202平台的现场观测数据。

（2）外缘线平均预报误差（ME）

式中，NE表示冰—水边界的格点总数，d为计算格点的面积平方根。

冰厚、冰外缘线预报平均保证率GR(η)

设预报误差标准为Fc（冰厚RMSE的Fc：5 cm；冰边缘线ME的Fc：5 n mile（9.3 km）），如果预报误差F低于它，即F≤Fc，即认为预报结果满足预报标准，于是定义预报保证率为：

式中，N为预报个例总数，即样本数。

2010/2011年冬季逐日海冰数值预报在不同预报时效的厚度误差和冰边缘线误差见表1—2。

表1 2010/2011年冬季JZ9-3和JZ20-2平台1—5 d冰厚数值预报平均误差（cm）

表2 2010/2011年冬季1—5d海冰数值预报客观检验结果和预报保证率

从表中可以看出预报误差随着预报时效的延长而增加，海冰厚度24 h的平均预报误差一般在2.65 cm，而120 h的平均预报误差约4.48 cm；冰边缘线24 h平均预报误差为5.1 km，而120 h的平均误差为11.06 km。

3 小结

（1）2010—2011年冬季渤海冰情为常年，冰期较常年偏短，冰厚整体偏薄。其中莱州湾浮冰范围偏大，1月23日达到39海里，为历史最大值。（2）2010—2011年冬季客观检验3 d冰厚预报误差小于5 cm，冰外缘线平均预报误差小于9.3 km，均达到了海冰数值预报业务化指标。

[1]朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法[M].北京:气象出版社,2000.266.

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Numerical sea ice forecast in the Bohai Sea in winter of 2010—2011

SUI Jun-peng，LIU Yu，TANG Mao-ning，ZHANG Qi-wen，ZHAO Qian
(National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081 China))

In this paper,the weather and sea ice conditions in the Bohai Sea in winter of 2010—2011 are reviewed briefly and the results of numerical sea ice forecast are summarized.The objective validation results indicate that the numerical sea ice forecast system in the Bohai Sea has reached the precision required in the operational forecast.

Bohai；sea ice；numerical forecast

book=97,ebook=97

P731

：A

：1003-0239（2012）04-0065-05

2012-01-04

国家自然科学基金（41176022）;海洋公益性科研专项(201105016)

隋俊鹏（1984-），男，助理工程师，主要从事海冰预报及研究工作。E-mail:sjp@nmefc.gov.cn