最優(yōu)氣候均態(tài)模型在集寧月平均氣溫預報中的應用

陳 杰

(內蒙古烏蘭察布市氣象局，內蒙古烏蘭察布，012000)

1 最優(yōu)氣候均態(tài)模型

1.1 模型簡介

氣候的變化具有持續(xù)性、階段性和周期性等內在規(guī)律，故而常把若干年的氣象要素平均值作為來年氣象要素的預測依據(jù)。最優(yōu)氣候均態(tài)模型的原理如下：

假設某地某要素的月或季或年的序列為（i=1，2，…，n），其平均值為：

式中，為k年氣候變量平均值（k=1,2，…，n；i=n1+1,…,n1+L），其中n1為基本統(tǒng)計樣本量，通常取30；k代表所計算的氣候平均年數(shù)；L為實驗樣本量；n為樣本總量，n=n1+L。

在OCN模型的應用中，我們通過定義一個指數(shù)I′（k）來確定最優(yōu)K值。其表達式為：

式中，m(k)為相同k出現(xiàn)的次數(shù)；L為試驗預測次數(shù)，等同于（1）式中的試驗樣本量。當I（k）達到最大值時，此時的值被確定為氣候預報的最優(yōu)平均年數(shù)，即最優(yōu)K值。

1.2 計算步驟

①以集寧為例，用1987年至2006年這30年1月平均氣溫作為基本統(tǒng)計樣本量，那么=30，要預測2007年1月的月平均氣溫，那么L=1，n=31。先計算出1年,2年，…，30年的1月氣溫的平均值，用這些平均值依次作為2007年的預測值。

②計算出①步中的2007年預測值與2007年觀測值的絕對誤差。2007年1月平均氣溫分別有30個預測值，誤差最小的那個年份的值即為該年份、該氣候要素的最優(yōu)平均值。則2007年1月平均氣溫將有1個最優(yōu)平均數(shù)k。

③以最優(yōu)平均年數(shù)出現(xiàn)的頻率高和誤差小為準則，定出作1997年預報的最優(yōu)平均年數(shù)k=3,即2007年1月平均氣溫的預報值為最近那年的平均值。

2 模型應用和優(yōu)化

以集寧市1961～2011年51年的1月平均氣溫資料為基礎，利用最優(yōu)氣候均態(tài)模型對集寧市2006年1月～2011年1月的月平均氣溫進行預測。

2.1 兩種模型預測過程

2.1.1 模型一

此次預測中，樣本總量n=46，基本統(tǒng)計樣本量按取=30，此時實驗樣本量L=16，計算出K=5，2007年至2011年的擬合值分別為-11.5、-12.4、-12.7、-12.7和-12.8。

計算可以看出，集寧的預測值絕對誤差在0.4℃～3.9℃之間波動，均值為1.7℃，相對誤差在4.2～23.3%之間波動，均值為11.3%。

2.1.2 模型二

此次預測中，樣本總量n=40，基本統(tǒng)計樣本量按習慣取=30，此時實驗樣本量L=10，計算出K=3，2007年至2011年的擬合值分別為-12.1、-11.9、-12.4、-13.0和-13.7。

通過計算顯示，集寧的預測值絕對誤差在0.1℃～3.0℃之間波動，均值為1.4℃，相對誤差在0.1～18%之間波動，均值為9%。

此次利用模型二的方法，對2007～2010年的1～12月的月平均氣溫進行預測，計算結果見表1。

表1 預測

在這些預測值中，絕對誤差在0℃～2.0℃有5、9、10月；絕對誤差 0℃～3.0℃有 6、7、8、9、10、12月。

3 計算結果分析

從以上兩種不同的預測結果可以分析得出，在采用OCN進行預測的過程中，若對資料采取不同的n和L值，將對預測的誤差產生較大的影響。模型二結果與模型一結果相比，集寧當?shù)仡A測值的絕對誤差的均值減小了0.3℃，相對誤差的均值減小了2.3%，誤差都有所減小。模型二的預測結果優(yōu)于模型一，說明OCN模型的運用過程中值不應過于大，取30時預測效果較好。

對2007～2010年的1～12月的月平均氣溫的預測結果（見表1）說明對于非異常氣候狀態(tài)的月平均氣溫預測，例如在5、9、10月，最小絕對誤差為0℃，最優(yōu)氣候均態(tài)法能夠成功地做出預報；對于由于氣候強信號因子造成的氣候異常十分明顯的月平均氣溫預報，例如在2、4、11月，最大絕對誤差為5.6℃必須加入強信號因子的影響來訂正預報，或者與其它考慮到強信號因子影響的預報方法結合使用，來彌補最優(yōu)氣候均態(tài)法的不足。

4 結論

將最優(yōu)氣候均態(tài)法（OCN）用于預報集寧的月平均氣溫預測中，能夠提高月平均氣溫預報的水平。該預測方法的優(yōu)點體現(xiàn)在：1制作簡便、易于理解；2至少能作出較為準確的預測結果；3該方法無須考慮月平均氣溫前期因子及影響月平均氣溫形成和變化的強信號因子，只使用歷史同期月平均氣溫資料即可；4該方法也無須考慮月平均氣溫當?shù)匦夂蚣碍h(huán)境的特殊性。其缺點是：對于月平均氣溫受某些氣侯強信號影響較大的，用該方法預報基本失敗。原因在于最優(yōu)氣候均態(tài)法未考慮到影響氣候形成和變化的諸多因素。

[1]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術[M].北京：氣象出版社,1999.

[2]李寶江,劉賢趙,呂清萍.最優(yōu)氣候均態(tài)模型在年均氣溫預報中樣本量的確定[J].統(tǒng)計與決策，2009,11.

[3]羅曉玲.最優(yōu)氣候均態(tài)法作廣東省月平均氣溫預報[J].廣東氣象，1998,4.