李新文，丁 駿，黃君寶，員 鵬，謝東風(fēng)

(1. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院），浙江 杭州 310020； 2. 浙江省海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，浙江 杭州 310007)

浙江省地處我國(guó)東南沿海，海岸線曲折綿長(zhǎng)，河口港灣眾多，島嶼星羅棋布，這為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了良好的客觀條件。其東側(cè)面臨廣闊的東海大陸架，是臺(tái)風(fēng)最為活躍的海區(qū)之一。每年7—10月為臺(tái)風(fēng)期，平均每年約有3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)會(huì)對(duì)浙江造成影響，平均每3年有2場(chǎng)臺(tái)風(fēng)會(huì)正面登陸。準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和后報(bào)臺(tái)風(fēng)浪對(duì)工程設(shè)計(jì)、防災(zāi)減災(zāi)均具有重要意義。

在臺(tái)風(fēng)浪的模擬中，海浪的模擬精度很大程度上依賴于海面風(fēng)場(chǎng)的計(jì)算精度。目前主要有兩種獲取臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的方式：參數(shù)化臺(tái)風(fēng)模型和再分析風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集。參數(shù)化風(fēng)場(chǎng)模型根據(jù)臺(tái)風(fēng)路徑、中心最低氣壓，即可生成連續(xù)的臺(tái)風(fēng)場(chǎng)，常見(jiàn)的有藤田-高橋模型、Jelesnianski模型和Holland模型等[1-2]。參數(shù)化風(fēng)場(chǎng)模型簡(jiǎn)便易用，但要想獲得準(zhǔn)確的大范圍風(fēng)場(chǎng)往往需進(jìn)行多次參數(shù)率定。近年來(lái)涌現(xiàn)出來(lái)的分析和再分析風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集，在時(shí)空分辨率、精度和同化數(shù)據(jù)源數(shù)量等方面均有較大提升[3-4]，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者基于公開(kāi)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集開(kāi)展了海浪的長(zhǎng)歷時(shí)后報(bào)研究。Lü等[5]根據(jù)實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)資料對(duì)ERA-Interim風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行修正，在此基礎(chǔ)上利用SWAN模型計(jì)算了渤海1993—2012年的海浪場(chǎng)。Akp?nar等[6-7]采用CFSR再分析風(fēng)場(chǎng)計(jì)算了黑海31年的長(zhǎng)歷時(shí)海浪場(chǎng)，并采用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法分析了黑海沿岸風(fēng)、浪的變化趨勢(shì)。Li等[8]同時(shí)采用NOAA/PSL的NCEP/NCAR再分析風(fēng)場(chǎng)和ECMWF的ERA-Interim再分析風(fēng)場(chǎng)，利用WAMC4模型，計(jì)算了東海1979—2013年的海浪場(chǎng)，結(jié)果表明ECMWF風(fēng)場(chǎng)在極端海浪模擬方面優(yōu)于NCEP風(fēng)場(chǎng)。Shih等[9]基于SCHISM-WWM-III模型，建立了高分辨率的波流耦合模型，并從1977—2016年的ERA-Interim再分析風(fēng)場(chǎng)中選取9場(chǎng)典型臺(tái)風(fēng)來(lái)模擬臺(tái)灣島周邊的海浪，生成了臺(tái)灣島周邊海浪風(fēng)險(xiǎn)分布圖。Shi等[10]基于TOMAC海浪模式，以CFSR風(fēng)場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)，建立了1979—2017共計(jì)39 a的中國(guó)沿海海浪數(shù)據(jù)集，并分析了波候和趨勢(shì)變化。另外，Chen等[11]對(duì)比了ERA-Interim、CFSR、CCMP 3個(gè)數(shù)據(jù)集在臺(tái)灣海域海浪模擬的適用性，結(jié)果表明三者均表現(xiàn)良好，后報(bào)得到的海浪與實(shí)測(cè)值的skill指標(biāo)均在0.92～0.94之間。

然而不同的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集在浙江沿海的適用性還有待檢驗(yàn)。2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”兩度登陸浙江，移速慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，外海深水浮標(biāo)站普遍監(jiān)測(cè)到5 m以上的波高，具有較好的代表性。本文采用ERA5、CCMP和CFSv2三種最新發(fā)布的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集來(lái)研究不同風(fēng)場(chǎng)在“煙花”臺(tái)風(fēng)期間海浪數(shù)值模擬方面的適用性。借助實(shí)測(cè)海浪資料，通過(guò)誤差統(tǒng)計(jì)來(lái)評(píng)估各數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確性。這不僅可為今后選取合適的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集進(jìn)行海浪預(yù)報(bào)和后報(bào)提供依據(jù)，還有利于深化對(duì)浙江沿海海域臺(tái)風(fēng)浪特性的認(rèn)識(shí)。

1 “煙花”臺(tái)風(fēng)簡(jiǎn)介

2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”路徑如圖1所示（路徑來(lái)自溫州臺(tái)風(fēng)網(wǎng)）。其于7月18日02:00在西北太平洋洋面上生成，7月19日08:00加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，中心最低氣壓985 hPa，中心附近最大風(fēng)速25 m/s；7月20日14:00繼續(xù)加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，中心最低氣壓975 hPa，中心附近最大風(fēng)速33 m/s；7月21日11:00加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心最低氣壓955 hPa，中心附近最大風(fēng)速42 m/s；7月23日23:00減弱為臺(tái)風(fēng)，中心最低氣壓960 hPa，中心附近最大風(fēng)速40 m/s；25日12:30前后在浙江省舟山市普陀區(qū)登陸，登陸時(shí)中心最低氣壓為965 hPa，中心附近最大風(fēng)速38 m/s；并于7月26日09:50前后在浙江省平湖市沿海再次登陸，登陸時(shí)中心最低氣壓978 hPa，中心附近最大風(fēng)速28 m/s，后繼續(xù)向西北方向行進(jìn)，在安徽淮南轉(zhuǎn)為北向，最終在渤海灣消亡。

圖1 “煙花”臺(tái)風(fēng)路徑、浮標(biāo)站位置和海床高程Fig. 1 The path of Typhoon In-Fa, location of the wave buoy and bathymetry around middle and north Zhejiang coasts

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)收集

表層風(fēng)場(chǎng)選取了國(guó)際上3個(gè)應(yīng)用較為廣泛的數(shù)據(jù)集，分別是ERA5、CCMP和CFSv2。表1列舉了各個(gè)數(shù)據(jù)集的相關(guān)特征。ERA5是由歐洲中尺度氣象中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts，ECMWF）開(kāi)發(fā)的第五代再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品，按時(shí)間跨度分為1950—1978的預(yù)覽初始版和1979年至今的穩(wěn)定版。ERA5分析數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)同化方法，每隔12 h將新獲取的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型前期預(yù)報(bào)結(jié)果通過(guò)優(yōu)化方法結(jié)合起來(lái)以得到最佳的大氣預(yù)報(bào)結(jié)果。再分析數(shù)據(jù)采用類似的方法來(lái)生成。目前用戶可獲取到1979年以來(lái)逐時(shí)的ERA5再分析數(shù)據(jù)，其中大氣數(shù)據(jù)的空間分辨率為0.25°×0.25°。CCMP目前的版本為2.0，由美國(guó)“遙感系統(tǒng)”（Remote Sensing System，RSS）研制發(fā)布。CCMP以ECMWF的ERAInterim再分析風(fēng)場(chǎng)為初始場(chǎng)，通過(guò)變分同化分析法（VAM），將衛(wèi)星微波輻射儀（SSM/I, SSMIS, AMSR, TMI,WindSat, GMI）和衛(wèi)星微波散射儀（QuikSCAT和ASCAT）數(shù)據(jù)和浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，生成了分辨率為0.25°×0.25°的逐時(shí)連續(xù)風(fēng)場(chǎng)，目前用戶可獲取到1987年至今的數(shù)據(jù)。CFSv2數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）旗下的國(guó)家環(huán)境信息中心（National Centers for Environmental Information, NCEI）發(fā)布，該數(shù)據(jù)融合了表層觀測(cè)、上層氣球觀測(cè)、飛行觀測(cè)和衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)。目前提供2011年至今逐時(shí)的分辨率為0.20°×0.20°的氣象數(shù)據(jù)。與之前的CFSR相比，CFSv2的時(shí)間分辨率和空間分辨率都有了較大提升。

表1 各風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集特征Tab. 1 Characteristic of wind dataset

圖2 為“煙花”臺(tái)風(fēng)期間兩個(gè)典型時(shí)刻2021年7月25日01:00和2021年7月25日14:00ERA5、CCMP和CFSv2的瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)。整體而言，ERA5和CCMP的臺(tái)風(fēng)中心和強(qiáng)度均較為一致，而CFSv2的臺(tái)風(fēng)中心與前兩者存在偏差，最大風(fēng)速和外圍風(fēng)速也相對(duì)較大。2021年7月25日01:00時(shí)，臺(tái)風(fēng)中心清晰可見(jiàn)，臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)完整，舟山群島和杭州灣的風(fēng)向?yàn)镹E向，自三門灣至溫州灣風(fēng)向由NNW向逐漸轉(zhuǎn)為W向。ERA5和CCMP的臺(tái)風(fēng)中心均位于123.5° E、28.5° N，ERA5最大風(fēng)速為20～25 m/s，CCMP的最大風(fēng)速為25～30 m/s，出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心的N～E向，CFSv2的臺(tái)風(fēng)中心位于123.5° E、28.7° N，最大風(fēng)速為30～35 m/s，出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心的N～NE向。2021年7月25日14:00，臺(tái)風(fēng)中心靠近大陸，受西側(cè)下墊面影響臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)不再完整，舟山島北側(cè)風(fēng)向?yàn)镋向，杭州灣風(fēng)向?yàn)镹E向，舟山群島南側(cè)至溫州灣風(fēng)向均為SW向。ERA5和CCMP的臺(tái)風(fēng)中心均位于122.2° E、30.0° N，CFSv2的臺(tái)風(fēng)中心位于122.4° E、30.0° N。3個(gè)數(shù)據(jù)集的最大風(fēng)速均出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心東北側(cè)的長(zhǎng)江口外，最大風(fēng)速均為20～25 m/s；但強(qiáng)度有所不同，CFSv2強(qiáng)度最高，CCMP次之，ERA5最弱。在舟山群島東側(cè)和東北側(cè)分別選取1個(gè)特征點(diǎn)（位置見(jiàn)圖2）來(lái)對(duì)比不同數(shù)據(jù)集在“煙花”臺(tái)風(fēng)期間的風(fēng)速和風(fēng)向過(guò)程（圖3）。整體而言，CFSv2風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速最大，ERA5和CCMP風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速則互有大小。3個(gè)風(fēng)場(chǎng)在2個(gè)特征點(diǎn)的風(fēng)向則較為一致。在P1點(diǎn)ERA5、CCMP和CFSv2風(fēng)場(chǎng)的最大風(fēng)速分別為24.7、26.2和33.7 m/s，在P2點(diǎn)ERA5、CCMP和CFSv2風(fēng)場(chǎng)的最大風(fēng)速分別為24.7、24.2和28.1 m/s。7月25日之前風(fēng)向以ENE向?yàn)橹?，之后逐漸轉(zhuǎn)為SE向。

圖2 “煙花”臺(tái)風(fēng)期間兩個(gè)典型時(shí)刻不同數(shù)據(jù)集的瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)Fig. 2 Snapshots of wind field distributions at 2 021.07.25 01:00 and at 2 021.07.25 14:00 for ERA5,CCMP and CFSv2 wind dataset during the period of Typhoon In-Fa

圖3 “煙花”臺(tái)風(fēng)期間兩個(gè)特征點(diǎn)位置不同數(shù)據(jù)集風(fēng)速、風(fēng)向過(guò)程對(duì)比Fig. 3 Comparison of time series of wind speed and direction for three wind datasets during Typhoon In-Fa

收集到4個(gè)海浪浮標(biāo)站2021年7月21日至7月29日的實(shí)測(cè)波浪資料，浮標(biāo)位置如圖1所示。其中舟山外和臺(tái)州外兩個(gè)浮標(biāo)為10 m浮標(biāo)，位于近海-80～-70 m高程處，嵊山和朱家尖為3 m浮標(biāo)，分別位于嵊山島南側(cè)和朱家尖島東側(cè)，海床高程均在-20 m左右。就與臺(tái)風(fēng)路徑的相對(duì)位置而言，臺(tái)州外浮標(biāo)位于臺(tái)風(fēng)向北行進(jìn)時(shí)的西側(cè)，最近距離約38 km；舟山外浮標(biāo)位于臺(tái)風(fēng)向西北轉(zhuǎn)向時(shí)的東側(cè)，最近距離約64 km；嵊山浮標(biāo)和朱家尖浮標(biāo)分別位于臺(tái)風(fēng)向西行進(jìn)路徑的北側(cè)和南側(cè)，最近距離分別為85和12 km。4個(gè)浮標(biāo)代表了臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)的不同強(qiáng)度位置，其觀測(cè)到的波高為衡量風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集的適用性提供了很好的依據(jù)。

2.2 模型介紹

目前常用的第三代海浪模式有WAM[12]，WAVEWATCH III[13]和SWAN[14-15]等。這3個(gè)海浪模式均基于動(dòng)譜平衡方程，其中SWAN在近岸海浪模擬中應(yīng)用更為廣泛。本研究選用SWAN模式（版本號(hào)41.31）。模式采用二維動(dòng)譜密度表示隨機(jī)波而非能譜密度，這是由于在有流場(chǎng)存在的情況下，動(dòng)譜密度守恒而能譜密度卻并不守恒，動(dòng)譜密度N(σ,θ)是能譜密度E(σ,θ)與相對(duì)頻率σ的比值。在直角坐標(biāo)系下SWAN模式的控制方程為：

方程左邊的第1項(xiàng)代表動(dòng)譜密度在時(shí)間上的變化率，第2項(xiàng)和第3項(xiàng)代表動(dòng)譜密度在幾何空間的傳播，第4項(xiàng)代表由流和水深變化引起的頻移，第5項(xiàng)代表由流和水深變化引起的折射和變淺作用。方程右邊的S代表能量源匯項(xiàng)：

式中：Sin表示風(fēng)能輸入作用；Snl3表示三波相互作用對(duì)能量的重新分配；Snl4表示四波相互作用對(duì)能量的重新分配；Sds,w表示白帽耗散作用；Sds,b、Sds,br表示水底摩擦及波浪破碎引起的能量耗散作用。式中的Cx、Cy、Cσ、Cθ分別表示動(dòng)譜密度在x、y、σ和θ空間上的傳播速度。

式中：d為水深；s為波浪傳播方向的坐標(biāo)；m為與s垂直的坐標(biāo)。向量k與向量U分別表示波數(shù)與海浪流速。

3 模型建立和結(jié)果分析

3.1 模型建立

模型計(jì)算范圍涵蓋整個(gè)南海和東海，東西范圍為105°45′ E～139°15′ E，南北向范圍為1°30′ N～43°30′ N。以浙中三門灣口門為起點(diǎn)，東側(cè)距離邊界約1 600 km，東南側(cè)距離邊界約2 200 km，南側(cè)距離邊界約2 900 km。圖4為模型計(jì)算范圍和海床高程。模型采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，在利用SMS劃分三角形網(wǎng)格時(shí)，對(duì)不同區(qū)域采用了不同的網(wǎng)格分辨率。計(jì)算域內(nèi)共有284 010個(gè)網(wǎng)格和138 398個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中外海邊界處網(wǎng)格分辨率為50 km，至近岸海域網(wǎng)格分辨率提升至2 km，大陸岸線和島嶼附近網(wǎng)格分辨率為200～500 m，以保證海浪的模擬精度。不同海域的高程數(shù)據(jù)來(lái)源不同，領(lǐng)海外部界限外采用NCEI發(fā)布的ETOPO1高程數(shù)據(jù)，地形分辨率為1′。大陸岸線至近岸-10～-15m高程處地形為實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，中間區(qū)域的地形則來(lái)自海圖。模型計(jì)算時(shí)間為2021年7月18日—7月30日，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間步長(zhǎng)（1 h、40 min、30 min、20 min、10 min）測(cè)試，時(shí)間步長(zhǎng)為30 min時(shí)結(jié)果達(dá)到穩(wěn)定，故選取30 min作為時(shí)間步長(zhǎng)。模型中考慮了底部摩擦、白帽及波浪破碎等引起的能量耗散和三波、四波相互作用及波浪在近岸的折射、繞射等效應(yīng)。

圖4 計(jì)算范圍和海床高程Fig. 4 Model area and bathymetry

3.2 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

圖5 為“煙花”臺(tái)風(fēng)期間兩個(gè)典型時(shí)刻基于不同數(shù)據(jù)集模擬的瞬時(shí)波高分布。與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)，由CFSv2風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高最大，CCMP次之，ERA5最小。另外由CFSv2風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高空間梯度明顯大于CCMP和ERA5對(duì)應(yīng)的波高空間梯度。三者最大波高均出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心東北側(cè)，而最小波高則出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)和東南側(cè)。另外越靠近臺(tái)風(fēng)中心，波高梯度越大。2021年7月25日01:00，由ERA5風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高最大值為8～9 m，舟山群島東側(cè)波高為5～7 m，由CCMP風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高最大值為9～10 m，舟山群島東側(cè)波高亦為5～7 m，由CFSv2風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高最大值在10 m以上，舟山群島東側(cè)波高為7～9 m。在臺(tái)風(fēng)外圍，三者模擬得到的波高較為一致，長(zhǎng)江口門波高約4 m，杭州灣內(nèi)波高在3 m以下，三門灣口門處波高約5 m。2021年7月25日14:00，最大波高出現(xiàn)在嵊山東側(cè)和長(zhǎng)江口東側(cè)。由ERA5、CCMP、CFSv2風(fēng)場(chǎng)模擬得到的最大波高分別在8 、9 和10 m以上。杭州灣口門處最大波高均達(dá)到5 m，三門灣口門處波高仍有4～5 m。

圖5 “煙花”臺(tái)風(fēng)期間兩個(gè)典型時(shí)刻基于不同數(shù)據(jù)集計(jì)算的波高分布Fig. 5 Snapshots of wave height at 2021.07.25 01:00 and at 2021.07.25 14:00 forced by ERA5,CCMP and CFSv2 wind datasets during the period of Typhoon In-Fa

圖6 為4個(gè)浮標(biāo)站實(shí)測(cè)波高與不同風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集模擬結(jié)果的對(duì)比?？梢钥闯觯?個(gè)風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果均很好地再現(xiàn)了海浪的增長(zhǎng)和衰減過(guò)程，且各浮標(biāo)站的峰值時(shí)刻也較為一致，臺(tái)州外、舟山外、朱家尖和嵊山站波高分別于7月24日20:00、7月25日0:00、7月25日07:00和7月25日14:00達(dá)到極值。但采用各數(shù)據(jù)集算得的波高量值存在差異。整體而言采用CFSv2風(fēng)場(chǎng)得到的波高最大且明顯高于實(shí)測(cè)值。在嵊山站，由CFSv2風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高自7月24日起逐漸高于實(shí)測(cè)波高。而在朱家尖和舟山外站，由CFSv2風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高自臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)刻起即大于實(shí)測(cè)波高，其中在舟山外站更為明顯。在臺(tái)州外站，模擬誤差主要出現(xiàn)在峰值時(shí)刻和臺(tái)風(fēng)衰減時(shí)段。采用ERA5和CCMP風(fēng)場(chǎng)得到的波高量值相對(duì)較小，且與實(shí)測(cè)值更為接近。后兩者相比除峰值時(shí)段差異較大外，其他時(shí)刻差異較小。在波浪增長(zhǎng)階段，7月24日之前，由ERA5風(fēng)場(chǎng)算得的波高大于CCMP，之后至7月26日左右，由CCMP風(fēng)場(chǎng)算得的波高又大于ERA5。

圖6 各浮標(biāo)站實(shí)測(cè)波高和不同數(shù)據(jù)集計(jì)算波高對(duì)比Fig. 6 Comparison of wave height between model hindcasts and measurements for four wave buoys

就波高極值的模擬結(jié)果而言，嵊山站實(shí)測(cè)最大波高為8.6 m，由ERA5、CCMP、CFSv2風(fēng)場(chǎng)算得的波高極值分別為7.9、8.8和9.6 m；朱家尖站實(shí)測(cè)最大波高為6.5 m，由ERA5、CCMP、CFSv2風(fēng)場(chǎng)算得的波高極值分別為6.4、6.9 和7.7 m；舟山外浮標(biāo)站實(shí)測(cè)最大波高為8.4 m，由ERA5、CCMP、CFSv2風(fēng)場(chǎng)算得的波高極值分別為8.4、9.9 和11.9 m；臺(tái)州外浮標(biāo)站實(shí)測(cè)最大波高為9.1 m，由ERA5、CCMP、CFSv2風(fēng)場(chǎng)算得的波高極值分別為7.5、8.7和10.3 m。整體而言在嵊山和臺(tái)州外兩站，CCMP風(fēng)場(chǎng)的波高峰值模擬結(jié)果較好，在朱家尖和舟山外兩站ERA5風(fēng)場(chǎng)的波高峰值模擬結(jié)果較好。

為了進(jìn)一步對(duì)比3個(gè)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集在“煙花”臺(tái)風(fēng)模擬時(shí)的表現(xiàn)，選用平均絕對(duì)誤差、均方根誤差和吻合因子（Index of Agreement，IA）[16]3個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量臺(tái)風(fēng)期波高的模擬精度。

式中：Xobs和Xsim分別代表實(shí)測(cè)值和模擬值；＜ ＞為平均運(yùn)算符；IA為無(wú)量綱數(shù)，取值范圍為0～1，其量值越接近1表明模擬結(jié)果越好。

表2 為各浮標(biāo)站的實(shí)測(cè)波高與采用各數(shù)據(jù)集算得的波高的誤差統(tǒng)計(jì)。誤差分析進(jìn)一步表明CFSv2風(fēng)場(chǎng)的海浪模擬精度低于采用ERA5和CCMP風(fēng)場(chǎng)的海浪模擬精度。

表2 各數(shù)據(jù)集模擬的波高與實(shí)測(cè)值誤差統(tǒng)計(jì)Tab. 2 Statistical differences of wave height between model results and measurements

4 結(jié) 語(yǔ)

以2106號(hào)“煙花”臺(tái)風(fēng)為代表，首先獲取臺(tái)風(fēng)時(shí)段ERA5、CCMP和CFSv2的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明3個(gè)數(shù)據(jù)集均很好地反映了“煙花”臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑，ERA5和CCMP風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)，而CFSv2風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)度明顯高于前兩者。其次利用SWAN模式，分別計(jì)算了3個(gè)風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下“煙花”臺(tái)風(fēng)期間的海浪場(chǎng)，結(jié)果表明3個(gè)海浪場(chǎng)均很好地再現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)期間海浪的增長(zhǎng)和衰減過(guò)程，瞬時(shí)最大波高均出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)移行路徑的右側(cè)。統(tǒng)計(jì)4個(gè)浮標(biāo)站的實(shí)測(cè)波高過(guò)程與各風(fēng)場(chǎng)模擬得到的波高過(guò)程的誤差指標(biāo)，結(jié)果表明ERA5風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果最優(yōu)，CCMP風(fēng)場(chǎng)的次之，而CFSv2風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果明顯大于實(shí)測(cè)值和另外2個(gè)風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果。就“煙花”臺(tái)風(fēng)期間的過(guò)程最大波高模擬精度而言，CCMP風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果最優(yōu)，ERA5風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果在臺(tái)州外站明顯偏小，而CFSv2風(fēng)場(chǎng)在4個(gè)浮標(biāo)站算得的過(guò)程最大波高均明顯高于實(shí)測(cè)值。本次研究對(duì)比了ERA5、CCMP和CFSv2風(fēng)場(chǎng)在“煙花”臺(tái)風(fēng)期間的差異，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了臺(tái)風(fēng)浪的模擬。這為今后浙江海域海浪預(yù)報(bào)和后報(bào)時(shí)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集的選取提供了借鑒，對(duì)東海其他海區(qū)海浪模擬時(shí)風(fēng)場(chǎng)的選取也具有重要的參考價(jià)值。另外，“煙花”期間海浪的全過(guò)程模擬還有利于深化對(duì)浙江沿海海域臺(tái)風(fēng)浪特性的認(rèn)識(shí)。