[发明专利]一种近海海面冷空气大风风速的估算方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种气象探测资料处理技术，尤其是涉及一种近海海面冷空气大风风速的估算方法。

背景技术

海面风风速实况观测困难，资料稀少，因此卫星反演风就成为海洋面上的重要参考。分析发现：在广阔的海洋面上卫星反演风与海岛实测风一致性较好，但在近海海区误差较大，主要原因是陆地对散射信号产生的干扰带来了观测误差，并且卫星反演风资料时次少，因此近岸陆地自动气象站和海岛自动气象站测风仍然是近海海区实况风力的主要参考。目前许多海上航行、工程设计和施工所需的海面风风速都是由近岸陆地或海岛气象站观测风速按一定经验公式推算得到的。我国在南京、武汉、北京、上海和广州等地进行了梯度风连续观测，一致认为在几十米以下对数率较精确，几十米以上指数率较精确，大风时指数率在任何高度都比对数率更为精确。这些观测分析多基于陆地测风，目前海洋上多采用指数和线性形式。海面到50米左右这一高度，称为近海面层，近海面层中风速随高度的变化在中性大气层结下多采用对数率，在中性大气层结中需对对数廓线加以稳定度修正。风速垂直分布是10米高处平均风速、大气稳定度和海面粗糙度的函数。在海上，海面粗糙度又随海况（主要是海浪）而变化，这使得很难用一个简单的公式来描述各种天气、海面条件下的风速廓线，而且实际业务中大气层结状况和海面粗糙度很难获得。由于地形、海拔高度等因子，特别是地形走向的影响，近岸陆地和海岛测风风速大小往往与风向有很大关系，测站受地形影响明显时，如果用对数或指数风廓线公式进行高度换算获取海面10米处风速值，会造成很大误差，特别是在灾害性天气时不符合指数分布，不能根据海拔高度来反推海面风风速。

很多气象工作者利用海陆同步风速观测资料，通过建立统计方程，利用陆地站点测风来计算海面风风速，然而，大量事实表明，海面与陆地风速的关系因地而异，在某些地方和时间，常出现海上风速小于陆上风速的现象，因此利用陆地站点测风来计算海面风风速具有局限性，并且统计方程仅仅针对单点进行，不适合推广到其它海区。近年也有气象工作者探寻利用数值模式进行订正来获取海面风风速的推算结果，但此方法受数值模式地形精度、预报能力、下边界摩擦实况信息等因素制约，因此还很难应用到实际业务中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种近海海面冷空气大风风速的估算方法，其估算过程简单，而且估算结果可信度较高，适合应用到实际业务中。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种近海海面冷空气大风风速的估算方法，其特征在于包括以下步骤：

①在一个区域内的每个自动气象站观测风的风向和风速；然后根据在每个自动气象站观测得到的风的风向和风速构成的风矢量，将每个自动气象站处的风分解为东西风分量和南北风分量；其中，自动气象站包含浮标站、近岸陆地自动气象站和海岛自动气象站；

②根据该区域内的所有自动气象站各自处的东西风分量和南北风分量，利用模糊聚类方法对所有自动气象站进行空间模糊聚类，将所有自动气象站分为C类，其中，C≥2；然后从所有自动气象站中挑选出与每个浮标站属于同一类的所有近岸陆地自动气象站和所有海岛自动气象站，将与每个浮标站属于同一类的所有近岸陆地自动气象站和所有海岛自动气象站作为该浮标站对应的分析站点；

③计算每个浮标站对应的所有分析站点中的每个分析站点处的风的风速与相应的浮标站处的风的风速之间的风速差；然后对每个浮标站对应的所有分析站点所对应的风速差与该浮标站对应的所有分析站点关注的每个地理因子进行一次相关性分析，得到每个浮标站对应的所有分析站点所对应的风速差与关注的每个地理因子之间的相关系数；

④从每个浮标站对应的所有分析站点关注的所有地理因子中挑选出相关系数通过0.01信度t检验的地理因子，将其作为该浮标站对应的显著因子；

⑤根据每个浮标站对应的所有分析站点各自对应的风速差与每个浮标站对应的所有显著因子，采用逐步回归方法建立回归方程，根据回归方程估算得到该浮标站附近的近海海面冷空气大风的风速与该浮标站处的风的风速之间的风速差，由该浮标站处的风的风速加上估算得到的风速差得到该浮标站附近的近海海面冷空气大风的风速。

所述的步骤②中模糊聚类方法中的模糊加权指数取值为2。

所述的步骤②中的C的取值根据浮标站的个数确定，即C的值等于浮标站的个数加1。

所述的步骤③中关注的地理因子为每个浮标站对应的所有分析站点各自的经度、纬度、海拔高度、与相应的浮标站之间的距离、距海岸线的距离中的一个或多个。