貴州省24 h氣溫主觀預(yù)報(bào)分析

周永水，李天江，石 艷

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

貴州省24 h氣溫主觀預(yù)報(bào)分析

周永水，李天江，石 艷

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

利用貴州省過(guò)去50 a一般觀測(cè)站資料和過(guò)去20 a基本觀測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了貴州省各個(gè)站點(diǎn)極端高溫和極端低溫的分布；并統(tǒng)計(jì)分析了不同區(qū)域不同季節(jié)的白天和晚上不同天氣狀況下的當(dāng)日最高氣溫和最低氣溫之差以及當(dāng)日最低氣溫和平均露點(diǎn)溫度之差，結(jié)果表明：①在貴州地區(qū)白天夜晚均為晴天的高低溫差四季都在10℃以上，白天為多云的狀況下溫差次之，白天為陰天和有降水的溫差維持在3.0～7.5℃之間；②除了貴州西部春季晴和多云狀況下最低溫度和露點(diǎn)溫差較高外，其余地區(qū)隨季節(jié)和緯度的差異溫差保持在0～3.9℃。

極端高溫；極端低溫；最高氣溫；最低氣溫；露點(diǎn)溫度

1 引言

氣溫預(yù)報(bào)一直是天氣預(yù)報(bào)的重要組成部分，近年來(lái)由于全球氣候變化的影響，嚴(yán)寒、高溫?zé)崂?、短時(shí)強(qiáng)降水等極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)[1，2]，民眾對(duì)于天氣預(yù)報(bào)的要求和關(guān)注度也越來(lái)越高。隨著社會(huì)的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，天氣預(yù)報(bào)已深入社會(huì)行業(yè)的各個(gè)方面。氣溫預(yù)報(bào)既是干旱、霜凍、凍雨等災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，也是農(nóng)林牧漁部門的作業(yè)和規(guī)劃的重要參考，同時(shí)對(duì)于群眾的生活、工作以及出行都有重要的指示意義。

氣溫預(yù)報(bào)最近幾十年得到了快速的發(fā)展，目前已有臺(tái)站開(kāi)展和嘗試氣溫預(yù)報(bào)的精細(xì)化研究[3-4]。影響氣溫預(yù)報(bào)的因素多且復(fù)雜，客觀預(yù)報(bào)方法以發(fā)展數(shù)值預(yù)報(bào)模式以及考慮了初值及模式的不確定性的多模式集合預(yù)報(bào)[5，6]為主，經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)發(fā)展， 數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)能夠提供具有較高可信度的中期時(shí)效(一周或更長(zhǎng)) 的天氣形勢(shì)與大尺度天氣過(guò)程[7，8]。盡管數(shù)值預(yù)報(bào)取得了巨大的成就并在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中發(fā)揮了巨大作用， 但預(yù)報(bào)員的作用依然是不可替代的，數(shù)值預(yù)報(bào)的優(yōu)勢(shì)在于所依據(jù)的物理定律的普適性與制作預(yù)報(bào)過(guò)程的客觀性， 以及定量化的預(yù)報(bào)結(jié)果，但不可避免地把復(fù)雜的大千世界簡(jiǎn)單化， 幾條已經(jīng)被大大簡(jiǎn)化處理的物理定律并不能概括全部天氣變化事實(shí)， 并且數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)所包含的大量計(jì)算方案與參數(shù)的設(shè)定其實(shí)帶有經(jīng)驗(yàn)性與一定程度的主觀隨意性， 因此數(shù)值預(yù)報(bào)的客觀性是有局限的[9]。與數(shù)值預(yù)報(bào)相反，預(yù)報(bào)員在實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)源于對(duì)真實(shí)天氣過(guò)程的體驗(yàn)， 突破了模式在認(rèn)識(shí)上的局限， 有可能對(duì)模式不能把握的天氣過(guò)程做出更好的預(yù)報(bào)。貴州位于青藏高原東部，受高原大地形條件影響下的天氣預(yù)報(bào)難度高。再加上由于地勢(shì)高差懸殊，垂直方向差異較大以及季風(fēng)環(huán)流的交替影響，天氣形勢(shì)復(fù)雜多樣。這樣復(fù)雜的天氣狀況要求預(yù)報(bào)員在分析天氣系統(tǒng)時(shí)主觀上具有更高的敏感性以及對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的訂正。

本文主要利用貴州省過(guò)去50 a氣象站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算貴州省84個(gè)站點(diǎn)歷史極端最高最低氣溫、不同天氣狀況下最高最低氣溫的關(guān)系、露點(diǎn)溫度和最低氣溫的關(guān)系，給預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行主觀訂正時(shí)提供參考。

2 資料與方法

本文使用的溫度觀測(cè)和預(yù)報(bào)資料包括：1961—2010年貴州84個(gè)縣站觀測(cè)站逐日最高、最低氣溫觀測(cè)以及1991—2010貴州省國(guó)家基本觀測(cè)站地面觀測(cè)資料。

影響氣溫變化的因素有溫度平流、垂直運(yùn)動(dòng)以及非絕熱變化項(xiàng)3項(xiàng)[10]，本文主要討論非絕熱變化對(duì)局地氣溫變化的影響，故對(duì)于有冷暖平流影響的天氣則予以剔除，垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)在一級(jí)近似方程中為小項(xiàng)，予以忽略，將剩下的個(gè)例天氣狀況按白天和夜晚分別分為晴天、多云、陰天、雨天，并按照貴州地勢(shì)從東到西逐漸升高的趨勢(shì)選擇有代表性的站點(diǎn)(從東到西分別為三穗、貴陽(yáng)、興仁)，按照不同季節(jié)分類予以討論。其中最低氣溫和最高氣溫差以及最低氣溫和溫度露點(diǎn)差均為1991—2010氣溫差之平均。同時(shí)，利用歷史資料對(duì)平均溫差作TS評(píng)分檢驗(yàn)，在±2℃的范圍內(nèi)，求出命中率，以考察平均溫差的適用性。

3 極端氣溫分布狀況

從貴州省84縣站的極端最高氣溫分布來(lái)看(圖1)：貴州省內(nèi)共有包括赤水、南部邊緣和東部在內(nèi)9個(gè)縣站極端高溫在40℃以上，極端高溫的歷史極值為赤水在2006年8月18日出現(xiàn)的42.3℃；省內(nèi)其余地區(qū)的極端高溫都在40℃以下，特別是位于25.5°～27°N之間貴州中西部的大部分縣站極端高溫都在35℃以下，位于貴州最西端的威寧歷史極端高溫只有31.5℃，出現(xiàn)在1991年6月1日。貴陽(yáng)的歷史極端氣溫出現(xiàn)在1961年7月2日為35.4℃。

圖1 貴州省84縣站極端最高氣溫

從貴州省84縣站的極端最低氣溫分布來(lái)看(圖2)：貴州省所有縣站的極端低溫都在0℃以下，赤水由于地處河谷低洼地帶，極端低溫僅為-1.9℃，出現(xiàn)在1961年1月16日；南部邊緣幾個(gè)縣站極端低溫在-5℃以上，其余大部分地區(qū)極端低溫都在-5～12℃之間；而威寧的極端低溫是全省最低的，達(dá)到了-15.3℃，出現(xiàn)在1977年2月9日。由于中部一線地理海拔位置較高，極端低溫大部分都在-10℃左右。

圖2 貴州省84縣站極端最低氣溫

4 不同天氣狀況下最高氣溫和最低氣溫差

本文的所指的最高氣溫和最低氣溫之差，是指00—17時(shí)的日最高氣溫和當(dāng)日20—次日08時(shí)的最低氣溫之差，這樣，預(yù)報(bào)員在知道當(dāng)日最高氣溫的形勢(shì)下，可以利用此數(shù)據(jù)對(duì)次日最低氣溫的預(yù)報(bào)作出訂正和參考。即Min=Max-X；其中Max為00—17時(shí)的日最高氣溫，X為當(dāng)日20—次日08時(shí)的最低氣溫之差統(tǒng)計(jì)平均值，Min為計(jì)算出的當(dāng)夜最低氣溫。在研究中還發(fā)現(xiàn)，有的天氣狀況對(duì)應(yīng)的個(gè)例樣本較少，研究結(jié)果表明這些較少樣本的個(gè)例在反演過(guò)程中跳躍性較大，不利于線性規(guī)律的提取和總結(jié)，故剔除了其中少于30次個(gè)例的樣本。

從貴州中部(以貴陽(yáng)為例)不同季節(jié)和不同天空狀況下最高氣溫和最低氣溫之差(表1)來(lái)看：在白天是晴空的情況下，4個(gè)季節(jié)的溫差均達(dá)到10℃以上，特別是在春、秋、冬季，白天晴天升溫較快，夜間晴空輻射降溫明顯，溫差均在13℃以上，春秋季節(jié)接近14℃，而夏季夜空晴朗的情況下，輻射降溫不如其他季節(jié)明顯，溫差為11.8℃。利用這些數(shù)值反演歷史數(shù)據(jù)命中率在80%左右。在春、秋、冬季若白天多云，晚上天空晴朗，溫差雖不如前一種情況大，但是也在11℃左右，夏季白天多云的溫差則為9.7℃，反演命中率基本在80%以上。在貴州中部地區(qū)的春、夏、冬季，白天陰天，夜晚晴空的天空狀況較為少見(jiàn)，只有秋季這種天空狀況出現(xiàn)頻率較高；在白天陰天的情況下，白天輻射增溫較弱，溫差減小，維持在4.4～7.4℃之間，命中率基本在80%以上，且在秋季夜晚多云時(shí)命中率達(dá)到90%以上。在白天有降水的情況下，四季夜晚出現(xiàn)晴空和多云的頻率極低；夏季白天降水對(duì)溫度影響小于其他季節(jié)，溫差較其他季節(jié)大，但是在白天有降水的情況下，溫差普遍比其他情況更小，在3.8～6.5℃之間。

表1 貴州中部(貴陽(yáng))不同狀況下高低溫差/命中率(℃/%)(*表示樣本個(gè)例少，舍去，下同)

從貴州東部(以三穗為例)不同季節(jié)和不同天空狀況下最高氣溫和最低氣溫之差(表2)來(lái)看：在貴州東部晴朗的冬季，由于白天輻射增溫和夜晚輻射降溫較為劇烈，平均溫差達(dá)到了17.3℃，而在其他季節(jié)，白天夜晚均為晴空的溫差沒(méi)有冬季劇烈，溫差范圍在10.9～13.6℃之間，命中率在秋季和冬季出現(xiàn)明顯的下滑，維持在70%左右，且東部地區(qū)由于離靜止鋒較遠(yuǎn)，白天晴朗夜晚降水的頻率很低。在白天多云、夜晚為晴空和多云情況下，冬季溫差仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他季節(jié)分別達(dá)到14.2℃和11.4℃，在其他狀況下溫差在6.7～9.8℃之間，冬季命中率略低。白天陰天夜晚晴空的天氣現(xiàn)象在東部四季出現(xiàn)的頻率也很低，而在其他幾種天氣現(xiàn)象配置下，溫差范圍在3.9～7.5℃之間，命中率在80%上下。白天降水晚上晴或多云的現(xiàn)象在東部地區(qū)也很少出現(xiàn)，在冬季白天出現(xiàn)降水的情況下，溫差普遍較小分別為2.6℃、3.6℃，其他天氣現(xiàn)象的溫差則在4.8～7.2℃之間，命中率也基本接近80%。

從貴州西部(以興仁為例)不同季節(jié)和不同天空狀況下最高氣溫和最低氣溫之差(表3)來(lái)看：夏季由于季風(fēng)的建立和加強(qiáng)，西部特別是西南部地區(qū)水汽輸送良好，白天為晴空，夜晚也為晴空出現(xiàn)了58次，除此外，夏季夜晚為其他天氣現(xiàn)象的頻率更低均不到30次，在別的季節(jié)白天為晴空的情況下，平均溫差范圍在10.5～14.7℃，最大溫差低于東部和中部。在白天多云的情況下，夜晚為晴空的溫差仍然要明顯高于夜晚為其他天空狀況的時(shí)候，溫差在10.3～12.3℃，全年其他天空狀況的溫差在7.3～10.1℃，命中率普遍高于80%。白天為陰天，夜晚為晴或多云的天氣也很少出現(xiàn)，夜晚為陰天或有降水天氣的溫差在4.2～5.6℃。同樣，白天有降水，晚上晴或多云的天氣也很少見(jiàn)，而夜晚陰天或有降水的溫差則在3.2～6.9℃，夏、秋季高，冬、春季低，命中率在80%以上。

5 不同天氣狀況下露點(diǎn)溫度和最低溫度差

本文的所指的最低氣溫和溫度露點(diǎn)之差，是指當(dāng)日20—次日08時(shí)的最低氣溫和當(dāng)日00—17時(shí)的平均溫度露點(diǎn)之差；預(yù)報(bào)員在知道00—17時(shí)平均露點(diǎn)的形勢(shì)下，可以利用此數(shù)據(jù)對(duì)次日最低氣溫的預(yù)報(bào)作出訂正和參考。即Min=Dew+Y，Dew為00—17時(shí)平均露點(diǎn)，Y是當(dāng)日20時(shí)—次日08時(shí)的最低氣溫和當(dāng)日00—17時(shí)的平均溫度露點(diǎn)之差的統(tǒng)計(jì)平均值，Min是計(jì)算出來(lái)的當(dāng)夜最低氣溫。同上，少于30次個(gè)例的樣本予以剔除，且考慮到在降水特別是鋒面一側(cè)有降水的情況下，露點(diǎn)差異不能很好反映溫度的變化[10]，故對(duì)有降水的天氣個(gè)例予以剔除。

表2 貴州東部(三穗)不同狀況下高低溫差/命中率(℃/%)

表3 貴州西部(興仁)不同狀況下高低溫差/命中率(℃/%)

從貴州中部(以貴陽(yáng)為例)最低溫度和露點(diǎn)溫度之差(表4)來(lái)看：在秋季、冬季和春季，隨著夏季風(fēng)撤退和冬季風(fēng)的建立，從孟加拉灣和南海的水汽輸送減弱，水汽含量減少，空氣更不容易達(dá)到飽和，最低氣溫和露點(diǎn)差比夏季和秋季差別更為明顯，在3種天氣形勢(shì)組合下，溫差范圍為1.6～3.9℃，最大溫差出現(xiàn)在春天白天夜晚均為晴空狀態(tài)下；夏季由于水汽充沛，最低氣溫和露點(diǎn)溫度差范圍更小且波動(dòng)振幅小，維持在1.1～1.8℃。由于波動(dòng)振幅更小，命中率也明顯高于其他幾個(gè)季節(jié)接近90%。

表4 貴州中部(貴陽(yáng))不同狀況下最低氣溫和露點(diǎn)溫度差/命中率(℃/%)

從貴州西部(以興仁為例)最低溫度和露點(diǎn)溫度之差(表5)來(lái)看：春季的差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他季節(jié)，特別是在白天為晴或多云夜間為晴空的形勢(shì)下，溫差分別達(dá)到了4.5℃和7.8℃； 在其他天氣形勢(shì)下，溫差也在2.5℃以上；在另外3個(gè)季節(jié)，冬季溫差范圍為1.2～2.5℃，夏季和秋季的溫差范圍較小在0.1～1.7之間，西部地區(qū)不同形勢(shì)的溫差反演命中率基本在80%以上。

表5 貴州西部(興仁)不同狀況下最低氣溫和露點(diǎn)溫度差/命中率(℃/%)

從貴州東部(以三穗為例)最低溫度和露點(diǎn)溫度之差(表6)來(lái)看：東部地區(qū)白天為陰天，夜間晴空的天氣很少出現(xiàn)，且東部地區(qū)在不同的天空狀況下，溫差振幅普遍小于中西部地區(qū)，冬季白天多云和陰天形勢(shì)下，溫差分別為2.2℃和2.9℃，其余天氣形勢(shì)下波動(dòng)范圍均小于2℃，在0.0～1.8℃之間；在白天為晴空的形勢(shì)下，溫差波動(dòng)最高不超過(guò)0.9℃。在夏季和秋季，除了白天夜晚為陰天的形勢(shì)下反演命中率為81%，其余天氣形勢(shì)均高于90%。

表6 貴州東部(三穗)不同狀況下最低氣溫和露點(diǎn)溫度差/命中率(℃/%)

6 小結(jié)和討論

① 貴州省的極端氣溫分布，與貴州的地形走向以及地理緯度有著密切的聯(lián)系，40℃以上極端高溫除赤水外分布在東部和南部邊緣地區(qū)，中部一線地勢(shì)高處極端高溫普遍在35℃以下；中部一線也是-10℃以下極端低溫幾種分布區(qū)域。

② 不同天氣狀況下當(dāng)日最高氣溫和當(dāng)夜最低氣溫之差來(lái)看，在貴州地區(qū)白天夜晚均為晴天的溫差四季都在10℃以上，白天為多云的狀況下溫差次之，白天為陰天和白天有降水的溫差兩者較為接近，總體差距較小，維持在3～7.5℃之間，并隨著季節(jié)和地區(qū)的差異而有所變化；

③ 不同天氣狀況下當(dāng)日平均露點(diǎn)溫度和當(dāng)夜最低氣溫差，由于露點(diǎn)溫度的保守性及貴州地區(qū)水汽條件良好，溫差總體上呈現(xiàn)波動(dòng)幅度較小，除了貴州西部春季晴和多云狀況下溫差分別為4.5℃及7.8℃外，其余地區(qū)隨季節(jié)和緯度的差異溫差略有變化，溫差保持在0～3.9℃；

本文存在的問(wèn)題：一是在統(tǒng)計(jì)分析中過(guò)濾了冷暖平流的影響，對(duì)于冷空氣南下當(dāng)日以及熱低壓發(fā)展增強(qiáng)當(dāng)日的溫差變化未經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析；二是在最高溫度和最低溫度以及最低溫度和露點(diǎn)溫度分析中的時(shí)間序列只有20a，造成有些天氣配置樣本過(guò)少，不能對(duì)此類天氣配置做出客觀的反映。三是統(tǒng)計(jì)分析中采用3個(gè)站點(diǎn)分別代表貴州的西部、中部和東部地區(qū)，由于貴州地形復(fù)雜多變，對(duì)于一些與代表站點(diǎn)地理和氣候特征差異明顯的站點(diǎn)會(huì)存在明顯的代表性誤差。

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2014-05-06

周永水(1982—)，男，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作。

1003-6598(2015)01-0027-05

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