銅仁西5縣各級(jí)降水同步性初探

謝仁波，史向陽，李曉龍

(貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 554400)

1 引言

天氣預(yù)報(bào)是以大氣科學(xué)理論為依托，以各種氣象探測(cè)手段為基礎(chǔ)，以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為核心，依靠預(yù)報(bào)人員的綜合分析判斷得出的。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人們對(duì)要素預(yù)報(bào)的要求越來越高，開展“定點(diǎn)、定時(shí)、定量”的精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)就顯得尤為重要，降水、溫度、相對(duì)濕度等氣象要素的預(yù)報(bào)是精細(xì)化預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容。一些省市相應(yīng)開展了以數(shù)值模式為基礎(chǔ)進(jìn)行了精細(xì)化預(yù)報(bào)的研究［1－6］?？梢哉f，不斷提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)化服務(wù)水平，以滿足社會(huì)公眾生產(chǎn)和生活對(duì)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)的需求，服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)，始終是氣象部門追求的目標(biāo)和努力的方向。低緯高原地區(qū)的氣象要素變化除了受大氣環(huán)流因子的影響外，高程、坡度、坡向等地理因子的作用不可忽視［7］。

銅仁市地處地處貴州高原自東向西的三級(jí)臺(tái)階的第一級(jí)階梯上和貴州高原東北邊緣向湘西丘陵及四川盆地過渡的斜坡地帶，武陵山脈的主峰梵凈山山脈將銅仁10縣(區(qū))分為東西兩部分，西部有5縣。雖然總體上來看，天氣系統(tǒng)遵循自西向東移動(dòng)，但若干回流天氣和局地強(qiáng)對(duì)流事實(shí)，使市級(jí)氣象臺(tái)在降水預(yù)報(bào)上從全市普?qǐng)?bào)或?qū)|西部各自進(jìn)行預(yù)報(bào)都顯得粗略。對(duì)復(fù)雜地形下一定范圍內(nèi)各級(jí)降水降水同步性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及研究，對(duì)我市降水精細(xì)化預(yù)報(bào)有一定參考意義。

2 資料和方法

思南、德江、沿河、印江、石阡5個(gè)國家氣象觀測(cè)站1961—2010年逐日降水資料。臺(tái)站分布在東西0.5個(gè)經(jīng)度，南北1個(gè)緯度范圍內(nèi)(圖略)。分析方法為常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法，頻率一般以%表示，用常規(guī)分?jǐn)?shù)表示局地性程度，如1/5表示5站中只有1站出現(xiàn)。印江站1969年8—10月缺測(cè)，因此在涉及印江與其它臺(tái)站求取相關(guān)系數(shù)或同步性分析時(shí)，它站該段資料未用。

所謂同步性，本文規(guī)定為同日(20－20時(shí))出現(xiàn)某一級(jí)別降水的頻率，一般用%表示，為了一目了然表示局地性程度，也用到臺(tái)站總數(shù)為分母的常規(guī)分?jǐn)?shù)，如1/5表示5站中1站出現(xiàn)。

降水的級(jí)別劃分，按照日雨量劃分為小雨(0.1～9.9 mm)、中雨(10.0～24.9 mm)、大雨(25.0～49.9 mm)、暴雨(50.0～99.9 mm)、大暴雨(100～249.9 mm)，因?yàn)榭疾斓闹攸c(diǎn)是較大的降水過程，冬季的少量降雪合并為雨。在預(yù)報(bào)舉例時(shí)，用到了跨級(jí)降水。相關(guān)檢驗(yàn)用t檢驗(yàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 各級(jí)降水同步性

本文把西部看作一個(gè)整體，規(guī)定凡一站以上出現(xiàn)0.1 mm以上的日降水稱為西部出現(xiàn)了降水過程，表1給出了數(shù)站同時(shí)出現(xiàn)同一級(jí)別降水占該級(jí)別降水過程的百分比。

表1 各級(jí)降水出現(xiàn)站比占同級(jí)降水的百分率

由表1可知，24%的小雨，53%的中雨，60%的大雨，66%的暴雨及81%的大暴雨都以單站形式出現(xiàn)，5站同時(shí)出現(xiàn)同級(jí)降水的頻率為:小雨34%，中雨4%，大雨2%，暴雨1%，5站同日出現(xiàn)大暴雨的情況還沒有發(fā)生過。雨量越大越不“合拍”，局地性愈明顯。

3.2 強(qiáng)降水的同步性

將日雨量大于等于38mm定義為強(qiáng)降水(大到暴雨的下限，符合當(dāng)?shù)貙?shí)際)，5縣分別作為指標(biāo)站，其余4站為目標(biāo)站，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)站出現(xiàn)強(qiáng)降水量級(jí)時(shí)，目標(biāo)站當(dāng)日出現(xiàn)強(qiáng)降水的情況見表2，其中同步率為目標(biāo)站同日出現(xiàn)次數(shù)與指標(biāo)站出現(xiàn)總次數(shù)之比以百分?jǐn)?shù)表示。

由表2可知，距離最近的思南、印江2站間強(qiáng)降水的同步性比較好，分別達(dá)到63%和66%，距離最遠(yuǎn)的石阡、沿河2站間的同步性最差，只有15%和17%。

表2 站間強(qiáng)降水的同步率

3.3 預(yù)報(bào)的可靠性

假定將西部作為一個(gè)預(yù)報(bào)單元考慮，并假定每次降水過程都預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，按5縣中最大量級(jí)為預(yù)報(bào)結(jié)論，逐月各級(jí)降水的完全同步率見表3。

表3 各月各級(jí)降水同步率(%)

由表3看出，將西部作為一個(gè)預(yù)報(bào)單元考慮，預(yù)報(bào)的可靠性非常不理想。

假定放寬條件，以出現(xiàn)的最大量級(jí)降水為頭天的預(yù)報(bào)結(jié)論，出現(xiàn)相鄰跨量級(jí)降水的下限以上為正確，出現(xiàn)下一級(jí)別降水為基本正確:如預(yù)報(bào)大暴雨，只要出現(xiàn)等于大于75 mm為正確，出現(xiàn)等于大于50～74.9 mm為基本正確，預(yù)報(bào)暴雨，出現(xiàn)等于大于38 mm為正確，出現(xiàn)等于大于25～37.9 mm為基本正確，余類推。計(jì)算得到的同步率見表4。

表4 放寬條件下各級(jí)降水同步率(%)

從表4可知，盡管放寬了條件，大雨以上量級(jí)準(zhǔn)確率也是比較低的，很難滿足需要，說明把銅仁西部作為一個(gè)預(yù)報(bào)單元撒大網(wǎng)式預(yù)報(bào)不符合本地氣候特點(diǎn)。

3.4 預(yù)報(bào)分區(qū)探討

對(duì)50a西部5站日雨量系列和強(qiáng)降水系列分別求相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)見表5。由表5可知，思南、印江2站間的相關(guān)系數(shù)最大。

表5 臺(tái)站間的日雨量及強(qiáng)降水相關(guān)系數(shù)

按前面的放寬條件，選擇相關(guān)系數(shù)最大的思南、印江作為一個(gè)預(yù)報(bào)區(qū)(空間距離16.5km，總相關(guān)系數(shù)0.8362，強(qiáng)降水相關(guān)系數(shù)0.6671，99.9%檢驗(yàn)，且空間距離最近)，不事先固定指標(biāo)站和目標(biāo)站，按照較大降水不漏報(bào)的原則，將各降水過程日降水最大的站作為指標(biāo)站，另一站作為目標(biāo)站，分析其在各降水級(jí)別下的同步性，其結(jié)果見表6。

表6 放寬條件下思南、印江各級(jí)降水同步率(%)

為滿足定量預(yù)報(bào)的需要，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，一站出現(xiàn)90 mm以上、80 mm以上、70 mm以上及60 mm以上降水時(shí)，另一站出現(xiàn)暴雨的頻率分別為:82%、79%(在數(shù)值上超過大暴雨，筆者注)、69%、62%。說明將思南印江作為一個(gè)預(yù)報(bào)單元來預(yù)報(bào)，雖然未達(dá)到理想水平，但已有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性，說明地理分區(qū)可以作為精細(xì)化發(fā)展過程中的重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)論與討論

本文利用歷史資料對(duì)銅仁5縣降水量級(jí)進(jìn)行了時(shí)空同步性分析，對(duì)提高站點(diǎn)降水預(yù)報(bào)水平具有一定參考意義。

①銅仁西部5縣南北不過1個(gè)緯度，東西不過0.5個(gè)經(jīng)度，降水特別是強(qiáng)降水同步性比較差，局地特征顯著。群眾中流行“夏雨隔牛背”的說法，形象的反映出境內(nèi)日降水分布顯著差異特點(diǎn)，但這為我地開展人工增(降)雨調(diào)控作業(yè)技術(shù)研究提供了十分有利條件。

②強(qiáng)降水過程一般具有中小尺度特征，從5縣國家氣象探測(cè)站的布局來看，無論從空間和時(shí)間，還是目前觀測(cè)資料的完整度，對(duì)中小尺度系統(tǒng)難以在數(shù)小時(shí)或數(shù)十小時(shí)逮捕捉。尤其是對(duì)突發(fā)性和持續(xù)性暴雨的預(yù)報(bào)在時(shí)間、地點(diǎn)、量值上都很難達(dá)到社會(huì)和公眾需求。但是隨著2要素自動(dòng)站的鄉(xiāng)(村)全覆蓋，依靠氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)等探測(cè)手段和產(chǎn)品，作好臨近訂正、跟蹤和預(yù)警服務(wù)已有可能，其中基層人才培養(yǎng)是當(dāng)前的重中之重。

③同樣的降水量，由于出現(xiàn)時(shí)間不同、降水強(qiáng)度不同、降水落區(qū)不同，對(duì)不同人群、不同行業(yè)產(chǎn)生的影響差別很大。銅仁西部大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)距縣城的距離遠(yuǎn)大于思南與印江2站之間的距離，由于地形地貌的復(fù)雜性，在今后的精細(xì)化預(yù)報(bào)道路上，不要從行政區(qū)域化塊，應(yīng)該側(cè)重于經(jīng)緯度和功能分區(qū)。

④銅仁西部地形變化較大，暴雨局地特性明顯，降水特別是強(qiáng)降水落區(qū)范圍報(bào)得過大，服務(wù)的針對(duì)性就會(huì)弱化。在今后的精細(xì)化分區(qū)預(yù)報(bào)上，按地理位置0.1°×0.1°分區(qū)應(yīng)該是努力的方向。

⑤由于資料獲取的局限性，本研究并未涉及降水不同步的機(jī)制問題，日較強(qiáng)降水空間分布不均勻的原因并未進(jìn)行更多探討。

［1］段陽，許美玲，等.云南省精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)技術(shù)研究與應(yīng)用［M］.北京:氣象出版社，2009.

［2］谷湘潛，李燕，陳勇，等.省地氣象臺(tái)精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)［J］. 氣象科技，2007，35(2):166－170.

［3］李才媛，錢兆熊.湖北省分縣(市)預(yù)報(bào)方法研究［J］.湖北氣象，2000，19(2):13 －14.

［4］趙培娟，吳纂，鄭世林，等.河南省強(qiáng)對(duì)流天氣診斷分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)［J］.氣象，2010，36(2):33－38.

［5］孫蘭東，張鐵軍，甘肅省常規(guī)天氣要素客觀分縣預(yù)報(bào)系統(tǒng)［J］.干旱氣象，2004，22(03):55－58.

［6］鄭耀文，朱曉，施娜婭，等.蘇州市短期秋季天氣分縣預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)［J］.新疆氣象，1991，34(3):23－26.

［7］胡娟，李華宏，閔穎.引入低緯高原復(fù)雜地形因子的氣象要素精細(xì)化估算模型［J］.氣象科技，2011，39(5):552 －557.