ABSTRACT

This study aims to investigate the quality of ERA5, a recent reanalysis wind product, and its contribution to wave modelling performance in a semi-closed sea, the Black Sea. This investigation includes a comparison of ERA5 surface wind fields with the ones from the CFSR to assess if this latest reanalysis improved the representation of the surface winds. Wind speeds from both reanalyses were validated with measurements at Gloria, the only sea wind measurement station on the Black Sea. Validations were also conducted using altimeter and scatterometer satellite data after which results were later compared against each other. The second aim of this study investigates whether a wave hindcast model forced with the ERA5 wind fields has improved prediction of wave parameters. A SWAN model with default settings was used to compare the results under the same conditions. Performance analyzes of the default SWAN wave estimates with both ERA5 and CFSR winds were conducted using three offshore buoy measurements and altimeter data of satellites over the Black Sea. Results show that ERA5 winds are more biased compared to CFSR winds at Gloria location. Both CFSR and ERA5 underestimate wind speeds. ERA5 performs better than the CFSR in lower wind speeds and worse in higher wind speeds. However, ERA5 winds have less bias and are more scattered than the CFSR winds against the satellite data. SWAN driven by CFSR winds performs better than the one driven by ERA5 winds against both buoy and satellite data.

摘要

本研究旨在调查 ERA5 的质量，ERA5 是最近的再分析风产品，及其对半封闭海（黑海）波浪建模性能的贡献。该调查包括将 ERA5 地表风场与 CFSR 的风场进行比较，以评估最新的再分析是否改善了地表风的表现。两次再分析的风速都通过黑海唯一的海风测量站 Gloria 的测量得到验证。还使用高度计和散射计卫星数据进行了验证，之后将结果相互比较。本研究的第二个目的是调查由 ERA5 风场驱动的波浪后报模型是否改进了波浪参数的预测。使用具有默认设置的 SWAN 模型来比较相同条件下的结果。使用黑海上空的三个海上浮标测量和卫星高度计数据，对 ERA5 和 CFSR 风的默认 SWAN 波估计进行了性能分析。结果表明，与 Gloria 位置的 CFSR 风相比，ERA5 风的偏差更大。CFSR 和 ERA5 都低估了风速。ERA5 在低风速下比 CFSR 表现更好，在高风速下表现更差。然而，ERA5 风比卫星数据的 CFSR 风具有更小的偏差和更分散。由 CFSR 风驱动的 SWAN 在浮标和卫星数据方面比由 ERA5 风驱动的 SWAN 表现更好。使用黑海上空的三个海上浮标测量和卫星高度计数据，对 ERA5 和 CFSR 风的默认 SWAN 波估计进行了性能分析。结果表明，与 Gloria 位置的 CFSR 风相比，ERA5 风的偏差更大。CFSR 和 ERA5 都低估了风速。ERA5 在低风速下比 CFSR 表现更好，在高风速下表现更差。然而，ERA5 风比卫星数据的 CFSR 风具有更小的偏差和更分散。由 CFSR 风驱动的 SWAN 在浮标和卫星数据方面比由 ERA5 风驱动的 SWAN 表现更好。使用黑海上空的三个海上浮标测量和卫星高度计数据，对 ERA5 和 CFSR 风的默认 SWAN 波估计进行了性能分析。结果表明，与 Gloria 位置的 CFSR 风相比，ERA5 风的偏差更大。CFSR 和 ERA5 都低估了风速。ERA5 在低风速下比 CFSR 表现更好，在高风速下表现更差。然而，ERA5 风比卫星数据的 CFSR 风具有更小的偏差和更分散。由 CFSR 风驱动的 SWAN 在浮标和卫星数据方面比由 ERA5 风驱动的 SWAN 表现更好。ERA5 在低风速下比 CFSR 表现更好，在高风速下表现更差。然而，ERA5 风比卫星数据的 CFSR 风具有更小的偏差和更分散。由 CFSR 风驱动的 SWAN 在浮标和卫星数据方面比由 ERA5 风驱动的 SWAN 表现更好。ERA5 在低风速下比 CFSR 表现更好，在高风速下表现更差。然而，ERA5 风比卫星数据的 CFSR 风具有更小的偏差和更分散。由 CFSR 风驱动的 SWAN 在浮标和卫星数据方面比由 ERA5 风驱动的 SWAN 表现更好。