保山市霜凍氣候特征及精細預報方法探究

姚德寬

摘 要 利用云南省保山市5個國家站1964—2020年逐日地面觀測資料，系統分析了保山市霜凍天氣的時間分布特征，并開展了精細到鄉鎮的霜凍天氣預報方法研究。結果表明：保山市的霜凍天氣主要出現在每年的12月至次年的3月，其中1月出現頻率最高，2月次之，3月出現頻率最低。當地表最低溫度≤0 ℃時出現霜凍天氣的概率為95%，當最低氣溫≤2.0 ℃時出現霜凍天氣的概率為91%，因此可以把地表最低溫度≤0 ℃或最低氣溫≤2.0 ℃作為當地霜凍天氣預報的臨界指標。在日最低氣溫相同的情況下，晴朗無風的天氣更易形成霜凍。根據最低氣溫預報，并用云量、風速預報訂正最低氣溫與地表溫度差，則霜凍預報準確率可以得到進一步提高。

關鍵詞 霜凍;最低氣溫;地面溫度;精細預報;云南省保山市

中圖分類號：S425;P45 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.12.063

霜凍是指土壤表面或植株表面的溫度下降到足以使農作物遭受凍害甚至死亡的一種天氣現象，發生霜凍時，地表溫度通常低于或接近0 ℃，因此霜凍預報實際上是對地表溫度的預報[1]。目前，鄉鎮自動氣象站均沒有地表溫度觀測項目，因而利用保山市5個國家站最近57年的地面氣象觀測資料（1964—2020年），總結了保山市霜期（12月至次年3月）逐月地表溫度和夜間最低氣溫、云量、風速等氣象要素之間的關系，利用數值模式格點預報資料建立各鄉鎮的最低氣溫預報方程，再利用云量和風速預報確定各預報站點最低氣溫與地表溫度差值的經驗值，從而推算出各鄉鎮的霜凍等級預報[2-5]。

1 調查方法

霜凍天氣劃分標準：把最低地表溫度≤0 ℃定為一個霜凍日;-1.0 ℃<最低地表溫度≤0 ℃為輕霜凍;

-3.0 ℃<最低地表溫度≤-1.0 ℃為中霜凍;-5.0 ℃

<最低地表溫度≤-3.0℃為重霜凍;最低地表溫度≤-5.0 ℃為強霜凍[1]。

霜凍資料：利用云南省保山市轄區內的5個國家氣象站1964—2020年逐日地表最低溫度及霜凍觀測資料，統計各代表站逐旬、逐月、逐年的霜凍日數，分析霜凍的時間分布特征。

最低氣溫預報因子選取2020年2月—2021年11月逐日ECMWF數值預報20：00起報的格點預報資料，采用Press準則進行因子初選，采用逐步回歸方法建立最低氣溫預報方程。

2 結果與分析

2.1 保山市霜凍天氣的時間分布特征

從圖1中可以看出，保山市的霜凍天氣最早出現在每年12月上旬，最晚出現于次年3月下旬，1月出現次數最多，3月出現次數最少。

由圖2可見，保山市各站的年霜凍日數總體呈減少趨勢。用線性擬合統計保山市近57年來霜凍日數變化趨勢（每10年增長率數據）：隆陽為-7.73 d，騰沖為-11.24 d，龍陵為-8.58 d，施甸為-7.08 d，昌寧為-5.72 d，不同年份之間的霜凍日數差異極顯著（P<0.01）。

保山市歷年平均霜凍日數為46.8 d，各地區霜凍時間最長的年份分別為：隆陽1971年（80 d）、騰沖1971年（109 d）、龍陵1978年（93 d）、施甸1971年（66 d）、昌寧1996年（96 d）。

2.2 霜凍與氣象要素間的關系

2.2.1 霜凍與最低氣溫

霜凍是指最低地表溫度≤0 ℃的一種天氣現象，因此霜凍與最低氣溫的關系是最低地表溫度與最低氣溫的關系。統計5個國家站1964—2020年最低氣溫與最低地表溫度的關系發現，絕大多數情況下最低地表溫度<最低氣溫，最低氣溫與最低地表溫度差值<0 ℃

的情況僅占樣本的5%;最低氣溫與最低地表溫度差值在0～4 ℃的情況最多，占樣本的82%;而最低氣溫與最低地表溫度差值>4 ℃的情況只有12%。由此可見，在大部分情況下，最低氣溫比最低地表溫度要高0～4 ℃，在鄉鎮氣象站點缺少地表溫度觀測項目的情況下，霜凍預報可參考最低氣溫的預報，在其基礎上下降0～4 ℃，如預報最低氣溫低于2 ℃，那么最低地表溫度很有可能達到0 ℃以下，要考慮預報霜凍。

月統計結果表明（圖3），1991—2020年保山市最低氣溫與最低地表溫度的月平均溫差差異較大，1月的平均溫差最大，達到了2.4 ℃;其次是2月、12月，平均溫差達到了2.3 ℃;而7—9月最小，平均溫差只有0.2～0.4 ℃，可見不同的季節背景下，最低氣溫與最低地表溫度的平均溫差差異較大，其值在夏季最小，在冬季最大。

2.2.2 霜凍與云量、風速的關系

霜凍與最低氣溫密切相關，然而在最低氣溫相同的情況下，風速和云量影響著最低氣溫與最低地表溫度的溫差大小，即影響著霜凍天氣的出現。這里選取了5個國家站1991—2020年的云量、風速、最低氣溫及最低地表溫度資料進行分析。由于最低氣溫、最低地表溫度絕大多數出現在夜間至清晨（2：00—8：00），因此云量選用2：00人工觀測的總云量資料，風速選用2：00自動觀測儀器測得的2分鐘內的平均風速，分級統計結果見表1。在同一月里最低氣溫與最低地表溫度的溫差大小和風速有關：當風速<

1 m·s-1時，各月最低氣溫與最低地表溫度的平均溫差為2.0～2.3 ℃;當風速為1～3 m·s-1時，各月最低氣溫與最低地表溫度的平均溫差為2.3～2.8 ℃;當風速>3 m·s-1時，各月最低氣溫與最低地表溫度的平均溫差為2.1～2.6 ℃。云量也是影響最低氣溫與最低地表溫度溫差大小的一個重要因子，云量越多則溫差越小。以上的分析結果與周彬等人的研究結果較一致，即在日最低氣溫相同的情況下，晴朗無風的天氣更易形成霜凍[2]。

2.3 霜凍的短期預報

霜凍的中短期預報基礎是最低氣溫預報，目前國家網格預報（SCMOC）產品對鄉鎮站點的最低氣溫預報準確率較低。為提高霜凍天氣預報的準確率，必須提高鄉鎮站點的最低氣溫預報水平。建立預報準確率較高的鄉鎮站點最低氣溫預報模型后，霜凍短期預報的關鍵就變成了對最低氣溫與最低地表溫度的溫差預報。由于最低氣溫與最低地表溫度的溫差隨季節、云量、風速變化較大，用常規的線性方程和多元方程擬合誤差較大，而采用查表法預報霜凍相對簡單且準確。最低地表溫度A的預報公式為：

A=B-（Tf+Ty）/2 ? ? （1）

式中：A為最低地表溫度;B為最低氣溫預報;Tf和Ty為風速和云量對最低氣溫與最低地表溫度之間溫差的影響因子，隨季節變化，其中Tf是根據SCMOC北京時間2：00—8：00對站點的地面風速預報查表1得到的訂正值;Ty是根據SCMOC北京時間2：00—8：00對站點的地面云量預報查表1得到的訂正值。

鄉鎮站點最低氣溫預報：經過相關分析，歐洲高分辨率數值模式（ECMWF_HR）的850 hPa溫度場、相對濕度場、比濕場與本地最低氣溫的相關性最好，并且冬春季節最低氣溫一般出現在8：00左右，因此選取2020年2月—2021年11月ECMWF_HR模式逐日20：00起報的12 h、36 h、60 h、84 h、108 h、132 h、

156 h、180 h、204 h、228 h預報時效850 hPa溫度場、相對濕度場、比濕場作為最低氣溫的預報因子，因子選取E 98°～100°、N 24°～26°，采用常規的逐步回歸方法建立起鄉鎮站點的最低氣溫預報方程（MOS方程）。

2.4 霜凍精細化預報模型應用效果分析

通過對2021年12月21日—2022年1月31日最低氣溫進行預報質量檢驗，上面建立的最低氣溫預報方程具有很好的預報能力，24～96 h誤差在2 ℃以內的預報準確率達到了81%～88%。利用2021年12月21日—2022年1月31日5個國家氣象站逐日最低地表溫度及霜凍資料對同期霜凍預報結果進行了質量評定，2021年12月21日—2022年1月31日5個國家站共出現了34站次霜凍，其中預報準確的有26站次，霜凍預報準確率達到了76%，具有較好的預報效果。因此，對鄉鎮的霜凍預報也可以用最低氣溫-（Tf+Ty）/2≤0這個指標。

3 結論與討論

1）保山市的霜凍天氣出現在每年的12月上旬至次年的3月下旬，其中1月霜凍天氣出現頻率最高，2月次之，3月出現頻率最低。

2）當最低地表溫度≤0.0℃時出現霜凍的概率為95%，當最低氣溫≤2.0℃時出現霜凍的概率為91%，因此可以把最低地表溫度≤0.0℃或最低氣溫≤2.0 ℃作為當地霜凍天氣預報的臨界指標。

3）預報檢驗結果表明，利用歐洲高分辨率數值模式（ECMWF_HR）預報格點場資料，采用逐步回歸方法建立的鄉鎮最低氣溫預報方程（MOS方程）在保山市轄區內具有較好的預報效果。24～96 h誤差在2 ℃

以內的預報準確率達到了81%～88%，具有重要的參考價值。根據最低氣溫及風速、云量預報，采用查表法預報霜凍效果良好，預報準確率得到進一步提高，可以作為鄉鎮霜凍精細預報的方法。

4）霜凍天氣與最低氣溫、風速、云量密切相關，在日最低氣溫相同的情況下，晴朗無風的天氣更容易形成霜凍。

參考文獻：

[1] 楊曉鈴，郭麗梅，丁文魁，等.武威市霜凍氣候特征及預報[J].中國農業氣象，2010，31（4）：612-616.

[2] 周彬，劉瑞陽，夏健.無錫地區霜凍特征及短期預報方法的研究[J].自然災害學報，2015，24（4）：97-102.

[3] 儲海，陳雷，戴建華，等.上海市無縫隙天氣預報技術[J].氣象科技進展，2017，7（6）：59-66.

[4] 潘留杰，薛春芳，王建鵬，等.一個簡單的格點溫度預報訂正方法[J].氣象，2017，43（12）：1584-1593.

[5] 吳啟樹，韓美，郭弘，等.MOS溫度預報中最優訓練期方案[J].應用氣象學報，2016，27（4）：426-434.

（責任編輯：張春雨）