貴陽(yáng)不同天空狀況下日最高氣溫研究

王 璇,左 晉,王麗媛,燕 鶴,周 庶,陳翱章

(1.貴州省畢節(jié)市氣象局，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；3.貴州省七星關(guān)區(qū)氣象局，貴州 畢節(jié) 551700；4.貴州省威寧彝族回族苗族自治縣氣象局，貴州 威寧 553100)

0 引言

貴州地處青藏高原東南側(cè)、云貴高原東斜坡上，境內(nèi)山脈眾多，重巒疊峰。特殊的地理位置和復(fù)雜的地形，造成了貴州省氣溫變化快、起伏大且日較差大的特點(diǎn)，正所謂“一山分四季，十里不同天”。因此，也使得溫度預(yù)報(bào)難度大，尤其在冬、春季受滇黔準(zhǔn)靜止鋒擺動(dòng)的影響，最高氣溫更是難以把握，所以提高溫度綜合預(yù)報(bào)能力是當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)需要解決的首要任務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)很多氣象工作者對(duì)溫度預(yù)報(bào)開展了研究工作，韓永清等[1]、王麗媛等[2]、劉麗敏等[3]、趙海英等[4]、王強(qiáng)等[5]分別對(duì)山東省、伊春市、山西省、貴州省及懷化市的溫度模式預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)，分析了溫度預(yù)報(bào)誤差；潘留杰等[6]采用“格點(diǎn)訂正值向格點(diǎn)傳遞”的方法來訂正格點(diǎn)預(yù)報(bào)方法；沈潔等[7]、孫爽等[8]篩選了影響最高氣溫的關(guān)鍵因子，采用回歸方法，建立客觀預(yù)報(bào)方程。這些研究對(duì)提升本地溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都起到了積極的作用。本文以貴陽(yáng)站為例，通過統(tǒng)計(jì)貴陽(yáng)站不同天空狀況下的日最高氣溫的特點(diǎn)，分析影響最高氣溫的要素，構(gòu)建回歸模型，為今后預(yù)報(bào)校正提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料選取

本文研究資料包括：2010—2015年貴州省貴陽(yáng)站逐日最高氣溫、最低氣溫，地面最高溫度、最低溫度，云量、降水量、日照時(shí)數(shù)、濕度等氣象要素觀測(cè)資料。

1.2 研究方法

將氣象觀測(cè)資料按照天空狀況、月、季節(jié)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，利用SPSS計(jì)算各氣象要素與日最高氣溫的相關(guān)系數(shù)，對(duì)通過顯著性檢驗(yàn)的因子，采用逐步回歸法，篩選出各季節(jié)不同天空狀況下影響日最高氣溫的關(guān)鍵因子，建立回歸模型。

2 不同天空狀況出現(xiàn)頻率分析

影響氣溫的重要因素之一是太陽(yáng)輻射，而云量的多少對(duì)太陽(yáng)輻射有直接的影響，此外，大氣的干濕程度等也影響著大氣中熱量的交換。因此，本文根據(jù)日平均總云量和降水量將天空狀況分為晴天(總云量0～3成，無(wú)降水)、多云(總云量4～7成，無(wú)降水)、陰天(總云量8～10成，08—20時(shí)內(nèi)無(wú)降水)、雨天(總云量8～10成，08—20時(shí)內(nèi)有降水)，因最高氣溫主要出現(xiàn)在白天，故陰天和雨天主要根據(jù)白天有無(wú)降水來劃分。

根據(jù)上述對(duì)天空狀況的定義，統(tǒng)計(jì)了貴陽(yáng)站2010—2015年每月各類天氣出現(xiàn)的頻率及平均日最高氣溫。結(jié)果顯示，晴天天氣在9、10月份出現(xiàn)的頻率最高，為16.67%，其次為8月15.05%，因進(jìn)入秋季后大陸上氣壓由低值系統(tǒng)向高值系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，貴州因高壓的控制，晴朗少云的天氣明顯增多；多云天氣在8月出現(xiàn)頻率最高，為29.03%，其次是7月和9月，主要也是因副高的變動(dòng)，副高外圍云系常影響貴州；因靜止鋒等系統(tǒng)的影響，貴州陰雨天氣要遠(yuǎn)多于晴好天氣，尤其是冬半年，但降水以在夜間居多，白天主要以陰天為主，因此貴陽(yáng)站從11月—5月，陰天天氣幾乎都占了50%左右；雨天出現(xiàn)概率各月的差距不是太大，基本在20%～35%之間，最多是6月，為45%，主要因6月貴州進(jìn)入主汛期，降水最為頻繁，也導(dǎo)致6月晴和多云天氣出現(xiàn)頻率為全年最低。

從平均日最高氣溫來看，不同天空狀況下，平均日最高氣溫均是在1月最低，3月開始有明顯上升，在7月達(dá)到最高，其次是8月。在晴和多云天氣下時(shí)，平均日最高氣溫比較接近，僅在1—3月相差2～4 ℃，其余差值大多在1 ℃左右；陰天天氣下時(shí)，平均日最高氣溫較晴和多云天氣下時(shí)明顯降低，夏季較為接近，相差2～3 ℃左右，冬春季相差較大，比晴天天氣下時(shí)降低了6～13 ℃，2月和3月相差最多，比多云天氣下時(shí)也降低了5～9 ℃；在雨天天氣下時(shí)，平均日最高氣溫又有所降低，但與陰天天氣下時(shí)的平均日最高氣溫相比，每月降低的幅度比較穩(wěn)定，季節(jié)上沒有太大的差異，大都在2～3 ℃左右?？梢钥闯?，在同一月份，晴好天氣下和陰雨天氣下，平均日最高氣溫有較大的差異，尤其是冬春季，平均最高相差15 ℃，這也反映出貴州最高氣溫變化起伏大的特點(diǎn)。

3 不同天空狀況下日最高氣溫影響因子分析

本文選取了貴陽(yáng)站2010—2015年前1 d日最高氣溫、日最低氣溫、平均相對(duì)濕度、平均總云量、平均低云量、日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速、地面最高溫度及地面最低溫度作為影響因子，按照不同的天空狀況和季節(jié)，分析各影響因子與當(dāng)日日最高氣溫的相關(guān)性。

結(jié)果顯示，影響因子中前1 d日最高、最低氣溫及地面最高、最低溫度與日最高氣溫的相關(guān)性較高，且均通過0.01的顯著性檢驗(yàn)，其中相關(guān)性最高的為前1 d日最高氣溫，相關(guān)系數(shù)大多在0.75以上，只在夏季陰天和雨天的相關(guān)系數(shù)低于0.7；其次是前1 d日最低氣溫，各類天氣下夏季的相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)在0.5左右，其余相關(guān)系數(shù)也基本在0.75以上；地面最高溫度和最低溫度大多在0.6～0.8之間，同樣也是夏季低于其他季節(jié)；相關(guān)性最低的為平均風(fēng)速，且多沒有通過顯著性檢驗(yàn)，濕度、云量、日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性也較低，相關(guān)系數(shù)基本在0.5以下；不同的天空狀況下相關(guān)性差異不大，但不同的季節(jié)有一定的差異，總體來說，相關(guān)性最高為秋季，其次是冬春季，夏季相關(guān)性較低。

表1 貴陽(yáng)不同天空狀況下平均日最高氣溫及出現(xiàn)頻率Tab.1 Average maximum temperature and occurrence frequency in different sky conditions in Guiyang

4 日最高氣溫模型

按照不同的季節(jié)和天空狀況，對(duì)通過顯著性檢驗(yàn)的影響因子采用SPSS逐步回歸，篩選出影響日最高氣溫的關(guān)鍵因子，得到各季節(jié)不同天空狀況下日最高氣溫的回歸模型，各模型總體Sig均小于0.05，表明回歸模型顯著。篩選結(jié)果如表2所示，其中R為回歸模型相關(guān)系數(shù)。從表中可以看出，對(duì)于不同季節(jié)、不同天空狀況，對(duì)日最高氣溫有顯著影響的因子也不盡相同，其中影響最顯著是前1 d日最高氣溫，尤其是在晴和多云天氣下，影響程度最高；其次是前1 d日最低氣溫，在陰天和雨天天氣下時(shí)，此項(xiàng)對(duì)日最高氣溫的影響最大；此外，對(duì)日最高氣溫有較大影響還有前1 d地面最低溫度，主要是在晴和多云天氣下時(shí)。大多數(shù)影響因子與日最高氣溫都是呈正相關(guān)，平均低云量和平均風(fēng)速等則與日最高氣溫呈負(fù)相關(guān)，即在其他條件不變時(shí)，低云量越高或風(fēng)速越大，日最高氣溫越低。

表2 不同天空狀況不同季節(jié)日最高氣溫回歸模型Tab.2 Regression model of maximum temperature for different sky conditions and seasons

回歸模型相關(guān)系數(shù)總體較高，對(duì)于不同季節(jié)來說，夏季較低，為0.619～0.821，其余季節(jié)相關(guān)系數(shù)都較高，均在0.8以上，其中秋季最高，為0.887～0.951；對(duì)不同的天空狀況來說，最高為晴天，相關(guān)系數(shù)為0.821～0.951，其次是多云天氣，為0.755～0.926。從標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)誤差值來看，在不同的天空狀況下，晴天天氣下的擬合效果最好，估計(jì)誤差值都在2 ℃以內(nèi)，其中夏秋季在1 ℃左右；其次多云天氣下擬合效果也較好，夏秋季的估計(jì)誤差值也都在2 ℃以內(nèi)，冬春季較差；而在陰天和雨天天氣下時(shí)，擬合效果最差，估計(jì)誤差值大多在2～3 ℃。從季節(jié)上來看，夏季的擬合效果最好，平均估計(jì)誤差值為1.6 ℃，其次是秋季，平均估計(jì)誤差值為1.7 ℃，春季平均估計(jì)誤差值最大，為2.5 ℃。

5 結(jié)論

通過對(duì)貴陽(yáng)站2010—2015年不同天空狀況下日最高氣溫及其影響因子的分析，得出以下結(jié)論：

①貴陽(yáng)站陰雨天氣出現(xiàn)頻率要遠(yuǎn)多于晴和多云天氣，尤其是冬春季，晴和多云天氣多出現(xiàn)在夏秋季。在同一月份，晴好天氣下和陰雨天氣下，平均日最高氣溫有較大的差異，冬春季差異最大，平均最高能相差15 ℃。

②影響因子中前1 d日最高、最低氣溫及地面最高、最低溫度與日最高氣溫的相關(guān)性較高，且均通過0.01的顯著性檢驗(yàn)，其中相關(guān)性最高的為前1 d日最高氣溫，相關(guān)系數(shù)大多在0.75以上；不同的天空狀況下相關(guān)性差異不大，但不同的季節(jié)有一定的差異，總體來說，相關(guān)性最高為秋季，其次是冬春季，夏季相關(guān)性較低。

③通過逐步回歸法篩選出的影響因子在不同的季節(jié)、不同的天空狀況下有所不同，在晴和多云天氣下時(shí)，前1 d日最高氣溫對(duì)日最高氣溫的影響最大，而在陰天和雨天天氣下時(shí)，則是前1 d日最低氣溫的影響最大。在不同的天空狀況下，晴天天氣下的擬合效果最好，估計(jì)誤差值都在2 ℃以內(nèi)，從季節(jié)上來看，夏季的擬合效果最好，平均估計(jì)誤差值為1.6 ℃。