基于服務的岳陽市區夏季高溫預報參照模型研究

王威 陳太龍 何筱仙 向偉

（湖南省岳陽市氣象局，岳陽 414000）

0 引言

隨著全球氣候變暖，極端天氣出現頻率顯著增高[1]，夏季連續高溫天氣出現頻率也隨之增高。據《湖南省高溫天氣勞動保護法》《防暑降溫措施管理辦法》規定，最高氣溫以地市級氣象臺向公眾發布的溫度為準[2-3]。依照此規定，岳陽高溫應以岳陽市氣象臺發布的岳陽高溫為準，而岳陽市氣象臺預報氣溫是以位于洞庭湖畔的岳陽觀測站溫度為評分參考。岳陽國家基本氣象觀測站是湖南省唯一濱湖站，臨湖而立[4]。眾所周知，湖面尤其是廣闊的湖面，在氣候上存在一個湖體效應，在溫度上表現比較復雜，而在夏季，湖體效應將會顯著降低最高氣溫值[5]，本研究將岳陽觀測站6—9月最高氣溫與市區20個區域自動站6—9月最高氣溫進行分析比較，選取最適合岳陽實際情況的高溫天氣參照指標為公眾提供高溫氣象服務，供公眾及決策部門參考。

1 氣象站及氣象資料介紹

1.1 氣象站點空間分布

岳陽北枕長江、西臨洞庭湖、東靠幕阜山脈和羅霄山脈，境內有6個國家級氣象觀測站，分別為岳陽站、華容站、臨湘站、湘陰站、汨羅站、平江站，其中華容站、岳陽站、湘陰站位于西部平原地帶，岳陽站為境內唯一臨湖而建的國家級氣象觀測站。岳陽市區具備溫度采集器的區域自動站20套，其空間分布如圖1所示。

圖1 岳陽市國家氣象站和城區區域自動站空間分布Fig.1 Spatial distribution of national meteorological stations and urban automatic stations in Yueyang

1.2 氣象資料介紹

據《湖南省高溫天氣勞動保護法》規定，最高氣溫大于等于35 ℃即為高溫天氣，根據對岳陽歷年氣溫資料分析可知，每年高溫天氣出現在6—9月。岳陽市氣象局自2006年建立首批自動站，到2019年上半年已在岳陽市區建立20個區域自動站，但區域自動站資料本身受設備和天氣影響，存在許多資料缺失現象。因此，本文選取岳陽市區境內20個區域自動站和岳陽基本觀測站資料最齊全的2016—2018年6—9月逐小時氣溫觀測數據進行分析，其中2016年缺測日數為8 d，2017年缺測日數為19 d，2018年缺測日數為9 d，數據可用性均超過85%。

2 結果

2.1 逐日最高氣溫

將2016—2018年6—9月岳陽站與市區區域自動站逐日最高氣溫進行對比分析（圖2），發現岳陽站逐日最高氣溫明顯低于市區站，尤其在最高氣溫超過36 ℃區間內，岳陽站日最高氣溫顯著偏低。將2018年6—9月岳陽市境內6個國家站逐日最高氣溫進行對比（圖3），發現岳陽相較于其他站最高氣溫也顯著偏低。

圖2 2016 年（a）、2017 年（b）、2018年（c）岳陽站與岳陽市區自動氣象站逐日最高氣溫對比Fig.2 Comparisons of daily maximum temperature between Yueyang Station and Yueyang urban automatic weather stations in 2016 (a),2017 (b) and 2018 (c)

圖3 2018年岳陽各氣象站逐日最高氣溫對比Fig.3 Comparisons of daily maximum temperature at Yueyang weather stations in 2018

由圖1可知岳陽站由于鄰近洞庭湖，受湖泊效應的影響，最高氣溫有削弱趨勢，因而不能準確反映岳陽市和岳陽市區的真實高溫情況。

2.2 高溫天氣日數分析

圖4對比了2016—2018年岳陽站達到高溫天氣的日數與20個市區站達到高溫天氣標準的日數。表1給出了相應的平均值。可見，2016—2018年岳陽站達到高溫天氣的日數較市區站達到高溫天氣日數的平均值明顯偏少，2016年岳陽站高溫天數為市區高溫日數的52%，2017年為47%，2018年為37%。因此，6—9月岳陽站高溫日數不能準確反映岳陽市區實際高溫天氣日數。

表1 2016—2018年6—9月岳陽站與城區站高溫天氣的日數Table 1 High temperature weather days of Yueyang Station and urban stations from June to September,2016 to 2018

圖4 2016年（a）、2017年（b）、2018年（c）年市區站與岳陽站高溫天氣對比Fig.4 Comparisons of high temperature weather between urban station and Yueyang Stations in 2016 (a),2017 (b) and 2018 (c)

2.3 相關性分析

重復測量得到的“平均值”因為考慮了正態概率，也抵消了部分誤差，可認為是“最佳估計值”[6]。因此，本文利用20個區域站的平均最高氣溫作為岳陽城區最高氣溫的最佳估計值，研究岳陽站最高氣溫與城區最高氣溫估計值之間的關系。將2018年岳陽站逐日最高氣溫與城區最高氣溫估計值做散點圖（圖5），統計發現，兩組數據呈現顯著的線性正相關性，相關系數到達0.952（p<0.05）。對兩組數據進行一元線性回歸模型擬合，得到岳陽站最高氣溫值與城區最高氣溫估計值之間的一元回歸方程：Y=-2.881+1.135X。

圖5 岳陽站最高氣溫與岳陽市區站最高氣溫平均值散點圖Fig.5 Scatter plot of maximum temperature of Yueyang Station and mean maximum temperature of Yueyang urban stations

3 岳陽夏季高溫天氣參照模型研究

參照模型Ⅰ：利用岳陽城區區域自動氣象站最高氣溫來判斷是否為高溫天氣，即當20個站點中超過一定比例站點日最高氣溫超過35 ℃可判定岳陽城區達到高溫天氣標準。

設Xj（j=1，2，3，…，20）為第j個區域自動站日最高氣溫，i為Xj≥35 ℃的個數，當i/20≥p（其中p為選定的比例，且0＜p≤1）時，認定當日岳陽市區出現高溫天氣。

參照模型Ⅱ：利用岳陽站高溫數據，借助前述的一元回歸方程Y＝－2.881＋1.135X，模擬岳陽城區最高氣溫近似值，該值可作為岳陽市區高溫天氣判定依據。

表2中給出根據參照模型I、參照模型Ⅱ求出的岳陽城區高溫天氣日數與岳陽站高溫天氣日數、區域站平均值高溫天氣日數平均值之間的對比，發現參照模型I取p＝50%時，高溫天氣日數較接近平均值，參照模型Ⅱ計算結果則普遍高于平均值。

表2 不同模型高溫天氣日數對比Table 2 Comparisons of days in high temperature weather

根據2016—2018年岳陽市城區高溫天氣的實際情況，本文中的參照模型Ⅱ和參照模型I（p＝50%）可作為岳陽市區夏季高溫天氣服務參照指標。