煙臺地區的大風預報研究

王娜

摘要

通過對煙臺地區的地形和海陸分布特點，主要從天氣學的角度統計和分析了該地區2001～2009年大風發生的范圍以及不同范圍大風的日數年代、季節變化規律，并利用現有的MICAPS資料對煙臺地區的大風環流型進行了分析，同時就目前該地區大風的預報方法進行了概述。結果表明，煙臺地區大風天氣中以個別大風為主，其中大風天氣主要發生在3～5月；10年內，大風的年際變化趨勢基本是按照曲線遞增達到峰值后又開始遞減的趨勢，期間出現了2002和2007年2個峰值，并有1個谷值；在對煙臺地區進行大風預報時，選取了網格點中與煙臺站關聯的平均分布的5個站點（煙臺、福山、海陽、龍口、長島）進行預報研究，通過參考文獻以及煙臺等站點的經驗預報，選取8個預報因子作為備用預報因子，利用逐步回歸程序建立了5個站的預報方程并對最后的結果進行了回報檢驗，雖然取得了一定的預報效果，但預報精度比較低，不是特別的理想。

關鍵詞 大風；年際變化；環流型；預報方法；煙臺地區

中圖分類號 S161 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）27-09455-04

Study on Strong Wind Prediction in Yantai

WANG Na

（Haixi Prefecture Meteorological Station， Haixi， Qinghai 817000）

Abstract According to the topography and land sea distribution characteristics of Yantai， from the perspective of weather， strong wind occurrence range during 2001-2009， days， seasonal variation law were analyzed. Using MICAPS data， strong wind circulation pattern in Yantai area was studied. The forecasting methods were reviewed. The results showed that， strong wind mainly occurred during March—May； Within 10 years， the annual variation trend of strong wind was first increasing then decreasing， there were 2 peaks in 2002 and 2007， and 1 valley； 5 stations（Yantai， Fushan， Haiyang， Longkou， Changdao） were selected to forecast. Selecting 8 forecasting factors as reserve factors， using stepwise regression procedure， the forecasting equation of 5 stations was established and the results were tested. A certain effect was obtained， but the prediction accuracy was relatively low.

Key words Strong wind； Annual variation； Circulation pattern； Prediction method； Yantai area

大風是煙臺地區常見的災害性天氣，它給建設尤其是航運、海上捕撈、水產養殖、石油開發以及人民生命財產安全造成巨大的威脅與損失^[1-2]。煙臺位于119°34′～121°57′ E、36°16′～38°23′ N，東連威海，北瀕渤海、黃海，地形低山丘陵為主，年平均風速內陸地區3～4 m/s，沿海地區4～6 m/s，屬溫帶季風氣候。該地區陸上大風災害多由強對流天氣造成，海面大風經常會造成災難性的事故。僅1999～2009年煙臺地區所轄海域發生的海難事故就高達151起，在海難事故死亡人數中，氣象原因占63%。據1961～1980年黃渤海大風事故統計^[3]，春季大風事故占42.3%，秋季占26.0%。筆者主要從天氣學的角度統計和分析了煙臺地區大風發生的范圍以及不同范圍大風日數的年代、季節變化規律，利用現有資料分析該地區大風環流型，并對煙臺地區現有的預報方法做了概述。

1 煙臺地區大風的一般特點

1.1 不同范圍大風日數統計

根據2001年5月～2009年12月份的地面觀測資料，針對煙臺地區10個站點所出現的大風的情況進行了簡要的分析，首先是影響煙臺地區不同范圍大風日數^[4]，規定每日地面觀測記錄出現平均風速≥11 m/s或瞬時大風風速≥17 m/s為一個大風日，按照大風的影響范圍規劃出大范圍大風（≥6站有大風）、局部大風（3～5站有大風）、個別站大風（1～2站有大風）3種情況進行了統計分析。從表1可以看出，2001～2009年煙臺地區大風天氣以個別大風為主，所占天數比較多，9年天氣中共有286個大風日，占總日數的10.7%；3個站以上出現了大風天氣的天數為280 d，約占總天數的10.5%；6個站以上發生大風的天數為272 d，約占總天數的10.1%，大約每25 d出現3次大風天氣。進行大風預報時必須考慮大風可能影響到的范圍，而以上結果說明煙臺地區這9年內各次大風天氣的影響范圍存在差別，預報時必須要考慮。

1.2 不同范圍大風日數年際變化

從表2可知，2001～2009年三類大風總和日數有一部分年份很不穩定，2009年最少，為16 d，2002年最多，為54 d，年平均天數為31.8 d，大風總日數年距平≤10%的年份僅占總年數的20%，年距平在10%～20%的年份占總年數的30%。從不同范圍大風的日數變化看，大范圍大風日數最多，平均每季30.2 d，年際變化也比較大，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平為2007年，高達62.3%，表明煙臺地區在大風盛行季節就有大范圍的冷暖空氣交換，而它的強度和發生的次數在每年可能會有比較大的差別；局部大風僅有8 d，個別大風僅有6 d。煙臺地區2001～2009年時段內無大風日占得比例最大，距平均高于80%，誤差相當大。由于資料的不完整性和較大的誤差，導致局部大風和個別大風的距平誤差相當大，因此該時段的數據不具有代表性和可分析性。

從三類大風的綜合情況來看，煙臺地區該時段的大風日達286 d，距平≤10%的占總體的20%，距平在10%～20%的僅占30%。煙臺地區大范圍大風在2002和2007年分別出現了2個峰值，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平為2007年，高達62.3%（圖1a），表明煙臺地區在大風盛行季節就有大范圍的冷暖空氣交換，而它的強度和發生的次數在每年可能會有比較大的差別。煙臺地區這三類大風總和年際變化在2002和2007年分別出現了2個峰值，三類大風總和的發生天數均在40 d以上，9年范圍內有6年的年份距平>20%，最大的年份距平為2002年，高達69.8%（圖1b），表明煙臺地區在大風盛行季節大風發生次數比較頻繁，與其他地區相比較，煙臺地區大風發生的范圍廣，發生大風的天數比其他的地方也比較高，尤其在3～5月份是大風發生的密

集時期。 由圖2可見，2001～2002年大風發生的天數在增加，從2001年的17 d增加至2002年的54 d，是9年中大風發生天數最多的年份，即在2002年達到了一個峰值，隨后至2004年大風發生的天數在逐漸減少，到2004年時大風天數驟減至24 d，隨后直至2005年大風發生的天數又有了小幅度的攀升，從2005年開始至2006年保持平穩，大風的天數基本維持在35 d左右，從2006年開始至2007年大風的天數又開始增加，至2007年大風的總共發生天數達49 d，成為僅次于2002年的又一個高峰期，而從2007年往后直至2009年，煙臺地區大風開始驟減，到2009年，大風的發生天數已經減少至2001年時大風發生的水平，總的來看，煙臺地區在這9年的時間內，大風的年際變化趨勢基本是按照曲線遞增達到峰值后又開始遞減的趨勢，期間出現了2個峰值，并有一個谷值，其中年際變化趨勢的2個峰值分別在2002和2007年，大風天數遠超過了9年來的平均水平。平均5～6年為一個變化周期，大風日數呈線性遞減趨勢。

2.2 西高東低或北高南低形式下的偏北大風

冷鋒前有氣旋時，它與冷鋒后的高壓形成西（北）高東（南）低的地面氣壓形式，該地區的強風天氣大多出現在這種形式下，是偏北大風中危害最大的。

2.3 氣旋大風

在煙臺地區大風的氣旋按照移動路徑和發源地可分為蒙古氣旋、東北氣旋、南方氣旋和黃河氣旋。其中蒙古氣旋和東北氣旋是造成煙臺地區偏南大風的主要天氣系統。而南方氣旋和黃河氣旋多發生在春季，當它們向東發展移動時通常導致煙臺出現大風。

2.4 北（西）低南（東）高形勢下的偏南大風

主要有東北氣旋與入海高壓結合所形成的偏南大風形式，煙臺地區沿海風力比較大。

2.5 華北地形槽形勢下的偏南大風

華北平原地區的地形槽與高空暖平流的降壓作用，使得華北地形槽發展較深，導致山東西南大風，從而造成煙臺地區的春季偏南大風天氣。

2.6 臺風大風

造成該地區大風的主要類型為登陸北上型、登陸轉向型、近海轉向型以及黃海西折型。

2.7 中小尺度系統產生的短時大風

包括雷雨陣風、颮和龍卷風，它們發生的范圍小，危害大，影響時間短，有時集中伴隨出現，強度與積雨云的發展程度成正比。

3 大風的統計預報方法

3.1 資料來源

采用T213模式下的115°～121°E、32°～45°N區域內2003年1月1日～2008年12月18日共352 d的高度場和溫度場的高空資料以及MICAPS地面資料，利用以上

資料通過對500 hPa高度場、850 hPa高度場、850 hPa溫度場、500 hPa溫度場、700 hPa溫度場及地面氣壓場的變化特征，對煙臺大風預報產生主要影響的各類氣象要素進行統計分析^[6]，從而篩選出相關性較好的因子建立煙臺地區（115°～121°E、32°～45°N）的大風24 h預報。

3.2 預報量及預報因子的選取

3.2.1

預報量的確定。一般在天氣學中將平均風速達11 m/s以上的風稱為大風。在此以11 m/s為界，風速<11 m/s記為0，即認為沒有大風，風速>11 m/s記為1。

根據T213模式下的高空資料容量，選取煙臺地區的網格時空分布較為均勻的5個站（煙臺、福山、海陽、龍口、長島）為代表^[7]，建立煙臺站的24 h大風預報方程，其中預報量為2003年1月1日～2008年12月18日共352 d的風速。

3.2.2

選取預報因子。根據參考煙臺地區大風的經驗預報資料以及對大風產生可能會有影響的各種氣象場物理變量，在此選取代表性比較好的500 hPa位勢高度及高度場、850 hPa溫度及高度場上的差值以及地面氣壓的變化，850 hPa煙臺5個站最大風速的平均風速值等因子。

設X₁為煙臺115°～121°E、32°～45°N區域850 hPa與500 hPa間的24 h高度差；

X₂為煙臺115°～121°E、32°～45°N區域850 hPa與500 hPa間的24 h溫度度差；

X₃為115°～121°E、32°～45°N區域500 hPa位勢高度與冷中心123°～130°E、40°～47°N位勢高度值之差；

X₄為115°～121°E、32°～45°N區域500 hPa溫度與冷中心123°～130°E、40°～47°N 溫度最低值之差；

X₅為115°～121°E、32°～45°N區域500 hPa 24 h最大正變壓 ；

X₆為115°～121°E、32°～45°N區域最大風速的平均風速；

X₇為115°～121°E、32°～45°N區域700 hPa 24 h緯向最大溫度差；

X₈為115°～121°E、32°～45°N區域850 hPa 3 h變壓。

3.3 建立預報方程

篩選與預報量相關性較好的因子，計算各因子的相關性并檢驗顯著性（表3）。利用表3中的8個預報因子，篩選與預報量相關性較好的因子，將通過通過0.05顯著性水平檢驗作為預報因子，再將數據輸入逐步回歸方程中建立回歸方程，自動剔除相關性小的因子，建立煙臺、福山、海陽、長島、龍口5個站點24 h大風預報方程，即

Y1=-45.4+0.192X₁+0.084X₃-0.031X₄、

Y2=-87.3+0.853X₁+0.679X₂+0.005X₄-0.243X₇、

Y3=-158.2+0.025X₅+0.639X₆、

Y4=-395.7+0.353X₁+0.244X₃-0.780X₆、

Y5=-217.8+0.773X₁+0.004X₂。

3.4 預報效果的檢驗

經回報檢驗分析，煙臺2003年1月1日～2008年12月18日的實際大風天數為42 d，回報檢驗大風正確天數11 d，預報準確率為26.2%；

福山2003年1月1日～2008年12月18日的實際大風天數為22 d，回報檢驗大風正確天數6 d，預報準確率為27.2%；

海陽2003年1月1日～2008年12月18日的實際大風天數為37 d，回報檢驗大風正確天數9 d，預報準確率為25.0%；

長島2003年1月1日～2008年12月18日的實際大風天數為80 d，回報檢驗大風正確天數35 d，預報準確率為43.8%；

龍口2003年1月1日～2008年12月18日的實際大風天數為6 d，回報檢驗大風正確天數2 d，預報準確率為33.3%。可見，預報方程預報的準確率比較低，這與因子的選取、資料的完整性有關，另外在方程的建立過程中也沒有考慮海陸地形分布等各種因素的影響，選取因子有限，所以導致預報的結果比較粗糙，精確度比較低。

4 小結

（1）

煙臺地區大風天氣中以個別大風為主，其中大風天氣主要發生在3～5月份，大風天氣以2002和2007年居多，出現了2個峰值，2001和2009年大風發生的天數分別為17和16 d，為9年內發生三類大風總和的天數最少的2個年份，煙臺地區在這9年的時間內，大風的年際變化趨勢基本是按照曲線遞增達到峰值后又開始遞減的趨勢，期間出現了2個峰值，并有一個谷值，其中年際變化趨勢的2個峰值分別在2002和2007年，大風天數遠超過了9年來的平均水平，平均5～6年為一個變化周期，大風日數呈線性遞減趨勢。大范圍大風日數最多，平均每季30.2 d，局部大風僅有8 d，個別大風僅有6 d。大范圍大風日的年際變化最為明顯，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平為2007年，高達62.3%。

（2）煙臺地區大風的年際變化之大說明該地區在大風盛行季節就有大范圍的冷暖空氣交換，而它的強度和發生的次數在每年可能會有比較大的差別，因而導致不同年份大風發生天數的年份距平差別也比較大。

（3）在對煙臺地區進行大風預報時，選取了網格點中與煙臺站關聯的平均分布的5個站點（煙臺、福山、海陽、龍口、長島）進行預報研究，通過參考文獻以及煙臺等站點的經驗預報，選取了煙臺（121°～115°E、32°～45°N）區域850 hPa與500 hPa間的24 h高度差、850 hPa與500 hPa間的24 h溫度度差、500 hPa位勢高度與冷中心（123°～130°E、40°～47°N） 位勢高度值之差、500 hPa溫度與冷中心（123°～130°E、40°～47°N） 溫度最低值之差、500 hPa 24 h最大正變壓、最大風速的平均風速、700 hPa 24 h緯向最大溫度差、850 hPa 3 h變壓8個預報因子作為備用預報因子，通過對以上因子的顯著性檢驗以及與預報方程的相關性，剔除相關性較差的因子，利用逐步回歸程序建立了5個站的預報方程并對最后的結果進行了回報檢驗，雖然取得了一定的預報效果，但預報精度比較低，不是特別的理想。

（3）在建立預報方程時，由于本身對大風有影響的因子非常多，它與海陸地形分布、天氣尺度系統以及導致大風產生的各種大氣環流形式有關，且依靠于以往的一些經驗預報方法，所以筆者所選出的8個因子只是影響大風天氣的眾多氣象要素因子中的極小的一部分，未考慮地形與環流分布且由于自身缺乏預報經驗，所以挑選出的這8個備選因子并不能很全面地代表煙臺地區的大風，故建立的預報方程的準確度就比較低。

（4）5個預報方程的建立是利用MICAPS地面資料和T213模式下的高空場資料來進行的，所利用的資料有缺測以及資料上的缺失和一定的缺陷，給方程的建立帶來了不利影響，并影響到了最后的預報方程準確性。

參考文獻

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