冬季黔北境內云貴準靜止鋒影響下最高氣溫預報訂正方法研究

羅晨藝,劉紅雙,張云秋,肖 蕾

(貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

0 引言

提高監測精密、預報精準和服務精細能力是推進氣象現代化工作的要點。隨著公眾、政府及各部門對預報準確率的需求提高,預報員對特定的天氣形勢展開研究,以期提高溫度預報準確率。云貴準靜止鋒是影響貴州的一個主要天氣系統,通常冬半年多于夏半年[1],鋒前天氣晴朗,鋒后陰雨綿綿。所以云貴準靜止鋒的位置和強弱變化與貴州不同區域的溫度有著密切聯系。前人對靜止鋒的結構、分型都有研究,段旭等[2]2018年就鋒面位置對鋒前鋒后的氣溫、氣壓影響進行分析,指出冬季鋒后的氣溫變化與鋒面位置無關,貴陽氣壓變化與靜止鋒位置有顯著相關性,呈顯著的負相關,氣壓越強、鋒面位置就越偏西,但高原東部地區,地形作用會降低鋒面位置與溫度場和氣壓場的相關性。李明元等[3]分析初夏靜止鋒天氣對遵義不同地區晴雨、溫度的影響,認為靜止鋒位于遵義南部時遵義本地溫度預報方法對于西部區域最高氣溫的預報基本失效,應調整預報思路。目前預報質量檢驗表明,最高溫度的預報準確率低于最低氣溫,且在準靜止鋒影響下,鋒區前后最高氣溫差異較大,在5—6月時靜止鋒影響下,最低氣溫準確率位于88%～99.2%之間,最高氣溫準確率位于69.4%～98.3%之間,最低氣溫預報受靜止鋒位置和形狀影響較小,但最高溫度受靜止鋒鋒面影響較大[3]。這說明最高氣溫預報難度大于最低溫度,預報員對其規律難以總結,因此,針對最高氣溫的預報訂正研究十分有必要。本文在前人研究基礎上,針對靜止鋒存在于遵義境內時高溫預報準確率較低的情況,特別篩選了2009—2020年12月—次年2月午后到傍晚前靜止鋒位于遵義市上空時的所有個例進行分析討論,將各城鎮精細化預報考核站點分別統計分析,探索其規律,用于提升該情況下遵義地區的最高氣溫預報和客觀預報方法準確率。

1 靜止鋒的分型

靜止鋒因極地南下冷氣團遇青藏高原和云貴高原阻擋后與西南暖氣團對峙而形成[4]。靜止鋒形成后若無新的冷空氣補充,冷氣團變性減弱,靜止鋒會東退或消失。杜正靜[1]依據靜止鋒位置將靜止鋒分為四型,但位置跨度較大,前三型遵義均處于鋒后,只有第四型時靜止鋒位于遵義南部到銅仁一帶。李明元等[3]根據實際預報經驗,結合杜正靜分型方法,將靜止鋒分為三大型七小型,第一型靜止鋒呈西北—東南向,主要位于昆明中東部—貴州中西部;第二型靜止鋒呈準南北向,主要位于云南中東部—貴州中東部之間;第三型靜止鋒基本呈準東西向,鋒面常位于貴陽與遵義之間。

本文只討論靜止鋒位于遵義地區的情況,所以結合李明元分型方法,參照個例的位置及形狀進一步細分第二型及第三型,將位于遵義市上空的靜止鋒分為兩大型五小型,以便分類討論不同情況,總結其預報規律。

Ⅰ型:靜止鋒呈西北東南走向或準南北走向,分為Ⅰ1型、Ⅰ2型、Ⅰ3型。Ⅰ1型鋒面位于遵義西部,通常位于赤水到桐梓附近,Ⅰ2型鋒面位于遵義中部,基本在桐梓到綏陽一線,Ⅰ3型鋒面位于遵義東部,此時鋒面通常較弱,但對于鋒前鋒后的溫度影響仍比較明顯。

Ⅱ型:鋒面的南北經向度減弱,基本呈準東西向,分為Ⅱ1型、Ⅱ2型。Ⅱ1型靜止鋒通常在遵義南部地區,有時也在貴陽與遵義之間;Ⅱ2型靜止鋒鋒面非常弱,從衛星云圖上觀察到云系散亂,有時無明顯鋒線,鋒面結構不清晰,將遵義播州以北地區的靜止鋒都歸于此類。Ⅱ2鋒面較弱有時甚至不明顯,鋒后多為陰天,鋒前受熱低壓影響多為多云天氣,這種情況時多被認為靜止鋒已經減弱消失,所以預報員通常對此類情況不夠重視,溫度預報失誤率非常高。

2 資料收集和分析方法的確定

通過普查2009—2020年12月—次年2月的14時、17時天氣圖,并結合紅外云圖、可見光云圖等資料判斷靜止鋒位置和類型,篩選符合條件的云貴準靜止鋒影響天氣個例,共選出個例92個,其中Ⅰ1型32個、Ⅰ2型16個、Ⅰ3型18個、Ⅱ1型4個、Ⅱ2型22個。

圖1 Ⅰ1型靜止鋒(a)、Ⅰ2型靜止鋒(b)、Ⅰ3型靜止鋒(c)、Ⅱ1型靜止鋒(d)、Ⅱ2型靜止鋒(e)Fig.1 Type Ⅰ1 stationary front (a), Type Ⅰ2 stationary front (b), Type Ⅰ3 stationary front (c), Type Ⅱ1 stationary front (d), Type Ⅱ2 stationary front (e)

選好個例后,分型統計不同類型個例對應的白天最高溫、EC 2 m溫度預報數據(因預報未來24 h最高溫時通常采用前1 d 20時EC起報場48 h預報時次參考,所以選取的EC 2 m溫度預報數據均為個例前2 d 20時起報場48 h預報時次最高溫預報,并且剔除了最高溫出現在前1 d夜間的個例)。謝剛等[5]經多年經驗和統計分析發現EC細網格格點(27.5°N,107.5°E)溫度預報值與遵義國家站最高、最低溫度有很好的規律性和相關性,因此選用EC細網格850 hPa溫度格點值(27°N,107.5°E)用于訂正除西部外其余站點的最高氣溫。西部由于海拔與其余地區差異較大,因此選取格點值(28.8°N,104.6°E)用于分析研究(個例前2 d 20時起報場48 h預報)。

3 靜止鋒類型出現頻數分析

以白天14時或17時(取靜止鋒最終東退時的位置為準)地面天氣圖中靜止鋒鋒面所處位置和形狀對白天最高氣溫進行分析。分析不同靜止鋒類型出現次數可知Ⅰ型靜止鋒共66次,占比最多,說明靜止鋒經常呈現西北東南走向。其中Ⅰ1型出現最多,說明位于遵義市境內的靜止鋒更多位于遵義市中部以西地區。

3.1 預報區域劃分

根據遵義城鎮精細化預報考核站點按照所處地理區域不同,分為西部區域(赤水、習水、仁懷)、中部區域(匯川、播州、綏陽、桐梓、湄潭)、北部區域(正安、道真、務川)和東部區域(鳳岡、余慶)。

在使用850 hPa溫度預報方法時,西部站點使用格點(28.8°N,104.6°E),其余站點使用格點(27°N,107.5°E)。

3.2 訂正思路

選取EC近3 a來的個例,選取Ⅰ1型、Ⅰ2型和 Ⅱ2型個例,依次對遵義城鎮精細化預報考核站點用EC 2 m預報、2 m溫度訂正方法以及850 hPa溫度預報方法進行比較,嘗試找到不同情況下最佳預報思路,并總結經驗方法(由于Ⅰ3型和Ⅱ2型個例過少,所以在此不進行討論)。

表1為所有城鎮精細化考核站點處于Ⅰ1型靜止鋒時溫度準確率。由表可以看出,Ⅰ1型靜止鋒,西部站點(赤水—仁懷)利用850 hPa溫度預報方法,溫度訂正效果總體較好,在這種情況下西部站點通常位于鋒前,常出現多云間陰的天氣,同時可以觀察到,利用850 hPa溫度預報方法對各站點溫度的訂正思路與原常規天氣的思路基本一致,說明在這種情況下使用850 hPa溫度預報方法效果較好。

表1 Ⅰ1型靜止鋒不同方法下溫度準確率統計Tab.1 Temperature accuracy statistics for different methods for Type Ⅰ1 stationary fronts

北部及東部站點(務川—鳳岡)利用2 m溫度訂正方法效果較好,準確率最高提升38.47%(正安),同時大多數站點準確率提升至80%～100%。說明鋒后北部及東部2 m溫度訂正方法有很好的訂正效果,此規律有利于后續溫度預報。

桐梓—播州一帶溫度可訂正性較低,因為這部分站點與鋒面位置較近,當鋒面位置擺動時,溫度相差大,可預報性很低。

表2為所有城鎮精細化考核站點處于Ⅰ2型靜止鋒時溫度準確率分布。由表可以看出,當靜止鋒呈Ⅰ2型時,西部站點(赤水—仁懷)EC溫度預報準確率非常低,赤水、仁懷準確率只有14.29%,但無論是2 m溫度訂正方法還是850 hPa溫度預報方法,效果均提升明顯,溫度正確率提升至71.43%～85.71%,在這種情況下西部站點通常位于鋒前,常出現多云間陰的天氣。

表2 Ⅰ2型靜止鋒不同方法下溫度準確率統計Tab.2 Statistics of temperature accuracy under different methods for Type Ⅰ2 stationary fronts

北部及東部站點(務川—余慶)利用2 m溫度訂正方法、850 hPa溫度預報方法效果較EC 2 m預報均有明顯提升,準確率提升到85.71%(余慶),提升最多的為仁懷,從14.29%提升至71.43%,同時發現離鋒面位置較遠的站點準確率提高明顯。

當靜止鋒呈Ⅱ2型時,靜止鋒呈準東西向,通過對所有城鎮精細化考核站點處于Ⅱ2型靜止鋒時溫度準確率進行統計(表3),可以看出大部站點EC 2 m預報以及850 hPa溫度預報方法均不理想,此種情況2 m溫度訂正方法效果最好。離鋒面較遠的南部3站點播州、匯川、余慶訂正效果較好,均在85.71%以上,特別是余慶準確率從0%提升至100%。這與Ⅰ2型得到的結論相符,離鋒面越遠,站點溫度可訂正性越高。同時看到赤水的溫度用2 m溫度訂正方法后預報準確率可達100%,這說明對于赤水站點,2 m溫度訂正方法可用性很高。

表3 Ⅱ2型靜止鋒不同方法下溫度準確率統計Tab.3 Temperature accuracy statistics for different methods for Type Ⅱ2 stationary fronts

4 小結

(1)通過不同類型靜止鋒預報思路對比,分析發現離鋒面越遠,溫度的可預報性越強,但暫無統一的方法可直接訂正,實際業務中可以參考本文分析得到的不同站點不同訂正數據。

(2)當靜止鋒呈Ⅰ1型時,西部站點按照850 hPa溫度預報方法準確率較高,北部、東部站點可參考本文分析出的溫度對EC 2 m預報進行訂正。

(3)當靜止鋒呈Ⅰ2型時,可以共同參考2 m溫度訂正方法和850 hPa溫度預報方法,對大部站點準確率都有一定提高。

(4)當靜止鋒為 Ⅱ2型時,對于離鋒面較遠的東部、南部可著重使用2 m溫度訂正方法。

5 思考

本文將遵義上空的靜止鋒分成了兩大類五小類后,根據不同類型,對各個站點分別進行討論,在一定程度上考慮了不同位置的靜止鋒對最高溫度的影響,由于鋒面具體位置有所擺動,離鋒面較近的區域,最高溫度可訂正性較差,離鋒面較遠的站點訂正效果較好。但是在實際預報時,對于靜止鋒的位置把握并不一定準確,因此人工分型討論預報訂正方法在實際應用中有一定的局限。本文只利用EC數值預報產品對站點進行簡單的加減訂正,是否可以利用不同格點值的EC 2 m溫度值、850 hPa溫度預報值、海平面氣壓值、云量、降雨量等多種預報因子,建立客觀預報方程,或利用EC云量、降水量進行天氣情況的自動判斷靜止鋒類型,實現不同站點的溫度自動化訂正,需要進一步探討。