隋俊鵬，劉煜，唐茂寧，張啟文，趙倩

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京100081）

2010—2011年冬季渤海海冰數(shù)值預(yù)報

隋俊鵬，劉煜，唐茂寧，張啟文，趙倩

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京100081）

簡要介紹了2010—2011年冬季渤海的天氣與冰情，總結(jié)了該年度海冰數(shù)值預(yù)報情況，客觀檢驗結(jié)果表明數(shù)值預(yù)報保證率滿足業(yè)務(wù)預(yù)報精度要求。

渤海；海冰；數(shù)值預(yù)報

1 2010—2011年冬季渤海天氣與冰情

2011年12月份渤海整體氣溫接近常年，遼東灣初冰日為12月11日，較2009年明顯推遲。2011年1月份渤海地區(qū)氣溫較往年明顯偏低，氣溫距平為-2.6℃，2010年2月份渤海地區(qū)氣溫接近常年。2011年1月初至2月上旬冰情發(fā)展迅速，是本年度冰情最嚴(yán)重的階段，其中2011年2月14日遼東灣浮冰范圍達(dá)到79 n mile，為本年度最大值。

1.1 2010—2011年冬季渤海天氣概況

以大連站氣溫變化幅度為例來描述影響渤海地區(qū)的冷空氣過程，2010年12月共發(fā)生7次冷空氣過程，其中寒潮[1]為3次，分別發(fā)生在5—6日、12—15日和21—24日，月內(nèi)多為西、北路冷空氣活動且東北低壓和渤海低壓較活躍，圖1為大連站12月日平均氣溫距平序列圖，從圖中可以看出12月日平均氣溫波動幅度較大。

圖1 2010年12月日平均氣溫距平序列圖

2011年1月大連站共發(fā)生4次冷空氣過程，分別發(fā)生在8—9日、13—15日、23—24日和28—29日，冷空氣多取西路南下影響我國近海，且歐亞高空階梯槽形勢較為穩(wěn)定基本為西北冷平流控制，使得月內(nèi)大的降溫過程不多但維持低溫狀態(tài)。

2011年2月大連站共發(fā)生6次中等偏弱冷空氣過程，過程降溫幅度均不大，其中9—15日和27—28日日平均氣溫低于常年值，其余多日日平均氣溫均高于常年值。

1.2 2010—2011年冬季渤海冰情

1.2.1 初冰期

2010年12月11日遼東灣北部首次監(jiān)測到大面積浮冰，浮冰面積為784 km2，之后幾天冰情發(fā)展迅速，14日浮冰范圍達(dá)到29 n mile，12月16日黃海北部首次監(jiān)測到大范圍海冰，海冰以初生冰為主，厚度較小、密集度偏低。冷空氣過后遼東灣冰情緩解，18日海冰范圍縮為8 n mile。但23日的強冷空氣使遼東灣海冰范圍持續(xù)增長，至1月3日已達(dá)43 n mile，渤海灣和萊州灣也于12月26日出現(xiàn)了大面積浮冰。

1.2.2 盛冰期

隨著冷空氣的不斷南下，海冰范圍持續(xù)增長，2011年1月4日遼東灣浮冰范圍達(dá)到53 n mile，渤海及黃海北部地區(qū)進(jìn)入了盛冰期。萊州灣冰情發(fā)展迅速，浮冰范圍從10 n mile增加到23 n mile。15日遼東灣海冰范圍達(dá)到62 n mile，首先達(dá)到藍(lán)色警報標(biāo)準(zhǔn)，國家海洋預(yù)報臺根據(jù)海冰應(yīng)急預(yù)案發(fā)布遼東灣海冰藍(lán)色警報；16日萊州灣海冰范圍為32 n mile，達(dá)到了海冰藍(lán)色警報標(biāo)準(zhǔn)，1月23日萊州灣海冰范圍達(dá)到39 n mile，達(dá)到了海冰黃色警報標(biāo)準(zhǔn)。16—31日各灣海冰都維持較大范圍，冰情穩(wěn)定，是本年度冰情最嚴(yán)重的階段，其中萊州灣的浮冰范圍接近40n mile，為歷史同期最大值。

圖2 2011年1月日平均氣溫距平序列圖

圖3 2011年2月日平均氣溫距平序列圖

1.2.3 融冰期

2月份氣溫逐步回升，2011年2月2日解除遼東灣海冰藍(lán)色警報，萊州灣海冰警報由黃色降為藍(lán)色，2月7日解除萊州灣海冰警報。雖然2月10—16日遼東灣發(fā)布海冰警報，但冰情總體已呈緩解趨勢。2011年2月14日遼東灣海冰范圍為79 n mile，至2月16日北縮至48 n mile，遼東灣海冰藍(lán)色警報解除，整個海區(qū)進(jìn)入融冰期。25日萊州灣和黃海北部基本無冰，僅遼東灣和渤海灣有少量浮冰。

圖4為2010—2011年逐日海冰范圍變化圖，結(jié)合該圖及冰情的演變分析，我們總結(jié)出2010—2011年冬季渤海海冰的主要特點為：

（1）冰期較常年偏短；

（2）強冷空氣過程少，導(dǎo)致海上浮冰堆積現(xiàn)象輕；

（3）浮冰范圍較大，特別是萊州灣的浮冰范圍達(dá)到了歷史最大值；

（4）遼東灣在2月冰情嚴(yán)重時，幾乎整個灣內(nèi)浮冰流出后又重新凍結(jié)，從而使遼東灣灣內(nèi)浮冰冰厚明顯偏薄；

（5）融冰期時間短，海冰融化速度快。

圖4 2010—2011冬季海冰范圍逐日變化

2 2010—2011年冬季海冰數(shù)值預(yù)報

業(yè)務(wù)化海冰數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)以中國HY-1B衛(wèi)星和MODIS衛(wèi)星遙感圖像反演的海冰信息為基礎(chǔ)[2-4]，結(jié)合飛機航拍、雷達(dá)觀測、海洋站監(jiān)測等觀測資料，通過多源資料同化，獲得海冰數(shù)值預(yù)報的初始場[5-6]。由大氣模式提供風(fēng)應(yīng)力、氣溫、濕度、感熱和潛熱通量等要素的預(yù)報場，將海冰初始場、大氣強迫場、海洋強迫場作為海冰模式的輸入場，計算各時刻海冰冰厚、密集度、速度等[7-9]。

2.1 海冰數(shù)值預(yù)報實例

圖5給出的是2010—2011年冬季盛冰期的海冰數(shù)值預(yù)報個例。

圖5 2010—2011年冬季盛冰期渤海海冰數(shù)值預(yù)報個例

圖a1、b1為2010年1月26日的未來1、3天的海冰數(shù)值預(yù)報結(jié)果；圖a2、b2為衛(wèi)星遙感2010年1月27、29日的渤海海冰實況圖。

從數(shù)值預(yù)報結(jié)果與衛(wèi)星遙感實況圖的對比可以看出，業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報模式對海冰預(yù)報結(jié)果較好。

2.2 海冰數(shù)值預(yù)報客觀檢驗

為客觀評價海冰數(shù)值預(yù)報精度，對2010—2011年海冰數(shù)值預(yù)報結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計檢驗[10-11]。檢驗結(jié)果為改進(jìn)海冰數(shù)值模式、完善數(shù)值預(yù)報初值系統(tǒng)及提高海冰預(yù)報精度提供科學(xué)依據(jù)。2010—2011數(shù)值預(yù)報結(jié)果的檢驗項目包括冰厚均方根誤差、海冰外緣線平均誤差及其預(yù)報保證率。

（1）冰厚預(yù)報均方根誤差（RMSE）

式中N為海冰覆蓋格點總數(shù)，HOij和HFij分別表示冰厚的觀測、預(yù)報值，其中冰厚的觀測值用的是JZ-93、JZ-202平臺的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)。

（2）外緣線平均預(yù)報誤差（ME）

式中，NE表示冰—水邊界的格點總數(shù)，d為計算格點的面積平方根。

冰厚、冰外緣線預(yù)報平均保證率GR(η)

設(shè)預(yù)報誤差標(biāo)準(zhǔn)為Fc（冰厚RMSE的Fc：5 cm；冰邊緣線ME的Fc：5 n mile（9.3 km）），如果預(yù)報誤差F低于它，即F≤Fc，即認(rèn)為預(yù)報結(jié)果滿足預(yù)報標(biāo)準(zhǔn)，于是定義預(yù)報保證率為：

式中，N為預(yù)報個例總數(shù)，即樣本數(shù)。

2010/2011年冬季逐日海冰數(shù)值預(yù)報在不同預(yù)報時效的厚度誤差和冰邊緣線誤差見表1—2。

表1 2010/2011年冬季JZ9-3和JZ20-2平臺1—5 d冰厚數(shù)值預(yù)報平均誤差（cm）

表2 2010/2011年冬季1—5d海冰數(shù)值預(yù)報客觀檢驗結(jié)果和預(yù)報保證率

從表中可以看出預(yù)報誤差隨著預(yù)報時效的延長而增加，海冰厚度24 h的平均預(yù)報誤差一般在2.65 cm，而120 h的平均預(yù)報誤差約4.48 cm；冰邊緣線24 h平均預(yù)報誤差為5.1 km，而120 h的平均誤差為11.06 km。

3 小結(jié)

（1）2010—2011年冬季渤海冰情為常年，冰期較常年偏短，冰厚整體偏薄。其中萊州灣浮冰范圍偏大，1月23日達(dá)到39海里，為歷史最大值。（2）2010—2011年冬季客觀檢驗3 d冰厚預(yù)報誤差小于5 cm，冰外緣線平均預(yù)報誤差小于9.3 km，均達(dá)到了海冰數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)化指標(biāo)。

[1]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000.266.

[2]李春花,劉欽政,白珊,等.海冰業(yè)務(wù)化預(yù)報基礎(chǔ)研究進(jìn)展[J].海洋預(yù)報,2005,5（22）:50-55.

[3]白珊,吳輝碇.渤海的海冰數(shù)值預(yù)報[J].氣象學(xué)報,1998,56（2）: 139-152.

[4]劉煜,吳輝碇,張占海,等.基于質(zhì)點-網(wǎng)格模式的海冰厚度變化過程數(shù)值模擬[J].海洋學(xué)報,2006,3(28):14-21.

[5]張方儉.中國的海冰[M].北京:海洋出版社,1986.

[6]包澄瀾.海冰災(zāi)害及預(yù)報[M].北京:海洋出版社,1991.

[7]張啟文.渤海海冰變化與氣象條件的關(guān)系[J].海洋預(yù)報,1986,3 (1):49-54.

[8]吳輝碇.海冰的動力-熱力過程的數(shù)學(xué)處理[J].海洋與湖沼, 1991,22(4):221-228.

[9]吳輝碇,王志聯(lián).海冰熱力過程及其數(shù)值模擬[A].馮士筰，孫文心編著.計算與工程計算叢書；物理海洋數(shù)值計算[M].鄭州：河南科技出版社,1992,361-482

[10]劉煜,白珊,李春花,等.2005—2006年冬季渤海海冰數(shù)值預(yù)報[J].海洋預(yù)報,2006,23（S）:1-10.

[11]劉煜,李寶輝,李春花,等.2006—2007年冬季渤海天氣與冰情分析[J].海洋預(yù)報,2009,26(1):1-6.

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

國家自然科學(xué)基金（41176022）;海洋公益性科研專項(201105016)

隋俊鵬（1984-），男，助理工程師，主要從事海冰預(yù)報及研究工作。E-mail:sjp@nmefc.gov.cn