營(yíng)口地區(qū)氣溫差異分析及溫差預(yù)報(bào)方法研究

張 晶，何曉東，姚 文，張運(yùn)芝，趙曉川

(營(yíng)口市氣象局，遼寧營(yíng)口 115001)

營(yíng)口地區(qū)氣溫差異分析及溫差預(yù)報(bào)方法研究

張 晶，何曉東，姚 文，張運(yùn)芝，趙曉川

(營(yíng)口市氣象局，遼寧營(yíng)口 115001)

摘 要：選取2010—2011年2 a的氣象資料，對(duì)營(yíng)口地區(qū)四測(cè)站的日最高、最低氣溫差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站受到海洋影響，氣溫變化有滯后效應(yīng)，受太陽(yáng)輻射的影響比其他三站晚一兩個(gè)月左右，造成四測(cè)站5、6月最高溫度溫差最大，9、10月最低溫度溫差最大；同時(shí)由于受海洋影響較大，營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站氣溫的日差和年差都較小，最高溫度小于其他三站，而最低溫度高于其他三站。利用逐步回歸方法建立溫差預(yù)報(bào)方程，并逐步進(jìn)行訂正，總結(jié)營(yíng)口地區(qū)城市間溫差的預(yù)報(bào)方法，以提高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。應(yīng)用2009年全年的資料對(duì)溫差預(yù)報(bào)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明此方法在溫度預(yù)報(bào)中具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：溫差；影響因子；回歸方程；預(yù)報(bào)方法

溫度預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的基本工作之一，氣象科研人員一直致力于對(duì)溫度預(yù)報(bào)方法的研究。在溫度的變化規(guī)律[1-4]、影響因子的分析[5-7]、數(shù)值預(yù)報(bào)的釋用[8]以及分區(qū)域預(yù)報(bào)[9]等方面做了大量工作，在提高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率上取得了一定的成績(jī)。掌握氣溫的日較差變化規(guī)律和城市間溫差變化情況及下墊面和各氣象要素的影響特征是預(yù)報(bào)員制作溫度預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，李雄[10]、孫鳳華[11]、白松竹[12]、周宇[13]等對(duì)本地區(qū)的溫差變化和影響因子做了總結(jié)分析，研究出本地的溫度預(yù)報(bào)方法。營(yíng)口市地處遼東半島西部，西臨渤海，背靠東北腹地。西部沿海地區(qū)受海洋影響明顯，接近海洋性氣候，東部靠近大陸內(nèi)部，大陸性氣候明顯。營(yíng)口市區(qū)與蓋州、大石橋、熊岳相距幾十公里，屬于中尺度距離，在大尺度天氣背景下，除個(gè)別局地性天氣外，影響系統(tǒng)基本上是一致的，即天空狀況、風(fēng)力、降水基本相同。但4個(gè)觀(guān)測(cè)站所處地形的差異，使溫度存在地區(qū)差異，主要表現(xiàn)在地形對(duì)溫度影響因子，即風(fēng)向、風(fēng)速、云、降水量等氣象要素有不同影響。本文利用2010—2011年2 a的氣象資料對(duì)營(yíng)口地區(qū)城市間氣溫差異進(jìn)行分析，掌握溫差變化規(guī)律，總結(jié)溫差預(yù)報(bào)方法，以提高溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

1 營(yíng)口地區(qū)4個(gè)測(cè)站溫差的基本變化規(guī)律

1.1 溫差變化規(guī)律

以營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站作為參考站，以大石橋市站、蓋州市站、熊岳站作為對(duì)比站，對(duì)2010年和2011年兩年的逐日最低、最高氣溫資料對(duì)比分析。大石橋市站、蓋州市站、 熊岳站與營(yíng)口市站年平均最低氣溫差(Δtd)分別為-0.71、-0.66、-1.64 ℃， 年平均最高氣溫差(Δtg)分別為0.76、0.84、0.91 ℃。月平均最低氣溫差均為負(fù)值(圖1)，即其他三站的月平均最低溫度均小于營(yíng)口市站；月平均最高氣溫差均為正值(圖2)，即其他三站的月平均最高溫度均大于營(yíng)口市站。蓋州市站、大石橋市站、熊岳站與營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站最低(高)氣溫差的年變化呈正相位分布趨勢(shì)，Δtd呈三峰兩谷分布，峰值出現(xiàn)在5、7月和11—12月，谷值出現(xiàn)在6月和9—10月；Δtg呈一峰一谷分布，峰值出現(xiàn)在5月，谷值出現(xiàn)在1月。

圖1 營(yíng)口地區(qū)2010—2011年最低溫度差值月平均分布圖

圖2 營(yíng)口地區(qū)2010—2011年最高溫度差值月平均分布圖

1.2 成因分析

溫度的高低與熱量的儲(chǔ)積和輸送有直接關(guān)系。營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站位于營(yíng)口市區(qū)西部，靠近渤海，受海洋影響較大。海洋上的氣溫變化有滯后效應(yīng)，海洋對(duì)太陽(yáng)輻射季節(jié)的響應(yīng)比陸地晚一兩個(gè)月[14]，這是5、6月最高溫度溫差最大而9、10月最低溫度溫差最大的主要原因；同時(shí)海洋使大氣的溫度變化比較和緩，受海洋影響較大的地區(qū)，氣溫的日差和年差都小，這是營(yíng)口市站最高溫度均小于其他三站、而最低溫度均高于其他三站的主要原因。

1.3 溫差極值分析

當(dāng)天氣條件相差不大時(shí)，四站的最高、最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間基本一致，差值也有一定規(guī)律。而當(dāng)溫差特別大時(shí)，一般是因幾個(gè)測(cè)站受到了不同天氣過(guò)程的影響，最低(高)氣溫出現(xiàn)的時(shí)間不同。如2010年12月12日營(yíng)口市和熊岳站最高氣溫分別為-7、3.6 ℃，出現(xiàn)時(shí)間分別是20：04、09：53，兩站最高氣溫差達(dá)10.6 ℃。分析資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)天有一次降雪、降溫天氣過(guò)程，冷空氣自北向南先后影響營(yíng)口市和熊岳兩站，營(yíng)口市站20：00之后氣溫一直呈下降趨勢(shì)，而熊岳站氣溫先升再降，故而兩站最高氣溫差值較大。

2 最低(高)溫差預(yù)報(bào)方法的建立

2.1 資料選取與處理

對(duì)出現(xiàn)溫差較大的天氣分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)局地降水、風(fēng)向轉(zhuǎn)變、冷鋒過(guò)境等天氣過(guò)程時(shí)溫差較大，且最高、最低溫度出現(xiàn)的時(shí)間差距也比較大。在實(shí)際預(yù)報(bào)過(guò)程中一般考慮最低溫度、最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間相同(同為白天或夜間)，并且在相同的天氣背景(風(fēng)向風(fēng)速、天空狀況等)，所以在選擇資料時(shí)最低溫度選擇出現(xiàn)在夜間的資料，最高溫度出現(xiàn)在白天的資料。不符合這一時(shí)間條件的數(shù)據(jù)被剔除掉。

考慮影響溫差變化的原因可能與低云量、風(fēng)向、風(fēng)速、降水量等有關(guān)。研究最低溫度差選取每天20時(shí)到次日08時(shí)的資料，最高溫度差選取每天08時(shí)到20時(shí)的資料，包括低云量、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向。低云量分為0～10成，分別取20時(shí)和02時(shí)、08時(shí)和14時(shí)的平均低云量；風(fēng)向分為偏南風(fēng)和偏北風(fēng)；風(fēng)速按風(fēng)級(jí)計(jì)算，分別選取20—08時(shí)和08—20時(shí)的平均風(fēng)速；降水量按量級(jí)計(jì)算。

2.2 資料的一致性分析

對(duì)2010—2011年氣象資料進(jìn)行一致性分析，其中風(fēng)力按風(fēng)級(jí)(1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)……)分類(lèi)，等級(jí)相同視為一致；低云量按少云(0～3成)、多云(3～7成)和陰天(7成以上)分三個(gè)等級(jí)，等級(jí)相同視為一致；風(fēng)向按對(duì)本地氣溫的實(shí)際影響情況分為偏南風(fēng)(90°～270°)和偏北風(fēng)(0°～90°，270°～360°)兩類(lèi)，風(fēng)向相同視為一致；降水按量級(jí)(小雨、中雨、大雨和暴雨等)分類(lèi)，量級(jí)相同視為一致。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 營(yíng)口地區(qū)其他三站與營(yíng)口市站氣象要素一致性分析

分析結(jié)果表明，風(fēng)速的一致性相對(duì)差一些，蓋州市站和大石橋市站一般比營(yíng)口市站的平均風(fēng)速小一級(jí)左右，熊岳站和營(yíng)口市站平均風(fēng)力相當(dāng)，但不穩(wěn)定。風(fēng)向的一致性比較好，原因之一是四站基本上都處在同一天氣系統(tǒng)影響下，而風(fēng)向主要由氣壓場(chǎng)決定；另一原因是本次檢驗(yàn)由于資料有限風(fēng)向主要分為南風(fēng)和北風(fēng)兩種，比較粗糙，所以一致性相對(duì)較高。低云量和降水量一般都與天氣系統(tǒng)有關(guān)，一致性比較好。

2.3 預(yù)報(bào)方法的建立

應(yīng)用SPSS(statistical product and service solutions，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案)軟件，采用逐步回歸方法，按季節(jié)變化對(duì)可能影響最低溫差和最高溫差的氣象要素做相關(guān)性分析，并建立逐步回歸方程。方程中引入變量的F檢驗(yàn)值取0.10，剔除變量的F檢驗(yàn)值取0.20。選取相關(guān)性最顯著的要素建立預(yù)報(bào)方程(見(jiàn)表2)。

表2 營(yíng)口地區(qū)其他三站與營(yíng)口市站最低(高)溫度差的回歸方程

注：x1、x2、x3和x4分別表示風(fēng)速、風(fēng)向、低云量和降水量，y表示最低(高)溫度差預(yù)報(bào)值。

利用相關(guān)系數(shù)次大和第三的要素，用中位數(shù)的方法對(duì)方程進(jìn)行兩次訂正。將低云量分為少云(1～3成)、多云(3～7成)和陰天(7成以上)三種情況，風(fēng)速分為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)和5級(jí)，風(fēng)向分為南風(fēng)和北風(fēng)，夏季降水分為無(wú)、小雨、中雨、大雨和暴雨等，訂正結(jié)果圖表略。利用2010—2011年的氣象資料，分別用方程和兩次訂正后的結(jié)果做三次溫差預(yù)報(bào)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速和低云量與溫差關(guān)系明顯，降水量與溫差關(guān)系不顯著。對(duì)比三次預(yù)報(bào)結(jié)果，選擇最優(yōu)的方式建立溫差預(yù)報(bào)方法。為方便預(yù)報(bào)員在實(shí)際預(yù)報(bào)中參考，將方程量化之后轉(zhuǎn)為表格形式，見(jiàn)表3和表4。

3 預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)

應(yīng)用2008年12月—2009年11月1 a的氣象資料分別對(duì)最低、最高溫度差預(yù)報(bào)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，按照《遼寧省氣象部門(mén)中期短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》，將預(yù)報(bào)的溫度差值與實(shí)際的溫度差值相減，統(tǒng)計(jì)誤差在[-2,2] ℃之間的情況(表5)。

由表5可見(jiàn)，三站中大石橋市站的預(yù)報(bào)效果最好，預(yù)報(bào)正確率均在75%以上，秋季最高溫度差預(yù)報(bào)正確率達(dá)99%，蓋州市站次之，熊岳站最差。四季中夏季的預(yù)報(bào)效果最好，秋冬季次之，春季最差。分析其原因，三站中大石橋市站距離營(yíng)口市站最近，氣象要素的一致性最好，實(shí)際溫度差值也最??；蓋州市站次之；熊岳站最遠(yuǎn)，差值也最大，并且在氣象要素相同時(shí)其實(shí)際差值往往也會(huì)很大。四季中，夏季氣溫相對(duì)穩(wěn)定；春(秋)季節(jié)溫度由冷(暖)到暖(冷)過(guò)度，溫度變化較大，受下墊面影響明顯；冬季由于冷空氣頻繁，寒潮天氣較多，溫度起伏也比較大。

表3 營(yíng)口地區(qū)其他三站與營(yíng)口市站最低溫度差預(yù)報(bào)方法℃

注：*表示該項(xiàng)對(duì)溫差影響不明顯，下同。

表4 營(yíng)口地區(qū)其他三站與營(yíng)口市站最高溫度差預(yù)報(bào)方法 ℃

表5 營(yíng)口地區(qū)其他三站與營(yíng)口市站溫度差預(yù)報(bào)方法檢驗(yàn)結(jié)果 %

4 小結(jié)與討論

4.1 營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站受到海洋影響，氣溫變化有滯后效應(yīng)，對(duì)太陽(yáng)輻射季節(jié)的響應(yīng)比其他三站晚一兩個(gè)月左右，造成5、6月最高溫度溫差最大，9、10月最低溫度溫差最大。同時(shí)，由于受海洋影響較大，營(yíng)口市氣象觀(guān)測(cè)站氣溫的日差和年差都較小，最高溫度小于其他三站，而最低溫度高于其他三站。

4.2 對(duì)出現(xiàn)溫差較大的天氣進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)局地降水、風(fēng)向轉(zhuǎn)變、冷鋒過(guò)境等天氣過(guò)程時(shí)溫差較大，溫度極值出現(xiàn)的時(shí)間不易確定。

4.3 最高、最低溫差與當(dāng)日的低云量和風(fēng)向、風(fēng)速關(guān)系較大，與降水量關(guān)系不明顯。根據(jù)預(yù)報(bào)方程和訂正方法總結(jié)出溫差預(yù)報(bào)方法簡(jiǎn)表，方便預(yù)報(bào)員查閱。應(yīng)用2008年12月至2009年11月的數(shù)據(jù)作檢驗(yàn)，其結(jié)果表明溫差預(yù)報(bào)方法有一定的預(yù)報(bào)能力，在實(shí)際工作中具有參考價(jià)值。

4.4 溫度變化是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程，各氣象要素之間都存在著一定的關(guān)聯(lián)和相互牽制作用，由于本次研究分析只選取了2年的資料、4個(gè)氣象要素，得出的結(jié)論有一定局限性，未來(lái)將繼續(xù)研究其他要素對(duì)溫差變化可能的影響。溫差預(yù)報(bào)方法研究的目的就是要提高溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，關(guān)于溫差預(yù)報(bào)方法在溫度預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，將在后期進(jìn)行研究。

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中圖分類(lèi)號(hào)：P456.9

A

文章編號(hào)：1006-4354(2013)05-0008-05

收稿日期：2013-03-21

作者簡(jiǎn)介：張晶(1984—)，女，漢族，黑龍江拜泉人，本科，助理工程師，從事天氣預(yù)報(bào)工作。

基金項(xiàng)目：2012年遼寧省營(yíng)口市氣象局課題“營(yíng)口地區(qū)城市間氣溫差異分析及預(yù)報(bào)方法研究”資助。