国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

閩東海霧天氣概念模型與基于LORA監(jiān)測技術(shù)的檢驗(yàn)分析

2023-01-09 05:45陳勝軍孫巍巍
農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2022年11期
關(guān)鍵詞:海霧閩東概念模型

陳勝軍,孫巍巍,陳 驥

福建省寧德市氣象局,福建寧德 352100

閩東地處福建東北部,位于我國大陸黃金海岸線中段,其中三都澳港區(qū)位于寧德市東南部,屬半封閉海灣,灣口狹長、灣內(nèi)分區(qū)短、群山遮擋、島嶼掩護(hù),是天然避風(fēng)港,因此容易造成海霧的形成和維持。海霧是閩東冬、春季節(jié)重大海洋氣象災(zāi)害之一,給大氣海洋災(zāi)害頻發(fā)的氣候系統(tǒng)脆弱地區(qū)帶來較大壓力,嚴(yán)重影響航運(yùn)、港口生產(chǎn)、海洋漁業(yè)、海上搜救、涉海工程、特色旅游等。因此加強(qiáng)對閩東沿海地區(qū)海霧的觀測和預(yù)報(bào)研究工作很有必要。

近幾年,國內(nèi)外對海霧的研究不斷取得顯著成果[1-3]。在ISI Web of Knowledge的SCIE平臺,可以檢索到很多海霧相關(guān)文獻(xiàn)。但研究閩東沿海海霧較少且基礎(chǔ)薄弱,尤其是海霧精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)、海霧觀測能力不高,依托“海上福建”項(xiàng)目,近年來,在閩東沿海逐步建設(shè)了激光能見度雷達(dá)、六要素自動站氣象觀測站、基于LORA的海霧觀測系統(tǒng),為提高海霧監(jiān)測與預(yù)報(bào)水平提供了更多的手段,海洋氣象儀器更加精密,海洋氣象區(qū)域預(yù)報(bào)更加精準(zhǔn),為海霧預(yù)報(bào)與機(jī)理研究提供了思路與方法。

1 資料與方法

選取2017—2021年閩東沿海海霧實(shí)況數(shù)據(jù),再利用6 h一次的1°×1°的NCEP再分析資料對海霧發(fā)生時(shí)的500 hPa和850 hPa環(huán)流形勢和地面氣壓場特征進(jìn)行分析,得到有效、關(guān)鍵的天氣概念模型,并利用基于LORA技術(shù)的海霧協(xié)同觀測資料對典型海霧過程進(jìn)行實(shí)況檢驗(yàn),提高LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)的可用性和有效性。

根據(jù)閩東有LORA觀測數(shù)據(jù)以來的數(shù)據(jù)表明,在能見度<2 km時(shí),LORA反演效果普遍較好,因此將海霧過程定義為:選取的沿海自動站中有至少一個(gè)站點(diǎn)能見度<2 km,能見度<2 km的時(shí)間至少≥2 h。

2 海霧出現(xiàn)頻次的變化特征

從圖1可看出,閩東海霧天氣多發(fā)生于冬、春季,12月至翌年5月為多發(fā)期,其中春季多平流霧,冬季多輻射霧,夏季霧日天數(shù)相對較少。由圖2可看出,受太陽輻射和海陸差異的共同影響,閩東海霧過程日變化特征明顯,多發(fā)生于21:00至次日09:00(占77%),07:00、08:00出現(xiàn)頻次最多,其他時(shí)刻發(fā)生海霧頻次極少。受海陸分布和局地?zé)崃Νh(huán)流影響,沿岸處具有明顯的陸地特征,尤其是在三都澳一帶,其日變化特征接近陸地特征,表現(xiàn)為明顯日變化幅度。

圖1 2017—2021年閩東海霧總天數(shù)月分布

圖2 2017—2021年閩東海霧日變化特征

3 海霧發(fā)生的天氣形勢與概念模型

海霧主要發(fā)生于邊界層內(nèi),但與大尺度天氣形勢有密切關(guān)系,中層大氣環(huán)流所具備的引導(dǎo)氣流對近地面風(fēng)向風(fēng)速均有影響。當(dāng)?shù)孛孢吔鐚屿o風(fēng)時(shí),空氣中凝結(jié)的小水滴不易被吹散或抬升成云,懸浮在近地面層,一旦邊界層有較好水汽條件極易形成霧,而水汽條件輻散輻合與大氣環(huán)流又有密切關(guān)系,因此分析中低層環(huán)流特征和地面形勢為提高海霧預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供幫助。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)(表1),閩東海霧發(fā)生可總結(jié)為4類概念模型(以地面分型為主,配合對應(yīng)的500 hPa和850 hPa環(huán)流形勢)。

表1 閩東海霧過程天氣形勢分型

從表1可看出,在四類天氣分型中,均壓場型占比最高,約占所有模型的44.8%。在這模型下,閩東地區(qū)介于新舊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換之間,或處于減弱的弱高壓范圍內(nèi),或者原來影響的天氣系統(tǒng)已離開或減弱消失,無明顯系統(tǒng)影響,也沒有明顯氣壓梯度,閩東地區(qū)氣壓場均勻,而850 hPa在切變南側(cè)偏南氣流的影響下,有利于輸送水汽,為大霧形成提供了低層水汽條件。配合均壓場控制,風(fēng)速較小,大氣垂直環(huán)境穩(wěn)定,亂流作用不強(qiáng),不至于將水汽抬升至過高的高度而凝結(jié)成云,在這種形勢下,當(dāng)夜間輻射冷卻時(shí)易使邊界層水汽凝結(jié)成小水滴并懸浮在近地面層。

占比次高的是冷鋒前側(cè)型,此時(shí)鋒面常在上游浙江、江西、閩西北一帶,閩東處在冷鋒前側(cè),地面冷空氣多以中西路南下為主,因?yàn)楹C娉掷m(xù)有大量水汽蒸發(fā),一旦冷空氣滲透南下,在其冷卻作用下,便在沿海一帶形成海霧。這種形勢下,500 hPa高空槽位置偏西偏北,而850 hPa切變東移南壓,閩東在切變南側(cè)偏南氣流的影響下,水汽條件較好,遇冷凝結(jié)易形成海霧。

另外,高壓后部型和倒槽型。當(dāng)?shù)孛婧偷蛯犹幱诟邏汉蟛繒r(shí),低層850 hPa偏東氣流或偏南氣流將外海暖濕氣流輸送到沿海一帶,而由于海陸熱力差異作用,沿?;騼?nèi)海海島一帶低層溫度較低,形成逆溫層,輸送的充足水汽缺少向高層抬升條件,便形成霧。地面倒槽型常配合850 hPa切變南側(cè)偏南氣流影響,此時(shí)500 hPa處于槽前西南氣流控制,而地面倒槽是低層暖平流作用的結(jié)果,有利于在地面形成弱的負(fù)變壓,使底層水汽過飽和凝結(jié)成霧(圖3)。

圖3 閩東海霧天氣概念模型

4 基于LORA監(jiān)測技術(shù)的檢驗(yàn)分析

LORA是指一種基于遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)無線電通信技術(shù),LORA技術(shù)融合數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù),具有通訊站可獨(dú)立組網(wǎng)、抗干擾能力強(qiáng)、超低功耗、靈敏度高等優(yōu)勢,便于海上組網(wǎng)監(jiān)測海霧天氣過程。LORA信號對海霧過程十分敏感,根據(jù)李效東等[4]研究表明,LORA監(jiān)測數(shù)據(jù)在能見度>3 km時(shí)數(shù)據(jù)波動較大,誤差>±20%,在低能見度時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性更強(qiáng)。閩東有LORA觀測數(shù)據(jù)以來的數(shù)據(jù)表明,在能見度<2 km時(shí),反演效果普遍較好,因此依托福建省海霧監(jiān)測平臺,選取2022年1月1日—5月15日寧德市港務(wù)集團(tuán)(C0A8167F)、福安市灣塢村(C0A 81673)、福安市藟尾村(C0A81693)、蕉城區(qū)三都鎮(zhèn)(C0A817B8)、七星村月爿嶼(C0A817C2)、蕉城區(qū)海上餌料交易市場(C0A806CB)、霞浦縣盤前村(C0A8167D)LORA海霧觀測站點(diǎn)數(shù)據(jù)<2 km的樣本進(jìn)行檢驗(yàn)分析,同時(shí)檢驗(yàn)分析海霧監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動站數(shù)據(jù),自動站選取站點(diǎn)分別是蕉城城南鎮(zhèn)(F3825)、蕉城三都鎮(zhèn)斗帽島2(F3813)、蕉城三都鎮(zhèn)海上社區(qū)(F3821)、霞浦北壁鄉(xiāng)沙塘村(58854)。

通過LORA海霧監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)與自動站能見度檢驗(yàn)對比,定義準(zhǔn)確率為平臺與自動站均出現(xiàn)霧,漏報(bào)率為平臺無體現(xiàn)但自動站監(jiān)測有霧,空報(bào)率為平臺有體現(xiàn)但自動站監(jiān)測無霧。為提高數(shù)據(jù)的有效性,選取的樣本均為能見度<2 km的時(shí)刻,且維持時(shí)刻≥2 h均定義為霧時(shí)。根據(jù)樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果,得到以下檢驗(yàn)指標(biāo)(表2)。

表2 LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)檢驗(yàn)指標(biāo)占比

以上結(jié)果表明,LORA較好地反映了海霧的反演結(jié)果,但存在漏報(bào)率、空報(bào)率,根據(jù)天氣概念模型結(jié)果對比分析可看出,漏報(bào)率出現(xiàn)時(shí)刻均是均壓場型和冷鋒前側(cè)型,這2種模型下地面風(fēng)速較小,而空報(bào)率出現(xiàn)的時(shí)刻多是地面南風(fēng)偏強(qiáng)的情形,說明大氣中的風(fēng)對LORA信號強(qiáng)度指標(biāo)具有一定的影響,與李效東等分析結(jié)果一致,但準(zhǔn)確率較低。這是因?yàn)長ORA信號強(qiáng)度與傳輸距離呈對數(shù)相關(guān),閩東沿海部署的LORA海霧觀測站相較于自動站位置均處于相對靠外海位置,而自動站分布密度較低,且主要在沿岸或海島一側(cè),存在擋角,綜合以上誤差原因與檢驗(yàn)評估指標(biāo),在優(yōu)化上述觀測網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,LORA海霧觀測站對海霧的過程有較好的反演效果,可作為海霧預(yù)報(bào)預(yù)警的有效技術(shù)解決方案,為提高海霧監(jiān)測與預(yù)報(bào)水平提供了更多的手段。

5 典型海霧過程監(jiān)測對比

根據(jù)氣象自動站資料,2022年3月30日20:00起觀測到有海霧生成,且能見度長時(shí)間維持小于500 m的濃霧狀態(tài),持續(xù)至31日08:00,然后能見度上升到2 km以上,海霧逐漸消散,過程結(jié)束。從LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)反演結(jié)果可看出,3月30日17:35開始已經(jīng)監(jiān)測到有輕霧生成,且RSSI信號強(qiáng)度顯示,低能見度維持到4月1日06:00,僅在3月31日10:30~11:30能見度有所上升,其他時(shí)刻平臺均計(jì)算出有輕霧,海霧生成階段反演結(jié)果早于自動站觀測時(shí)間,消散階段反演結(jié)果晚于自動站觀測時(shí)間。這種誤差與站點(diǎn)分布差異有關(guān),LORA海霧觀測站主要分布在三都澳海區(qū)中部和東部,而自動站主要分布在三都澳西部和南部,存在地理位置上的擋角。就整體海霧天氣來看,LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)與海霧過程基本吻合,能夠較好地反映出海霧維持過程。

之所以會出現(xiàn)LORA監(jiān)測海霧生成時(shí)次過早和消散時(shí)次過晚,與大氣環(huán)流所造成的水汽條件和風(fēng)速有關(guān)。從圖4可看出,此次過程起始階段冷鋒位置偏北,閩東地面處于均壓場,850 hPa受切變南側(cè)偏南風(fēng)控制,且風(fēng)速弱輻合帶來低層水汽弱輻合,而500 hPa處于南支槽前平直偏西氣流,系統(tǒng)抬升條件較弱,是典型的均壓場天氣概念模型。從925 hPa水汽通量散度可看出(A處),在3月30日17:00閩東沿海一帶邊界層有弱的水汽通量輻合,與LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)反演出的低能見度相對應(yīng),而實(shí)際上到3月30日20:00,冷鋒逐漸南壓,此時(shí)冷空氣從沿?;亓髂舷拢瑴囟认陆挡攀沟盟Y(jié)成霧[5]。3月31日14:00,邊界層水汽已明顯減少(B處),但LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)反演結(jié)果一直顯示有輕霧,這除了與降水干擾有關(guān)外,還與邊界層風(fēng)速有關(guān),因?yàn)?月31日08:00—4月1日06:00,閩東沿海一帶有7個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)極大風(fēng)速大于20.8 m/s(9級),3個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)大于24.5 m/s(10級),而風(fēng)速較大時(shí),有利于霧消散。因此,LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)信號強(qiáng)度指標(biāo)受大氣中的水汽條件、風(fēng)速和降水的干擾而產(chǎn)生誤差。在實(shí)際日常預(yù)報(bào)中,這些干擾因素都是預(yù)報(bào)員可以排除的因子,不影響LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)的有效性。從以上分析可見,LORA海霧監(jiān)測系統(tǒng)對海霧落區(qū)和整個(gè)起始、維持階段都有較好的反映,且存在一定的準(zhǔn)確率,對海霧天氣告警具有提前性,可作為增強(qiáng)海霧協(xié)同觀測能力的有效手段,對提高海霧精細(xì)化預(yù)報(bào)能力有較好的指示作用。

圖4 2022年3月30日天氣形勢

6 結(jié)論

(1)閩東海霧天氣多發(fā)生于冬春季,12月至翌年5月為多發(fā)期,受太陽輻射和海陸差異的共同影響,日變化特征明顯,多發(fā)生于21:00至次日09:00(占77%),其中07:00、08:00出現(xiàn)頻次最多,其余時(shí)刻發(fā)生海霧頻次極少。

(2)閩東海霧的發(fā)生有均壓場型、冷鋒前側(cè)型、高壓后部型、倒槽型4種特定天氣形勢。其中,均壓場型和冷鋒前側(cè)型占比最高(79.3%),高壓后部型和倒槽型出現(xiàn)頻率相對較低,占20.7%。

(3)LORA較好地反映出海霧反演結(jié)果,但其信號強(qiáng)度指標(biāo)受大氣中水汽條件、風(fēng)速和降水干擾而產(chǎn)生誤差,在預(yù)報(bào)預(yù)警中剔除這些要素影響后,可將LORA作為增強(qiáng)海霧協(xié)同觀測能力的有效技術(shù)解決方案,對提高海霧精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警能力有較好的指示作用。

猜你喜歡
海霧閩東概念模型
基于LoRa的海霧監(jiān)測系統(tǒng)在漳州的觀測精度分析*
基于Himawari-8數(shù)據(jù)的夜間海霧識別
網(wǎng)絡(luò)服裝虛擬體驗(yàn)的概念模型及其量表開發(fā)
閩東才女潘玉珂往事
傳統(tǒng)木帆船閩東“復(fù)活”
夢幻又危險(xiǎn)的海霧
閩東古法制糖“老樹發(fā)新芽”
基于“認(rèn)知提升”的體系作戰(zhàn)指揮概念模型及裝備發(fā)展需求
商業(yè)模式創(chuàng)新與企業(yè)競爭優(yōu)勢間的內(nèi)在機(jī)理分析
某高校團(tuán)委信息管理系統(tǒng)構(gòu)建研究