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行业专项成果综述-环渤海区域强风灾害气候特征与影响评估技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2021/1/28 8:33:47   标签:   浏览次数:4243

项目编号GYHY201306034

研究周期2013年1月-2015年12月

国拨经费106万元(压减至100.7万元)

项目负责人】陈艳春

项目骨干成员史玉光,汤子东,孟祥新,董旭光,顾伟宗,曹洁,刘焕彬,郭军,龚强,于长文,滕华超,宋英辉,李昌义,郭俊建,马彪,伯忠凯,王娜,段丽瑶,张运福,王西磊,韩永清,朱文刚,朱玲,曹经福,井元元,徐玮平,晁华,徐红,杨艳娟陈跃浩,高旭旭,安月改,顾正强,蔺娜,沈历都,孙莎莎,万明波,赵春雨,李新运,罗同文,李天然,姜晶

项目承担单位山东省气候中心

项目协作单位】沈阳区域气候中心、天津市气候中心、河北省气候中心、山东省宏观经济研究院、山东省气象科学研究所、山东省气象台

主要研究成果

1)环渤海区域强风过程指标

根据中国气象局风力等级标准和《关于下发灾害性天气及其次生灾害落区预报业务暂行规定的通知》(气预函【200448号)规定的单站灾害性大风指标,选取环渤海区域沿海代表站57站(山东20站、河北13站、天津5站、辽宁19站),应用19822012年逐日10min平均最大风速资料(MICAPS资料)。经天气图普查研究,确定区域强风过程指标为:某日区域代表站出现风速≥10.8m/s6级风及以上)站数≥12站且其中1站最大风速≥20m/s,或者出现≥10.8m/s站数≥17站且其中1站最大风速≥17.2m/s时,定义为一次影响环渤海区域的强风天气过程。经天气图普查,挑选出123个强风过程。应用天气学分型方法,分析归类强风过程主要有低槽冷锋、温带气旋、热带气旋和东高西低四种类型天气系统影响,其中低槽冷锋77次(包括西北路48次、北路18次、西路11次)、温带气旋35次、热带气旋(台风)8次、东高西低型3次,以偏北风为主。

2)环渤海区域多源气象资料数据管理软件

收集了环渤海区域402个沿海观测站资料(山东143、辽宁140、河北77、天津42)、卫星遥感资料、再分析资料、强风灾害资料,建成了多源气象资料数据库。一是四省(市)1981(或建站)-201259个国家站、295个区域站(海岛站)、35个测风塔、4个探空站、6个石油平台站、14个浮标站共计402站的台站信息、原始观测资料、订正资料数据库,其中台站基本信息包括名称、站号、类别、经纬度、海拔、观测要素、观测开始时间说明、台站沿革信息等,国家站观测要素包括19822012123个强风过程的逐时风向、风速、温度、湿度、气压等,区域站包括20082012年逐时风向、风速,测风塔、浮标站和石油平台资料包括建站至2012年观测要素逐时数据,以及测风塔、区域站、国家站测风订正资料;二是2012AMSU-AAMSU-B卫星辐射率亮温资料;三是1979-2014NCEP/NCARNCEP/DOECFSRERA-InterimJRA-555种再分析资料。四是1982-2012123个强风天气过程资料、1478条强风灾害资料。基于B/SC/SMicrosoft SQL Server 2008数据库,研发了“环渤海气象数据管理软件”、“辽宁省强风灾害计算分析系统”应用软件,实现了数据批量导入、自动建立数据库表和字段名,以及查询、更新、批量删除、批量下载数据等功能。

3)多种再分析风场数据在环渤海区域的适用性检验

采集了环渤海区域23个国家气象站19792014的逐日地面10米平均风速资料和同期NCEP/NCARNCEP/DOECFSRERA-InterimJRA-555种再分析资料,对再分析资料进行了双线性插值,利用线性相关系数和t检验分析评估再分析资料与气象站平均风速的符合程度,用均方根误差分析评估再分析资料对气象站平均风速的偏离程度,开展了再分析资料近地面10米平均风速场在环渤海区域的适用性检验。结果表明:JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站的均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10米平均风速场JRAERA两套资料的适用性较好。ERA-Interim(水平分辨率0.125°×0.125°,一日4次数据)的水平分辨率更高,所以在强风过程模拟方案中确定使用ERA-Interim再分析资料。

4)环渤海区域强风过程动力降尺度模拟与高分辨率风场数据集

环渤海区域强风天气过程数值模拟同化试验,模式采用双层嵌套,内层覆盖了整个渤海区域,采用ERA-Interim再分析资料驱动中尺度模式WRF。模拟区域中心经纬度为113.0oE42.0oN,水平分辨率9km,垂直分辨率为35层。对2009-2012年共11个强风过程开展同化模拟试验,5组不同的数据同化方案:无数据同化、同化测风塔资料、同化常规气象站+探空资料、同化常规气象站+探空+测风塔资料、同化卫星资料。选取了四省市沿海代表性好的28座测风塔、天津石油平台、山东长岛和成山头2个沿海气象站的逐小时10m风资料以及测风塔70m风资料,与模拟结果对比分析。得到最优模拟方案,风速绝对误差不超过2.0m/s,风向准确率在90%以上。应用最优模拟方案,完成了1982-2012年环渤海区域123个大风过程的模拟计算,并利用BP人工神经网络方法对结果进行订正。采用Cressman插值方法,提取模拟风场数据,形成环渤海区域历史强风过程9km水平分辨率的逐小时格点化风场数据集。采用四层嵌套完成莱州湾海岸带1km水平分辨率的逐小时格点化风场数据集。数据集在1km高度以下,包括13层:10m40m90m155m225m295m380m465m550m640m730m820m950m。基于格点风场数据集,分析了强风过程的出现次数、最大风速、过程持续时间等变化特征,应用了强风指数,初步分析了不同类型强风过程的物理机制。

5)环渤海区域强风综合强度与灾害影响评估模型

   一是强风过程综合强度评估模型:选取强风过程范围、最大风速和持续时间为基础参数,加权求和计算2000-2012年强风过程综合强度。采用百分位法,计算等级阈值,评估了代表站综合强度变化特征。随着评估范围和样本数的增加,分级阈值会相应变化。二是强风灾害影响评估模型包括情景对照评估模型和可能灾损量评估模型。区域灾害情景对照评估模型,是基于1982-2012年强风过程格点化风场数据集,计算各点5a10a15a20a30a50a100a一遇的最大风速最佳估计值,分别确定中心海区、海上沿岸、陆上沿海、内陆区域的不同重现期最大风速范围及风力等级,作为不同情景的灾害影响评估指标,建立了指标对照表。可能灾损量评估模型,是以山东渤海沿岸地区为例,选取受灾人口、直接经济损失、农作物受灾面积、电力倒杆、捕捞船只翻沉数量五类灾情损失信息,选取最大风速下实际致灾的最大损失数据,拟合建立评估模型。三是强风灾害风险评估模型:综合分析建立了包括致灾因子等4个一级指标和23个二级指标的风险评估指标体系,利用加权综合评价法,确定二级指标和一级指标的权重系数,以山东沿勃海五市为例,计算各县区综合风险值,进行区划。提出了加强预报预警服务系统、强风灾害评估制度、灾害应急机制、海岸带防护工程与综合管理体制、防灾减灾宣传建设等防灾措施建议。

 

成果应用情况

项目提出了适用于环渤海区域的区域型强风过程指标,挑选了123个历史强风过程;形成了一套包括气象站、测风塔、探空、遥感等多源气象观测资料和灾害资料的环渤海区域综合数据库,研发了数据管理软件,获得2项软件著作权;对5种再分析风场资料进行了适用性检验,确定了强风过程模拟的最优背景场资料;应用多源气象资料对5种数值模拟的同化方案进行了检验,建立了模拟的最优参数化方案,改善了环渤海区域强风过程模拟效果,建成了9公里分辨率区域风场数据集和莱州湾海岸带1公里分辨率风场数据集,揭示了区域强风过程气候特征;研发了多指标强风综合强度评估技术,建立了区域强风综合影响评估模型;提出了加强预报预警服务系统、强风灾害评估制度、灾害应急机制、海岸带防护工程与综合管理体制、防灾减灾宣传建设等防灾措施建议。研究成果已经在山东、辽宁、天津、河北四省市业务服务中得到应用,为山东省能源规划编制提供建议被采纳,为2018年上合组织青岛峰会、2019年海上卫星发射等重大活动提供服务,受到省委省政府领导表扬。

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