太平機(jī)場(chǎng)春季偏南大風(fēng)統(tǒng)計(jì)定量預(yù)報(bào)

劉昌澤，任正理

(1.民航黑龍江空管分局氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150079；2.民航黑河機(jī)場(chǎng)集團(tuán)公司，黑龍江黑河164300)

太平機(jī)場(chǎng)春季偏南大風(fēng)統(tǒng)計(jì)定量預(yù)報(bào)

劉昌澤1，任正理2

(1.民航黑龍江空管分局氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150079；2.民航黑河機(jī)場(chǎng)集團(tuán)公司，黑龍江黑河164300)

∶春季經(jīng)常因大風(fēng)給飛機(jī)起飛著陸造成嚴(yán)重影響,所以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出風(fēng)速大小對(duì)保障飛行安全非常重要。本文根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用哈爾濱太平機(jī)場(chǎng)6 a的氣象歷史資料，通過逐步回歸法建立春季偏南大風(fēng)風(fēng)速的線性回歸預(yù)報(bào)方程，對(duì)哈爾濱太平機(jī)場(chǎng)春季偏南大風(fēng)做出客觀、定量、快速的預(yù)報(bào)，為預(yù)報(bào)員在實(shí)際工作中預(yù)報(bào)春季偏南大風(fēng)提供了重要參考。

大風(fēng)；逐步回歸法；定量預(yù)報(bào)

1 引言

春季，黑龍江地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)偏南大風(fēng)，根據(jù)哈爾濱太平機(jī)場(chǎng)氣候志統(tǒng)計(jì)顯示，春季大風(fēng)日數(shù)占全年大風(fēng)日數(shù)的67.9%。多大風(fēng)是由春季黑龍江地區(qū)的冷暖空氣相對(duì)活躍，暖空氣勢(shì)力逐漸增強(qiáng)，東北低壓頻繁出沒造成的。偏南大風(fēng)分兩種形式：西南大風(fēng)和東南大風(fēng)，對(duì)應(yīng)的氣壓場(chǎng)為南高北低和東高西低。根據(jù)多年的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速大小和某些氣象要素間有很好的線性關(guān)系，因此，通過統(tǒng)計(jì)分析，可以用逐步回歸法建立起對(duì)風(fēng)速的線性回歸預(yù)報(bào)方程，對(duì)風(fēng)速做出快速的定量預(yù)報(bào)，為預(yù)報(bào)員在日常工作中預(yù)報(bào)風(fēng)速提供參考。

2 資料的選取

本文將最大平均風(fēng)速達(dá)到8 m/s和最大陣風(fēng)達(dá)到13 m/s的偏南風(fēng)定義為偏南大風(fēng)。利用2003-2008年3-5月共18個(gè)月的風(fēng)資料，共有119 d出現(xiàn)偏南大風(fēng)，獲得119個(gè)樣本。

3 最大平均風(fēng)速的預(yù)報(bào)

3.1 預(yù)報(bào)對(duì)象——最大平均風(fēng)速

最大平均風(fēng)速是指當(dāng)日所有觀測(cè)時(shí)次的風(fēng)中，平均風(fēng)速的最大值（本文取兩個(gè)觀測(cè)時(shí)次風(fēng)速最大值的平均值）。

3.2 預(yù)報(bào)因子

依據(jù)天氣學(xué)原理[1]和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，春季偏南大風(fēng)風(fēng)速大小主要受下列因素的影響:(1)地面氣壓梯度；(2)上下層空氣動(dòng)量傳遞：本站上空低層大氣的平均風(fēng)速，本文選850 hPa為參考層，本站上空低層大氣（850 hPa）的低空急流，如無急流則用本站附近的最大風(fēng)速代替；（3）低壓發(fā)展?fàn)顩r：本站氣壓場(chǎng)過去3 h的氣壓變量；（4）本站風(fēng)速初始場(chǎng)：本站和風(fēng)來向上游3個(gè)指標(biāo)站05時(shí)風(fēng)速；（5）影響本站風(fēng)的低壓深度；（6）暖區(qū)暖平流強(qiáng)度。依據(jù)這些基本氣象要素，設(shè)置以下8個(gè)預(yù)報(bào)因子和7個(gè)預(yù)報(bào)組合因子，且預(yù)報(bào)因子處理成與預(yù)報(bào)對(duì)象同量級(jí)，其值在0～30；同位象，預(yù)報(bào)因子越大則風(fēng)速越大。

X1:氣壓梯度，X1=5［(P外-P中)/A經(jīng)距］(P外：低壓最外層氣壓，P中：低壓中心氣壓，A經(jīng)距:氣壓中心到最外層的經(jīng)度);X2:V本850(本站20時(shí)850 hPa上的風(fēng)速);X3:VM850(本站20時(shí)850 hPa上的低空急流平均最大風(fēng)速，取急流上5個(gè)最大風(fēng)速平均值);X4:V05(本站05時(shí)觀測(cè)風(fēng)速);X5:V標(biāo)05(本站風(fēng)來向3個(gè)指標(biāo)站05 時(shí)風(fēng)速平均值);X6:ΔP=(P外-P中)+（1002.5-P中）(反映氣旋深度);X7:ΔP3*(-5)(低壓中心到最外圍3個(gè)最大3 h變壓平均值);X8:ΔT=T暖區(qū)-T槽(20時(shí)850 hPa槽前暖區(qū)最高溫度與槽區(qū)最低溫度的差值);X9=(X1+X2)/2;X10=(X1+X2+X3)/3;X11=(X1+X2+X3+X4)/4;X12=(X1+X2+X3+X4+X5)/5;X13=(X1+X2+X3+X4+X5+X6)/6;X14=(X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7)/7;X15=(X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8)/8。

3.3 最大平均風(fēng)速預(yù)報(bào)方程的建立

3.3.1 預(yù)報(bào)對(duì)象數(shù)列

取最大平均風(fēng)速為預(yù)報(bào)對(duì)象Y，樣本容量n為119，得預(yù)報(bào)對(duì)象數(shù)列 Y1，Y2，……Y119。

3.3.2 預(yù)報(bào)因子數(shù)列

根據(jù)當(dāng)日氣象資料，計(jì)算出 X1，X2，……X119，各預(yù)報(bào)因子的119次對(duì)應(yīng)值，得預(yù)報(bào)因子數(shù)列：

從而構(gòu)成預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象的119次一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3.3 信度的確定

取信度α=0.05，F(xiàn)α=1.85作為衡量每個(gè)預(yù)報(bào)因子方差貢獻(xiàn)是否顯著的統(tǒng)計(jì)量F檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3.3.4 方程的建立

應(yīng)用最小二乘法數(shù)學(xué)原理，用逐步回歸法選擇方差貢獻(xiàn)能達(dá)到顯著標(biāo)準(zhǔn)的因子，去掉方差貢獻(xiàn)不能達(dá)到顯著標(biāo)準(zhǔn)、因新因子引進(jìn)而方差貢獻(xiàn)達(dá)不到顯著標(biāo)準(zhǔn)的因子，計(jì)算被引進(jìn)方程的各因子的系數(shù)及常數(shù)，解得回歸方程：Y=0.675X4+0.314X5+0.071X7+0.028X8+0.134X11+1.007，復(fù)相關(guān)系數(shù) C=0.81，剩余方差QY=1.55，該方程已通過統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)，故稱最優(yōu)預(yù)報(bào)方程。

3.4 最大平均風(fēng)速回歸方程的效果檢驗(yàn)

3.4.1 效果檢驗(yàn)

利用最大平均風(fēng)速預(yù)報(bào)方程對(duì)2009-2010年3-5月出現(xiàn)在哈爾濱太平機(jī)場(chǎng)的偏南大風(fēng)做模擬預(yù)報(bào)，檢驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

3.4.2 模擬預(yù)報(bào)結(jié)果分析

表1 2009年最大平均風(fēng)速回歸預(yù)報(bào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

表2 2010年最大平均風(fēng)速回歸預(yù)報(bào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

預(yù)報(bào)值取到小數(shù)點(diǎn)后一位，允許誤差±2 m/s，模擬結(jié)果：錯(cuò)報(bào)4次，準(zhǔn)確22次，準(zhǔn)確率84.6%。

4 最大陣風(fēng)預(yù)報(bào)

4.1 預(yù)報(bào)對(duì)象——最大陣風(fēng)

最大陣風(fēng)是指當(dāng)日所有觀測(cè)時(shí)次風(fēng)中陣風(fēng)風(fēng)速最大值。若無陣風(fēng)出現(xiàn)，則取當(dāng)日所有觀測(cè)時(shí)次風(fēng)中最大平均風(fēng)速+3 m/s代替。

4.2 方程的建立

仍用上文的15個(gè)預(yù)報(bào)因子和119次偏南大風(fēng)實(shí)例，取信度α=0.05，F(xiàn)α=1.8作為衡量每個(gè)預(yù)報(bào)因子方差貢獻(xiàn)是否顯著的統(tǒng)計(jì)量F檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。同理得到最大陣風(fēng)回歸預(yù)報(bào)方程為YM=0.176X1+0.937X4+0.668X5+0.104X7+3.188

復(fù)相關(guān)系數(shù)C=0.76，剩余方差QY=2.65，該方程已通過統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)，故稱最優(yōu)預(yù)報(bào)方程。

4.3 最大陣風(fēng)回歸方程的效果檢驗(yàn)

4.3.1 效果檢驗(yàn)

利用最大陣風(fēng)回歸方程對(duì)2009-2010年3-5月出現(xiàn)的偏南大風(fēng)做模擬預(yù)報(bào)，結(jié)果如表3和表4。

表3 最大陣風(fēng)回歸預(yù)報(bào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

表4 最大陣風(fēng)回歸預(yù)報(bào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

4.3.2 模擬預(yù)報(bào)結(jié)果分析

預(yù)報(bào)值取到小數(shù)點(diǎn)后一位，允許誤差20%，模擬預(yù)報(bào)結(jié)果是：錯(cuò)報(bào)7次，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)19次，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率73.1%。從預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率看，最大陣風(fēng)的模擬預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確性不夠高，達(dá)不到民航總局空管局對(duì)氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率78%的要求。這也說明陣風(fēng)大小受地形及繞動(dòng)氣流和亂流的影響更明顯，與這些基本氣象要素線性相關(guān)較差。

5 小結(jié)

兩個(gè)回歸方程模式的建立，其依據(jù)來源于2003-2008年共6 a的春季偏南大風(fēng)實(shí)例，應(yīng)用最小二乘法數(shù)學(xué)原理，建立起最大平均風(fēng)速及最大陣風(fēng)的線性回歸預(yù)報(bào)方程，實(shí)現(xiàn)了哈爾濱太平機(jī)場(chǎng)春季偏南大風(fēng)客觀定量預(yù)報(bào)，為預(yù)報(bào)員在實(shí)際工作中預(yù)報(bào)春季偏南大風(fēng)提供了重要參考依據(jù)，同時(shí)也為傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)向客觀定量預(yù)報(bào)模式過渡做了鋪墊。模式通過連機(jī)，通過人機(jī)對(duì)話和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)初始數(shù)據(jù)的快速讀入，預(yù)報(bào)結(jié)果具有快速、客觀、定量的優(yōu)點(diǎn)，能更好滿足日益發(fā)展的航空飛行需要。

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理方法[M].北京：氣象出版社，2000:248-252.

[2]屠其璞,王俊德,丁裕國(guó)，等.氣象應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京:氣象出版社,1984.

P457.5

A

1002-252X(2012)02-0019-02

2012-2-1

劉昌澤（1965-），男，四川省中江縣人，成都?xì)庀髮W(xué)院，本科生，高級(jí)工程師.