基于服務(wù)的岳陽(yáng)市區(qū)夏季高溫預(yù)報(bào)參照模型研究

王威 陳太龍 何筱仙 向偉

（湖南省岳陽(yáng)市氣象局，岳陽(yáng) 414000）

0 引言

隨著全球氣候變暖，極端天氣出現(xiàn)頻率顯著增高[1]，夏季連續(xù)高溫天氣出現(xiàn)頻率也隨之增高。據(jù)《湖南省高溫天氣勞動(dòng)保護(hù)法》《防暑降溫措施管理辦法》規(guī)定，最高氣溫以地市級(jí)氣象臺(tái)向公眾發(fā)布的溫度為準(zhǔn)[2-3]。依照此規(guī)定，岳陽(yáng)高溫應(yīng)以岳陽(yáng)市氣象臺(tái)發(fā)布的岳陽(yáng)高溫為準(zhǔn)，而岳陽(yáng)市氣象臺(tái)預(yù)報(bào)氣溫是以位于洞庭湖畔的岳陽(yáng)觀測(cè)站溫度為評(píng)分參考。岳陽(yáng)國(guó)家基本氣象觀測(cè)站是湖南省唯一濱湖站，臨湖而立[4]。眾所周知，湖面尤其是廣闊的湖面，在氣候上存在一個(gè)湖體效應(yīng)，在溫度上表現(xiàn)比較復(fù)雜，而在夏季，湖體效應(yīng)將會(huì)顯著降低最高氣溫值[5]，本研究將岳陽(yáng)觀測(cè)站6—9月最高氣溫與市區(qū)20個(gè)區(qū)域自動(dòng)站6—9月最高氣溫進(jìn)行分析比較，選取最適合岳陽(yáng)實(shí)際情況的高溫天氣參照指標(biāo)為公眾提供高溫氣象服務(wù)，供公眾及決策部門參考。

1 氣象站及氣象資料介紹

1.1 氣象站點(diǎn)空間分布

岳陽(yáng)北枕長(zhǎng)江、西臨洞庭湖、東靠幕阜山脈和羅霄山脈，境內(nèi)有6個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站，分別為岳陽(yáng)站、華容站、臨湘站、湘陰站、汨羅站、平江站，其中華容站、岳陽(yáng)站、湘陰站位于西部平原地帶，岳陽(yáng)站為境內(nèi)唯一臨湖而建的國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站。岳陽(yáng)市區(qū)具備溫度采集器的區(qū)域自動(dòng)站20套，其空間分布如圖1所示。

圖1 岳陽(yáng)市國(guó)家氣象站和城區(qū)區(qū)域自動(dòng)站空間分布Fig.1 Spatial distribution of national meteorological stations and urban automatic stations in Yueyang

1.2 氣象資料介紹

據(jù)《湖南省高溫天氣勞動(dòng)保護(hù)法》規(guī)定，最高氣溫大于等于35 ℃即為高溫天氣，根據(jù)對(duì)岳陽(yáng)歷年氣溫資料分析可知，每年高溫天氣出現(xiàn)在6—9月。岳陽(yáng)市氣象局自2006年建立首批自動(dòng)站，到2019年上半年已在岳陽(yáng)市區(qū)建立20個(gè)區(qū)域自動(dòng)站，但區(qū)域自動(dòng)站資料本身受設(shè)備和天氣影響，存在許多資料缺失現(xiàn)象。因此，本文選取岳陽(yáng)市區(qū)境內(nèi)20個(gè)區(qū)域自動(dòng)站和岳陽(yáng)基本觀測(cè)站資料最齊全的2016—2018年6—9月逐小時(shí)氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中2016年缺測(cè)日數(shù)為8 d，2017年缺測(cè)日數(shù)為19 d，2018年缺測(cè)日數(shù)為9 d，數(shù)據(jù)可用性均超過(guò)85%。

2 結(jié)果

2.1 逐日最高氣溫

將2016—2018年6—9月岳陽(yáng)站與市區(qū)區(qū)域自動(dòng)站逐日最高氣溫進(jìn)行對(duì)比分析（圖2），發(fā)現(xiàn)岳陽(yáng)站逐日最高氣溫明顯低于市區(qū)站，尤其在最高氣溫超過(guò)36 ℃區(qū)間內(nèi)，岳陽(yáng)站日最高氣溫顯著偏低。將2018年6—9月岳陽(yáng)市境內(nèi)6個(gè)國(guó)家站逐日最高氣溫進(jìn)行對(duì)比（圖3），發(fā)現(xiàn)岳陽(yáng)相較于其他站最高氣溫也顯著偏低。

圖2 2016 年（a）、2017 年（b）、2018年（c）岳陽(yáng)站與岳陽(yáng)市區(qū)自動(dòng)氣象站逐日最高氣溫對(duì)比Fig.2 Comparisons of daily maximum temperature between Yueyang Station and Yueyang urban automatic weather stations in 2016 (a),2017 (b) and 2018 (c)

圖3 2018年岳陽(yáng)各氣象站逐日最高氣溫對(duì)比Fig.3 Comparisons of daily maximum temperature at Yueyang weather stations in 2018

由圖1可知岳陽(yáng)站由于鄰近洞庭湖，受湖泊效應(yīng)的影響，最高氣溫有削弱趨勢(shì)，因而不能準(zhǔn)確反映岳陽(yáng)市和岳陽(yáng)市區(qū)的真實(shí)高溫情況。

2.2 高溫天氣日數(shù)分析

圖4對(duì)比了2016—2018年岳陽(yáng)站達(dá)到高溫天氣的日數(shù)與20個(gè)市區(qū)站達(dá)到高溫天氣標(biāo)準(zhǔn)的日數(shù)。表1給出了相應(yīng)的平均值。可見(jiàn)，2016—2018年岳陽(yáng)站達(dá)到高溫天氣的日數(shù)較市區(qū)站達(dá)到高溫天氣日數(shù)的平均值明顯偏少，2016年岳陽(yáng)站高溫天數(shù)為市區(qū)高溫日數(shù)的52%，2017年為47%，2018年為37%。因此，6—9月岳陽(yáng)站高溫日數(shù)不能準(zhǔn)確反映岳陽(yáng)市區(qū)實(shí)際高溫天氣日數(shù)。

表1 2016—2018年6—9月岳陽(yáng)站與城區(qū)站高溫天氣的日數(shù)Table 1 High temperature weather days of Yueyang Station and urban stations from June to September,2016 to 2018

圖4 2016年（a）、2017年（b）、2018年（c）年市區(qū)站與岳陽(yáng)站高溫天氣對(duì)比Fig.4 Comparisons of high temperature weather between urban station and Yueyang Stations in 2016 (a),2017 (b) and 2018 (c)

2.3 相關(guān)性分析

重復(fù)測(cè)量得到的“平均值”因?yàn)榭紤]了正態(tài)概率，也抵消了部分誤差，可認(rèn)為是“最佳估計(jì)值”[6]。因此，本文利用20個(gè)區(qū)域站的平均最高氣溫作為岳陽(yáng)城區(qū)最高氣溫的最佳估計(jì)值，研究岳陽(yáng)站最高氣溫與城區(qū)最高氣溫估計(jì)值之間的關(guān)系。將2018年岳陽(yáng)站逐日最高氣溫與城區(qū)最高氣溫估計(jì)值做散點(diǎn)圖（圖5），統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，兩組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)到達(dá)0.952（p<0.05）。對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行一元線性回歸模型擬合，得到岳陽(yáng)站最高氣溫值與城區(qū)最高氣溫估計(jì)值之間的一元回歸方程：Y=-2.881+1.135X。

圖5 岳陽(yáng)站最高氣溫與岳陽(yáng)市區(qū)站最高氣溫平均值散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter plot of maximum temperature of Yueyang Station and mean maximum temperature of Yueyang urban stations

3 岳陽(yáng)夏季高溫天氣參照模型研究

參照模型Ⅰ：利用岳陽(yáng)城區(qū)區(qū)域自動(dòng)氣象站最高氣溫來(lái)判斷是否為高溫天氣，即當(dāng)20個(gè)站點(diǎn)中超過(guò)一定比例站點(diǎn)日最高氣溫超過(guò)35 ℃可判定岳陽(yáng)城區(qū)達(dá)到高溫天氣標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)Xj（j=1，2，3，…，20）為第j個(gè)區(qū)域自動(dòng)站日最高氣溫，i為Xj≥35 ℃的個(gè)數(shù)，當(dāng)i/20≥p（其中p為選定的比例，且0＜p≤1）時(shí)，認(rèn)定當(dāng)日岳陽(yáng)市區(qū)出現(xiàn)高溫天氣。

參照模型Ⅱ：利用岳陽(yáng)站高溫?cái)?shù)據(jù)，借助前述的一元回歸方程Y＝－2.881＋1.135X，模擬岳陽(yáng)城區(qū)最高氣溫近似值，該值可作為岳陽(yáng)市區(qū)高溫天氣判定依據(jù)。

表2中給出根據(jù)參照模型I、參照模型Ⅱ求出的岳陽(yáng)城區(qū)高溫天氣日數(shù)與岳陽(yáng)站高溫天氣日數(shù)、區(qū)域站平均值高溫天氣日數(shù)平均值之間的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)參照模型I取p＝50%時(shí)，高溫天氣日數(shù)較接近平均值，參照模型Ⅱ計(jì)算結(jié)果則普遍高于平均值。

表2 不同模型高溫天氣日數(shù)對(duì)比Table 2 Comparisons of days in high temperature weather

根據(jù)2016—2018年岳陽(yáng)市城區(qū)高溫天氣的實(shí)際情況，本文中的參照模型Ⅱ和參照模型I（p＝50%）可作為岳陽(yáng)市區(qū)夏季高溫天氣服務(wù)參照指標(biāo)。