冬季黔北境內(nèi)云貴準(zhǔn)靜止鋒影響下最高氣溫預(yù)報(bào)訂正方法研究

羅晨藝,劉紅雙,張?jiān)魄?肖 蕾

(貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

0 引言

提高監(jiān)測精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)和服務(wù)精細(xì)能力是推進(jìn)氣象現(xiàn)代化工作的要點(diǎn)。隨著公眾、政府及各部門對預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的需求提高,預(yù)報(bào)員對特定的天氣形勢展開研究,以期提高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。云貴準(zhǔn)靜止鋒是影響貴州的一個(gè)主要天氣系統(tǒng),通常冬半年多于夏半年[1],鋒前天氣晴朗,鋒后陰雨綿綿。所以云貴準(zhǔn)靜止鋒的位置和強(qiáng)弱變化與貴州不同區(qū)域的溫度有著密切聯(lián)系。前人對靜止鋒的結(jié)構(gòu)、分型都有研究,段旭等[2]2018年就鋒面位置對鋒前鋒后的氣溫、氣壓影響進(jìn)行分析,指出冬季鋒后的氣溫變化與鋒面位置無關(guān),貴陽氣壓變化與靜止鋒位置有顯著相關(guān)性,呈顯著的負(fù)相關(guān),氣壓越強(qiáng)、鋒面位置就越偏西,但高原東部地區(qū),地形作用會(huì)降低鋒面位置與溫度場和氣壓場的相關(guān)性。李明元等[3]分析初夏靜止鋒天氣對遵義不同地區(qū)晴雨、溫度的影響,認(rèn)為靜止鋒位于遵義南部時(shí)遵義本地溫度預(yù)報(bào)方法對于西部區(qū)域最高氣溫的預(yù)報(bào)基本失效,應(yīng)調(diào)整預(yù)報(bào)思路。目前預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)表明,最高溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率低于最低氣溫,且在準(zhǔn)靜止鋒影響下,鋒區(qū)前后最高氣溫差異較大,在5—6月時(shí)靜止鋒影響下,最低氣溫準(zhǔn)確率位于88%～99.2%之間,最高氣溫準(zhǔn)確率位于69.4%～98.3%之間,最低氣溫預(yù)報(bào)受靜止鋒位置和形狀影響較小,但最高溫度受靜止鋒鋒面影響較大[3]。這說明最高氣溫預(yù)報(bào)難度大于最低溫度,預(yù)報(bào)員對其規(guī)律難以總結(jié),因此,針對最高氣溫的預(yù)報(bào)訂正研究十分有必要。本文在前人研究基礎(chǔ)上,針對靜止鋒存在于遵義境內(nèi)時(shí)高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較低的情況,特別篩選了2009—2020年12月—次年2月午后到傍晚前靜止鋒位于遵義市上空時(shí)的所有個(gè)例進(jìn)行分析討論,將各城鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)考核站點(diǎn)分別統(tǒng)計(jì)分析,探索其規(guī)律,用于提升該情況下遵義地區(qū)的最高氣溫預(yù)報(bào)和客觀預(yù)報(bào)方法準(zhǔn)確率。

1 靜止鋒的分型

靜止鋒因極地南下冷氣團(tuán)遇青藏高原和云貴高原阻擋后與西南暖氣團(tuán)對峙而形成[4]。靜止鋒形成后若無新的冷空氣補(bǔ)充,冷氣團(tuán)變性減弱,靜止鋒會(huì)東退或消失。杜正靜[1]依據(jù)靜止鋒位置將靜止鋒分為四型,但位置跨度較大,前三型遵義均處于鋒后,只有第四型時(shí)靜止鋒位于遵義南部到銅仁一帶。李明元等[3]根據(jù)實(shí)際預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合杜正靜分型方法,將靜止鋒分為三大型七小型,第一型靜止鋒呈西北—東南向,主要位于昆明中東部—貴州中西部;第二型靜止鋒呈準(zhǔn)南北向,主要位于云南中東部—貴州中東部之間;第三型靜止鋒基本呈準(zhǔn)東西向,鋒面常位于貴陽與遵義之間。

本文只討論靜止鋒位于遵義地區(qū)的情況,所以結(jié)合李明元分型方法,參照個(gè)例的位置及形狀進(jìn)一步細(xì)分第二型及第三型,將位于遵義市上空的靜止鋒分為兩大型五小型,以便分類討論不同情況,總結(jié)其預(yù)報(bào)規(guī)律。

Ⅰ型:靜止鋒呈西北東南走向或準(zhǔn)南北走向,分為Ⅰ1型、Ⅰ2型、Ⅰ3型。Ⅰ1型鋒面位于遵義西部,通常位于赤水到桐梓附近,Ⅰ2型鋒面位于遵義中部,基本在桐梓到綏陽一線,Ⅰ3型鋒面位于遵義東部,此時(shí)鋒面通常較弱,但對于鋒前鋒后的溫度影響仍比較明顯。

Ⅱ型:鋒面的南北經(jīng)向度減弱,基本呈準(zhǔn)東西向,分為Ⅱ1型、Ⅱ2型。Ⅱ1型靜止鋒通常在遵義南部地區(qū),有時(shí)也在貴陽與遵義之間;Ⅱ2型靜止鋒鋒面非常弱,從衛(wèi)星云圖上觀察到云系散亂,有時(shí)無明顯鋒線,鋒面結(jié)構(gòu)不清晰,將遵義播州以北地區(qū)的靜止鋒都?xì)w于此類。Ⅱ2鋒面較弱有時(shí)甚至不明顯,鋒后多為陰天,鋒前受熱低壓影響多為多云天氣,這種情況時(shí)多被認(rèn)為靜止鋒已經(jīng)減弱消失,所以預(yù)報(bào)員通常對此類情況不夠重視,溫度預(yù)報(bào)失誤率非常高。

2 資料收集和分析方法的確定

通過普查2009—2020年12月—次年2月的14時(shí)、17時(shí)天氣圖,并結(jié)合紅外云圖、可見光云圖等資料判斷靜止鋒位置和類型,篩選符合條件的云貴準(zhǔn)靜止鋒影響天氣個(gè)例,共選出個(gè)例92個(gè),其中Ⅰ1型32個(gè)、Ⅰ2型16個(gè)、Ⅰ3型18個(gè)、Ⅱ1型4個(gè)、Ⅱ2型22個(gè)。

圖1 Ⅰ1型靜止鋒(a)、Ⅰ2型靜止鋒(b)、Ⅰ3型靜止鋒(c)、Ⅱ1型靜止鋒(d)、Ⅱ2型靜止鋒(e)Fig.1 Type Ⅰ1 stationary front (a), Type Ⅰ2 stationary front (b), Type Ⅰ3 stationary front (c), Type Ⅱ1 stationary front (d), Type Ⅱ2 stationary front (e)

選好個(gè)例后,分型統(tǒng)計(jì)不同類型個(gè)例對應(yīng)的白天最高溫、EC 2 m溫度預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)(因預(yù)報(bào)未來24 h最高溫時(shí)通常采用前1 d 20時(shí)EC起報(bào)場48 h預(yù)報(bào)時(shí)次參考,所以選取的EC 2 m溫度預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)均為個(gè)例前2 d 20時(shí)起報(bào)場48 h預(yù)報(bào)時(shí)次最高溫預(yù)報(bào),并且剔除了最高溫出現(xiàn)在前1 d夜間的個(gè)例)。謝剛等[5]經(jīng)多年經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)EC細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)(27.5°N,107.5°E)溫度預(yù)報(bào)值與遵義國家站最高、最低溫度有很好的規(guī)律性和相關(guān)性,因此選用EC細(xì)網(wǎng)格850 hPa溫度格點(diǎn)值(27°N,107.5°E)用于訂正除西部外其余站點(diǎn)的最高氣溫。西部由于海拔與其余地區(qū)差異較大,因此選取格點(diǎn)值(28.8°N,104.6°E)用于分析研究(個(gè)例前2 d 20時(shí)起報(bào)場48 h預(yù)報(bào))。

3 靜止鋒類型出現(xiàn)頻數(shù)分析

以白天14時(shí)或17時(shí)(取靜止鋒最終東退時(shí)的位置為準(zhǔn))地面天氣圖中靜止鋒鋒面所處位置和形狀對白天最高氣溫進(jìn)行分析。分析不同靜止鋒類型出現(xiàn)次數(shù)可知Ⅰ型靜止鋒共66次,占比最多,說明靜止鋒經(jīng)常呈現(xiàn)西北東南走向。其中Ⅰ1型出現(xiàn)最多,說明位于遵義市境內(nèi)的靜止鋒更多位于遵義市中部以西地區(qū)。

3.1 預(yù)報(bào)區(qū)域劃分

根據(jù)遵義城鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)考核站點(diǎn)按照所處地理區(qū)域不同,分為西部區(qū)域(赤水、習(xí)水、仁懷)、中部區(qū)域(匯川、播州、綏陽、桐梓、湄潭)、北部區(qū)域(正安、道真、務(wù)川)和東部區(qū)域(鳳岡、余慶)。

在使用850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法時(shí),西部站點(diǎn)使用格點(diǎn)(28.8°N,104.6°E),其余站點(diǎn)使用格點(diǎn)(27°N,107.5°E)。

3.2 訂正思路

選取EC近3 a來的個(gè)例,選取Ⅰ1型、Ⅰ2型和 Ⅱ2型個(gè)例,依次對遵義城鎮(zhèn)精細(xì)化預(yù)報(bào)考核站點(diǎn)用EC 2 m預(yù)報(bào)、2 m溫度訂正方法以及850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法進(jìn)行比較,嘗試找到不同情況下最佳預(yù)報(bào)思路,并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)方法(由于Ⅰ3型和Ⅱ2型個(gè)例過少,所以在此不進(jìn)行討論)。

表1為所有城鎮(zhèn)精細(xì)化考核站點(diǎn)處于Ⅰ1型靜止鋒時(shí)溫度準(zhǔn)確率。由表可以看出,Ⅰ1型靜止鋒,西部站點(diǎn)(赤水—仁懷)利用850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法,溫度訂正效果總體較好,在這種情況下西部站點(diǎn)通常位于鋒前,常出現(xiàn)多云間陰的天氣,同時(shí)可以觀察到,利用850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法對各站點(diǎn)溫度的訂正思路與原常規(guī)天氣的思路基本一致,說明在這種情況下使用850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法效果較好。

表1 Ⅰ1型靜止鋒不同方法下溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)Tab.1 Temperature accuracy statistics for different methods for Type Ⅰ1 stationary fronts

北部及東部站點(diǎn)(務(wù)川—鳳岡)利用2 m溫度訂正方法效果較好,準(zhǔn)確率最高提升38.47%(正安),同時(shí)大多數(shù)站點(diǎn)準(zhǔn)確率提升至80%～100%。說明鋒后北部及東部2 m溫度訂正方法有很好的訂正效果,此規(guī)律有利于后續(xù)溫度預(yù)報(bào)。

桐梓—播州一帶溫度可訂正性較低,因?yàn)檫@部分站點(diǎn)與鋒面位置較近,當(dāng)鋒面位置擺動(dòng)時(shí),溫度相差大,可預(yù)報(bào)性很低。

表2為所有城鎮(zhèn)精細(xì)化考核站點(diǎn)處于Ⅰ2型靜止鋒時(shí)溫度準(zhǔn)確率分布。由表可以看出,當(dāng)靜止鋒呈Ⅰ2型時(shí),西部站點(diǎn)(赤水—仁懷)EC溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率非常低,赤水、仁懷準(zhǔn)確率只有14.29%,但無論是2 m溫度訂正方法還是850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法,效果均提升明顯,溫度正確率提升至71.43%～85.71%,在這種情況下西部站點(diǎn)通常位于鋒前,常出現(xiàn)多云間陰的天氣。

表2 Ⅰ2型靜止鋒不同方法下溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of temperature accuracy under different methods for Type Ⅰ2 stationary fronts

北部及東部站點(diǎn)(務(wù)川—余慶)利用2 m溫度訂正方法、850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法效果較EC 2 m預(yù)報(bào)均有明顯提升,準(zhǔn)確率提升到85.71%(余慶),提升最多的為仁懷,從14.29%提升至71.43%,同時(shí)發(fā)現(xiàn)離鋒面位置較遠(yuǎn)的站點(diǎn)準(zhǔn)確率提高明顯。

當(dāng)靜止鋒呈Ⅱ2型時(shí),靜止鋒呈準(zhǔn)東西向,通過對所有城鎮(zhèn)精細(xì)化考核站點(diǎn)處于Ⅱ2型靜止鋒時(shí)溫度準(zhǔn)確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3),可以看出大部站點(diǎn)EC 2 m預(yù)報(bào)以及850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法均不理想,此種情況2 m溫度訂正方法效果最好。離鋒面較遠(yuǎn)的南部3站點(diǎn)播州、匯川、余慶訂正效果較好,均在85.71%以上,特別是余慶準(zhǔn)確率從0%提升至100%。這與Ⅰ2型得到的結(jié)論相符,離鋒面越遠(yuǎn),站點(diǎn)溫度可訂正性越高。同時(shí)看到赤水的溫度用2 m溫度訂正方法后預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可達(dá)100%,這說明對于赤水站點(diǎn),2 m溫度訂正方法可用性很高。

表3 Ⅱ2型靜止鋒不同方法下溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)Tab.3 Temperature accuracy statistics for different methods for Type Ⅱ2 stationary fronts

4 小結(jié)

(1)通過不同類型靜止鋒預(yù)報(bào)思路對比,分析發(fā)現(xiàn)離鋒面越遠(yuǎn),溫度的可預(yù)報(bào)性越強(qiáng),但暫無統(tǒng)一的方法可直接訂正,實(shí)際業(yè)務(wù)中可以參考本文分析得到的不同站點(diǎn)不同訂正數(shù)據(jù)。

(2)當(dāng)靜止鋒呈Ⅰ1型時(shí),西部站點(diǎn)按照850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法準(zhǔn)確率較高,北部、東部站點(diǎn)可參考本文分析出的溫度對EC 2 m預(yù)報(bào)進(jìn)行訂正。

(3)當(dāng)靜止鋒呈Ⅰ2型時(shí),可以共同參考2 m溫度訂正方法和850 hPa溫度預(yù)報(bào)方法,對大部站點(diǎn)準(zhǔn)確率都有一定提高。

(4)當(dāng)靜止鋒為 Ⅱ2型時(shí),對于離鋒面較遠(yuǎn)的東部、南部可著重使用2 m溫度訂正方法。

5 思考

本文將遵義上空的靜止鋒分成了兩大類五小類后,根據(jù)不同類型,對各個(gè)站點(diǎn)分別進(jìn)行討論,在一定程度上考慮了不同位置的靜止鋒對最高溫度的影響,由于鋒面具體位置有所擺動(dòng),離鋒面較近的區(qū)域,最高溫度可訂正性較差,離鋒面較遠(yuǎn)的站點(diǎn)訂正效果較好。但是在實(shí)際預(yù)報(bào)時(shí),對于靜止鋒的位置把握并不一定準(zhǔn)確,因此人工分型討論預(yù)報(bào)訂正方法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限。本文只利用EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對站點(diǎn)進(jìn)行簡單的加減訂正,是否可以利用不同格點(diǎn)值的EC 2 m溫度值、850 hPa溫度預(yù)報(bào)值、海平面氣壓值、云量、降雨量等多種預(yù)報(bào)因子,建立客觀預(yù)報(bào)方程,或利用EC云量、降水量進(jìn)行天氣情況的自動(dòng)判斷靜止鋒類型,實(shí)現(xiàn)不同站點(diǎn)的溫度自動(dòng)化訂正,需要進(jìn)一步探討。