葫蘆島2017年秋冬過渡季最低氣溫預報方法初探

于亞薇，周春曉，虞 帥，劉天陽，孟振雄

(1.遼寧省葫蘆島市氣象局，遼寧 葫蘆島 125000；2.遼寧省綏中縣氣象局，遼寧 綏中 125200；3.遼寧省興城市氣象局，遼寧 興城 125100)

1 前言

隨著科學技術的發展和人民生產水平的提高，社會公眾對氣溫預報的要求越來越高，提高氣溫預報準確率也成為氣象工作的重中之重。目前，氣溫預報可供參考的數值預報產品有中央氣象臺指導預報(SCMOC)、歐洲中心細網格2 m溫度預報[1]、天氣在線、wrf、美國溫度預報等產品。對于遼寧省葫蘆島市來說，各家數值預報產品對高溫預報效果較好，而低溫預報效果卻不盡人意。尤其秋冬季過渡期間，由于冷空氣開始占據主導地位，晝夜溫差起伏大，日較差跨度6～22 ℃，數值預報產品不穩定，對預報質量影響較大。

本文對葫蘆島2017年各月最低氣溫預報準確率進行分析，發現夏季低溫預報效果較好，準確率在84%以上，其他各月均在80%以下。按3—5月為春季、6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季的方法統計，除夏季外，每個季度的最后一個月均為該季度低溫預報準確率最差的一個月，即當前季度向下一季度過渡時，葫蘆島最低氣溫最為難報。因此，本文挑選秋季向冬季過渡的11月進行分析，將天氣系統分型，探究葫蘆島秋冬過渡季最低氣溫預報方法。

2 資料與方法

選取2017年11月葫蘆島市地面氣象觀測資料、歐洲中心850 hPa溫度預報資料、自動站實況資料、中央氣象臺溫度預報資料、wrf溫度預報資料、美國溫度預報資料，對葫蘆島2017年秋冬過渡季期間的最低氣溫變化規律進行統計分析，對數值預報產品予以技術上的訂正。由于葫蘆島地區沒有探空站，因此850 hPa溫度變化以歐洲中心對葫蘆島市綏中縣850 hPa預報起始場的數值為參考進行分析。

3 天氣系統分型

2017年11月，葫蘆島市經歷9次強降溫天氣，5次強升溫天氣，低溫預報站次240個，錯誤67個。根據統計結果，將850 hPa 24 h升(降)溫幅度>6 ℃定義為強升(降)溫天氣。將11月天氣按地面系統進行分型，當葫蘆島地區位于地面高壓前部的時候，將天氣系統定義為高壓前部型；當葫蘆島地區正好位于地面高壓系統控制時，將天氣系統定義為高壓控制型；當葫蘆島地區位于地面高壓頂部或后部的時候，將天氣系統定義為高壓頂部型；當葫蘆島地區受地面低壓系統影響時，無論是在低壓內部，還是在低壓前部或后部，都將天氣系統定義為低壓控制型。因此，葫蘆島2017年秋冬過渡季地面天氣系統可分為：高壓前部型、高壓控制型、高壓頂部型和低壓控制型(如圖1所示)，其中低壓控制型多為升溫的最后1 d，高壓前部型多為強降溫第1 d。

圖1 a.高壓前部型，b.高壓控制型，c.高壓頂部型，d.低壓控制型Fig.1 a.High pressure front type,b.High pressure control type,c.High pressure top type,d.Low pressure control type

4 低溫規律分析

表1 低壓控制型天氣20—20各站最低氣溫(℃)實況統計Tab.1 Low-pressure control weather 20—20 stations minimum temperature (℃) live statistics

4.1 低壓控制型

11月低壓控制型天氣有6、9、12、16、21、25、27日，對于低壓控制型天氣，預報結果普遍比實況偏低。其中連山偏低2～3 ℃的有3站次，偏低3～4 ℃的有3站次；綏中偏低2～3 ℃的有3站次，偏低3～4 ℃的有2站次，偏高2～3 ℃的有2站次；興城偏低2～3 ℃的有4站次，偏低3～4 ℃的有3站次；建昌偏低2～3 ℃的有1站次，偏低3～4 ℃的有2站次，偏高2～3 ℃的有1站次。

為便于分析低壓控制型天氣的低溫與前1 d低溫實況之間是否存在規律，本文特將要研究的系統天氣的前1 d實況也列在表中進行對比(下同)。文中850 hPa溫度為歐洲中心該日20時起始場預報中綏中站850 hPa溫度(下同)，因葫蘆島地區沒有探空站，故以此作為葫蘆島地區850 hPa溫度變化依據。如表1，分析各站20∶00—20∶00最低氣溫實況、天氣現象和風向風速得出：綏中地區的低溫接近或低于連山，與天氣現象、風向、風速沒有明顯相關性。25日不滿足此條件，是因為25日晚上后半夜轉為冷高壓控制，即冷空氣已經下來，故25日雖然850 hPa呈升溫趨勢，但25日低溫卻較24日低。27日晚上不滿足此條件，是因為27日晚上的最低氣溫出現在28日20∶00。

從表2中可以看出，SCMOC低溫預報偏低，美國低溫預報偏高，3種數值預報產品對連山的預報最為準確。其中SCMOC對連山預報準確率為100%；對綏中預報準確率為71.4%，向上訂正1 ℃后準確率為85.7%；對興城預報準確率為71.4%，向上訂正1 ℃后準確率為100%；對建昌預報準確率為85.7%。wrf對連山預報準確率為85.7%；對綏中預報準確率為57.1%，向上訂正1 ℃后準確率為71.4%；對興城預報準確率為85.7%；對建昌預報準確率為85.7%。美國對連山預報準確率為71.4%，向下訂正1 ℃后準確率為85.7%；對綏中預報準確率為71.4%；對興城預報準確率為28.6%，向下訂正2 ℃后準確率為100%；對建昌預報準確率為57.1%，向下訂正1 ℃后準確率為71.4%。因此，連山低溫預報可主要參考SCMOC，興城和建昌的低溫預報可主要參考wrf。

4.2 高壓前部型

11月高壓前部型天氣有2、3、7、10、14、17、22、23、28日。對于高壓前部型天氣，低溫預報綏中與建昌地區偏低，連山與興城地區偏高。連山偏高2～3 ℃的有4站次，偏高3～4 ℃的有1站次；綏中偏高2～3 ℃的有2站次，偏低2～3 ℃的有1站次，偏低3～4 ℃的有1站次；興城偏高2～3 ℃的有3站次，偏低2～3 ℃的有2站次，偏低3～4 ℃的有3站次；建昌偏低2～3 ℃的有4站次。

從表3中可知，對于連山與綏中來說，在強降溫的第1 d，綏中降溫遲緩，較前1 d降溫幅度小于連山，即低溫高于連山；而對于興城與建昌來說，遇強降溫，興城24 h降溫幅度大于建昌，即興城低溫低于建昌。17日與28日興城低溫高于建昌，主要是因為興城風力大于建昌。

對各家數值預報產品進行統計分析，美國對連山低溫預報僅有1個站次是正確的，但如果向下訂正3 ℃，則準確率為88.9%；對綏中低溫預報準確率為66.7%，但如果向下訂正1 ℃，則準確率為100%；對興城低溫預報僅有1個站次是正確的，但如果向下訂正5 ℃，則準確率為77.8%；對建昌低溫預報準確率為77.8%，無法再找規律訂正。wrf對連山低溫預報準確率為88.9%；對綏中低溫預報準確率為55.6%，向上訂正2 ℃后準確率為77.8%；對興城低溫預報準確率為66.7%，無法再按規律訂正；對建昌低溫預報準確率為88.9%。因此，對于高壓前部型天氣系統，連山低溫預報可參考wrf或者在美國低溫預報基礎上降3 ℃，綏中低溫預報可在美國預報基礎上降1 ℃，興城低溫預報可在美國預報基礎上降5 ℃，建昌低溫預報可參考wrf。

4.3 高壓控制型

高壓控制型天氣有8、15、18、19、20、26、29、30日。對于高壓控制型天氣，連山預報準確率為100%；綏中偏低2～3 ℃的有1站次，偏低3～4 ℃的有1站次，偏低4 ℃以上的有1站次；興城偏低2～3 ℃的有3站次，偏高2～3 ℃的有1站次，偏高3～4 ℃的有1站次；建昌偏低2～3 ℃的有2站次，偏高2～3 ℃的有1站次。

表4 高壓控制型天氣20—20各站最低氣溫(℃)實況統計Tab.4 High-pressure control weather 20—20 stations minimum temperature (℃) live statistics

從表4中可知，高壓控制型天氣系統一般屬于降溫過程中，此種天氣系統一般已不再具有滯后性。對于連山與綏中來說，可根據前1 d實況做訂正預報，即前1 d實況較低，當天可繼續報低，前1 d實況較高，當天可繼續報高，前1 d實況相接近，當天也不需報出太大溫差，且總體上連山與綏中兩站之間的溫差不宜超過2 ℃。而對于興城與建昌來說，亦可參考此規律，只是，興城與建昌之間的溫差不宜超過1 ℃。17日與28日興城低溫高于建昌，主要是因為興城風力大于建昌。

高壓控制型天氣系統(表略)，美國對連山低溫預報準確率為0，向下訂正5 ℃后準確率為100%；對綏中低溫預報準確率為12.5%，向下訂正4 ℃后準確率也為100%；對興城低溫預報準確率亦為0，向下訂正6 ℃后準確率為75%；對建昌低溫預報準確率為50%，向下訂正2 ℃后準確率為87.5%。wrf對連山低溫預報準確率為71.4%，已無法再進行規律訂正；對綏中低溫預報準確率為85.7%；對興城低溫預報準確率為85.7%；wrf對建昌低溫預報準確率為71.4%，向下訂正1 ℃后準確率為100%。因此，對于高壓控制型天氣系統，連山低溫可在美國預報基礎上降5 ℃，綏中低溫可在美國預報基礎上降4 ℃，興城低溫可參考wrf預報，建昌低溫可在wrf預報基礎上降1 ℃。

4.4 高壓頂部型

高壓頂部型天氣有4、11、24日，總體預報效果較好。美國對連山低溫預報準確率為0，向下訂正3 ℃后準確率為100%；對綏中低溫預報準確率為0，向下訂正2 ℃后準確率為100%；對興城低溫預報準確率為0，向下訂正6 ℃后準確率為100%；對建昌低溫預報準確率為0，向下訂正3 ℃后準確率為100%。wrf對連山低溫預報準確率為66.7%，向下訂正2 ℃后準確率為100%；對綏中低溫預報準確率為33.3%，向下訂正2 ℃后準確率為100%；對興城低溫預報準確率為33.3%，向下訂正5 ℃后準確率為66.7%；對建昌低溫預報準確率為33.3%，向下訂正2 ℃后準確率為100%。因此，對于高壓頂部型天氣系統，連山低溫可在美國預報基礎上降3 ℃，或在wrf基礎上降2 ℃；綏中低溫可在美國預報基礎上降2 ℃，或在wrf基礎上降2 ℃；興城低溫可在美國基礎上降6 ℃；建昌低溫可在美國預報基礎上降3 ℃，或在wrf基礎上降2 ℃。

5 結論

①按天氣系統對低溫預報進行天氣分型，可分為低壓控制型、高壓前部型、高壓控制型、高壓頂部型。低壓控制型預報失誤最多，高壓前部型次之。

②低壓控制型天氣，綏中地區的低溫要比連山低；高壓前部型天氣，對于連山與綏中來說，在強降溫的第1 d，綏中降溫遲緩，較前1 d降溫幅度小于連山，即低溫高于連山，而對于興城與建昌來說，遇強降溫，興城24 h降溫幅度大于建昌，即興城低溫低于建昌；高壓控制型天氣，可根據前1 d實況做訂正預報，即前1 d實況較低，當天可繼續報低，前1 d實況較高，當天可繼續報高，前1 d實況相接近，當天也不需報出太大溫差，且總體上連山與綏中兩站之間的溫差不宜超過2 ℃，興城與建昌之間的溫差不宜超過1 ℃。

③數值預報產品釋用情況：

低壓控制型：對于連山的低溫預報可主要參考SCMOC，對于興城和建昌的低溫預報可主要參考wrf。

高壓前部型：連山低溫預報可參考wrf或者在美國低溫預報基礎上降3 ℃，綏中低溫預報可在美國預報基礎上降1 ℃，興城低溫預報可在美國預報基礎上降5 ℃，建昌低溫預報可參考wrf。

高壓控制型：連山低溫可在美國預報基礎上降5 ℃，綏中低溫可在美國預報基礎上降4 ℃，興城低溫可參考wrf預報，建昌低溫可在wrf預報基礎上降1 ℃。

高壓頂部型：連山低溫可在美國預報基礎上降3 ℃，或在wrf基礎上降2 ℃；綏中低溫可在美國預報基礎上降2 ℃，或在wrf基礎上降2 ℃；興城低溫可在美國基礎上降6 ℃；建昌低溫可在美國預報基礎上降3 ℃，或在wrf基礎上降2 ℃。