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”...

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


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




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


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




小结


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）


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


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：


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：


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。

谢谢！请批评指教！

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