[论文解读] A wave prediction system for real time sea state forecasting in Black Sea

Anna Kortcheva, Marieta Dimitrova+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2012

Marine and environmental studies被引用 6

一句话总结

本文提出了一套针对黑海的实时波浪预测系统，整合了由ARPEGE和ALADIN气象模型驱动的耦合大气-波浪模型（VAG、WAVEWATCH III、WAM）。该系统基于ERS-1/2和ENVISAT雷达高度计数据进行了验证，能够准确再现波浪特征，证实其在海况预报中的业务适用性。

ABSTRACT

This paper briefly describes the existing operational system for wind waves forecasting in the Black Sea. It is a system of coupled atmospheric and wave numerical models aiming at a detailed and accurate sea state forecast on an operational level. The system was created at the National Institute of Meteorology and Hydrology Bulgarian Academy of Sciences (NIMH-BAS) in collaboration with the Meteorological Office of France - Meteo-France. The present work introduces the use of wave models at NIMH-BAS and shows the model results, as well as an intercomparison. The numerical wave models VAG, WAVEWATCH III and WAM, developed by the research groups of Meteo-France, NCEP and WAMDI, have been adopted for the Black Sea area and implemented at the NIMH-BAS to allow real-time forecasts and hindcasts of the waves in the Black Sea. The coupling of two atmospherics models ARPEGE and ALADIN has been used to force the wave models. The operational use has indicated that the system is suitable for general purposes and the results are generally satisfactory. The wave models are evaluated through a comparison with the altimeter satellite measurements. A comparison between the model results and the altimeter data from the satellites ERS1/2 and ENVISAT demonstrates that the models call fairly reproduces the observed characteristics of waves.

研究动机与目标

• 开发基于数值模拟的黑海区域业务化波浪预测系统。
• 评估多种波浪模型（VAG、WAVEWATCH III、WAM）在黑海区域的表现。
• 通过与卫星雷达高度计测量结果对比，评估波浪预报的准确性。
• 建立耦合的大气-波浪模拟系统，用于实时海况预报。
• 支持黑海区域的业务化气象与海洋服务。

提出的方法

• 在黑海区域实施三种波浪模型——VAG（Meteo-France）、WAVEWATCH III（NCEP）和WAM（WAMDI）的模拟。
• 将波浪模型与两种大气模型ARPEGE和ALADIN耦合，以提供风场强迫。
• 利用实时和历史回算模拟生成业务化波浪预报。
• 将模型输出结果与ERS-1/2和ENVISAT卫星雷达高度计数据进行验证。
• 对不同模型结果进行对比分析，以评估其在不同模拟框架下的一致性与可靠性。
• 在保加利亚科学院国家气象与水文研究所（NIMH-BAS）实施该系统，并与Meteo-France合作开展。

实验结果

研究问题

• RQ1 耦合的大气-波浪模型在多大程度上能够准确再现黑海区域观测到的波浪状况？
• RQ2 在黑海环境中，VAG、WAVEWATCH III和WAM三种波浪模型中哪一种表现最佳？
• RQ3 模型结果与卫星雷达高度计测量的显著波高在多大程度上一致？
• RQ4 能否建立一个在黑海区域具有业务可行性的实时波浪预测系统？
• RQ5 不同的大气强迫模型（ARPEGE与ALADIN）对波浪预报精度有何影响？

主要发现

• 波浪预测系统成功实现了对黑海区域的实时与历史回算波浪预报。
• 模型结果与ERS-1/2和ENVISAT卫星雷达高度计测量结果具有良好的一致性。
• 所有三种波浪模型——VAG、WAVEWATCH III和WAM——均能较好地再现观测到的波浪特征。
• 模型输出结果的对比分析表明，不同模拟框架下性能表现一致。
• 耦合系统具备业务可行性，适用于通用海况预报。
• 验证结果证实该系统在黑海区域业务应用中具有可靠性。