春季大風(fēng)的預(yù)報(bào)和分析

張曉芳，李宇華

（1.伊春市氣象局，黑龍江伊春 153000；2.五大連池市尾山農(nóng)場(chǎng)氣象站，黑龍江五大連池 164142）

春季大風(fēng)的預(yù)報(bào)和分析

張曉芳1，李宇華2

（1.伊春市氣象局，黑龍江伊春 153000；2.五大連池市尾山農(nóng)場(chǎng)氣象站，黑龍江五大連池 164142）

用地面觀測(cè)日平均氣壓差與氣溫日較差統(tǒng)計(jì)分析，尋找5月份≥5級(jí)大風(fēng)的氣壓與溫度變化的關(guān)系，用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)制作點(diǎn)聚圖，發(fā)現(xiàn)了大風(fēng)在點(diǎn)聚圖上的集中落區(qū)；制作了曲線圖；用歷年4月下旬平均最高、平均最低氣溫，尋找冷暖氣團(tuán)春季進(jìn)退早晚與5月大風(fēng)多少的關(guān)系。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在5月份出現(xiàn)≥5級(jí)大風(fēng)起報(bào)日的溫度日較差臨界值，即在日平均氣壓差（Δp24）與氣溫日較差（Tm-Td）的曲線圖模型上，是該報(bào)大風(fēng)，日較差必須在13.5℃或以上，鎖定了模式出現(xiàn)后是否有大風(fēng)的第一關(guān)，起報(bào)日當(dāng)天升溫值必須≥5℃，這是該模型是有大風(fēng)的第二關(guān)。大風(fēng)模型和數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)制動(dòng)，有效的提高了預(yù)報(bào)大風(fēng)的可信度。

大風(fēng)；預(yù)報(bào)；溫度日較差

1 引言

風(fēng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和各種生產(chǎn)活動(dòng)，都有直接的影響。在林區(qū)，特別是春秋兩季防火期間，大風(fēng)預(yù)報(bào)對(duì)于預(yù)防森林火災(zāi)和城市火災(zāi)意義特別重大。每年的4月末和5月份是冰雪溶化、少雨干旱的時(shí)期，是伊春林區(qū)歷年森林防火和城市防火最為緊張的時(shí)段，也是森林火災(zāi)最多、最頻的時(shí)段。如伊春市在1985年5月23日和1986年5月6日的兩場(chǎng)城市大火，損失十分慘重，且都發(fā)生在干旱少雨，大風(fēng)頻發(fā)的5月。因此，報(bào)好、報(bào)準(zhǔn)5月份≥5級(jí)以上大風(fēng),其意義特別重大。

實(shí)際工作中，由于距離、地形地貌、局地氣候等諸多原因，市局的指導(dǎo)預(yù)報(bào)應(yīng)用時(shí)具有一定的局限性，縣級(jí)臺(tái)站預(yù)報(bào)服務(wù)人員如果能采取多種手段進(jìn)行訂正會(huì)使預(yù)報(bào)效果更好。本文就是從這一思想出發(fā)，利用點(diǎn)聚圖、曲線圖相互配合及利用二級(jí)判別法，建立判別方程，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，使之更好為當(dāng)?shù)卣?wù)。

2 資料來(lái)源與研究方法

統(tǒng)計(jì)了嘉蔭縣單站1961～1990年5月份的歷史資料。

普查歷史資料。首先確定≥5級(jí)的風(fēng)是對(duì)生產(chǎn)建設(shè)有影響或造成災(zāi)害的大風(fēng)。在定時(shí)觀測(cè)中，統(tǒng)計(jì)定時(shí)觀測(cè)的日合計(jì)風(fēng)速和瞬時(shí)風(fēng)速有大風(fēng)記錄的，把大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)定為以下兩個(gè)原則：4次定時(shí)觀測(cè)風(fēng)速日合計(jì)≥20 m/s，3次定時(shí)觀測(cè)風(fēng)速日合計(jì)≥15 m/s；并且在定時(shí)觀測(cè)記錄中必須有一次或以上的風(fēng)速出現(xiàn)≥8 m/s；在觀測(cè)記錄上沒(méi)有上面所述標(biāo)準(zhǔn)的記錄出現(xiàn)，當(dāng)日記有大風(fēng)符號(hào)，即瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)過(guò)≥17 m/s的大風(fēng)，也定為大風(fēng)日。上面兩種標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)其中一種情況，即定為大風(fēng)日。按照已確定的大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行歷年5月份≥5級(jí)風(fēng)日數(shù)的逐日定位。

統(tǒng)計(jì)歷年5月逐日平均氣壓日變差（ΔP24）及歷年5月逐日氣溫日較差（日最高減日最低氣溫之差，即Tm-Td）。統(tǒng)計(jì)日平均氣壓差，而不以某個(gè)時(shí)段的變差，是為消除氣壓在不同時(shí)段的不穩(wěn)定變化，盡量接近和體現(xiàn)天氣系統(tǒng)的本來(lái)特性、其自然狀態(tài)?？紤]氣溫受天氣狀態(tài)的影響較大，以日較差來(lái)代替24 h變差，更能體現(xiàn)系統(tǒng)和天氣過(guò)程的特點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 圖表制作和要素分析

首先，制作△P24與（TM-TD）的點(diǎn)聚圖（見(jiàn)圖1）。從圖中可以分析出≥5級(jí)大風(fēng)落區(qū)有相對(duì)集中的區(qū)域，為減少工作量和繁雜的點(diǎn)繪程序，繪制了10 a歷史資料，統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，大風(fēng)有兩個(gè)集中區(qū)域，具體指標(biāo)分別如下：指標(biāo)一，當(dāng)ΔP24＜0，（Tm-Td）≥19℃時(shí)，1～2 d內(nèi)有≥5級(jí)大風(fēng)，概括率為89%；指標(biāo)二，當(dāng)ΔP24＞0時(shí)（即日平均氣壓差在正變區(qū)內(nèi)變換），（Tm-Td）在15.0～18.4℃之間，1～2 d內(nèi)有≥5級(jí)大風(fēng)概括率為83.3%。然后，將氣壓日平均差與氣溫日較差制成曲線圖（見(jiàn)圖2、3），試圖在曲線圖中找具有預(yù)報(bào)意思的預(yù)報(bào)模型。

圖1 △P24與（TM-TD）的點(diǎn)聚圖

圖2 出現(xiàn)大風(fēng)模式

圖3 無(wú)大風(fēng)模式

在曲線圖中發(fā)現(xiàn)，日平均氣壓變差出現(xiàn)低槽后，氣溫日較差與氣壓日平均變差值同時(shí)回升，氣溫日較差升到13.5℃以上，而且氣溫日較差日上升幅度≥5℃，1～2 d內(nèi)有≥5級(jí)大風(fēng)。在25 a的5月壓、溫資料的曲線圖形中表明，實(shí)際符合預(yù)報(bào)模型的出現(xiàn)173次，其中有117次1～2 d有≥5級(jí)大風(fēng)，該模型概括率為68.2%。在實(shí)際工作中，與點(diǎn)聚圖指標(biāo)綜合使用，預(yù)報(bào)效果比較令人滿意。

圖4 4月下旬氣溫旬較差與5月大風(fēng)日數(shù)相關(guān)圖

上面預(yù)報(bào)模型指標(biāo)中所使用的溫度數(shù)13.5℃，是用歷年4月下旬的旬平均最高氣溫和旬平均最低氣溫相減的旬較差，30 a旬較差的平均值。用30 a旬較差平均值尋求與大風(fēng)的關(guān)系，尋求冷暖氣團(tuán)活動(dòng)和春季回暖早晚，從30 a資料統(tǒng)計(jì)看，特別70年代以后，春季溫度在逐漸變暖，4月下旬的旬較差越來(lái)越小，從趨勢(shì)上看，80年代以后，特別明顯，旬較差變小，≥5級(jí)大風(fēng)也在減少。因此，13.5℃為作預(yù)報(bào)的一個(gè)硬性指標(biāo)。用30 a平均大風(fēng)日數(shù)7 d作大風(fēng)多與少的界限，多于7 d為多大風(fēng)年，少與7 d為少大風(fēng)年。大風(fēng)日數(shù)的歷年變化和溫度變化基本上是成正比的。從30年的統(tǒng)計(jì)數(shù)發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖4），1961～1970年4月下旬的旬平均較差為14.6℃；1971～1980年4月下旬的旬平均較差為13.1℃；1980～1990年旬平均較差為12.7℃；在30 a中旬較差溫度上升了1.9℃，說(shuō)明春季回暖提前，冷暖空氣交替在5月份相對(duì)減少，因而實(shí)際大風(fēng)日數(shù)也不斷減少，1961～1970年合計(jì)≥5級(jí)大風(fēng)日數(shù)為88 d，1971～1980年同樣為88 d，1981～1990年10 a合計(jì)只有39 d，與前20 a比均減少了49 d。溫度升高，大風(fēng)減少，這是一個(gè)正比關(guān)系。即旬較差降低了1.9℃（冷暖空氣活動(dòng)減少，氣溫穩(wěn)定，旬較差?。箫L(fēng)減少了49 d，這說(shuō)明4月下旬氣溫的變化，與5月大風(fēng)多少，有比較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在短期大風(fēng)預(yù)報(bào)中，我們把平均旬較差13.5℃定為大風(fēng)升溫的界定指標(biāo)，補(bǔ)充訂正了點(diǎn)聚圖和曲線模型的不足。

4月是西伯利亞冷氣團(tuán)和熱帶海洋暖氣團(tuán)勢(shì)力相當(dāng)、相持階段，互有進(jìn)退，但隨著時(shí)間的向前推移，暖氣團(tuán)勢(shì)力逐步加強(qiáng)，冷空氣必須讓位。暖氣團(tuán)北推，北推時(shí)間有的年份早一些，有的年份晚一些。因此，從4月下旬的氣溫旬變壓，看出冷暖氣團(tuán)的活躍程度，旬較差越大，說(shuō)明暖氣團(tuán)交替就比較活躍，暖氣團(tuán)在北移過(guò)程中形成大風(fēng)。入春后，熱帶海洋暖氣團(tuán)比西伯利亞冷氣團(tuán)強(qiáng)大，向北推移的頻數(shù)增多，冷暖氣團(tuán)交匯次數(shù)也就增多，形成氣溫正較差增大；北推頻數(shù)少，說(shuō)明氣團(tuán)在本地堆積較穩(wěn)定，氣溫變差就小，大風(fēng)次數(shù)也隨著氣團(tuán)的活躍程度而變化。

經(jīng)過(guò)對(duì)5月日較差統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)大風(fēng)模型有大風(fēng)出現(xiàn)，起報(bào)日當(dāng)天的日較差大多在13.5℃以上，這與前面統(tǒng)計(jì)的30 a旬平均較差13.5℃相吻合。因此，凡是符合從前所述兩個(gè)指標(biāo)和模型的，起報(bào)日當(dāng)天的日較差必須在13.5℃以上。從1986～1990年5月試報(bào)期間的圖表看，這5 a中，≥5級(jí)大風(fēng)日數(shù)相當(dāng)少，有的年份幾乎無(wú)≥5級(jí)大風(fēng)，這與4月下旬的旬較差比前20 a氣溫升高，旬較差減小了1.9℃有關(guān)。而≥5級(jí)大風(fēng)也在減少。

3.2 綜合模型和指標(biāo)制作大風(fēng)預(yù)報(bào)

在模型曲線圖和點(diǎn)聚圖兩種圖表中尋找關(guān)系，兩者之間有相互補(bǔ)充和相互聯(lián)系：

凡點(diǎn)聚圖的落點(diǎn)在風(fēng)區(qū)內(nèi)的，曲線圖有大風(fēng)模型，起報(bào)日當(dāng)天氣溫日較差必須>13.5℃，且日較差日升幅度≥5℃，1～2 d內(nèi)有≥5級(jí)大風(fēng)。

曲線圖出現(xiàn)大風(fēng)模型，起報(bào)日當(dāng)天日較差>13.5℃中，升幅≥5℃，但點(diǎn)聚圖的點(diǎn)不落在風(fēng)區(qū)內(nèi)，二者出現(xiàn)矛盾，這是點(diǎn)聚圖概括率的緣故，因此，綜合考慮時(shí)，應(yīng)按以下原則辦：

（1）如果只有曲線圖大風(fēng)模型，而點(diǎn)聚圖的點(diǎn)落在風(fēng)區(qū)外，應(yīng)考慮以曲線圖模型為準(zhǔn)；凡曲線圖有大風(fēng)模型，起報(bào)日當(dāng)天日較差>13.5℃以上，日較差升幅≥5℃，才報(bào)大風(fēng)。（2）如果日較差>13.5℃，日較差升幅<5℃，不報(bào)大風(fēng)。為實(shí)際預(yù)報(bào)方便，幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)和原則如下：

氣壓日變差在副變壓區(qū)，氣溫日較差在19.0℃以上，落區(qū)在風(fēng)區(qū)內(nèi)，日氣壓變差在正變區(qū)間變換，日較差值在15.0～18.4℃之間，落在風(fēng)區(qū)內(nèi)。

曲線圖模式出現(xiàn)，考慮兩個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè)是日較差>13.5℃，另一個(gè)是日較差日升幅≥5℃。

在實(shí)際天氣中，大風(fēng)模型還存在著漏報(bào)情況。因此我們對(duì)25 a的5月份曲線和用點(diǎn)聚圖指標(biāo)進(jìn)行逐日排查，查出了有風(fēng)和無(wú)風(fēng)的概率；其中1961～1970年平均概率為57.5%；1971～1980年平均概率為75.2%；1981～1985年平均概率81.1%；25 a的平均概率為76.5%。通過(guò)排查概率看出，對(duì)有風(fēng)和無(wú)風(fēng)的預(yù)報(bào)很有實(shí)際意義。

用日平均日較差出現(xiàn)低槽后，與氣溫日較差值同時(shí)上升為模型，預(yù)報(bào)結(jié)果為1986年100%、1987年85.7%、1988年100%、1989年90%、1990年66.7%。5 a平均數(shù)為89.4%。5 a出現(xiàn)模式38個(gè)，報(bào)準(zhǔn)34個(gè)。

用點(diǎn)聚圖、日較差值起報(bào)日當(dāng)天為>13.5℃以上，日較差日升幅必須在5℃以上為卡尺，對(duì)1986～1990年的5月大風(fēng)日進(jìn)行預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)結(jié)果為1986年83.9%、1987年74.2%、1988年為87.1%、1989年80.6%、1990年77.4%。

本文所進(jìn)行的單站資料尋找大風(fēng)預(yù)報(bào)模型和指標(biāo)的分析，從天氣學(xué)的角度論證，是有其理論根據(jù)的。即利用了天氣學(xué)原理。因?yàn)闅鈮汉蜌鉁氐淖兓?，是天氣變化的主要根源。根?jù)氣壓和氣溫的日變差，從中以消除該要素日變化中的影響，能較好的反映冷暖空氣活動(dòng)的情況。據(jù)天氣學(xué)原理分析，由于氣溫受天氣狀況的影響較大，有時(shí)失去對(duì)其天氣系統(tǒng)的代表性，為了使氣溫變化進(jìn)一步接近天氣系統(tǒng)的代表性，減少天氣狀況對(duì)溫度的影響，試用了氣溫日效差來(lái)替代。統(tǒng)計(jì)中反映出來(lái)的指標(biāo)還比較理想。

從氣壓日平均變差和氣溫日效差的點(diǎn)聚圖指標(biāo)，反映出來(lái)了天氣系統(tǒng)和熱極生風(fēng)的規(guī)律。從中看出，在春季東北地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)較多，最常見(jiàn)的一種冷鋒過(guò)境的天氣模型，是冷鋒前所出現(xiàn)的氣壓和溫度變化特點(diǎn)，即冷鋒前有24 h負(fù)壓和24 h正變溫，冷鋒后強(qiáng)冷空氣活動(dòng)，氣壓梯度增大，形成大風(fēng)天氣。

從統(tǒng)計(jì)4月下旬的歷年溫度旬較差平均值發(fā)現(xiàn)，旬較差在逐步減小,說(shuō)明氣溫在變暖,冷暖空氣活動(dòng)頻數(shù)減少,暖氣因北移,冬季控制我地冷氣因變性.氣溫不斷升高,界定了5月大風(fēng)前---即大風(fēng)起報(bào)日當(dāng)天的氣溫日效差不能＜13.5℃的指標(biāo)。從點(diǎn)聚圖中也表露高溫有風(fēng)這個(gè)特點(diǎn)。

4 預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)制作

4.1 預(yù)報(bào)方程的建立

為了使預(yù)報(bào)效果更加好，使用更方便，根據(jù)歷史資料，采用二級(jí)分辨法，建立預(yù)報(bào)方程。利用日平均氣壓變差和氣溫日較差作為預(yù)報(bào)因子，將實(shí)況出現(xiàn)大風(fēng)天氣的前2 d的日平均氣壓變差（X1）和溫度日較差（X2）歸為A類(lèi)天氣，沒(méi)有大風(fēng)天氣為B類(lèi)天氣。步驟如下：

（1）計(jì)算各因子在兩類(lèi)天氣下的平均之差Dk,（k=1,2）

各因子在兩類(lèi)天氣下的平均值的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表A類(lèi)和B類(lèi)計(jì)算表（表略）。

計(jì)算Y值，將Y值與YC比較，如果Y值大于YC，且與第2天的Y值之和的平均值也大于YC，就起報(bào)大風(fēng)，否則不報(bào)。

以1961年5月為例，得到方程Y=C1X1+C2X2=-0.0043085*X1+0.0114855*X2，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)F=10.21＞F0.05（2，30），方程有意義，判別效果顯著。

（4）進(jìn)行回報(bào)檢驗(yàn)。把樣本中的每個(gè)個(gè)例的因子分別代入判別方程，計(jì)算每一個(gè)個(gè)例的Y值，并按上述判別回報(bào)它們的類(lèi)別。對(duì)1981年5月的前20 d天氣類(lèi)別作試報(bào)，A類(lèi)擬合率6/7=85.7%，B類(lèi)擬合率14/15=93.3%（表略）。

為了使預(yù)報(bào)大風(fēng)更加快捷方便，綜合上述分析判斷過(guò)程，將大風(fēng)預(yù)報(bào)方程（Y=C1X1+C2X2）分解為以下三個(gè)式子：

其中：P1為前2 d的日平均氣壓，P2為前1 d的日平均氣壓，P3為當(dāng)天的日平均氣壓，Tm2為前1 d的最高氣溫，Td2為前1 d的最低氣溫,Tm3為當(dāng)天的最高氣溫，Td3為當(dāng)天的最低氣溫。

計(jì)算Y值，將Y值與YC比較，當(dāng)Y＞YC時(shí)，預(yù)報(bào)“出現(xiàn)大風(fēng)天氣”；當(dāng)Y＜YC時(shí)，預(yù)報(bào)“出現(xiàn)無(wú)大風(fēng)天氣”。

4.2 大風(fēng)預(yù)報(bào)程序

按照上述的思路和步驟，將大風(fēng)預(yù)報(bào)方程編譯成-大風(fēng)預(yù)報(bào)程序.exe，經(jīng)檢驗(yàn)，與前面模型預(yù)報(bào)相吻合。

5 小結(jié)

春季回暖提前，4月份可能冷暖空氣活動(dòng)頻數(shù)增多，大風(fēng)也將增多，同時(shí)，4月份也是防火緊張期，小的林火也經(jīng)常發(fā)生。要是將此方法思路移植到4月，對(duì)歷史資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，尋找各種變壓差和溫度日較差的指標(biāo)，可能是行之有效的。

由于觀測(cè)方法和觀測(cè)儀器的變化，在資料中可能出現(xiàn)變異，1970年代前用維爾風(fēng)壓器測(cè)風(fēng)，全靠觀測(cè)員估計(jì)，1970年代以后，使用電接風(fēng)儀器測(cè)風(fēng)，所以在界定大風(fēng)日時(shí)，前后也出差異，影響預(yù)報(bào)質(zhì)量。

運(yùn)用預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)制作大風(fēng)預(yù)報(bào)，快捷方便，準(zhǔn)確可靠，具有一定的推廣價(jià)值。

通過(guò)對(duì)此預(yù)報(bào)方法的試報(bào)檢驗(yàn)，對(duì)于沒(méi)有歷史資料的基層氣象站來(lái)說(shuō)，是有較高使用價(jià)值的，在日常的預(yù)報(bào)工作中，使用比較方便，不存在十分復(fù)雜的計(jì)算程序。當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)工作的自動(dòng)化程度很高，結(jié)合遠(yuǎn)程終端各種天氣圖分析，可能更能理想作好大風(fēng)預(yù)報(bào)。

P458.1+23

A

1002－252X（2010）02－0011－04

2010－3－6

張曉芳（1966-），女，黑龍江省伊春市人，成都信息工程學(xué)院，本科生，工程師.