煙臺地區(qū)的大風(fēng)預(yù)報(bào)研究

王娜

摘要

通過對煙臺地區(qū)的地形和海陸分布特點(diǎn)，主要從天氣學(xué)的角度統(tǒng)計(jì)和分析了該地區(qū)2001～2009年大風(fēng)發(fā)生的范圍以及不同范圍大風(fēng)的日數(shù)年代、季節(jié)變化規(guī)律，并利用現(xiàn)有的MICAPS資料對煙臺地區(qū)的大風(fēng)環(huán)流型進(jìn)行了分析，同時(shí)就目前該地區(qū)大風(fēng)的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了概述。結(jié)果表明，煙臺地區(qū)大風(fēng)天氣中以個別大風(fēng)為主，其中大風(fēng)天氣主要發(fā)生在3～5月；10年內(nèi)，大風(fēng)的年際變化趨勢基本是按照曲線遞增達(dá)到峰值后又開始遞減的趨勢，期間出現(xiàn)了2002和2007年2個峰值，并有1個谷值；在對煙臺地區(qū)進(jìn)行大風(fēng)預(yù)報(bào)時(shí)，選取了網(wǎng)格點(diǎn)中與煙臺站關(guān)聯(lián)的平均分布的5個站點(diǎn)（煙臺、福山、海陽、龍口、長島）進(jìn)行預(yù)報(bào)研究，通過參考文獻(xiàn)以及煙臺等站點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)，選取8個預(yù)報(bào)因子作為備用預(yù)報(bào)因子，利用逐步回歸程序建立了5個站的預(yù)報(bào)方程并對最后的結(jié)果進(jìn)行了回報(bào)檢驗(yàn)，雖然取得了一定的預(yù)報(bào)效果，但預(yù)報(bào)精度比較低，不是特別的理想。

關(guān)鍵詞 大風(fēng)；年際變化；環(huán)流型；預(yù)報(bào)方法；煙臺地區(qū)

中圖分類號 S161 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）27-09455-04

Study on Strong Wind Prediction in Yantai

WANG Na

（Haixi Prefecture Meteorological Station， Haixi， Qinghai 817000）

Abstract According to the topography and land sea distribution characteristics of Yantai， from the perspective of weather， strong wind occurrence range during 2001-2009， days， seasonal variation law were analyzed. Using MICAPS data， strong wind circulation pattern in Yantai area was studied. The forecasting methods were reviewed. The results showed that， strong wind mainly occurred during March—May； Within 10 years， the annual variation trend of strong wind was first increasing then decreasing， there were 2 peaks in 2002 and 2007， and 1 valley； 5 stations（Yantai， Fushan， Haiyang， Longkou， Changdao） were selected to forecast. Selecting 8 forecasting factors as reserve factors， using stepwise regression procedure， the forecasting equation of 5 stations was established and the results were tested. A certain effect was obtained， but the prediction accuracy was relatively low.

Key words Strong wind； Annual variation； Circulation pattern； Prediction method； Yantai area

大風(fēng)是煙臺地區(qū)常見的災(zāi)害性天氣，它給建設(shè)尤其是航運(yùn)、海上捕撈、水產(chǎn)養(yǎng)殖、石油開發(fā)以及人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的威脅與損失^[1-2]。煙臺位于119°34′～121°57′ E、36°16′～38°23′ N，東連威海，北瀕渤海、黃海，地形低山丘陵為主，年平均風(fēng)速內(nèi)陸地區(qū)3～4 m/s，沿海地區(qū)4～6 m/s，屬溫帶季風(fēng)氣候。該地區(qū)陸上大風(fēng)災(zāi)害多由強(qiáng)對流天氣造成，海面大風(fēng)經(jīng)常會造成災(zāi)難性的事故。僅1999～2009年煙臺地區(qū)所轄海域發(fā)生的海難事故就高達(dá)151起，在海難事故死亡人數(shù)中，氣象原因占63%。據(jù)1961～1980年黃渤海大風(fēng)事故統(tǒng)計(jì)^[3]，春季大風(fēng)事故占42.3%，秋季占26.0%。筆者主要從天氣學(xué)的角度統(tǒng)計(jì)和分析了煙臺地區(qū)大風(fēng)發(fā)生的范圍以及不同范圍大風(fēng)日數(shù)的年代、季節(jié)變化規(guī)律，利用現(xiàn)有資料分析該地區(qū)大風(fēng)環(huán)流型，并對煙臺地區(qū)現(xiàn)有的預(yù)報(bào)方法做了概述。

1 煙臺地區(qū)大風(fēng)的一般特點(diǎn)

1.1 不同范圍大風(fēng)日數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)2001年5月～2009年12月份的地面觀測資料，針對煙臺地區(qū)10個站點(diǎn)所出現(xiàn)的大風(fēng)的情況進(jìn)行了簡要的分析，首先是影響煙臺地區(qū)不同范圍大風(fēng)日數(shù)^[4]，規(guī)定每日地面觀測記錄出現(xiàn)平均風(fēng)速≥11 m/s或瞬時(shí)大風(fēng)風(fēng)速≥17 m/s為一個大風(fēng)日，按照大風(fēng)的影響范圍規(guī)劃出大范圍大風(fēng)（≥6站有大風(fēng)）、局部大風(fēng)（3～5站有大風(fēng)）、個別站大風(fēng)（1～2站有大風(fēng)）3種情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從表1可以看出，2001～2009年煙臺地區(qū)大風(fēng)天氣以個別大風(fēng)為主，所占天數(shù)比較多，9年天氣中共有286個大風(fēng)日，占總?cè)諗?shù)的10.7%；3個站以上出現(xiàn)了大風(fēng)天氣的天數(shù)為280 d，約占總天數(shù)的10.5%；6個站以上發(fā)生大風(fēng)的天數(shù)為272 d，約占總天數(shù)的10.1%，大約每25 d出現(xiàn)3次大風(fēng)天氣。進(jìn)行大風(fēng)預(yù)報(bào)時(shí)必須考慮大風(fēng)可能影響到的范圍，而以上結(jié)果說明煙臺地區(qū)這9年內(nèi)各次大風(fēng)天氣的影響范圍存在差別，預(yù)報(bào)時(shí)必須要考慮。

1.2 不同范圍大風(fēng)日數(shù)年際變化

從表2可知，2001～2009年三類大風(fēng)總和日數(shù)有一部分年份很不穩(wěn)定，2009年最少，為16 d，2002年最多，為54 d，年平均天數(shù)為31.8 d，大風(fēng)總?cè)諗?shù)年距平≤10%的年份僅占總年數(shù)的20%，年距平在10%～20%的年份占總年數(shù)的30%。從不同范圍大風(fēng)的日數(shù)變化看，大范圍大風(fēng)日數(shù)最多，平均每季30.2 d，年際變化也比較大，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平為2007年，高達(dá)62.3%，表明煙臺地區(qū)在大風(fēng)盛行季節(jié)就有大范圍的冷暖空氣交換，而它的強(qiáng)度和發(fā)生的次數(shù)在每年可能會有比較大的差別；局部大風(fēng)僅有8 d，個別大風(fēng)僅有6 d。煙臺地區(qū)2001～2009年時(shí)段內(nèi)無大風(fēng)日占得比例最大，距平均高于80%，誤差相當(dāng)大。由于資料的不完整性和較大的誤差，導(dǎo)致局部大風(fēng)和個別大風(fēng)的距平誤差相當(dāng)大，因此該時(shí)段的數(shù)據(jù)不具有代表性和可分析性。

從三類大風(fēng)的綜合情況來看，煙臺地區(qū)該時(shí)段的大風(fēng)日達(dá)286 d，距平≤10%的占總體的20%，距平在10%～20%的僅占30%。煙臺地區(qū)大范圍大風(fēng)在2002和2007年分別出現(xiàn)了2個峰值，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平為2007年，高達(dá)62.3%（圖1a），表明煙臺地區(qū)在大風(fēng)盛行季節(jié)就有大范圍的冷暖空氣交換，而它的強(qiáng)度和發(fā)生的次數(shù)在每年可能會有比較大的差別。煙臺地區(qū)這三類大風(fēng)總和年際變化在2002和2007年分別出現(xiàn)了2個峰值，三類大風(fēng)總和的發(fā)生天數(shù)均在40 d以上，9年范圍內(nèi)有6年的年份距平>20%，最大的年份距平為2002年，高達(dá)69.8%（圖1b），表明煙臺地區(qū)在大風(fēng)盛行季節(jié)大風(fēng)發(fā)生次數(shù)比較頻繁，與其他地區(qū)相比較，煙臺地區(qū)大風(fēng)發(fā)生的范圍廣，發(fā)生大風(fēng)的天數(shù)比其他的地方也比較高，尤其在3～5月份是大風(fēng)發(fā)生的密

集時(shí)期。 由圖2可見，2001～2002年大風(fēng)發(fā)生的天數(shù)在增加，從2001年的17 d增加至2002年的54 d，是9年中大風(fēng)發(fā)生天數(shù)最多的年份，即在2002年達(dá)到了一個峰值，隨后至2004年大風(fēng)發(fā)生的天數(shù)在逐漸減少，到2004年時(shí)大風(fēng)天數(shù)驟減至24 d，隨后直至2005年大風(fēng)發(fā)生的天數(shù)又有了小幅度的攀升，從2005年開始至2006年保持平穩(wěn)，大風(fēng)的天數(shù)基本維持在35 d左右，從2006年開始至2007年大風(fēng)的天數(shù)又開始增加，至2007年大風(fēng)的總共發(fā)生天數(shù)達(dá)49 d，成為僅次于2002年的又一個高峰期，而從2007年往后直至2009年，煙臺地區(qū)大風(fēng)開始驟減，到2009年，大風(fēng)的發(fā)生天數(shù)已經(jīng)減少至2001年時(shí)大風(fēng)發(fā)生的水平，總的來看，煙臺地區(qū)在這9年的時(shí)間內(nèi)，大風(fēng)的年際變化趨勢基本是按照曲線遞增達(dá)到峰值后又開始遞減的趨勢，期間出現(xiàn)了2個峰值，并有一個谷值，其中年際變化趨勢的2個峰值分別在2002和2007年，大風(fēng)天數(shù)遠(yuǎn)超過了9年來的平均水平。平均5～6年為一個變化周期，大風(fēng)日數(shù)呈線性遞減趨勢。

2.2 西高東低或北高南低形式下的偏北大風(fēng)

冷鋒前有氣旋時(shí)，它與冷鋒后的高壓形成西（北）高東（南）低的地面氣壓形式，該地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)天氣大多出現(xiàn)在這種形式下，是偏北大風(fēng)中危害最大的。

2.3 氣旋大風(fēng)

在煙臺地區(qū)大風(fēng)的氣旋按照移動路徑和發(fā)源地可分為蒙古氣旋、東北氣旋、南方氣旋和黃河氣旋。其中蒙古氣旋和東北氣旋是造成煙臺地區(qū)偏南大風(fēng)的主要天氣系統(tǒng)。而南方氣旋和黃河氣旋多發(fā)生在春季，當(dāng)它們向東發(fā)展移動時(shí)通常導(dǎo)致煙臺出現(xiàn)大風(fēng)。

2.4 北（西）低南（東）高形勢下的偏南大風(fēng)

主要有東北氣旋與入海高壓結(jié)合所形成的偏南大風(fēng)形式，煙臺地區(qū)沿海風(fēng)力比較大。

2.5 華北地形槽形勢下的偏南大風(fēng)

華北平原地區(qū)的地形槽與高空暖平流的降壓作用，使得華北地形槽發(fā)展較深，導(dǎo)致山東西南大風(fēng)，從而造成煙臺地區(qū)的春季偏南大風(fēng)天氣。

2.6 臺風(fēng)大風(fēng)

造成該地區(qū)大風(fēng)的主要類型為登陸北上型、登陸轉(zhuǎn)向型、近海轉(zhuǎn)向型以及黃海西折型。

2.7 中小尺度系統(tǒng)產(chǎn)生的短時(shí)大風(fēng)

包括雷雨陣風(fēng)、颮和龍卷風(fēng)，它們發(fā)生的范圍小，危害大，影響時(shí)間短，有時(shí)集中伴隨出現(xiàn)，強(qiáng)度與積雨云的發(fā)展程度成正比。

3 大風(fēng)的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法

3.1 資料來源

采用T213模式下的115°～121°E、32°～45°N區(qū)域內(nèi)2003年1月1日～2008年12月18日共352 d的高度場和溫度場的高空資料以及MICAPS地面資料，利用以上

資料通過對500 hPa高度場、850 hPa高度場、850 hPa溫度場、500 hPa溫度場、700 hPa溫度場及地面氣壓場的變化特征，對煙臺大風(fēng)預(yù)報(bào)產(chǎn)生主要影響的各類氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析^[6]，從而篩選出相關(guān)性較好的因子建立煙臺地區(qū)（115°～121°E、32°～45°N）的大風(fēng)24 h預(yù)報(bào)。

3.2 預(yù)報(bào)量及預(yù)報(bào)因子的選取

3.2.1

預(yù)報(bào)量的確定。一般在天氣學(xué)中將平均風(fēng)速達(dá)11 m/s以上的風(fēng)稱為大風(fēng)。在此以11 m/s為界，風(fēng)速<11 m/s記為0，即認(rèn)為沒有大風(fēng)，風(fēng)速>11 m/s記為1。

根據(jù)T213模式下的高空資料容量，選取煙臺地區(qū)的網(wǎng)格時(shí)空分布較為均勻的5個站（煙臺、福山、海陽、龍口、長島）為代表^[7]，建立煙臺站的24 h大風(fēng)預(yù)報(bào)方程，其中預(yù)報(bào)量為2003年1月1日～2008年12月18日共352 d的風(fēng)速。

3.2.2

選取預(yù)報(bào)因子。根據(jù)參考煙臺地區(qū)大風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)資料以及對大風(fēng)產(chǎn)生可能會有影響的各種氣象場物理變量，在此選取代表性比較好的500 hPa位勢高度及高度場、850 hPa溫度及高度場上的差值以及地面氣壓的變化，850 hPa煙臺5個站最大風(fēng)速的平均風(fēng)速值等因子。

設(shè)X₁為煙臺115°～121°E、32°～45°N區(qū)域850 hPa與500 hPa間的24 h高度差；

X₂為煙臺115°～121°E、32°～45°N區(qū)域850 hPa與500 hPa間的24 h溫度度差；

X₃為115°～121°E、32°～45°N區(qū)域500 hPa位勢高度與冷中心123°～130°E、40°～47°N位勢高度值之差；

X₄為115°～121°E、32°～45°N區(qū)域500 hPa溫度與冷中心123°～130°E、40°～47°N 溫度最低值之差；

X₅為115°～121°E、32°～45°N區(qū)域500 hPa 24 h最大正變壓 ；

X₆為115°～121°E、32°～45°N區(qū)域最大風(fēng)速的平均風(fēng)速；

X₇為115°～121°E、32°～45°N區(qū)域700 hPa 24 h緯向最大溫度差；

X₈為115°～121°E、32°～45°N區(qū)域850 hPa 3 h變壓。

3.3 建立預(yù)報(bào)方程

篩選與預(yù)報(bào)量相關(guān)性較好的因子，計(jì)算各因子的相關(guān)性并檢驗(yàn)顯著性（表3）。利用表3中的8個預(yù)報(bào)因子，篩選與預(yù)報(bào)量相關(guān)性較好的因子，將通過通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)作為預(yù)報(bào)因子，再將數(shù)據(jù)輸入逐步回歸方程中建立回歸方程，自動剔除相關(guān)性小的因子，建立煙臺、福山、海陽、長島、龍口5個站點(diǎn)24 h大風(fēng)預(yù)報(bào)方程，即

Y1=-45.4+0.192X₁+0.084X₃-0.031X₄、

Y2=-87.3+0.853X₁+0.679X₂+0.005X₄-0.243X₇、

Y3=-158.2+0.025X₅+0.639X₆、

Y4=-395.7+0.353X₁+0.244X₃-0.780X₆、

Y5=-217.8+0.773X₁+0.004X₂。

3.4 預(yù)報(bào)效果的檢驗(yàn)

經(jīng)回報(bào)檢驗(yàn)分析，煙臺2003年1月1日～2008年12月18日的實(shí)際大風(fēng)天數(shù)為42 d，回報(bào)檢驗(yàn)大風(fēng)正確天數(shù)11 d，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為26.2%；

福山2003年1月1日～2008年12月18日的實(shí)際大風(fēng)天數(shù)為22 d，回報(bào)檢驗(yàn)大風(fēng)正確天數(shù)6 d，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為27.2%；

海陽2003年1月1日～2008年12月18日的實(shí)際大風(fēng)天數(shù)為37 d，回報(bào)檢驗(yàn)大風(fēng)正確天數(shù)9 d，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為25.0%；

長島2003年1月1日～2008年12月18日的實(shí)際大風(fēng)天數(shù)為80 d，回報(bào)檢驗(yàn)大風(fēng)正確天數(shù)35 d，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為43.8%；

龍口2003年1月1日～2008年12月18日的實(shí)際大風(fēng)天數(shù)為6 d，回報(bào)檢驗(yàn)大風(fēng)正確天數(shù)2 d，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為33.3%?？梢?，預(yù)報(bào)方程預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率比較低，這與因子的選取、資料的完整性有關(guān)，另外在方程的建立過程中也沒有考慮海陸地形分布等各種因素的影響，選取因子有限，所以導(dǎo)致預(yù)報(bào)的結(jié)果比較粗糙，精確度比較低。

4 小結(jié)

（1）

煙臺地區(qū)大風(fēng)天氣中以個別大風(fēng)為主，其中大風(fēng)天氣主要發(fā)生在3～5月份，大風(fēng)天氣以2002和2007年居多，出現(xiàn)了2個峰值，2001和2009年大風(fēng)發(fā)生的天數(shù)分別為17和16 d，為9年內(nèi)發(fā)生三類大風(fēng)總和的天數(shù)最少的2個年份，煙臺地區(qū)在這9年的時(shí)間內(nèi)，大風(fēng)的年際變化趨勢基本是按照曲線遞增達(dá)到峰值后又開始遞減的趨勢，期間出現(xiàn)了2個峰值，并有一個谷值，其中年際變化趨勢的2個峰值分別在2002和2007年，大風(fēng)天數(shù)遠(yuǎn)超過了9年來的平均水平，平均5～6年為一個變化周期，大風(fēng)日數(shù)呈線性遞減趨勢。大范圍大風(fēng)日數(shù)最多，平均每季30.2 d，局部大風(fēng)僅有8 d，個別大風(fēng)僅有6 d。大范圍大風(fēng)日的年際變化最為明顯，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平為2007年，高達(dá)62.3%。

（2）煙臺地區(qū)大風(fēng)的年際變化之大說明該地區(qū)在大風(fēng)盛行季節(jié)就有大范圍的冷暖空氣交換，而它的強(qiáng)度和發(fā)生的次數(shù)在每年可能會有比較大的差別，因而導(dǎo)致不同年份大風(fēng)發(fā)生天數(shù)的年份距平差別也比較大。

（3）在對煙臺地區(qū)進(jìn)行大風(fēng)預(yù)報(bào)時(shí)，選取了網(wǎng)格點(diǎn)中與煙臺站關(guān)聯(lián)的平均分布的5個站點(diǎn)（煙臺、福山、海陽、龍口、長島）進(jìn)行預(yù)報(bào)研究，通過參考文獻(xiàn)以及煙臺等站點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)，選取了煙臺（121°～115°E、32°～45°N）區(qū)域850 hPa與500 hPa間的24 h高度差、850 hPa與500 hPa間的24 h溫度度差、500 hPa位勢高度與冷中心（123°～130°E、40°～47°N） 位勢高度值之差、500 hPa溫度與冷中心（123°～130°E、40°～47°N） 溫度最低值之差、500 hPa 24 h最大正變壓、最大風(fēng)速的平均風(fēng)速、700 hPa 24 h緯向最大溫度差、850 hPa 3 h變壓8個預(yù)報(bào)因子作為備用預(yù)報(bào)因子，通過對以上因子的顯著性檢驗(yàn)以及與預(yù)報(bào)方程的相關(guān)性，剔除相關(guān)性較差的因子，利用逐步回歸程序建立了5個站的預(yù)報(bào)方程并對最后的結(jié)果進(jìn)行了回報(bào)檢驗(yàn)，雖然取得了一定的預(yù)報(bào)效果，但預(yù)報(bào)精度比較低，不是特別的理想。

（3）在建立預(yù)報(bào)方程時(shí)，由于本身對大風(fēng)有影響的因子非常多，它與海陸地形分布、天氣尺度系統(tǒng)以及導(dǎo)致大風(fēng)產(chǎn)生的各種大氣環(huán)流形式有關(guān)，且依靠于以往的一些經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法，所以筆者所選出的8個因子只是影響大風(fēng)天氣的眾多氣象要素因子中的極小的一部分，未考慮地形與環(huán)流分布且由于自身缺乏預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，所以挑選出的這8個備選因子并不能很全面地代表煙臺地區(qū)的大風(fēng)，故建立的預(yù)報(bào)方程的準(zhǔn)確度就比較低。

（4）5個預(yù)報(bào)方程的建立是利用MICAPS地面資料和T213模式下的高空場資料來進(jìn)行的，所利用的資料有缺測以及資料上的缺失和一定的缺陷，給方程的建立帶來了不利影響，并影響到了最后的預(yù)報(bào)方程準(zhǔn)確性。

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