遼陽地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)方法研究

白志娜+李若楠+劉春明+安娟+高凌峰+張琳

摘要 為探索適合遼陽地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)方法，本文利用遼陽地區(qū)2012—2014年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫等氣象要素，對回歸方程法、差值法、滑動(dòng)平均法3類方法進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：所有方法最高氣溫準(zhǔn)確率大于最低氣溫準(zhǔn)確率；氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和季節(jié)相關(guān)性不大；所有回歸方程中，3站之間氣溫?cái)M合效果最好，2站之間氣溫?cái)M合效果次之，多要素?cái)M合效果不好；差值法在穩(wěn)定性的天氣中準(zhǔn)確率較高；10 d和15 d滑動(dòng)平均法的效果較好，降低了臺(tái)站環(huán)境變化和氣候變化對氣溫的影響。

關(guān)鍵詞 鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)；回歸方程；差值法；滑動(dòng)平均法；遼寧遼陽

中圖分類號(hào) P457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）05-0192-02

日最低氣溫和最高氣溫預(yù)報(bào)是非常重要的天氣預(yù)報(bào)要素之一。目前，我國對氣溫的長期變化特征和影響因子的研究很多，對日氣溫的統(tǒng)計(jì)和影響因子[1-3]的研究很少。在國內(nèi)已有許多關(guān)于如何制作鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)的研究工作，如連志鸞等[4]利用ECMWF資料、地面常規(guī)觀測資料和自動(dòng)站氣溫資料，采用多級(jí)相似和站際間的氣溫差額預(yù)報(bào)方法制作鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最低、最高氣溫預(yù)報(bào)，得到了較高的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；苗愛梅等[5]以數(shù)值產(chǎn)品為基礎(chǔ)，采用PPM、MOS、KF等方法建立的“數(shù)值產(chǎn)品省級(jí)分縣氣溫預(yù)報(bào)系統(tǒng)”在業(yè)務(wù)運(yùn)行中取得了良好的預(yù)報(bào)效果；陳百煉[6]利用T106數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和MOS預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了貴州省分縣客觀預(yù)報(bào)方法研究；孫田文等[7]利用T106數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和卡爾曼濾波方法進(jìn)行迭代訂正回歸系數(shù)，建立了動(dòng)態(tài)氣溫預(yù)報(bào)方法。

空氣溫度與日照、風(fēng)、云量、降水等氣象要素以及下墊面、溫室效應(yīng)等因素有關(guān)，由于數(shù)值預(yù)報(bào)沒有考慮局地的氣候特點(diǎn)，所以誤差較大，本文旨在找到適合遼陽地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)的方法。

1 資料與方法

1.1 資料來源

使用2012—2014年遼陽地區(qū)區(qū)域站觀測數(shù)據(jù)，其中國家級(jí)自動(dòng)站3個(gè)，分別為遼陽市、燈塔市和遼陽縣；省級(jí)自動(dòng)站36個(gè)，覆蓋了偏遠(yuǎn)地區(qū)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)。由于省級(jí)自動(dòng)氣象站無人值守，數(shù)據(jù)可用率較低，所以本文所有研究方法均是以遼陽站為基準(zhǔn)站。

1.2 研究方法

通過對比回歸方程法、差值法、滑動(dòng)平均法，確定適合遼陽地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)方法。

1.2.1 回歸方程法。

（1）建立遼陽站氣溫和其他各站氣溫之間的一元一次線性回歸方程（分季節(jié)、不分季節(jié)）。通過Origin軟件分別建立各站與遼陽站之間的線性關(guān)系。方程y=kx+b，x為遼陽站對應(yīng)的最高（最低）氣溫，k為系數(shù)，b為截距，y為其他各站對應(yīng)的最高（最低）氣溫。

（2）建立遼陽站、某站氣溫和其他各站氣溫之間的回歸方程（不分季節(jié)）。y=k1x1+k2x2+b，其中，x1為遼陽站對應(yīng)的最高（最低）氣溫、x2為數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確的某站氣溫（如燈塔市、遼陽縣）。

（3）建立遼陽站氣溫、風(fēng)速和其他各站氣溫之間的回歸方程（不分季節(jié)）。方程y=k1x1+k2x2+b，其中，x1、x2分別為遼陽站對應(yīng)的最高氣溫（最低氣溫）、風(fēng)速。

（4）建立遼陽站氣溫、濕度、風(fēng)速之間的線性關(guān)系（不分季節(jié)）。y=k1x1+k2x2+k3x3+b，x1、x2、x3分別為遼陽站對應(yīng)的最高（最低）氣溫、濕度、風(fēng)速。

1.2.2 差值法。假設(shè)各站氣溫的變化幅度與基準(zhǔn)站完全一致，即T各站=T基準(zhǔn)站+（T各站實(shí)況-T基準(zhǔn)站實(shí)況）。例如今日最高實(shí)況：遼陽29.5 ℃、古城28.3 ℃，預(yù)報(bào)遼陽明日最高氣溫為31 ℃，則T古城=31+（28.3-29.5），對結(jié)果進(jìn)行四舍五入。

1.2.3 滑動(dòng)平均法。此方法類似于差值法，但將訂正值（T各站實(shí)況-T基準(zhǔn)站實(shí)況）由前一天的差值改為前N天差值的滑動(dòng)平均值，分別統(tǒng)計(jì)各站的3、5、7、10、15、30 d滑動(dòng)平均的準(zhǔn)確率。統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率的2個(gè)假設(shè)：①假設(shè)當(dāng)天的預(yù)報(bào)完全準(zhǔn)確；②假設(shè)計(jì)算結(jié)果未進(jìn)行四舍五入。實(shí)際上，遼陽站預(yù)報(bào)有誤差；計(jì)算值為小數(shù)，預(yù)報(bào)值為整數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 回歸方程法

以回歸方程法中不分季節(jié)進(jìn)行線性擬合為例：

YL7027=-0.29+1.01X54347，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.99，YL7027為區(qū)站號(hào)L7027的最高（最低）氣溫，X54347為遼陽站的最高（最低）氣溫。結(jié)果表明，大多數(shù)區(qū)域站的復(fù)相關(guān)系數(shù)均>0.9，說明區(qū)域站與遼陽站都有很好的相關(guān)性。

從圖1可以看出，最高氣溫比最低氣溫準(zhǔn)確率高；2個(gè)站最高氣溫和最低氣溫進(jìn)行線性擬合時(shí)，分季節(jié)和不分季節(jié)回歸方法的一致性較高，說明分季節(jié)統(tǒng)計(jì)意義不大；氣溫、風(fēng)速擬合回歸方法和氣溫、濕度、風(fēng)速擬合回歸方法的一致性較高，但準(zhǔn)確率較低；除雞冠山鄉(xiāng)之外，用2個(gè)站氣溫訂正1個(gè)站氣溫回歸方法準(zhǔn)確率較高；雞冠山站和西馬峰站的準(zhǔn)確率較低，燈塔站、柳河子站、大河南站準(zhǔn)確率較高。

檢驗(yàn)方程y=kx+b（不分季節(jié)）發(fā)現(xiàn)，各站之間最高氣溫差在1～2 ℃之間，最低氣溫差在1～4 ℃之間，此結(jié)果不理想。冬季個(gè)別山區(qū)臺(tái)站最低溫差會(huì)在8～12 ℃。上述結(jié)果可能與截距k、斜率b、R2的誤差有關(guān)。此外，臺(tái)站環(huán)境、氣候變暖等會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)確率逐漸降低。

2.2 差值法

差值法是臺(tái)站中常用的預(yù)報(bào)方法，但對于不同天氣過程，該方法的準(zhǔn)確率不盡相同，如寒潮降溫、大風(fēng)降溫、降雪等天氣過程的準(zhǔn)確率較低。

2.3 滑動(dòng)平均法

從圖2（a）、（b）可以看出，不同滑動(dòng)平均的一致性較高；最高氣溫的統(tǒng)計(jì)中，燈塔站、西馬峰站、柳河子站的準(zhǔn)確率較高，雞冠山站、五星鎮(zhèn)民2村站的準(zhǔn)確率較低；最低氣溫的統(tǒng)計(jì)中，燈塔站、西馬峰站、大河南站的準(zhǔn)確率較高，雞冠山站的準(zhǔn)確率較低。

3 結(jié)論與討論

本文通過建立回歸方程法、差值法、滑動(dòng)平均法對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度進(jìn)行訂正，得出以下結(jié)論：最高氣溫比最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，與日照、云、風(fēng)等要素有關(guān)。建立回歸方程法，分季節(jié)、不分季節(jié)擬合，差別不大；多要素?cái)M合效果不好。差值法在臺(tái)站中常用，但有天氣過程（如寒潮降溫、大風(fēng)降溫、降雪等）時(shí)準(zhǔn)確率降低?；瑒?dòng)平均法訂正鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)中，10 d和15 d準(zhǔn)確率較高；對比差值法，此方法平滑了異常天氣，準(zhǔn)確率較高，且避免了回歸方程中實(shí)用性降低的缺點(diǎn)。

綜上所述，10 d和15 d滑動(dòng)平均法訂正鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高。

4 參考文獻(xiàn)

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