用年代相似法制作短期氣候預測方法的探討

曲 靜,王 昱,王建鵬

(1.西安市氣象局,西安 710016;2.臨潼區氣象局,西安 710600; 3.陜西省氣象臺,西安 710014)

用年代相似法制作短期氣候預測方法的探討

曲 靜1,王 昱2,王建鵬3

(1.西安市氣象局,西安 710016;2.臨潼區氣象局,西安 710600; 3.陜西省氣象臺,西安 710014)

基于1951-2009年西安市和1959-2009年藍田縣的平均氣溫與降水量資料,采用氣候周期、氣候背景等相似法,找出2009年的氣候最佳相似年來制作其后期氣候預測。結果表明:西安近59a、藍田近51a年平均氣溫總體呈現上升趨勢,西安市城市化效應明顯;與2009年氣候相似的年份為1968年和1987年,且1987年為最佳相似年,以1988年各月要素實況值作為2010年預測值。經驗證此相似法預測準確率較高。

年代相似;平均氣溫;降水量;短期氣候預測

相似預報法廣泛應用于中短期天氣預報和短期氣候預測中,取得了一定的成效。其基本原理是:根據某段天氣的主要氣象要素特征,尋找歷史上某些氣象要素特征相似的個例,然后參照相似個例的后期天氣,作出未來一段時間的天氣趨勢預報。近年來,一些學者對相似預報方法進行了研究:張紅英等采用了最佳氣候找相似的預報方法制作短期氣候預測[1],趙翠君等以環流相似找最佳相似年進行短期氣候預測[2],西安市還沒有利用相似法制作短期氣候預測的研究。本文選用2009年11月1-3日北方大范圍出現冬季首次罕見的寒潮天氣過程,根據歷史氣象資料統計分析,發現此次過程與1968年和1987年同期天氣過程基本相似,因此采用相似年方法的基本思路來制作2009年后期短期氣候預測。

1 資料和方法

資料選用西安氣象站1951—2009年、藍田縣氣象站1959—2009年的降水量和平均氣溫資料;采用最小二乘法[3-4]分析氣象要素的變化趨勢;預測檢驗采用距平符號一致率方法。

圖1 西安站1951—2009年年平均氣溫變化趨勢

2 結果分析

2.1 相似年選定

用最小二乘法計算得出溫度趨勢擬合如圖1所示,可看到,近59a西安站年平均氣溫在波動中呈上升趨勢,升溫率為0.35℃/10a。特別是20世紀90年代以后,升溫幅度更加明顯,表明90年代后隨著城市化進程的不斷加劇,西安市區城市化效應顯著[5-7]。西安市其余6區縣中,藍田站年平均氣溫上升趨勢最不明顯,升溫率僅為0.05℃/10a。為消除城市化效應,增加實用和預測準確性,選用西安市有代表性的藍田站進一步分析。根據藍田站51a氣象資料統計對比,與2009年相似,1968年與1987年同期均出現冬季首次罕見寒潮天氣過程,降溫幅度均為8～9℃,認為與2009年氣候具有相似性。

2.2 相似年分析

2.2.1 氣候周期 從年平均氣溫趨勢6階擬合曲線(圖2)來看,1959—2009年藍田站平均氣溫的年代際變化十分明顯,1968年處于相對暖期,1987年處于相對冷期,而2009年處于相對冷期,從氣候周期來看,1987年與2009年氣候更加相似。

圖2 藍田站1959—2009年年平均氣溫變化趨勢

2.2.2 最佳相似年的篩選 選取適當的相似年,再在找出的相似年中,找出具有相同氣候背景的年份確定為最佳相似年,最佳相似年后期的實況值即為預測值。藍田縣1987年為厄爾尼諾發生年,1968年為拉尼娜發生年,2009年與1987年的氣候背景相同,因此,1987年為最佳相似年。同時,張沖等研究發現的西安近50多年來氣象災害的發生與ENSO事件關系表明ENSO事件對高低溫災害的作用要大于對洪澇災害的作用[8],進一步說明了1987年與2009年作為相似年比較適宜。

2.2.3 第一相似年的確定 采用距平符號累加法對選出的第一相似年和第二相似年進行相似比較:先對預報年的前一年的各要素距平符號與相似年相應時段的各要素距平符號進行相似統計,距平符號相同記 “1”,距平符號不同記“0”,然后將記數累加,挑選出累加和最大者確定為第一相似年,將第一相似年后期各月要素值作為預報年的預報值。即對1987年1-12月月平均氣溫與2009年月平均氣溫同期值距平符號進行相似統計,其累加和為7,1968年累加和為4;同理1987年1-12月月降水量累加和為8,1968年累加和為4。故確定1987年為第一相似年。

2.3 檢驗

用上述找相似的方法對西安市2009年和2010年的1-12月各月及年值分別進行回報和預測,采用距平符號一致率法檢驗 (表2)。即用1987年的平均氣溫、降水量實況來預測2009年并進行回報檢驗,得到平均氣溫、降水量預測的擬合率分別為9/13=75%和8/13=62%;用1988年的平均氣溫、降水量實況對2010年進行預測,平均氣溫、降水量預測的擬合率分別為8/13=62%和9/13=75%。經驗證預測準確率較高,表明選取的相似性預報標準比較客觀合理,有一定的實用性。

表2 2009年、2010年平均氣溫和降水量趨勢預測檢驗

3 結語

用年代相似法制作短期氣候預測是一種可行的短期預測方法。應用時需要注意幾點。用相似年做預測必須要有較長的氣象資料,資料越長越好。因為較長的歷史資料才可選出最佳相似年,最短不能少于30a。20世紀90年代后城市化進程不斷加劇,因此應注意城市化效應的影響。找出的相似年≥2a時,要考慮氣候周期、氣候背景、異常氣候等影響,找出最佳相似年。

[1] 張紅英,李丹平,王小燕,等.最佳氣候相似法及在短期氣候預測中的應用[J].山西氣象,2006, 75(2):12-14.

[2] 趙翠君,李春云,佟莎仁,等.以環流相似為依據的短期氣候預測方法[J].內蒙古氣象,2001, 148(4):17-88.

[3] 張宏芳,潘留杰.漢陰縣近46年氣候變化特征[J].陜西氣象,2009,260(1):23-26.

[4] 肖軍,趙景波.西安市54年來氣候變化特征分析[J].中國農業氣象,2006,27(3):179-182.

[5] 王建鵬,孫繼松,杜繼穩,等.西安地區氣溫的年代際變化及其受城市化進程的影響 [J].氣候與環境研究,2009,14(4):434-442.

[6] 張華麗,董婕,閆娜.西安市氣溫變化特征及城市化影響研究[J].干旱區資源與環境,2009,23 (9):85-89.

[7] 王娟敏,孫嫻,毛明策,等.西安市城市熱島效應衛星遙感分析[J].陜西氣象,2011,274(3): 23-25.

[8] 張沖,趙景波.厄爾尼諾/拉尼娜事件對陜西氣候的影響[J].陜西師范大學學報,2010,38(5):98-104.

P456.2

:B

1006-4354(2013)06-0026-03

2013-06-17

曲靜(1972—),女,山西運城人,工程師,主要從事生態氣候研究。

陜西省氣象局預報員專項項目(2013Y-20)