大足區(qū)霧的天氣特征分析及預(yù)報(bào)方法研究

韋憲容

【摘要】：本文通過(guò)分析大足區(qū)霧的天氣特征和預(yù)報(bào)方法，對(duì)于大足區(qū)霧的不同參數(shù)進(jìn)行了研究。將大足區(qū)關(guān)于霧的觀測(cè)資料作為主要的依舊，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于大足區(qū)的霧進(jìn)行了預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)研究。具體結(jié)果表明了大足區(qū)在一段時(shí)間以來(lái)，發(fā)生霧這種天氣現(xiàn)象的總體日數(shù)是逐年下降的趨勢(shì)。與此同時(shí)，濃霧的天數(shù)逐漸下降，這有可能與城市發(fā)展和空氣污染等現(xiàn)象有一定的關(guān)系。另外輻射霧大部分具有逆溫的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于重慶市區(qū)的霧進(jìn)行了預(yù)報(bào)，其本身的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率比較高，而且學(xué)習(xí)性也比較強(qiáng)，預(yù)報(bào)能力值得肯定。通過(guò)對(duì)于本文的研究，希望能夠給業(yè)界帶來(lái)一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：大足區(qū)；霧；天氣特征；預(yù)報(bào)方法

重慶市作為中國(guó)的“霧都”而聞名，重慶市本身的地形地貌加上云霧繚繞的天氣，形成了獨(dú)特的山城景觀，大足區(qū)是重慶西部最易出現(xiàn)霧的地區(qū)，霧也給大足區(qū)的人們帶來(lái)了一定的負(fù)面影響，比如濃霧造成的堵車和機(jī)場(chǎng)航班取消的情況也比比皆是。霧本身是一種天氣狀況，但是一定情況下也可能給人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)一定的威脅。酸霧的出現(xiàn)成為影響人們正常生活的一大難題。對(duì)于霧的研究和相關(guān)的預(yù)報(bào)手段已經(jīng)成為人們必須引起重視的問(wèn)題，下面筆者將從幾個(gè)角度來(lái)分析大足區(qū)霧的天氣特征和預(yù)報(bào)方法。

1、 研究背景分析

從上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)的學(xué)者對(duì)于霧的研究腳步就從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，尤其是對(duì)于霧的形成原因、各種參數(shù)的研究和數(shù)值的模擬活動(dòng)等都有了一定的成果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，霧這種自然天氣現(xiàn)象實(shí)際上越來(lái)越受到人類活動(dòng)的影響，與空氣質(zhì)量和自然環(huán)境有必不可分的關(guān)系。另外當(dāng)前對(duì)于霧的預(yù)報(bào)工作來(lái)說(shuō)還有一定的難度。當(dāng)前隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其在氣象學(xué)界的應(yīng)用也越來(lái)越頻繁。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身有強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)作為支撐，有較高的學(xué)習(xí)能力。與其他的預(yù)報(bào)方法相比，有其自身的優(yōu)勢(shì)，錯(cuò)誤率也更低。通常情況下，對(duì)于霧的預(yù)報(bào)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要首先參考這個(gè)地區(qū)的往年歷史報(bào)告，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算和預(yù)測(cè)過(guò)程，所以通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式得到的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐奶厣?，受到?dāng)?shù)鼐唧w情況的影響。在全國(guó)范圍內(nèi)，湖州等地區(qū)曾經(jīng)使用之一預(yù)測(cè)方式來(lái)預(yù)測(cè)霧的形成時(shí)間和形成程度，實(shí)施證明，有一定的成效。本文將從一段時(shí)間以來(lái)大足區(qū)的霧相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)，作為本文研究的基礎(chǔ)，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行霧的預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式對(duì)于大足區(qū)的霧進(jìn)行預(yù)測(cè)，會(huì)考慮其環(huán)境的因素和霧的演變情況等等。

2、 霧的天氣特征分析

2.1重慶大足區(qū)霧的類型

大足區(qū)位于東經(jīng)105°28′—106°02′，北緯29°23′—29°52′，處于四川盆地東部和重慶市西部交接地帶。大足境內(nèi)地勢(shì)由西北向東南傾斜，東南邊緣翹起，中部及東北部寬緩，最高點(diǎn)在巴岳山南段云臺(tái)寺山峰，海拔934.7米，最低點(diǎn)在雍溪玉峽河堤，海拔267.5米，大足的氣候?qū)賮啛釒嘏瘽駶?rùn)季風(fēng)氣候。以上氣候類型造成了大足地區(qū)的霧相對(duì)其他地區(qū)來(lái)說(shuō)比較多。另外丘陵地形的晝夜溫差比較大，所以當(dāng)空氣冷卻到露點(diǎn)溫度的時(shí)候，大足城區(qū)兩山一河流的地理環(huán)境，造成了這個(gè)地區(qū)的霧天比較多，80%的霧屬于輻射霧。

與此同時(shí)，大足區(qū)的發(fā)展速度在最近幾年比較快。城市的發(fā)展勢(shì)必會(huì)帶來(lái)能源的消耗，汽車尾氣、工廠廢氣和燃料燃燒的氣體排放到空氣當(dāng)中，對(duì)于霧的產(chǎn)生也形成了一定的影響。

2.2中、低空大氣層結(jié)特征

在低層比較穩(wěn)定的大氣層，會(huì)有利于水汽在近地層堆積并通過(guò)輻射降溫凝結(jié)成霧。霧有的時(shí)候從地面開始生成，也有的霧在離地面幾十米和幾百米的地方開始生成。另外，輻射霧形成階段溫度隨高度先是超絕熱遞減，霧層中上部為逆溫。發(fā)展階段霧底層超絕熱遞減，中上部近似等溫，逆溫層移到霧頂。此后的成熟階段，霧層內(nèi)溫度逐漸服從濕絕熱遞減率。

2.3濕度

對(duì)于霧的濕度，一般來(lái)說(shuō)，在近地層的初始濕度越大，霧形成的時(shí)間會(huì)更早，濃度也會(huì)更大。在霧形成的時(shí)候，地面的溫度露點(diǎn)差一般會(huì)低于2攝氏度，相對(duì)濕度會(huì)超過(guò)百分之九十。霧層的內(nèi)部濕度會(huì)隨著高度的升高而逐漸變小，并且在升高到一定高度的時(shí)候，相對(duì)濕度會(huì)越來(lái)越小，遞減的速度比較快。這是因?yàn)殪F本身頂部的逆溫蓋現(xiàn)象，其穩(wěn)定層結(jié)阻礙了水汽的垂直輸送。另外霧層內(nèi)相對(duì)濕度的分布還存在震蕩現(xiàn)象。

在霧的形成和持續(xù)過(guò)程中，地面的濕度越高，在高空的濕度則會(huì)變低，高空開始變得比較干燥。在大氣層上部比較干燥，下部比較濕潤(rùn)的情況下，很容易出現(xiàn)大霧天氣。

3、 重慶市大足區(qū)霧的預(yù)報(bào)方法研究

3.1給予人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)報(bào)方式

在對(duì)于大足區(qū)霧的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行模擬與實(shí)驗(yàn)之前，先要篩選相關(guān)的診斷因子，因?yàn)檫@一篩選過(guò)程對(duì)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作有重要的基礎(chǔ)支撐作用。但是實(shí)際上并不是越多的診斷因子其結(jié)果就越準(zhǔn)確，需要采取一定的方式來(lái)選擇合適的診斷因子，選擇與霧的相關(guān)系數(shù)比較高的參數(shù)。其中對(duì)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理需要對(duì)其本身的基本物理特征進(jìn)行分析與研究。通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)可以得知，對(duì)樣本數(shù)據(jù)的技術(shù)處理， 明顯增強(qiáng)了模式對(duì)霧的分辨能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立，BP 算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是采用了優(yōu)化計(jì)算中的梯度下降法， 應(yīng)用誤差反傳原理不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)輸出值與期望值之間的誤差平方和達(dá)到最小。

3.2基于MM5模式的預(yù)報(bào)方式

研究表明，利用MM5模式輸出產(chǎn)品制作大霧預(yù)報(bào)是可行的。從大足區(qū)大霧預(yù)報(bào)方法看，首先我們用地面和高空天氣圖對(duì)大霧的形成進(jìn)行天氣學(xué)分型，找出各型預(yù)報(bào)大霧的因子和判別指標(biāo)，建立起天氣學(xué)概念模型，初步判別大足區(qū)次日有無(wú)大霧。如果無(wú)霧則預(yù)報(bào)次日無(wú)霧。如果有霧，我們?cè)賹⑦M(jìn)行08時(shí)500hPa、700hPa、850hPa3層曲面擬合物理量計(jì)算，結(jié)合本站地面實(shí)況資料，運(yùn)用MM5預(yù)報(bào)產(chǎn)品，用統(tǒng)計(jì)-動(dòng)力學(xué)方法建立12-24小時(shí)大足區(qū)客觀定性大霧的預(yù)報(bào)方程作大霧的預(yù)報(bào)。

4、 討論分析

一段時(shí)間以來(lái)，重慶大足區(qū)發(fā)生霧這種天氣現(xiàn)象次數(shù)呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象與大氣污染和城市人類活動(dòng)有密切的關(guān)聯(lián)。另外發(fā)展成熟的輻射霧一般情況下都有逆溫結(jié)構(gòu)。其次是霧的預(yù)報(bào)難度是比較大，所以在相關(guān)的預(yù)測(cè)過(guò)程中，可以通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)建立霧的預(yù)測(cè)模式。

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