葫蘆島2017年秋冬過渡季最低氣溫預(yù)報(bào)方法初探

于亞薇，周春曉，虞 帥，劉天陽，孟振雄

(1.遼寧省葫蘆島市氣象局，遼寧 葫蘆島 125000；2.遼寧省綏中縣氣象局，遼寧 綏中 125200；3.遼寧省興城市氣象局，遼寧 興城 125100)

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生產(chǎn)水平的提高，社會(huì)公眾對(duì)氣溫預(yù)報(bào)的要求越來越高，提高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也成為氣象工作的重中之重。目前，氣溫預(yù)報(bào)可供參考的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品有中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)(SCMOC)、歐洲中心細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)[1]、天氣在線、wrf、美國溫度預(yù)報(bào)等產(chǎn)品。對(duì)于遼寧省葫蘆島市來說，各家數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)高溫預(yù)報(bào)效果較好，而低溫預(yù)報(bào)效果卻不盡人意。尤其秋冬季過渡期間，由于冷空氣開始占據(jù)主導(dǎo)地位，晝夜溫差起伏大，日較差跨度6～22 ℃，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品不穩(wěn)定，對(duì)預(yù)報(bào)質(zhì)量影響較大。

本文對(duì)葫蘆島2017年各月最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)夏季低溫預(yù)報(bào)效果較好，準(zhǔn)確率在84%以上，其他各月均在80%以下。按3—5月為春季、6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季的方法統(tǒng)計(jì)，除夏季外，每個(gè)季度的最后一個(gè)月均為該季度低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最差的一個(gè)月，即當(dāng)前季度向下一季度過渡時(shí)，葫蘆島最低氣溫最為難報(bào)。因此，本文挑選秋季向冬季過渡的11月進(jìn)行分析，將天氣系統(tǒng)分型，探究葫蘆島秋冬過渡季最低氣溫預(yù)報(bào)方法。

2 資料與方法

選取2017年11月葫蘆島市地面氣象觀測資料、歐洲中心850 hPa溫度預(yù)報(bào)資料、自動(dòng)站實(shí)況資料、中央氣象臺(tái)溫度預(yù)報(bào)資料、wrf溫度預(yù)報(bào)資料、美國溫度預(yù)報(bào)資料，對(duì)葫蘆島2017年秋冬過渡季期間的最低氣溫變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品予以技術(shù)上的訂正。由于葫蘆島地區(qū)沒有探空站，因此850 hPa溫度變化以歐洲中心對(duì)葫蘆島市綏中縣850 hPa預(yù)報(bào)起始場的數(shù)值為參考進(jìn)行分析。

3 天氣系統(tǒng)分型

2017年11月，葫蘆島市經(jīng)歷9次強(qiáng)降溫天氣，5次強(qiáng)升溫天氣，低溫預(yù)報(bào)站次240個(gè)，錯(cuò)誤67個(gè)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將850 hPa 24 h升(降)溫幅度>6 ℃定義為強(qiáng)升(降)溫天氣。將11月天氣按地面系統(tǒng)進(jìn)行分型，當(dāng)葫蘆島地區(qū)位于地面高壓前部的時(shí)候，將天氣系統(tǒng)定義為高壓前部型；當(dāng)葫蘆島地區(qū)正好位于地面高壓系統(tǒng)控制時(shí)，將天氣系統(tǒng)定義為高壓控制型；當(dāng)葫蘆島地區(qū)位于地面高壓頂部或后部的時(shí)候，將天氣系統(tǒng)定義為高壓頂部型；當(dāng)葫蘆島地區(qū)受地面低壓系統(tǒng)影響時(shí)，無論是在低壓內(nèi)部，還是在低壓前部或后部，都將天氣系統(tǒng)定義為低壓控制型。因此，葫蘆島2017年秋冬過渡季地面天氣系統(tǒng)可分為：高壓前部型、高壓控制型、高壓頂部型和低壓控制型(如圖1所示)，其中低壓控制型多為升溫的最后1 d，高壓前部型多為強(qiáng)降溫第1 d。

圖1 a.高壓前部型，b.高壓控制型，c.高壓頂部型，d.低壓控制型Fig.1 a.High pressure front type,b.High pressure control type,c.High pressure top type,d.Low pressure control type

4 低溫規(guī)律分析

表1 低壓控制型天氣20—20各站最低氣溫(℃)實(shí)況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Low-pressure control weather 20—20 stations minimum temperature (℃) live statistics

4.1 低壓控制型

11月低壓控制型天氣有6、9、12、16、21、25、27日，對(duì)于低壓控制型天氣，預(yù)報(bào)結(jié)果普遍比實(shí)況偏低。其中連山偏低2～3 ℃的有3站次，偏低3～4 ℃的有3站次；綏中偏低2～3 ℃的有3站次，偏低3～4 ℃的有2站次，偏高2～3 ℃的有2站次；興城偏低2～3 ℃的有4站次，偏低3～4 ℃的有3站次；建昌偏低2～3 ℃的有1站次，偏低3～4 ℃的有2站次，偏高2～3 ℃的有1站次。

為便于分析低壓控制型天氣的低溫與前1 d低溫實(shí)況之間是否存在規(guī)律，本文特將要研究的系統(tǒng)天氣的前1 d實(shí)況也列在表中進(jìn)行對(duì)比(下同)。文中850 hPa溫度為歐洲中心該日20時(shí)起始場預(yù)報(bào)中綏中站850 hPa溫度(下同)，因葫蘆島地區(qū)沒有探空站，故以此作為葫蘆島地區(qū)850 hPa溫度變化依據(jù)。如表1，分析各站20∶00—20∶00最低氣溫實(shí)況、天氣現(xiàn)象和風(fēng)向風(fēng)速得出：綏中地區(qū)的低溫接近或低于連山，與天氣現(xiàn)象、風(fēng)向、風(fēng)速?zèng)]有明顯相關(guān)性。25日不滿足此條件，是因?yàn)?5日晚上后半夜轉(zhuǎn)為冷高壓控制，即冷空氣已經(jīng)下來，故25日雖然850 hPa呈升溫趨勢(shì)，但25日低溫卻較24日低。27日晚上不滿足此條件，是因?yàn)?7日晚上的最低氣溫出現(xiàn)在28日20∶00。

從表2中可以看出，SCMOC低溫預(yù)報(bào)偏低，美國低溫預(yù)報(bào)偏高，3種數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)連山的預(yù)報(bào)最為準(zhǔn)確。其中SCMOC對(duì)連山預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為100%；對(duì)綏中預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71.4%，向上訂正1 ℃后準(zhǔn)確率為85.7%；對(duì)興城預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71.4%，向上訂正1 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)建昌預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為85.7%。wrf對(duì)連山預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為85.7%；對(duì)綏中預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為57.1%，向上訂正1 ℃后準(zhǔn)確率為71.4%；對(duì)興城預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為85.7%；對(duì)建昌預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為85.7%。美國對(duì)連山預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71.4%，向下訂正1 ℃后準(zhǔn)確率為85.7%；對(duì)綏中預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71.4%；對(duì)興城預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為28.6%，向下訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)建昌預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為57.1%，向下訂正1 ℃后準(zhǔn)確率為71.4%。因此，連山低溫預(yù)報(bào)可主要參考SCMOC，興城和建昌的低溫預(yù)報(bào)可主要參考wrf。

4.2 高壓前部型

11月高壓前部型天氣有2、3、7、10、14、17、22、23、28日。對(duì)于高壓前部型天氣，低溫預(yù)報(bào)綏中與建昌地區(qū)偏低，連山與興城地區(qū)偏高。連山偏高2～3 ℃的有4站次，偏高3～4 ℃的有1站次；綏中偏高2～3 ℃的有2站次，偏低2～3 ℃的有1站次，偏低3～4 ℃的有1站次；興城偏高2～3 ℃的有3站次，偏低2～3 ℃的有2站次，偏低3～4 ℃的有3站次；建昌偏低2～3 ℃的有4站次。

從表3中可知，對(duì)于連山與綏中來說，在強(qiáng)降溫的第1 d，綏中降溫遲緩，較前1 d降溫幅度小于連山，即低溫高于連山；而對(duì)于興城與建昌來說，遇強(qiáng)降溫，興城24 h降溫幅度大于建昌，即興城低溫低于建昌。17日與28日興城低溫高于建昌，主要是因?yàn)榕d城風(fēng)力大于建昌。

對(duì)各家數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，美國對(duì)連山低溫預(yù)報(bào)僅有1個(gè)站次是正確的，但如果向下訂正3 ℃，則準(zhǔn)確率為88.9%；對(duì)綏中低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為66.7%，但如果向下訂正1 ℃，則準(zhǔn)確率為100%；對(duì)興城低溫預(yù)報(bào)僅有1個(gè)站次是正確的，但如果向下訂正5 ℃，則準(zhǔn)確率為77.8%；對(duì)建昌低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為77.8%，無法再找規(guī)律訂正。wrf對(duì)連山低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為88.9%；對(duì)綏中低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為55.6%，向上訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為77.8%；對(duì)興城低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為66.7%，無法再按規(guī)律訂正；對(duì)建昌低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為88.9%。因此，對(duì)于高壓前部型天氣系統(tǒng)，連山低溫預(yù)報(bào)可參考wrf或者在美國低溫預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降3 ℃，綏中低溫預(yù)報(bào)可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降1 ℃，興城低溫預(yù)報(bào)可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降5 ℃，建昌低溫預(yù)報(bào)可參考wrf。

4.3 高壓控制型

高壓控制型天氣有8、15、18、19、20、26、29、30日。對(duì)于高壓控制型天氣，連山預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為100%；綏中偏低2～3 ℃的有1站次，偏低3～4 ℃的有1站次，偏低4 ℃以上的有1站次；興城偏低2～3 ℃的有3站次，偏高2～3 ℃的有1站次，偏高3～4 ℃的有1站次；建昌偏低2～3 ℃的有2站次，偏高2～3 ℃的有1站次。

表4 高壓控制型天氣20—20各站最低氣溫(℃)實(shí)況統(tǒng)計(jì)Tab.4 High-pressure control weather 20—20 stations minimum temperature (℃) live statistics

從表4中可知，高壓控制型天氣系統(tǒng)一般屬于降溫過程中，此種天氣系統(tǒng)一般已不再具有滯后性。對(duì)于連山與綏中來說，可根據(jù)前1 d實(shí)況做訂正預(yù)報(bào)，即前1 d實(shí)況較低，當(dāng)天可繼續(xù)報(bào)低，前1 d實(shí)況較高，當(dāng)天可繼續(xù)報(bào)高，前1 d實(shí)況相接近，當(dāng)天也不需報(bào)出太大溫差，且總體上連山與綏中兩站之間的溫差不宜超過2 ℃。而對(duì)于興城與建昌來說，亦可參考此規(guī)律，只是，興城與建昌之間的溫差不宜超過1 ℃。17日與28日興城低溫高于建昌，主要是因?yàn)榕d城風(fēng)力大于建昌。

高壓控制型天氣系統(tǒng)(表略)，美國對(duì)連山低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為0，向下訂正5 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)綏中低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為12.5%，向下訂正4 ℃后準(zhǔn)確率也為100%；對(duì)興城低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率亦為0，向下訂正6 ℃后準(zhǔn)確率為75%；對(duì)建昌低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為50%，向下訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為87.5%。wrf對(duì)連山低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71.4%，已無法再進(jìn)行規(guī)律訂正；對(duì)綏中低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為85.7%；對(duì)興城低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為85.7%；wrf對(duì)建昌低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71.4%，向下訂正1 ℃后準(zhǔn)確率為100%。因此，對(duì)于高壓控制型天氣系統(tǒng)，連山低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降5 ℃，綏中低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降4 ℃，興城低溫可參考wrf預(yù)報(bào)，建昌低溫可在wrf預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降1 ℃。

4.4 高壓頂部型

高壓頂部型天氣有4、11、24日，總體預(yù)報(bào)效果較好。美國對(duì)連山低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為0，向下訂正3 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)綏中低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為0，向下訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)興城低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為0，向下訂正6 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)建昌低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為0，向下訂正3 ℃后準(zhǔn)確率為100%。wrf對(duì)連山低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為66.7%，向下訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)綏中低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為33.3%，向下訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為100%；對(duì)興城低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為33.3%，向下訂正5 ℃后準(zhǔn)確率為66.7%；對(duì)建昌低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為33.3%，向下訂正2 ℃后準(zhǔn)確率為100%。因此，對(duì)于高壓頂部型天氣系統(tǒng)，連山低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降3 ℃，或在wrf基礎(chǔ)上降2 ℃；綏中低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降2 ℃，或在wrf基礎(chǔ)上降2 ℃；興城低溫可在美國基礎(chǔ)上降6 ℃；建昌低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降3 ℃，或在wrf基礎(chǔ)上降2 ℃。

5 結(jié)論

①按天氣系統(tǒng)對(duì)低溫預(yù)報(bào)進(jìn)行天氣分型，可分為低壓控制型、高壓前部型、高壓控制型、高壓頂部型。低壓控制型預(yù)報(bào)失誤最多，高壓前部型次之。

②低壓控制型天氣，綏中地區(qū)的低溫要比連山低；高壓前部型天氣，對(duì)于連山與綏中來說，在強(qiáng)降溫的第1 d，綏中降溫遲緩，較前1 d降溫幅度小于連山，即低溫高于連山，而對(duì)于興城與建昌來說，遇強(qiáng)降溫，興城24 h降溫幅度大于建昌，即興城低溫低于建昌；高壓控制型天氣，可根據(jù)前1 d實(shí)況做訂正預(yù)報(bào)，即前1 d實(shí)況較低，當(dāng)天可繼續(xù)報(bào)低，前1 d實(shí)況較高，當(dāng)天可繼續(xù)報(bào)高，前1 d實(shí)況相接近，當(dāng)天也不需報(bào)出太大溫差，且總體上連山與綏中兩站之間的溫差不宜超過2 ℃，興城與建昌之間的溫差不宜超過1 ℃。

③數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用情況：

低壓控制型：對(duì)于連山的低溫預(yù)報(bào)可主要參考SCMOC，對(duì)于興城和建昌的低溫預(yù)報(bào)可主要參考wrf。

高壓前部型：連山低溫預(yù)報(bào)可參考wrf或者在美國低溫預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降3 ℃，綏中低溫預(yù)報(bào)可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降1 ℃，興城低溫預(yù)報(bào)可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降5 ℃，建昌低溫預(yù)報(bào)可參考wrf。

高壓控制型：連山低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降5 ℃，綏中低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降4 ℃，興城低溫可參考wrf預(yù)報(bào)，建昌低溫可在wrf預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降1 ℃。

高壓頂部型：連山低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降3 ℃，或在wrf基礎(chǔ)上降2 ℃；綏中低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降2 ℃，或在wrf基礎(chǔ)上降2 ℃；興城低溫可在美國基礎(chǔ)上降6 ℃；建昌低溫可在美國預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上降3 ℃，或在wrf基礎(chǔ)上降2 ℃。