營口地區氣溫差異分析及溫差預報方法研究

張 晶，何曉東，姚 文，張運芝，趙曉川

(營口市氣象局，遼寧營口 115001)

營口地區氣溫差異分析及溫差預報方法研究

張 晶，何曉東，姚 文，張運芝，趙曉川

(營口市氣象局，遼寧營口 115001)

摘 要：選取2010—2011年2 a的氣象資料，對營口地區四測站的日最高、最低氣溫差值進行統計分析發現：營口市氣象觀測站受到海洋影響，氣溫變化有滯后效應，受太陽輻射的影響比其他三站晚一兩個月左右，造成四測站5、6月最高溫度溫差最大，9、10月最低溫度溫差最大；同時由于受海洋影響較大，營口市氣象觀測站氣溫的日差和年差都較小，最高溫度小于其他三站，而最低溫度高于其他三站。利用逐步回歸方法建立溫差預報方程，并逐步進行訂正，總結營口地區城市間溫差的預報方法，以提高溫度預報準確率。應用2009年全年的資料對溫差預報方法進行檢驗，結果表明此方法在溫度預報中具有一定的參考價值。

關鍵詞：溫差；影響因子；回歸方程；預報方法

溫度預報是天氣預報業務的基本工作之一，氣象科研人員一直致力于對溫度預報方法的研究。在溫度的變化規律[1-4]、影響因子的分析[5-7]、數值預報的釋用[8]以及分區域預報[9]等方面做了大量工作，在提高溫度預報準確率上取得了一定的成績。掌握氣溫的日較差變化規律和城市間溫差變化情況及下墊面和各氣象要素的影響特征是預報員制作溫度預報的基礎，李雄[10]、孫鳳華[11]、白松竹[12]、周宇[13]等對本地區的溫差變化和影響因子做了總結分析，研究出本地的溫度預報方法。營口市地處遼東半島西部，西臨渤海，背靠東北腹地。西部沿海地區受海洋影響明顯，接近海洋性氣候，東部靠近大陸內部，大陸性氣候明顯。營口市區與蓋州、大石橋、熊岳相距幾十公里，屬于中尺度距離，在大尺度天氣背景下，除個別局地性天氣外，影響系統基本上是一致的，即天空狀況、風力、降水基本相同。但4個觀測站所處地形的差異，使溫度存在地區差異，主要表現在地形對溫度影響因子，即風向、風速、云、降水量等氣象要素有不同影響。本文利用2010—2011年2 a的氣象資料對營口地區城市間氣溫差異進行分析，掌握溫差變化規律，總結溫差預報方法，以提高溫度預報的準確率。

1 營口地區4個測站溫差的基本變化規律

1.1 溫差變化規律

以營口市氣象觀測站作為參考站，以大石橋市站、蓋州市站、熊岳站作為對比站，對2010年和2011年兩年的逐日最低、最高氣溫資料對比分析。大石橋市站、蓋州市站、 熊岳站與營口市站年平均最低氣溫差(Δtd)分別為-0.71、-0.66、-1.64 ℃， 年平均最高氣溫差(Δtg)分別為0.76、0.84、0.91 ℃。月平均最低氣溫差均為負值(圖1)，即其他三站的月平均最低溫度均小于營口市站；月平均最高氣溫差均為正值(圖2)，即其他三站的月平均最高溫度均大于營口市站。蓋州市站、大石橋市站、熊岳站與營口市氣象觀測站最低(高)氣溫差的年變化呈正相位分布趨勢，Δtd呈三峰兩谷分布，峰值出現在5、7月和11—12月，谷值出現在6月和9—10月；Δtg呈一峰一谷分布，峰值出現在5月，谷值出現在1月。

圖1 營口地區2010—2011年最低溫度差值月平均分布圖

圖2 營口地區2010—2011年最高溫度差值月平均分布圖

1.2 成因分析

溫度的高低與熱量的儲積和輸送有直接關系。營口市氣象觀測站位于營口市區西部，靠近渤海，受海洋影響較大。海洋上的氣溫變化有滯后效應，海洋對太陽輻射季節的響應比陸地晚一兩個月[14]，這是5、6月最高溫度溫差最大而9、10月最低溫度溫差最大的主要原因；同時海洋使大氣的溫度變化比較和緩，受海洋影響較大的地區，氣溫的日差和年差都小，這是營口市站最高溫度均小于其他三站、而最低溫度均高于其他三站的主要原因。

1.3 溫差極值分析

當天氣條件相差不大時，四站的最高、最低氣溫出現的時間基本一致，差值也有一定規律。而當溫差特別大時，一般是因幾個測站受到了不同天氣過程的影響，最低(高)氣溫出現的時間不同。如2010年12月12日營口市和熊岳站最高氣溫分別為-7、3.6 ℃，出現時間分別是20：04、09：53，兩站最高氣溫差達10.6 ℃。分析資料發現，當天有一次降雪、降溫天氣過程，冷空氣自北向南先后影響營口市和熊岳兩站，營口市站20：00之后氣溫一直呈下降趨勢，而熊岳站氣溫先升再降，故而兩站最高氣溫差值較大。

2 最低(高)溫差預報方法的建立

2.1 資料選取與處理

對出現溫差較大的天氣分析發現，當出現局地降水、風向轉變、冷鋒過境等天氣過程時溫差較大，且最高、最低溫度出現的時間差距也比較大。在實際預報過程中一般考慮最低溫度、最高溫度出現的時間相同(同為白天或夜間)，并且在相同的天氣背景(風向風速、天空狀況等)，所以在選擇資料時最低溫度選擇出現在夜間的資料，最高溫度出現在白天的資料。不符合這一時間條件的數據被剔除掉。

考慮影響溫差變化的原因可能與低云量、風向、風速、降水量等有關。研究最低溫度差選取每天20時到次日08時的資料，最高溫度差選取每天08時到20時的資料，包括低云量、降水量、風速、風向。低云量分為0～10成，分別取20時和02時、08時和14時的平均低云量；風向分為偏南風和偏北風；風速按風級計算，分別選取20—08時和08—20時的平均風速；降水量按量級計算。

2.2 資料的一致性分析

對2010—2011年氣象資料進行一致性分析，其中風力按風級(1級、2級、3級……)分類，等級相同視為一致；低云量按少云(0～3成)、多云(3～7成)和陰天(7成以上)分三個等級，等級相同視為一致；風向按對本地氣溫的實際影響情況分為偏南風(90°～270°)和偏北風(0°～90°，270°～360°)兩類，風向相同視為一致；降水按量級(小雨、中雨、大雨和暴雨等)分類，量級相同視為一致。分析結果見表1。

表1 營口地區其他三站與營口市站氣象要素一致性分析

分析結果表明，風速的一致性相對差一些，蓋州市站和大石橋市站一般比營口市站的平均風速小一級左右，熊岳站和營口市站平均風力相當，但不穩定。風向的一致性比較好，原因之一是四站基本上都處在同一天氣系統影響下，而風向主要由氣壓場決定；另一原因是本次檢驗由于資料有限風向主要分為南風和北風兩種，比較粗糙，所以一致性相對較高。低云量和降水量一般都與天氣系統有關，一致性比較好。

2.3 預報方法的建立

應用SPSS(statistical product and service solutions，統計產品與服務解決方案)軟件，采用逐步回歸方法，按季節變化對可能影響最低溫差和最高溫差的氣象要素做相關性分析，并建立逐步回歸方程。方程中引入變量的F檢驗值取0.10，剔除變量的F檢驗值取0.20。選取相關性最顯著的要素建立預報方程(見表2)。

表2 營口地區其他三站與營口市站最低(高)溫度差的回歸方程

注：x1、x2、x3和x4分別表示風速、風向、低云量和降水量，y表示最低(高)溫度差預報值。

利用相關系數次大和第三的要素，用中位數的方法對方程進行兩次訂正。將低云量分為少云(1～3成)、多云(3～7成)和陰天(7成以上)三種情況，風速分為1級、2級、3級、4級和5級，風向分為南風和北風，夏季降水分為無、小雨、中雨、大雨和暴雨等，訂正結果圖表略。利用2010—2011年的氣象資料，分別用方程和兩次訂正后的結果做三次溫差預報，發現風向、風速和低云量與溫差關系明顯，降水量與溫差關系不顯著。對比三次預報結果，選擇最優的方式建立溫差預報方法。為方便預報員在實際預報中參考，將方程量化之后轉為表格形式，見表3和表4。

3 預報效果檢驗

應用2008年12月—2009年11月1 a的氣象資料分別對最低、最高溫度差預報方法進行檢驗，按照《遼寧省氣象部門中期短期天氣預報質量檢驗辦法》，將預報的溫度差值與實際的溫度差值相減，統計誤差在[-2,2] ℃之間的情況(表5)。

由表5可見，三站中大石橋市站的預報效果最好，預報正確率均在75%以上，秋季最高溫度差預報正確率達99%，蓋州市站次之，熊岳站最差。四季中夏季的預報效果最好，秋冬季次之，春季最差。分析其原因，三站中大石橋市站距離營口市站最近，氣象要素的一致性最好，實際溫度差值也最小；蓋州市站次之；熊岳站最遠，差值也最大，并且在氣象要素相同時其實際差值往往也會很大。四季中，夏季氣溫相對穩定；春(秋)季節溫度由冷(暖)到暖(冷)過度，溫度變化較大，受下墊面影響明顯；冬季由于冷空氣頻繁，寒潮天氣較多，溫度起伏也比較大。

表3 營口地區其他三站與營口市站最低溫度差預報方法℃

注：*表示該項對溫差影響不明顯，下同。

表4 營口地區其他三站與營口市站最高溫度差預報方法 ℃

表5 營口地區其他三站與營口市站溫度差預報方法檢驗結果 %

4 小結與討論

4.1 營口市氣象觀測站受到海洋影響，氣溫變化有滯后效應，對太陽輻射季節的響應比其他三站晚一兩個月左右，造成5、6月最高溫度溫差最大，9、10月最低溫度溫差最大。同時，由于受海洋影響較大，營口市氣象觀測站氣溫的日差和年差都較小，最高溫度小于其他三站，而最低溫度高于其他三站。

4.2 對出現溫差較大的天氣進行分析，當出現局地降水、風向轉變、冷鋒過境等天氣過程時溫差較大，溫度極值出現的時間不易確定。

4.3 最高、最低溫差與當日的低云量和風向、風速關系較大，與降水量關系不明顯。根據預報方程和訂正方法總結出溫差預報方法簡表，方便預報員查閱。應用2008年12月至2009年11月的數據作檢驗，其結果表明溫差預報方法有一定的預報能力，在實際工作中具有參考價值。

4.4 溫度變化是一個錯綜復雜的過程，各氣象要素之間都存在著一定的關聯和相互牽制作用，由于本次研究分析只選取了2年的資料、4個氣象要素，得出的結論有一定局限性，未來將繼續研究其他要素對溫差變化可能的影響。溫差預報方法研究的目的就是要提高溫度預報的準確率，關于溫差預報方法在溫度預報中的應用，將在后期進行研究。

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中圖分類號：P456.9

A

文章編號：1006-4354(2013)05-0008-05

收稿日期：2013-03-21

作者簡介：張晶(1984—)，女，漢族，黑龍江拜泉人，本科，助理工程師，從事天氣預報工作。

基金項目：2012年遼寧省營口市氣象局課題“營口地區城市間氣溫差異分析及預報方法研究”資助。