寶坻區(qū)氣溫特殊性分析及最高、最低氣溫預(yù)報方法研究

張 輝，孫 敬，徐慶恒

(天津市寶坻區(qū)氣象局 天津 301800)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對氣溫預(yù)報的準(zhǔn)確性和精細(xì)化提出了更高的要求，特別是極端氣溫的預(yù)報是否準(zhǔn)確、及時，直接影響到人們的生產(chǎn)生活。氣溫不但對干旱、霜凍、大霧等災(zāi)害天氣的發(fā)生有著重要影響，[1]而且是農(nóng)林牧漁等部門判斷災(zāi)害的重要指標(biāo)，高溫低溫預(yù)警、醫(yī)療氣象指數(shù)、生活服務(wù)指數(shù)、舒適度等公共預(yù)報服務(wù)項目也都需要準(zhǔn)確而且精細(xì)的溫度預(yù)報作為基礎(chǔ)。[2-3]天津市寶坻區(qū)大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，溫度變化對農(nóng)作物長勢及產(chǎn)量有著重要影響，同時也關(guān)系到人們的正常生產(chǎn)生活，群眾對本區(qū)溫度預(yù)報的準(zhǔn)確性提出了更高的要求。但寶坻區(qū)的氣候特點決定其氣溫具有一定的特殊性，增加了溫度預(yù)報的難度。而寶坻區(qū)氣象局溫度預(yù)報尚處于薄弱階段，對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的使用及 各要素對溫度的影響值尚靠經(jīng)驗判定，未有明確的訂正數(shù)值概念。

為了滿足本區(qū)群眾對溫度預(yù)報服務(wù)的需求，同時提高預(yù)報人員溫度預(yù)報的準(zhǔn)確率，開展了寶坻區(qū)最高、最低氣溫預(yù)報方法研究。

1 研究資料與方法

收集本區(qū)內(nèi)各區(qū)域自動站5年間(2009—2013年)的逐日最高、最低氣溫資料，聯(lián)系取得周邊臺站 30年的自動站各月平均最高、最低氣溫資料，分別與寶坻區(qū)氣象局觀測站對應(yīng)的最高、最低氣溫進(jìn)行對比，分析該站氣溫特殊性并找出其相關(guān)性。

運用統(tǒng)計分析方法，統(tǒng)計寶坻區(qū)氣象局觀測站 2013年3月～2014年 2月的歐洲中心 850,hpa溫度預(yù)報(20時起報24小時預(yù)報值)，歐洲細(xì)網(wǎng)格 2,m 溫度(20時起報 05時和14時)資料，天津 WRF單站氣溫預(yù)報，以及該站逐日最高、最低氣溫實況，分析相關(guān)性，選取相關(guān)性最好的資料計算關(guān)系方程，統(tǒng)計分析近年來該站逐日氣象要素(云量，8,h和14,h風(fēng)向風(fēng)速)，計算出寶坻區(qū)上述影響要素對溫度變化的貢獻(xiàn)值，綜合各項結(jié)果研究寶坻區(qū)氣溫預(yù)報方法，開發(fā)氣溫預(yù)報訂正程序。

2 寶坻區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象站2009—2013年平均最高、最低氣溫分析

綜合分析圖1、2，自寶坻區(qū)區(qū)域站建成以來(2009—2013年)，寶坻區(qū)氣象局觀測站多年平均日最高、最低氣溫較該區(qū)其他自動站均偏低，其中最低氣溫除與大鐘莊鎮(zhèn)相同外，較其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)明顯偏低，為寶坻區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報提供了有力的依據(jù)。

圖1 寶坻區(qū)2009—2013年鎮(zhèn)街區(qū)域自動站平均高氣溫Fig.1 Overview of average Max.temperatures from regional automatic stations in Baodi District during 2009—2013

圖2 寶坻區(qū)2009—2013年鎮(zhèn)街區(qū)域自動站平均最低氣溫Fig.2 Overview of average Min.temperatures from regional automatic stations in Baodi District during 2009—2013

3 寶坻區(qū)與周邊區(qū)縣(薊縣、武清、寧河)30年(1981—2010年)逐月平均最高、最低氣溫比較分析

圖3 寶坻、薊縣、武清、寧河 1981—2010年逐月平均最高氣溫Fig.3 Average Max.temperatures month by month in Baodi District, Ji County, Wuqing District and Ninghe County during 1981—2010

由圖 3可知，寶坻區(qū)氣象局觀測站歷年逐月平均最高氣溫與周邊各站差別不大，與薊縣基本一致。由圖 4可知，該站歷年逐月平均最低氣溫較周邊地區(qū)均偏低 1,℃以上，其中與薊縣相關(guān)性最為顯著，相關(guān)系數(shù)接近 1，各月偏差穩(wěn)定保持在偏低 1.5 ℃左右。由此可知，寶坻區(qū)最高氣溫較周邊臺站無顯著特征，最低氣溫較周邊臺站偏低且平均最低與薊縣保持穩(wěn)定的差值關(guān)系。通過比較 2013年該站逐日最高、最低氣溫與薊縣實況分析得出，剔除明顯天氣過程(強冷空氣、強對流)，該站日最高氣溫與薊縣基本一致，日最低氣溫較薊縣平均偏低2 ℃左右，最高、最低氣溫預(yù)報均可參考薊縣預(yù)報結(jié)果。

圖4 寶坻、薊縣、武清、寧河 1981—2010年逐月平均最低氣溫Fig.4 Average Min.temperatures month by month in Baodi District, Ji County.Wuqing District and Ninghe County during 1981—2010

4 本地云量與風(fēng)對最高、最低氣溫變化的貢獻(xiàn)量分析

本地預(yù)報員總結(jié)分析了寶坻區(qū)氣象局觀測站近 3年的逐日8,h及14,h天空狀況、風(fēng)向風(fēng)速。在剔除強冷空氣過程中實況氣溫資料的前提下，以月為單位，云量影響分析結(jié)果為：以晴(晴間多云，云量0～2)時最高、最低氣溫為基礎(chǔ)，多云(中低云 3～7，高云 3～10)天氣最高氣溫較月內(nèi)晴天平均降低約1.5 ℃，最低氣溫平均升高約 1.8 ℃，陰天(中低云 8～10，含微量降水)時最高氣溫較晴天平均降低約4 ℃，最低氣溫平均升高約 3.5 ℃。風(fēng)向風(fēng)速影響分析結(jié)果為：經(jīng)統(tǒng)計資料分析，本地區(qū)風(fēng)速小于 4,m/s，主要風(fēng)向為偏東風(fēng)與偏西風(fēng)時，對氣溫變化影響不大，偏北風(fēng)比偏南風(fēng)使最高和最低氣溫均平均下降約 1 ℃，風(fēng)速 4～10,m/s時影響較大，相對比靜風(fēng)時使最高氣溫平均下降1.8 ℃，使最低氣溫平均升高約 2.0 ℃。風(fēng)速大于10,m/s時，由于天數(shù)較少，局地性較強，暫不做分析。

5 2013年 3月～2014年 2月寶坻區(qū)氣象局觀測站實況日最高最低、氣溫與該站常用預(yù)報產(chǎn)品相關(guān)性分析

寶坻區(qū)氣象局觀測站常用氣溫預(yù)報產(chǎn)品為歐洲中心850,hpa 20時氣溫預(yù)報產(chǎn)品、歐洲細(xì)網(wǎng)格2,m 05時及14時溫度預(yù)報產(chǎn)品、天津 WRF單站氣溫預(yù)報。分別選取上述產(chǎn)品2013年 3月～2014年 2月的日資料，與該站實況做相關(guān)性分析。

由表 1得出，歐洲細(xì)網(wǎng)格 2,m溫度預(yù)報產(chǎn)品與該站實況顯著相關(guān)，經(jīng)統(tǒng)計分析，除遇極端天氣過程(強對流、強冷空氣等)需預(yù)報員結(jié)合經(jīng)驗綜合考慮外，其余時段可依據(jù)數(shù)據(jù)分析得出的相應(yīng)關(guān)系方程：

其中：Tmax為日最高氣溫預(yù)報值，Tmin為日最低氣溫預(yù)報值，T05時為歐洲細(xì)網(wǎng)格 2,m 溫度 20時起報 05時預(yù)報值，T14時為歐洲細(xì)網(wǎng)格2米溫度20時起報14時預(yù)報值。

表1 寶坻區(qū)氣象局觀測站常用氣象預(yù)報產(chǎn)品2013年3月～2014年 2月的日資料與該站實況日資料相關(guān)性分析Tab.1 Correlation analysis between day data of commonly used weather forecast products in Baodi District observation station and realtime day data used in the station from Mar.2013 to Feb.2014

圖5 寶坻氣象臺溫度訂正程序示意圖Fig.5 Schematic diagram of the temperature correction program used in Baodi District meteorological observatory

將上述關(guān)系方程錄入寶坻氣象臺溫度訂正程序(見圖5)，通過錄入EC 2,m 05時和14時的氣溫預(yù)報值，計算得出結(jié)果，綜合各種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，得出最高、最低氣溫預(yù)報參考值。隨著分析數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的不斷增多，資料的不斷累積，爭取建立集合多種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的關(guān)系方程，不斷升級程序，提升預(yù)報準(zhǔn)確率。

6 結(jié) 語

寶坻區(qū)的氣溫特殊性在于區(qū)氣象局觀測站日最高、最低氣溫較區(qū)內(nèi)其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)均偏低，其中最低氣溫明顯偏低。該站最高氣溫與周邊區(qū)縣站基本一致，最低氣溫全年各月均較周邊區(qū)縣站偏低，其中與薊縣差值關(guān)系穩(wěn)定，無明顯天氣過程時平均偏低 2 ℃。氣溫預(yù)報結(jié)論可參考薊縣預(yù)報結(jié)果。經(jīng)統(tǒng)計分析，目前已計算出云量、風(fēng)向風(fēng)速對寶坻區(qū)氣溫變化的平均貢獻(xiàn)量，預(yù)報人員能夠結(jié)合該地實際與周邊臺站預(yù)報結(jié)果，綜合運用比較法、統(tǒng)計法以及數(shù)值預(yù)報結(jié)果，最終得出更為準(zhǔn)確的最高、最低氣溫預(yù)報結(jié)果。經(jīng)過相關(guān)性分析，歐洲細(xì)網(wǎng)格 2,m溫度預(yù)報(05時、14時)預(yù)報值與寶坻區(qū)氣象局觀測站最低、最高氣溫實況值相關(guān)性較好，除遇極端天氣過程(強對流、強冷空氣)需預(yù)報員綜合考慮外，其余時段可參考關(guān)系方程計算結(jié)果。■

［1］盛裴軒，毛節(jié)泰，李建國，等.大氣物理學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2003.

［2］胡玉榮.新形勢下氣象科技服務(wù)發(fā)展的思考[J].氣象軟科學(xué)，2008，1(3)：20-24.

［3］魏秀蘭，候艷麗，孔凡中.菏澤市氣溫精細(xì)化預(yù)報[J].山東氣象，2004，24(96)：45.