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Tidetech环境数据-来源和验证

天气数据

Skill comparison
图1 –技能比较–多种大气模型–风速– 1000hPa水平

Tidetech提供了一系列数值天气模型输出,这些输出来自官方政府资源和私人天气提供商。它们包括GFS (Global Forecast System) (全球预报系统) - US National Centre for Environmental Prediction (美国国家环境预测中心),ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasting)(欧洲中程天气预报中心)和 CMC (Canadian Meteorological Centre(加拿大气象中心)。提供的主要操作产品是GFS,这是天气路由公司常用的模型。
通常由以下机构提供验证统计信息,用于比较运行预测的天气模型NOAA(https://www.emc.ncep.noaa.gov/gmb/STATS_vsdb/).



最近一个月数据的平均统计指标比较了全球和区域范围内6种运营模式(包括GFS,CMC和ECMWF)的效果。


Murphy技能得分用于比较大气模型的预测技能,其中值1等于完美得分。在图1中,可以将GFS模型的性能(黑线)与其他模型进行比较。

波浪数据

Wave Data
图2-每月摘要统计-多个Wave模型。

Tidetech提供来自NCEP WW3模型(NCP)的波浪数据。

WMO (World Meteorological Organization)(世界气象组织)通常会针对所有常见的波浪浮标,对所有运行中的波浪模型预报(16个模型,5天预报)的波浪参数进行例行的月度汇总统计(请参阅

https://www.jcomm.info/index.php?option=com_content&view=article&id=131&Itemid=37).


这些浮标集中在欧洲西北大陆架,美国东北部,美国西北部,加勒比海地区和夏威夷等地,其他地方也有少数浮标。这些摘要(最近的一次是2017年9月至2017年11月)显示,重要波高(Hs)的RMSE随预测时间而增加(从0.4m到0.8m,一致分布为0.2m),如图所示该报告中的图2与上述风速预测类似。模型往往会通过预测窗口始终低估或高估Hs约0.1m。

海洋模型

Tidetech从由哥白尼环境监测服务(Copernicus Environment Monitoring Service)(CMEMS)运行的Mercator(NEMO)模型和由美国海军研究实验室(US Naval Research Laboratory)运行的HYCOM获取海洋模型数据。

墨卡托(Mercator)示例的验证:常规计算了几个模型参数(盐度,温度,海平面异常,海面温度)的度量,将模型与原位或卫星观测值进行比较。图3显示了在2014年4月至2017年12月这四年的30天平均时间内,卫星高度计和模型在整个地球上的海平面异常(SLA)比较。选择海平面异常是因为这是造成海平面异常的主要因素确定大型地转流的预测精度。

可以看出,平均而言,分析(时间t0)的均方根误差(RMSE)为7-8厘米,在最初3年内变化不大,但在开始时显着减小至6厘米。 (尽管略有恶化),但将RMSE增加到〜9 cm,预测的交货时间36、84和132h之间几乎没有差异。该偏差虽然在2014年几乎总是正的(即高估),但在接下来的几年中表现出明显的年振荡,振幅为1cm,大约为零,12月的负最大值为-1cm。

阴影区域显示每个平均周期内的高度计测量次数,是可用卫星数量的函数。随着2017年增加的卫星数量(例如Envisat),观测数量增加了50%,并且相应地,RMSE随卫星观测数量的增加而减少,其预测误差现在与之前的分析误差相似。

Mercator ocean model sea level anomaly statistics.
图3 – Mecator 海洋模型海平面异常统计。

潮汐

Tidetech利用英国国家海洋学中心 (UK National Oceanography Centre(以前是Proudman海洋学实验室)开发的技术,构建了潮汐高度和洋流的水动力模型

使用可用的观察结果验证模型输出。首选方法是针对从电流表获得的潮流进行验证。以下是验证Tidetech用于旧金山湾 San Francisco Bay的高分辨率模型的示例。

 

Tides
Time
Currents
图4. San Francisco旧金山湾SF100v05潮流比较。 Tidetech模型针对地表以下不同深度的电流表(ADCP)数据输出。型号(红色)ADCP(蓝色)。

不幸的是,由于在公海测量电流的挑战,全球只能获取非常少量的电流表数据。在这里查看更多

代替当前的水表数据,可以对照从潮汐仪数据分析中获得的潮汐高程来验证模型输出。需要至少12个月的观察时间才能获得足够的潮汐分量,以准确预测未来的潮汐高度。

 

可提供这种质量的信息的位置仅限于主要(主要或标准)端口。理想情况下,要获得全套潮汐要素,观测值将需要跨越18.6年(整个潮汐周期)。

图5显示了针对潮汐仪数据对Tidetech的旧金山湾高分辨率模型的验证。

San Francisco Bay tidal elevations
图5. San Francisco Bay 旧金山湾SF100v05潮高的比较。 Tidetech模型输出与SF Bay模型(红色)观测值(蓝色)中六个不同位置的潮汐仪数据相对应。

在较大的模型网格上,对网格正方形上的模型值求平均值将使比较本质上更为笼统,但是它们仍然很有用。

图6显示了潮汐科技2公里分辨率英国香奈儿模型与潮汐仪数据分析产生的潮汐高程预测之间的比较。

englishchannel
图6.英吉利海峡区域潮汐模型-标准和次要港口高度比较。官方的潮汐高度预测(英国国家海洋学中心-测潮仪)与Tidetech。模特-蓝色。观察-绿色。

尽管应谨慎使用这种方法,但也可以通过官方渠道验证潮流。不幸的是,与对主要港口的潮汐高度的预测不同,来自官方来源的预测潮流可能在准确性上有很大差异。许多来自现代仪器之前很久以前的观测。要在一个位置重现主要成分,至少需要花费一个月的观察时间,而且在很多情况下,实际上只需要进行几天的观察。

气象条件不平静时进行的观察也值得怀疑,因为风力驱动的地表电流会扭曲结果。

图7显示了Tidetech的2公里英吉利海峡模型中的潮流,该潮流已根据UKHO潮汐钻石的预测进行了验证。如果存在差异,则无法说出模型是否正确或观察结果是否不完整。

tide5
图7.英吉利海峡潮汐模型–海上潮流预测。官方数据(UKHO潮汐钻石)对Tidetech

卫星衍生产品

Comparison
图8.卫星SST与原位测量的比较。


海面温度Sea service temperature(SST)。 Tidetech使用每天生产1公里的全球混合产品。该产品由不同的卫星组合而成,由加利福尼亚的喷气推进实验室生产。

每天都会对全球产品与现场数据进行比较。下图8显示了2014年5月2日混合SST与船舶测量值的散点图,表明使用了3000多次观测值,平均偏差为-0.12°C,RMS为0.79°C。这是随机抽出的一天,看起来很典型