用年代相似法制作短期氣候預(yù)測(cè)方法的探討

曲 靜,王 昱,王建鵬

(1.西安市氣象局,西安 710016;2.臨潼區(qū)氣象局,西安 710600; 3.陜西省氣象臺(tái),西安 710014)

用年代相似法制作短期氣候預(yù)測(cè)方法的探討

曲 靜1,王 昱2,王建鵬3

(1.西安市氣象局,西安 710016;2.臨潼區(qū)氣象局,西安 710600; 3.陜西省氣象臺(tái),西安 710014)

基于1951-2009年西安市和1959-2009年藍(lán)田縣的平均氣溫與降水量資料,采用氣候周期、氣候背景等相似法,找出2009年的氣候最佳相似年來(lái)制作其后期氣候預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:西安近59a、藍(lán)田近51a年平均氣溫總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),西安市城市化效應(yīng)明顯;與2009年氣候相似的年份為1968年和1987年,且1987年為最佳相似年,以1988年各月要素實(shí)況值作為2010年預(yù)測(cè)值。經(jīng)驗(yàn)證此相似法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較高。

年代相似;平均氣溫;降水量;短期氣候預(yù)測(cè)

相似預(yù)報(bào)法廣泛應(yīng)用于中短期天氣預(yù)報(bào)和短期氣候預(yù)測(cè)中,取得了一定的成效。其基本原理是:根據(jù)某段天氣的主要?dú)庀笠靥卣?尋找歷史上某些氣象要素特征相似的個(gè)例,然后參照相似個(gè)例的后期天氣,作出未來(lái)一段時(shí)間的天氣趨勢(shì)預(yù)報(bào)。近年來(lái),一些學(xué)者對(duì)相似預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了研究:張紅英等采用了最佳氣候找相似的預(yù)報(bào)方法制作短期氣候預(yù)測(cè)[1],趙翠君等以環(huán)流相似找最佳相似年進(jìn)行短期氣候預(yù)測(cè)[2],西安市還沒(méi)有利用相似法制作短期氣候預(yù)測(cè)的研究。本文選用2009年11月1-3日北方大范圍出現(xiàn)冬季首次罕見的寒潮天氣過(guò)程,根據(jù)歷史氣象資料統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)此次過(guò)程與1968年和1987年同期天氣過(guò)程基本相似,因此采用相似年方法的基本思路來(lái)制作2009年后期短期氣候預(yù)測(cè)。

1 資料和方法

資料選用西安氣象站1951—2009年、藍(lán)田縣氣象站1959—2009年的降水量和平均氣溫資料;采用最小二乘法[3-4]分析氣象要素的變化趨勢(shì);預(yù)測(cè)檢驗(yàn)采用距平符號(hào)一致率方法。

圖1 西安站1951—2009年年平均氣溫變化趨勢(shì)

2 結(jié)果分析

2.1 相似年選定

用最小二乘法計(jì)算得出溫度趨勢(shì)擬合如圖1所示,可看到,近59a西安站年平均氣溫在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì),升溫率為0.35℃/10a。特別是20世紀(jì)90年代以后,升溫幅度更加明顯,表明90年代后隨著城市化進(jìn)程的不斷加劇,西安市區(qū)城市化效應(yīng)顯著[5-7]。西安市其余6區(qū)縣中,藍(lán)田站年平均氣溫上升趨勢(shì)最不明顯,升溫率僅為0.05℃/10a。為消除城市化效應(yīng),增加實(shí)用和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性,選用西安市有代表性的藍(lán)田站進(jìn)一步分析。根據(jù)藍(lán)田站51a氣象資料統(tǒng)計(jì)對(duì)比,與2009年相似,1968年與1987年同期均出現(xiàn)冬季首次罕見寒潮天氣過(guò)程,降溫幅度均為8～9℃,認(rèn)為與2009年氣候具有相似性。

2.2 相似年分析

2.2.1 氣候周期 從年平均氣溫趨勢(shì)6階擬合曲線(圖2)來(lái)看,1959—2009年藍(lán)田站平均氣溫的年代際變化十分明顯,1968年處于相對(duì)暖期,1987年處于相對(duì)冷期,而2009年處于相對(duì)冷期,從氣候周期來(lái)看,1987年與2009年氣候更加相似。

圖2 藍(lán)田站1959—2009年年平均氣溫變化趨勢(shì)

2.2.2 最佳相似年的篩選 選取適當(dāng)?shù)南嗨颇?再在找出的相似年中,找出具有相同氣候背景的年份確定為最佳相似年,最佳相似年后期的實(shí)況值即為預(yù)測(cè)值。藍(lán)田縣1987年為厄爾尼諾發(fā)生年,1968年為拉尼娜發(fā)生年,2009年與1987年的氣候背景相同,因此,1987年為最佳相似年。同時(shí),張沖等研究發(fā)現(xiàn)的西安近50多年來(lái)氣象災(zāi)害的發(fā)生與ENSO事件關(guān)系表明ENSO事件對(duì)高低溫災(zāi)害的作用要大于對(duì)洪澇災(zāi)害的作用[8],進(jìn)一步說(shuō)明了1987年與2009年作為相似年比較適宜。

2.2.3 第一相似年的確定 采用距平符號(hào)累加法對(duì)選出的第一相似年和第二相似年進(jìn)行相似比較:先對(duì)預(yù)報(bào)年的前一年的各要素距平符號(hào)與相似年相應(yīng)時(shí)段的各要素距平符號(hào)進(jìn)行相似統(tǒng)計(jì),距平符號(hào)相同記 “1”,距平符號(hào)不同記“0”,然后將記數(shù)累加,挑選出累加和最大者確定為第一相似年,將第一相似年后期各月要素值作為預(yù)報(bào)年的預(yù)報(bào)值。即對(duì)1987年1-12月月平均氣溫與2009年月平均氣溫同期值距平符號(hào)進(jìn)行相似統(tǒng)計(jì),其累加和為7,1968年累加和為4;同理1987年1-12月月降水量累加和為8,1968年累加和為4。故確定1987年為第一相似年。

2.3 檢驗(yàn)

用上述找相似的方法對(duì)西安市2009年和2010年的1-12月各月及年值分別進(jìn)行回報(bào)和預(yù)測(cè),采用距平符號(hào)一致率法檢驗(yàn) (表2)。即用1987年的平均氣溫、降水量實(shí)況來(lái)預(yù)測(cè)2009年并進(jìn)行回報(bào)檢驗(yàn),得到平均氣溫、降水量預(yù)測(cè)的擬合率分別為9/13=75%和8/13=62%;用1988年的平均氣溫、降水量實(shí)況對(duì)2010年進(jìn)行預(yù)測(cè),平均氣溫、降水量預(yù)測(cè)的擬合率分別為8/13=62%和9/13=75%。經(jīng)驗(yàn)證預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較高,表明選取的相似性預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)比較客觀合理,有一定的實(shí)用性。

表2 2009年、2010年平均氣溫和降水量趨勢(shì)預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

3 結(jié)語(yǔ)

用年代相似法制作短期氣候預(yù)測(cè)是一種可行的短期預(yù)測(cè)方法。應(yīng)用時(shí)需要注意幾點(diǎn)。用相似年做預(yù)測(cè)必須要有較長(zhǎng)的氣象資料,資料越長(zhǎng)越好。因?yàn)檩^長(zhǎng)的歷史資料才可選出最佳相似年,最短不能少于30a。20世紀(jì)90年代后城市化進(jìn)程不斷加劇,因此應(yīng)注意城市化效應(yīng)的影響。找出的相似年≥2a時(shí),要考慮氣候周期、氣候背景、異常氣候等影響,找出最佳相似年。

[1] 張紅英,李丹平,王小燕,等.最佳氣候相似法及在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].山西氣象,2006, 75(2):12-14.

[2] 趙翠君,李春云,佟莎仁,等.以環(huán)流相似為依據(jù)的短期氣候預(yù)測(cè)方法[J].內(nèi)蒙古氣象,2001, 148(4):17-88.

[3] 張宏芳,潘留杰.漢陰縣近46年氣候變化特征[J].陜西氣象,2009,260(1):23-26.

[4] 肖軍,趙景波.西安市54年來(lái)氣候變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2006,27(3):179-182.

[5] 王建鵬,孫繼松,杜繼穩(wěn),等.西安地區(qū)氣溫的年代際變化及其受城市化進(jìn)程的影響 [J].氣候與環(huán)境研究,2009,14(4):434-442.

[6] 張華麗,董婕,閆娜.西安市氣溫變化特征及城市化影響研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2009,23 (9):85-89.

[7] 王娟敏,孫嫻,毛明策,等.西安市城市熱島效應(yīng)衛(wèi)星遙感分析[J].陜西氣象,2011,274(3): 23-25.

[8] 張沖,趙景波.厄爾尼諾/拉尼娜事件對(duì)陜西氣候的影響[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào),2010,38(5):98-104.

P456.2

:B

1006-4354(2013)06-0026-03

2013-06-17

曲靜(1972—),女,山西運(yùn)城人,工程師,主要從事生態(tài)氣候研究。

陜西省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目(2013Y-20)