內蒙古奈曼旗3—8月旬降水預測模型建立

張碩 張華 王彧彧 董佳蕊 趙斯日古冷 那拉蘇

收稿日期：2023-11-30

作者簡介：張碩（1999.6—），女，內蒙古通遼人，助理工程師，研究方向為天氣預報。

摘 要：基于1960—2020年大氣環流指數和奈曼旗3—8月旬降水觀測資料，建立旬降水預測模型。分別利用1971—2020年與2021—2022年3—8月旬降水資料進行歷史資料的擬合和預測檢驗，分析模型的模擬和預測效果。結果表明：可利用大氣環流指數建立奈曼旗3—8月旬降水預測模型，模型顯著性小于0.001，且除4月上旬預測模型R2為0.367、相關系數為0.648外，其余時段R2均大于0.5、相關性均大于0.7，達到檢驗標準。預測模型總體表現較好，預測結果具有一定參考性。

關鍵詞：奈曼旗3—8月降水；相關分析；逐步回歸；預測模型

中圖分類號：P457.6 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03

我國氣象災害發生頻率隨全球氣候的變暖而升高，暴雨、洪澇等經常給經濟社會造成巨大損失[1]，對工農業生產造成很大影響[2-3]。奈曼旗位于科爾沁沙地南緣，降水量年際變化大，且主要集中在春夏兩季，土壤水分承載力差[4]，易受氣候變化影響[5]，異常干旱或極端降水事件往往會帶來嚴重損失[6-9]。故預測3—8月降水趨勢，對指導當地農牧業生產和提供決策服務具有重要意義。利用大氣環流指數的當年值和上年值建立奈曼旗3—8月旬降水預測模型具有可行性，模型可為奈曼旗農牧業氣象服務和春夏降水預測工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

國家氣候中心1960—2022年88種大氣環流指數資料和奈曼旗國家站1961—2022年3—8月旬降水觀測資料。

1.2 方法

利用相關分析法，分析奈曼旗3—8月旬降水量與大氣環流指數當年值和上年值的相關性；后采用逐步回歸法，建立旬降水預測模型。再進行模型的歷史擬合檢驗，討論擬合效果。最后，進行模型預測檢驗，分析其實際預測表現。

2 結果與分析

2.1 篩選預測模型因子

分別分析1961—2020、1971—2020、1981—2020、1991

—2020年3—8月旬降水量與同期大氣環流指數的當年值和上年值的相關性，根據其相關性的強弱，初步篩選出30個環流指數作為構成預測模型的因子；利用逐步回歸法，剔除顯著性相對較差的因子，得到建立預測模型的因子（表1）。

2.2 建立預測模型

經對比分析，利用1971—2020年資料建立的預測模型分析擬合程度最好，R2穩定，除4月上旬R2為0.379外，其余時段均大于0.5，其中5月上旬和7月中旬的R2大于0.8。模型顯著性明顯，均為0.000<0.001。

預測模型如下：

Y3-1=18.393+1.537X1-20.081X2-1.878X3+0.012X4-0.032X5-1.898X6-0.773X7

Y3-2=7.118-0.148X1+0.049X2+0.053X3+0.003X4-0.586X5

Y3-3=-368.779-0.164X1-0.028X2-8.876X3+0.036X4+

0.012X5+1.845X6+0.405X7+0.457X8

Y4-1=28.744-0.337X1-6.455X2+0.209X3

Y4-2=47.514-2.487X1+0.378X2-0.002X3-0.589X4-1.57X5

Y4-3=-301.227-2.799X1-1.86X2-0.306X3+0.014X4

+1.759X5+0.363X6-2.406X7

Y5-1=153.103+0.101X1-0.022X2-0.439X3+7.611X4

+0.37X5-5.538X6+13.711X7+6.454X8+4.526X9-3.857X10

Y5-2= -25.164+0.008X1+0.458X2+0.116X3-0.278X4-7.5265

Y5-3=65.621+11.653X1+2.588X2-0.391X3+0.32X4-2.636X5

Y6-1=385.941-3.18X1-0.093X2-0.01X3-2.416X4+

3.777X5- 0.008X6+7.709X7

Y6-2=291.346-5.674X1-21.252X2-3.88X3-25.028X4-0.087X5

Y6-3=29.201+0.003X1-0.006X2-4.702X3+0.465X4-0.865X5+0.005X6

Y7-1=74.005+0.011X1-1.493X2+51.636X3-1.388X4-0.883X5-0.084X6-0.233X7

Y7-2=-1790.068-0.01X1+17.771X2+16.979X3-2.4X4+5.219X5+0.034X6-1.65X7+7.113X8+0.201X9-3.635X10-0.663X11

Y7-3=1957.724+1.972X1-0.073X2-1.536X3+0.569X4

Y8-1=360.528+1.188X1+3.37X2-1.131X3-4.938X4-0.835X5

Y8-2=689.563-0.132X1-0.011X2+0.017X3-0.508X4

+4.034X5-0.583X6

Y8-3=157.217-1.751X1+0.608X2-3.25X3-0.006X4+

0.284X5-1.592X6-0.889X7

2.3 歷史擬合檢驗

由圖1～圖4可知，利用預測模型擬合1971—2020年3—8月旬降水實況（結果為負值時，按0處理）。分

析了3—8月旬降水實況與擬合數據的年際變化發現，

模型對實況的擬合表現較好，對于個別年份的極值也有體現，除4月上旬相關系數為0.648外，其余時段相關系數均大于0.7，其中4月下旬、5月上旬相關系數大于0.9（表2）。

2.4 旬降水預測檢驗

由表3可知，對2021—2022年3—8月旬降水進行模型預測檢驗（結果為負值時，按0處理）。總體預測表現較好，旬降水變化趨勢與實況接近，但存在個別差距較大，如6月上旬、6月下旬和8月中旬。

3 結論與討論

可利用大氣環流指數建立模型預測奈曼旗3—8月旬降水，該模型在實際業務上可操作性強。預測模型的擬合度、預測準確率較高，預測結果可用于指導當地農牧業生產和科學提供決策服務。但部分結果還有待在業務實踐中進一步調整檢驗，如4月上旬的降水預測模型等，后續將在實際預報和氣象服務中逐步調整相關參數，不斷優化模型，進一步提高模型的準確率。

參考文獻

[1] 李翠金.中國暴雨洪澇災害的統計分析[J].災害學，1996 （1）：59-63.

[2] 鮑名，黃榮輝.近40年我國暴雨的年代際變化特征[J].大氣科學，2006（6）：1057-1067.

[3] 黃榮輝.我國重大氣候災害的形成機理和預測理論研究[J].地球科學進展，2006（6）：564-575.

[4] 郭忠升，邵明安.半干旱區人工林草地土壤旱化與土壤水分植被承載力[J].生態學報，2003（8）：1640-1647.

[5] 吳紹洪，潘韜，劉燕華，等.中國綜合氣候變化風險區劃[J].地理學報，2017，72（1）：3-17.

[6] 蘇玥.內蒙古主要氣象災害分析與防災減災決策[J].內蒙古科技與經濟，2019（10）：43-44.

[7] 布仁，哈斯珠拉.內蒙古自治區突發性洪澇災害孕災環境研究[J].內蒙古師范大學學報（自然科學漢文版），2013，42 （5）：571-576，582.

[8] 李思慧.內蒙古東南部暴雨洪澇災害風險評估與區劃：以通遼市為例[J].內蒙古氣象，2019（1）：23-28.

[9] 郭明霞，楊晶，孟玉婧，沈麗君.1961—2013年內蒙古地區極端降水時空變化分析[J].內蒙古氣象，2015（1）：18-20.