黑龍江省綏化市農(nóng)作物生長季極端氣溫的預(yù)報(bào)研究

王安娜 王力艷

摘 要：本項(xiàng)研究旨在完成建立的農(nóng)業(yè)生長季（4月-9月）極端溫度預(yù)報(bào)指標(biāo)工作為主要目的，并建立了極端氣溫預(yù)報(bào)模型。對預(yù)報(bào)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)分析。研究結(jié)果增加了在溫度預(yù)報(bào)過程中的科學(xué)性和客觀性，減少在極端溫度預(yù)報(bào)中的盲目性和偶然性。

關(guān)鍵詞：Tmax；Tmin；預(yù)報(bào)模型

1 前言

綏化市位于黑龍江省中南部、松嫩平原的呼蘭河流域，地理位置處于東經(jīng)124°53&apos；-128°35&apos；，北緯45°10&apos；-48°05&apos；51"，海拔高度為135～247米。從4月下旬開始春耕春播，9月份秋收，從4月到9月的農(nóng)業(yè)生長季，會(huì)發(fā)生倒春寒、夏季階段性低溫等對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利的因素，這些因素都與極端氣溫有關(guān)，要想從根本上提高綏化市極端氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，滿足農(nóng)業(yè)部門對預(yù)報(bào)質(zhì)量不斷提高的要求，十分有必要對綏化市極端氣溫的影響因素和預(yù)報(bào)方法做較為細(xì)致和系統(tǒng)的分析研究。

2 資料和研究方法

本研究主要利用2016年1月～2018年12月高空和地面相關(guān)資料，以綏化市北林區(qū)觀測站為主的10個(gè)縣站地面氣象觀測站日極端氣溫資料以及天氣現(xiàn)象、云、濕度等資料，分析總結(jié)重要的影響溫度變化因子和預(yù)報(bào)指標(biāo)。

應(yīng)用天氣學(xué)原理、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析總結(jié)。主要使用850hPa本地上空同時(shí)刻溫度T850hPa實(shí)況作為預(yù)報(bào)因子同預(yù)報(bào)量建立溫度指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中將數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和其它分析判斷結(jié)果作為預(yù)報(bào)因子，按照溫度預(yù)報(bào)指標(biāo)，得到預(yù)報(bào)結(jié)果。

除了重點(diǎn)考慮控制本地氣團(tuán)冷暖程度外，在選擇影響溫度變化的物理因子過程中，著重考慮溫度局地變化方程中的相關(guān)因子，并結(jié)合本地氣候和地方性以及溫度的特殊變化等特點(diǎn)，增加所分析的影響因子。

熱流量方程（ ）

表明，溫度的局地變化，與溫度的平流變化、垂直運(yùn)動(dòng)、氣壓變化所導(dǎo)致的溫度變化、非絕熱作用有關(guān)，是它們共同作用的結(jié)果。根據(jù)尺度分析可知，氣壓的變化導(dǎo)致局地溫度的變化很小，在實(shí)際預(yù)報(bào)中可以忽略；而在近地層中，除強(qiáng)冷鋒過境或氣旋影響外，氣溫的平流變化和垂直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的局地溫度變化也是較小的，且很難量化估算。而對于某一特定的影響天氣系統(tǒng)，云、能見度、天氣現(xiàn)象和風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素是反映非絕熱作用的主要因素應(yīng)著重考慮。

3 綏化極端氣溫氣候特征

綏化市平均氣溫分布特點(diǎn)同地勢高低走向接近，呈現(xiàn)為自西南向東北或自南向北逐漸降低趨勢。由于全市地勢相對來說較為平坦，緯度差別不大，全市各地平均氣溫相差較小。冬季南部與北部最大相差3.1℃，夏季相差就更小了，只有1.3℃。各地氣溫的季節(jié)差異十分大。全市極端最高氣溫為36.6℃～38.3℃，大多出現(xiàn)在6～7月；全市極端最低氣溫為-38℃～-42℃，大多出現(xiàn)在1月。

一般的晴空天氣條件下，隨著太陽輻射的季節(jié)變化，綏化市夏半年日最高氣溫多出現(xiàn)在14～16時(shí)，日最低氣溫多出現(xiàn)在3～5時(shí)；冬半年日最高氣溫多出現(xiàn)在13～15時(shí)，日最低氣溫多出現(xiàn)在6～8時(shí)。由于冷暖氣團(tuán)到達(dá)影響本地的時(shí)間不同，最高氣溫和最低氣溫可以出現(xiàn)在一天當(dāng)中的任何一個(gè)時(shí)次，比如說“倒溫度”（最高氣溫出現(xiàn)在夜間或早晨，最低氣溫出現(xiàn)在之后的白天）就是典型的例子。

4 4-9月極端氣溫分型預(yù)報(bào)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用技巧

綏化市氣溫直接受到冷暖氣團(tuán)強(qiáng)度、冷暖溫度平流強(qiáng)度、天空云量狀況、降雨（雪或雨夾雪）、風(fēng)向風(fēng)力、下墊面熱容量等因素影響。在不同的季節(jié)和不同的天氣條件下，各個(gè)因子所起的作用（或權(quán)重）有差別，相對來說冷暖氣團(tuán)強(qiáng)度（主要使用850hPa本地上空的溫度T850hPa來表征）是最具有影響力的一個(gè)因子，其次是天空狀況和天氣現(xiàn)象，其它條件又次之，冬季等特殊月份還需要考慮逆溫影響。春秋季節(jié)和冬季冷暖氣團(tuán)交替頻繁，強(qiáng)度變化大，并且降水性質(zhì)和下墊面日際差異也十分大，這樣致使溫度梯度變化較大，給氣溫預(yù)報(bào)帶來更大難度。

4.1 4月份預(yù)報(bào)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

晴到多云：Tmin≈T850hPa+（0～3）℃。Tmax≈T850hPa+（13～14）。

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（5～7）℃。Tmax≈T850hPa+（5～7）℃。

陰天降雨或零星小雨雪、霧：Tmin≈T850hPa+（3～5）℃。Tmax≈T850hPa+（11～12）℃。

Tmin模擬預(yù)報(bào)正確率為73.3%，絕對誤差為2.08，Tmin模擬預(yù)報(bào)正確率比實(shí)際預(yù)報(bào)正確率略高，但是平均絕對誤差比實(shí)際預(yù)報(bào)大。Tmax和Tmin模擬預(yù)報(bào)值有比實(shí)況值系統(tǒng)偏低的特點(diǎn)，相對誤差計(jì)算值分別為-1.05℃和-0.76℃。Tmax比Tmin模擬預(yù)報(bào)結(jié)果理想，Tmax模擬預(yù)報(bào)值與實(shí)況值較為接近，絕對誤差只有1.08℃，比實(shí)際預(yù)報(bào)絕對誤差小得多。Tmax模擬預(yù)報(bào)正確率高達(dá)96.7%，比實(shí)際預(yù)報(bào)正確率也高得多。在使用補(bǔ)充訂正指標(biāo)后，Tmin模擬預(yù)報(bào)正確率提高到86.7%，絕對誤差減小到1.39，效果理想。

4.2 5月預(yù)報(bào)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

晴到多云：Tmin≈T850hPa+（2～3）℃。Tmax≈T850hPa+14℃左右。

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（4～8）℃。Tmax≈T850hP+（8～12）℃。

多云到陰、無降雨或零星小雨、霧：Tmin≈T850hPa+（3～5）℃。

Tmax≈T850hPa+（10～12）℃。

不論是Tmax還是Tmin模擬預(yù)報(bào)值與實(shí)況值相比沒有明顯的系統(tǒng)性誤差存在。Tmax比Tmin模擬預(yù)報(bào)結(jié)果要理想，Tmax模擬預(yù)報(bào)值與實(shí)況值較為接近，絕對誤差只有1.11℃，比實(shí)際預(yù)報(bào)絕對誤差值小得多。Tmax模擬預(yù)報(bào)正確率高達(dá)100%，比實(shí)際預(yù)報(bào)正確率高得多。在使用訂正指標(biāo)前，Tmin模擬預(yù)報(bào)正確率比實(shí)際預(yù)報(bào)正確率略小，平均絕對誤差接近實(shí)際預(yù)報(bào)。使用訂正指標(biāo)后，月模擬預(yù)報(bào)正確率會(huì)提高到90.3%，絕對誤差值會(huì)減小到0.91，優(yōu)于實(shí)際預(yù)報(bào)結(jié)果。

4.3 6月預(yù)報(bào)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

晴到多云（含未影響極端氣溫的對流性降水）：Tmin≈T850hPa+（2～3）℃。Tmax≈T850hPa+14℃。

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（5～7）℃。Tmax≈T850hPa+（10～12）℃。

多云到陰無降雨或零星小雨、霧：Tmin≈T850hPa+4℃。Tmax≈T850hPa+12℃。

Tmax和Tmin模擬預(yù)報(bào)值都沒有明顯的系統(tǒng)性偏差，正確率接近或高于實(shí)際預(yù)報(bào)，絕對誤差小于實(shí)際預(yù)報(bào)。

4.4 7月預(yù)報(bào)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

晴空少云含未影響極端氣溫的對流性降水：Tmin≈T850hPa+（3～4）℃。Tmax≈T850hPa+（12～13）℃

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（5～6）℃。Tmax≈T850hPa+（8～10）℃。

多云或陰天、無降雨或零星小雨、霧：Tmin≈T850hPa+（5～6）℃。

Tmax≈T850hPa+（11～12）℃。

Tmax和Tmin模擬預(yù)報(bào)值都沒有明顯的系統(tǒng)性偏差，正確率接近或高于實(shí)際預(yù)報(bào)，絕對誤差小于實(shí)際預(yù)報(bào)。

4.5 8月預(yù)報(bào)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

晴空少云：Tmin≈T850-08+（1～3）℃。Tmax=T850-20+（14～15）℃。

陰雨天氣：Tmin=T850-08+（5～6）℃。Tmax=T850-20+（8～9）℃。

多云到陰、無降雨或零星小雨、霧：

Tmin=T850-08+（3～4）℃Tmax=T850-20+11～12℃。

利用指標(biāo)模擬預(yù)報(bào)結(jié)果沒有明顯的系統(tǒng)性偏差，絕對誤差比實(shí)際預(yù)報(bào)結(jié)果略小，正確率與實(shí)際預(yù)報(bào)結(jié)果相比接近或略高，溫度預(yù)報(bào)指標(biāo)對于實(shí)際預(yù)報(bào)有較好的指示意義。

4.6 9月預(yù)報(bào)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

晴空少云：Tmin≈T850hPa。08-（1～3）℃。Tmax≈T850hPa。20+（13～16）℃。

陰雨天氣：Tmin=T850hPa。08+（4～6）℃。Tmax=T850hPa。20+（10～12）℃

多云或陰天、無降雨或零星小雨、霧：Tmin=T850hPa。08+3℃。

Tmax≈T850hPa。20+（14～16）℃。

最低氣溫模擬預(yù)報(bào)值沒有系統(tǒng)性偏差，正確率接近或高于實(shí)際預(yù)報(bào)，尤其是最高氣溫模擬預(yù)報(bào)正確率達(dá)到了100%，絕對誤差小于實(shí)際預(yù)報(bào)。

5 小結(jié)

1）從檢驗(yàn)分析中可以看出，指標(biāo)預(yù)報(bào)方法對指導(dǎo)實(shí)際預(yù)報(bào)將會(huì)起到一個(gè)較好的參考作用。

2）目前分析總結(jié)的指標(biāo)不夠精確和完善。

3）綏化市農(nóng)業(yè)生長季極端溫度預(yù)報(bào)指標(biāo)和檢驗(yàn)方法還有待于進(jìn)一步補(bǔ)充訂正和完善。

參考文獻(xiàn)

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社2007.