羅菊英,熊守權(quán),望勝玲,劉 勇

(湖北恩施自治州氣象局,湖北 恩施 445000)

不同海拔山區(qū)雨凇成因及預(yù)報(bào)判別模型研究

羅菊英,熊守權(quán),望勝玲,劉 勇

(湖北恩施自治州氣象局,湖北 恩施 445000)

利用恩施州所屬 9個(gè)氣象臺(tái)站 (含綠蔥坡)建站以來(lái)的所有地面觀測(cè)資料及恩施站探空資料,在分析區(qū)域雨凇氣候背景的基礎(chǔ)上,選取代表站點(diǎn),從大氣環(huán)流背景、溫濕層結(jié)、微物理機(jī)制等方面對(duì)不同海拔山區(qū)冬季雨凇成因異同進(jìn)行綜合分析。分析結(jié)果表明：在不同海拔山區(qū),雨凇成因有異同,主要相同點(diǎn)是：大環(huán)流背景場(chǎng)相似,即雨凇均發(fā)生在冷空氣前沿開(kāi)始影響并出現(xiàn)雨雪天氣的當(dāng)天,500hPa 95～110°E中緯度為偏西氣流,30°N沿長(zhǎng)江一線(xiàn)或偏南盛行 S W暖濕氣流,近地層維持偏東冷平流;融化層氣溫不一定在 0℃附近,但中層到低層 (一般在 700hPa～850hPa之間)則一定有逆溫層出現(xiàn)。不同點(diǎn)是：二高山雨凇持續(xù)時(shí)間短,一般出現(xiàn)在 08時(shí)左右的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),而高山由于地面氣溫低,雨凇則經(jīng)常持續(xù)一整天,甚至一天以上。二高山雨凇預(yù)報(bào)特別要著眼于低空低于 0℃過(guò)冷卻層的預(yù)報(bào),而高山雨凇天氣是否出現(xiàn)則還需要考慮地面到高空的濕度條件。在了解不同海拔山區(qū)雨凇預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)性地選取有天氣學(xué)意義的影響因子,采用常規(guī)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法,最終建立不同海拔山區(qū)的預(yù)報(bào)判別模型。

山區(qū);雨凇成因;判別模型

1 引言

恩施自治州位于云貴高原東北延武陵山余脈與大巴山南延余脈之間,州境內(nèi)絕大部分是山地,境內(nèi)山巒起伏,溝谷縱橫,嚴(yán)寒日數(shù)隨海拔高差呈明顯垂直地域差異。根據(jù)對(duì)恩施州雨凇天氣的氣候背景分析知道,在海拔 1 000m以上地區(qū),雨凇等氣象災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,雨凇對(duì)交通、電力、農(nóng)業(yè)等危害非常大,對(duì)其成因及其影響研究,國(guó)外自然科學(xué)界早有較深入的認(rèn)識(shí),但針對(duì)恩施山區(qū)而言,不同地域差異下的雨凇天氣有其區(qū)域的特殊性,其成因及預(yù)報(bào)研究目前還處于初始階段,故針對(duì)不同海拔山區(qū)雨凇成因特征進(jìn)行深入分析,找尋災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)著眼點(diǎn),有針對(duì)性的建立不同海拔山區(qū)的雨凇預(yù)報(bào)模型,對(duì)提高雨凇天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和進(jìn)行進(jìn)細(xì)化服務(wù),有很重要的意義。

根據(jù)恩施山區(qū)的實(shí)際情況,本文所研究?jī)?nèi)容,僅針對(duì)海拔 1 000m及以上的二高山和高山地區(qū)的冬季而言。本文選取利川站 (海拔 1 074.1m)代表溫和濕潤(rùn)的二高山 (海拔 1 000～1 500m),綠蔥坡站 (海拔 1 819.3m)代表高寒過(guò)濕的高山 (海拔

1 500m及以上)來(lái)進(jìn)行分析[1]。

2 資料來(lái)源與研究方法

2.1 資料來(lái)源

①利川站 (57439)1959～2008年、綠蔥坡站1957～1997年地面觀測(cè)資料;

②恩施站 (57447)1980～2009年探空資料,所含要素為 850hPa～500hPa 08、20兩個(gè)時(shí)次常規(guī)觀測(cè)資料,其中溫度露點(diǎn)差值利用公式轉(zhuǎn)換為相對(duì)濕度值,轉(zhuǎn)換公式為：LOGu=(7.65＊td)/(243.12+td)-(7.65＊t)/(243.12+t)+2[2]

③1998年以來(lái) 9210下發(fā)的 micaps衛(wèi)星資料產(chǎn)品;

④有特定天氣學(xué)意義的歷史雨凇個(gè)例普查資料：選取了 1970～2008年二高山雨凇個(gè)例 59個(gè),1988～1993年高山雨凇個(gè)例 100個(gè),對(duì)災(zāi)害天氣發(fā)生前一天、發(fā)生當(dāng)天和結(jié)束當(dāng)天的常規(guī)地面、探空資料進(jìn)行了普查,主要有以下內(nèi)容：

a：表征冷空氣強(qiáng)度、路徑,最強(qiáng)冷高壓中心位置和強(qiáng)度 (用中心氣壓值、冷中心值表示);同時(shí)還選取雨凇出現(xiàn)當(dāng)天代表站點(diǎn)同一時(shí)刻溫差來(lái)表征冷空氣強(qiáng)度 (偏西、偏北冷空氣路徑分別選取 08時(shí)蘭州 T-利川 T,08時(shí)北京 T-利川 T);

b：中高緯度 500hPa引導(dǎo)槽,主要按照引導(dǎo)槽出現(xiàn)的位置來(lái)表示,分別是：貝湖槽 40～60°N′95～110°E;東北低槽 35～55°N′105～120°E;華北低槽35～45°N′115～135°E。

c：中低層天氣系統(tǒng),按照系統(tǒng)位置分為 30°N長(zhǎng)江以北冷切、30°N長(zhǎng)江以南冷切、30°N長(zhǎng)江以北暖切、30°N長(zhǎng)江以南暖切。

d：大環(huán)流背景場(chǎng),考慮雨凇主要是在有降水天氣的基礎(chǔ)上形成,故普查恩施州西邊的昌都、拉薩站 08時(shí) 500hPa風(fēng)向、風(fēng)速來(lái)表征高層環(huán)流背景。普查沿長(zhǎng)江一線(xiàn) (30°N及以南)的宜賓、重慶、貴陽(yáng)、懷化 700hPa風(fēng)速風(fēng)向表征中層流場(chǎng)。

2.2 研究方法

①選取代表站點(diǎn)：在進(jìn)行雨凇氣候背景分析基礎(chǔ)上,選取代表站點(diǎn),以點(diǎn)帶面,進(jìn)行雨凇成因研究,最后建立不同海拔山區(qū)的預(yù)報(bào)模型。

②不同海拔山區(qū)雨凇成因分析：雨凇是一種天氣現(xiàn)象,其出現(xiàn)與否可采用二分類(lèi)預(yù)報(bào),故分析中采取選用大環(huán)流背景場(chǎng)相似條件下,出現(xiàn)和未出現(xiàn)雨凇天氣的兩類(lèi)樣本進(jìn)行對(duì)比分析。研究中分別選取了 1970～2008年二高山、1988～1993年高山出現(xiàn)雨凇的個(gè)例 59個(gè)、100個(gè),沒(méi)有出現(xiàn)雨凇的個(gè)例 83個(gè)、56個(gè)。

③確定分析和建模的方法：采用 PP法進(jìn)行相關(guān)要素統(tǒng)計(jì)特征分析,即將預(yù)報(bào)對(duì)象 (雨凇出現(xiàn)與否)與天氣現(xiàn)象發(fā)生當(dāng)日各時(shí)次對(duì)應(yīng)地面、探空資料形成數(shù)據(jù)列,然后對(duì)數(shù)據(jù)列進(jìn)行相關(guān)、離散、偏斜等分析。為進(jìn)一步了解雨凇發(fā)生的層結(jié)條件和微物理機(jī)制,還選取典型個(gè)例,分析 tlogp圖。

④預(yù)報(bào)模型建立：參考相關(guān)分析結(jié)果,選取有明確天氣學(xué)意義的影響因子,最后采用逐步判別方法建立不同海拔山區(qū)的冬季雨凇預(yù)報(bào)模型。

3 不同海拔區(qū)域雨凇發(fā)生前后的統(tǒng)計(jì)特征

通過(guò)普查二高山和高山雨凇歷史個(gè)例,結(jié)果見(jiàn)表 1。同時(shí)通過(guò)對(duì)預(yù)報(bào)因子數(shù)據(jù)列進(jìn)行均值、中位數(shù)M e,峰度K、偏度SK、變異系數(shù)CV等分析[3],部分計(jì)算結(jié)果(表中僅列舉對(duì)雨凇出現(xiàn)影響顯著的要素)見(jiàn)表 2～3。計(jì)算公式分別是：

從理論上說(shuō),C.V.越小,說(shuō)明數(shù)據(jù)離散程度越小,數(shù)據(jù)越集中。服從正態(tài)分布時(shí)的SK=0,K=0,當(dāng)SK＞ 0,為正偏,SK＜ 0,為負(fù)偏,K＞ 0時(shí)為高峽峰,數(shù)據(jù)集中,K＜ 0時(shí)為低闊峰,數(shù)據(jù)分散。

表 1 恩施州不同區(qū)域凍雨發(fā)生時(shí)天氣形勢(shì)背景統(tǒng)計(jì)特征表

3.1 大環(huán)流背景場(chǎng)

從表 1可以看出,在雨凇發(fā)生時(shí),在不同海拔山區(qū),其大環(huán)流背景場(chǎng)有以下特征：

相同點(diǎn)：從伴隨天氣現(xiàn)象看,無(wú)論是高山還是二高山,雨凇發(fā)生當(dāng)天地面均出現(xiàn)結(jié)冰,并伴有雨雪天氣發(fā)生。從冷空氣的活動(dòng)路徑及強(qiáng)度看,在雨凇發(fā)生前 2～3d,均在西伯利亞中部 (85～95°E,45～55°N)附近有一個(gè)冷空氣積累加強(qiáng)的過(guò)程,冷高中心海平面氣壓均值 1 051hPa,500hPa冷中心數(shù)值大多在-30℃以下。從冷空氣南下路徑看,多為偏北路徑 (中路),其次為東路,有少部分為東路夾西路。從 500hPa引導(dǎo)槽的移動(dòng)位置分析,出現(xiàn)貝湖槽、東北低槽、華北低槽的幾率分別是 32%、29%、39%,幾率相當(dāng)。從各層風(fēng)場(chǎng)分析,500hPa高度 95～110°E中緯為偏西氣流,西風(fēng)風(fēng)速一般在 12m/s以上,雨凇結(jié)束,一般轉(zhuǎn)為偏北氣流,風(fēng)速加大。700hPa從長(zhǎng)江上游的宜賓-重慶-恩施-貴陽(yáng)-懷化一線(xiàn),即 30°N沿江一線(xiàn)或偏南在雨凇發(fā)生當(dāng)天均維持西南氣流,一般恩施南部維持 12m/s的急流軸。雨凇結(jié)束后,風(fēng)向度數(shù)偏度,大部由西南風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為西風(fēng),且風(fēng)速減弱;850hPa到地面均為偏東氣流控制,風(fēng)速不大,一般在 2m/s左右。

不同點(diǎn)：在二高山,雨凇天氣發(fā)生當(dāng)天,95%伴隨降雪 (或雨夾雪),而在出現(xiàn)一般性降水時(shí),出現(xiàn)雨凇的幾率遠(yuǎn)小于高山地區(qū),高山有 16%的雨凇發(fā)生在一般性降水天氣條件下,而二高山僅為 5%。當(dāng)二高山出現(xiàn)雨凇時(shí),冷空氣強(qiáng)度更強(qiáng) (500hPa平均冷中心值二高山為-38℃,高山為-35℃),偏北路冷空氣南下影響時(shí)出現(xiàn)雨凇的幾率比偏東冷空氣影響時(shí)更大。

3.2 代表站點(diǎn)相關(guān)影響因子數(shù)據(jù)特征

從影響因子序列的客觀數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出 (見(jiàn)表 2、表 3),雖然不同海拔山區(qū)在雨凇發(fā)生前后的大環(huán)流背景場(chǎng)基本相同,但其影響程度有異同,為了更好的說(shuō)明各因子對(duì)不同海拔山區(qū)雨凇形成的影響,將不同海拔區(qū)域雨凇發(fā)生當(dāng)天以及結(jié)束當(dāng)天的同一因子序列值進(jìn)行對(duì)比分析,得出以下結(jié)論：

表 2 二高山部分預(yù)報(bào)因子序列相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表(T：氣溫 /℃;P：海平面氣壓 /hPa：fx：風(fēng)向 /度數(shù) ;fs：風(fēng)速 /m·s-1;H：高度 /位勢(shì)什米 )

3.2.1 相同點(diǎn) 從氣溫變化看,在雨凇發(fā)生的當(dāng)天,08時(shí)地面氣溫均低于 0℃。計(jì)算 700hPa與850hPa之間的氣溫差,在雨凇發(fā)生當(dāng)天,無(wú)論是 08時(shí)還是 20時(shí),均存在不同程度的逆溫層結(jié),08時(shí)更明顯,而雨凇結(jié)束后,逆溫層則已破壞,不再存在。高層 500hPa氣溫在雨凇發(fā)生前后均變化不明顯。

從風(fēng)的變化看,雨凇發(fā)生前后,地面各時(shí)次、低層 850hPa的風(fēng)速風(fēng)向在雨凇結(jié)束前后均變化不明顯。而 700hPa風(fēng)向度數(shù)則在雨凇結(jié)束后有所加大,一般由 220°左右升到 250°左右,風(fēng)速減小,一般由16m/s左右降至 10m/s以下,且沿江北緯 30°N偏南的貴陽(yáng)、懷化等中層風(fēng)場(chǎng)具有同樣的變化規(guī)律。500hPa風(fēng)向大部仍維持西風(fēng),有部分轉(zhuǎn)為北風(fēng)。

從地面氣壓、各層高度變化看,雨凇結(jié)束當(dāng)天,無(wú)論是二高山還是高山,均有一個(gè)升高的變化 (即地面轉(zhuǎn)為冷高壓控制,海平面氣壓增加了 2個(gè) hPa左右,各層高度值均升高了 2個(gè)位勢(shì)什米左右)。

3.2.2 不同點(diǎn) 從氣溫變化分析,在二高山,雨凇發(fā)生和結(jié)束當(dāng)天,14時(shí)以后地面氣溫差異較大,出現(xiàn)雨凇當(dāng)天反而比未出現(xiàn)雨凇當(dāng)天 (地面同樣有結(jié)冰)的同一時(shí)刻氣溫高,一般均 ＞0℃,這就是二高山雨凇一般只出現(xiàn)在 08時(shí)附近的主要原因。而高山由于海拔高,則一整天氣溫持續(xù) 0℃以下低溫天氣,雨凇也持續(xù)。從 700hPa(融化層)分析,二高山雨凇發(fā)生當(dāng)天 08時(shí)氣溫眾數(shù)為 0℃,平均值-2.6℃,而高山雨凇發(fā)生當(dāng)天 08時(shí)氣溫相對(duì)偏低,眾數(shù)為-5.5℃,均值為-3.9℃。

表 3 高山部分預(yù)報(bào)因子序列相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表(T：氣溫 /℃;fx：風(fēng)向、度數(shù) ;fs：風(fēng)速 /m·s-1;H：高度 /位勢(shì)什米 ;U：相對(duì)濕度 /%)

從濕度變化看,雨凇發(fā)生前后,二高山各層濕度變化均不明顯,二高山則在雨凇發(fā)生當(dāng)天,無(wú)論是地面濕度還是近地層到中層的濕度,均比雨凇結(jié)束當(dāng)天同一時(shí)刻偏大,特別是地面相對(duì)濕度,均達(dá)到了近飽和狀態(tài)。

從所有因子數(shù)據(jù)列的峰度、偏度、變異系數(shù)等分析還可以看出,其絕對(duì)值大多偏小,且峰度值以正值偏多,說(shuō)明上述各要素變化基本符合正態(tài)分布,且數(shù)據(jù)較集中,其變化具有一致性。

綜合上述,可以得出如下結(jié)論：無(wú)論是二高山還是高山,雨凇均發(fā)生在冷空氣前沿影響并出現(xiàn)雨雪天氣的當(dāng)天,雨凇發(fā)生時(shí),地面氣溫明顯下降,30°N沿江一線(xiàn)及偏南均維持較強(qiáng)盛的 S W氣流,融化層氣溫不一定在 0℃附近,但中層到低層之間卻一定有逆溫層出現(xiàn)。其不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在：二高山雨凇持續(xù)時(shí)間短,一般出現(xiàn)在 08時(shí)左右,其雨凇是否出現(xiàn)與低空是否存在低于 0℃的過(guò)冷卻層有關(guān)[4]。而高山由于海拔高,地面氣溫低,雨凇則經(jīng)常持續(xù)一整天,甚至一天以上,高山雨凇天氣的出現(xiàn)不僅與中低層的逆溫有關(guān),還與地面到高空較深厚的濕層有關(guān)。

4 雨凇發(fā)生與中低層逆溫層結(jié)的關(guān)系

在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí),通過(guò)對(duì) 700hPa的溫、濕、風(fēng)等分析時(shí)發(fā)現(xiàn),雨凇發(fā)生與 700hPa西南暖濕氣流的維持有很大關(guān)系,但是 700hPa附近溫度卻并不一定在 0℃附近,如上述 08時(shí),二高山和高山 700hPa平均氣溫均在-2.0℃以下,可無(wú)論是二高山還是高山,雨凇發(fā)生時(shí),700hPa與 850hPa之間,均存在不同程度的逆溫層結(jié)。為了更好的證明這一結(jié)論,選取了 2002年以來(lái)發(fā)生的 12次雨凇個(gè)例,即 2002年12月 25～26日、2003年 3月 5日、2006年 2月 6日、2008年 1月 18～19日、2008年 1月 24～29日共 12次個(gè)例 ,通過(guò) micaps3.0作 08時(shí) Tlogp圖,并導(dǎo)出部分物理量進(jìn)行分析 (部分個(gè)例見(jiàn)圖 1,物理量表略)分析,可以看出：

①在雨凇發(fā)生的當(dāng)天,700hPa附近不一定具有零度融化層 (12次個(gè)例中僅出現(xiàn) 2次),但是,一定具有一個(gè)逆溫層,該逆溫層一般位于 700～850hPa之間,有時(shí),逆溫層很薄 (如 2006年 2月 5日,逆溫層位于 700～750hPa之間)。

②分析所有個(gè)例,700hPa附近一定有較強(qiáng)的偏南風(fēng)速,一般 12m/s左右,有時(shí)更強(qiáng),例如：2008年 1月 25日,西南風(fēng)達(dá)到了 31m/s,這也是形成逆溫層的主要原因。

5 不同海拔山區(qū)預(yù)報(bào)判別模型建立

5.1 建模思路

根據(jù)上述對(duì)不同海拔山區(qū)雨凇的大氣環(huán)流背景、微物理機(jī)制等進(jìn)行綜合分析后,對(duì)雨淞形成、結(jié)束等影響條件有了較清晰的認(rèn)識(shí),同時(shí)也得出了一些在建立定性預(yù)報(bào)模型中選取影響因子有參考意義的定量分析結(jié)果。

圖 1 幾次雨凇個(gè)例單站高空分析

考慮雨凇是一種天氣現(xiàn)象,其出現(xiàn)與不出現(xiàn)(即預(yù)報(bào) 0不出現(xiàn),預(yù)報(bào) 1出現(xiàn))是兩個(gè)互逆事件,故總的研究思路是：采用 PP法,利用費(fèi)歇爾判別準(zhǔn)則和貝葉斯后驗(yàn)概率決策規(guī)則下的逐步判別方法,建立最優(yōu)預(yù)報(bào)判別模型[5]。根據(jù)上述規(guī)則,在凍雨模型建立中,采用的是二級(jí)判別,即：

式中 qg為預(yù)報(bào)值出現(xiàn) g類(lèi)的先驗(yàn)概率,當(dāng) Y2＞Y1時(shí),判別有凍雨出現(xiàn),反之則不出現(xiàn)。

然后在α=0.05的顯著水平下,用x2檢驗(yàn)法對(duì)所建立的預(yù)報(bào)模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),檢驗(yàn)通過(guò)后,再進(jìn)行歷史資料回代進(jìn)行模型效果檢驗(yàn)。

5.2 模型結(jié)果

5.2.1 二高山 (注：蘭州 08T-利川 08T取絕對(duì)值)

y1=-0.5108-39.8973+1.1118×x1+0.3959×x2-0.2519×x3+0.5452×x4+0.0371×x5-0.0084×x6-0.0856×x7+0.2028×x8

y2=-0.9163-37.2834+0.7751×x1+0.5544×x2+0.5221×x3+0.9375×x4+0.0741×x5+0.1053×x6+0.0750×x7+0.1598×x8

各因子物理意義：

x1：08時(shí)蘭州地面氣溫-利川地面氣溫 (單相關(guān)系數(shù) 0.41,表征冷空氣強(qiáng)度)

x2：08時(shí) 700hPa懷化風(fēng)速 (單相關(guān)系數(shù) 0.52,表征恩施偏南沿江臺(tái)站中層 S W風(fēng)強(qiáng)度)

x3：利川 20時(shí)地面氣溫 (單相關(guān)系數(shù) 0.55,表征臺(tái)站地面氣溫變化情況,根據(jù)統(tǒng)計(jì),二高山凍雨基本都出現(xiàn)在 08時(shí)附近,14時(shí)以后地面氣溫明顯升高)

x4：08時(shí) 500hPa拉薩 (或昌都 )風(fēng)速 (單相關(guān)系數(shù) 0.51,表征高空引導(dǎo)氣流強(qiáng)度)

x5：20時(shí) 500hPa恩施高度 (單相關(guān)系數(shù) 0.24,表征冷空氣強(qiáng)度)

x6：08時(shí) 700hPa重慶風(fēng)速 (單相關(guān)系數(shù) 0.27,表征恩施上游臺(tái)站 S W風(fēng)強(qiáng)度)

x7：08時(shí) 700hPa氣溫-850hPa氣溫 (單相關(guān)系數(shù) 0.4,表征中低層逆溫強(qiáng)度)

x8：08時(shí) 700hPa貴陽(yáng)風(fēng)向 (單相關(guān)系數(shù)-0.47,表征偏南臺(tái)站中層環(huán)流系統(tǒng))

在α=0.05的顯著水平下,模型誤差率3.57%,通過(guò)檢驗(yàn)。

5.2.2 高山y(tǒng)1=-1.1170-5258.3552-2.6997×x1+3.0867×x2-4.7734×x3+1.2149×x4-1.7602×x5+33.3860×x6+0.8975×x7+0.2208×x8-0.5618×x9

y2=-0.3964-5189.1816-2.5730×x1+3.0169×x2-5.2135×x3+1.2905×x4-1.6481×x5+33.1029×x6+0.9319×x7+0.2307×x8-0.4158×x9

因子意義：

x1：08時(shí)綠蔥坡地面濕度 (單相關(guān)：0.46)

x2：20時(shí)綠蔥坡地面濕度 (單相關(guān)：0.36)

x3：08時(shí)恩施 850hPa溫度 (單相關(guān) ：-0.47)

x4：08時(shí) 恩施 850hPa相對(duì)濕度 (單相關(guān)：0.41)

x5：20時(shí)恩施 500hPa風(fēng)向 (單相關(guān) ：0.3)

x6：20時(shí) 恩施 700hPa高度 (單相關(guān) ：-0.4)

x7：20時(shí) 恩施 700hPa相對(duì)濕度 (單相關(guān)：0.28)

X8：20時(shí) 恩施 700hPa風(fēng)速 (單相關(guān) ：0.21)

x9：08時(shí)恩施 700hPa溫度-850hPa溫度 (單相關(guān)：0.45,表征逆溫)

在α=0.05的顯著水平下,模型誤差率 8.7%,通過(guò)檢驗(yàn)。

從上述兩個(gè)最優(yōu)判別模型下所獲取的影響因子來(lái)看,與前述成因分析結(jié)果是基本一致的。

5.3 模型試驗(yàn)

5.3.1 二高山 2009年 12月到 2010年 1月,恩施州氣象臺(tái)將該預(yù)報(bào)模型投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行,在業(yè)務(wù)試驗(yàn)中,主要針對(duì)二高山未來(lái) 24h天氣現(xiàn)象進(jìn)行了預(yù)報(bào),所選預(yù)報(bào)資料除 08時(shí)、20時(shí)地面氣溫取 T213預(yù)報(bào)產(chǎn)品外,其余均取自歐洲中心 08時(shí)或 20時(shí)數(shù)值預(yù)報(bào)資料。查閱預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)地面觀測(cè)資料,2個(gè)月內(nèi)利川站沒(méi)有出現(xiàn)雨凇,從預(yù)報(bào)模型的試報(bào)情況看,預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況完全相符。

由于試驗(yàn)時(shí)間較短,雖然效果很好,但該模型的真正使用效果還需以后在工作中不斷進(jìn)行試驗(yàn)、改進(jìn)和完善。

5.3.2 高山 檢驗(yàn)方法：由于 1997年以后,綠蔥坡拆站,無(wú)觀測(cè)資料,在對(duì)高山定性預(yù)報(bào)模型的試報(bào)檢驗(yàn)中采取了以下辦法：

①選取 2002年～2008年利川已出現(xiàn)的 12個(gè)凍雨個(gè)例進(jìn)行歷史回代。根據(jù)成因分析,在不同海拔山區(qū),凍雨出現(xiàn)時(shí)的大環(huán)流天氣背景場(chǎng)相同,由于綠蔥坡地處 1 700m以上的高寒山區(qū),認(rèn)為當(dāng)二高山出現(xiàn)雨凇時(shí),高山肯定也會(huì)出現(xiàn)雨凇。故用上述12個(gè)個(gè)例作為檢驗(yàn)對(duì)象。

②在高山雨凇預(yù)報(bào)模型中,涉及到代表站點(diǎn)地面相對(duì)濕度值,在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法獲取該地適時(shí)資料,數(shù)值預(yù)報(bào)資料也無(wú)法模擬其高寒過(guò)濕的特殊地理環(huán)境,解決的辦法是：根據(jù)建模過(guò)程中篩選的歷史個(gè)例 (100個(gè))序列值資料分析,恩施站 850hPa(約 1500米高空)相對(duì)濕度與綠蔥坡對(duì)應(yīng)時(shí)刻地面相對(duì)濕度呈很好的正相關(guān),地面濕度無(wú)論其序列均值、中數(shù)還是眾數(shù)值均比 850hPa濕度值大 5%左右,且數(shù)據(jù)集中,故在模型預(yù)報(bào)中,將 850hPa濕度值加上 5%作為綠蔥坡地面濕度值來(lái)參與計(jì)算。

檢驗(yàn)結(jié)果：

在檢驗(yàn)中,所有預(yù)報(bào)資料均采用歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)資料,從試報(bào)結(jié)果分析,對(duì) 12次凍雨,均準(zhǔn)確預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)率 100%,效果較好,具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4。

表 4 高山雨凇預(yù)報(bào)模型試驗(yàn)附表

由于高山站無(wú)觀測(cè)資料,不能獲取更多的樣本進(jìn)行檢驗(yàn),該模型是否很客觀,效果是否穩(wěn)定,還有待于在以后的工作中不斷試驗(yàn)和完善。

6 結(jié)論

①不同海拔山區(qū),冬季雨凇成因有異同：

相同點(diǎn)：大環(huán)流背景場(chǎng)相似,無(wú)論是二高山還是高山,雨凇均發(fā)生在冷空氣前沿影響并出現(xiàn)雨雪天氣的當(dāng)天;500hPa高度 95-110°E中緯度為偏西氣流,30°N沿長(zhǎng)江一線(xiàn)或偏南盛行 S W暖濕氣流,近地層維持偏東冷平流;均具有逆溫層結(jié),融化層氣溫不一定在 0℃附近,但中層到低層 (一般在700hPa～850hPa之間)則一定有不同厚薄的逆溫層。

不同點(diǎn)：二高山雨凇持續(xù)時(shí)間短,一般出現(xiàn)在08時(shí)左右的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),而高山由于地面氣溫低,雨凇則經(jīng)常持續(xù)一整天,甚至一天以上;在中路較強(qiáng)冷空氣影響下,二高山出現(xiàn)雨凇幾率相對(duì)較多,而高山冬季在相對(duì)偏弱冷空氣影響下,即便出現(xiàn)一般性降水,發(fā)生雨凇的幾率也較大;二高山雨凇預(yù)報(bào)特別要著眼于低空低于 0℃過(guò)冷卻層的預(yù)報(bào),而高山雨凇天氣是否出現(xiàn)則需要考慮地面到高空的濕度條件。

②在預(yù)報(bào)模型建立過(guò)程中,充分考慮了大環(huán)流天氣背景、微物理溫濕層結(jié)等因素的綜合影響,針對(duì)山區(qū)特殊地理環(huán)境差異下的雨凇成因異同,以點(diǎn)帶面,來(lái)建立不同海拔山區(qū)的定性判別模型,在有效的提高預(yù)報(bào)模型判別能力的同時(shí),對(duì)提高災(zāi)害性天氣的服務(wù)水平也具有積極的意義。

[1] 劉萬(wàn)昌,郭大春,等 .恩施氣候資源區(qū)劃 .內(nèi)部發(fā)行,1986,3.

[2] 中國(guó)氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司 .L波段 (1型)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊(cè)[M].北京：氣象出版社,2009.

[3] 馬開(kāi)玉,張耀存,等 .現(xiàn)代應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京：氣象出版社.2004.

[4] 吳兌 .關(guān)于雨凇和雨凇、霧凇之我見(jiàn) [J],廣東氣象 .2008,13.

[5] 黃嘉佑 .氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法[M].北京：氣象出版社.1990.

P456

B

1003-6598(2010)增刊-0072-06

2010-09-10

羅菊英 (1972-),女,工程師,主要從事中短期預(yù)報(bào)方法研究工作。

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目 (2008BAC48B00)《南方冰雪災(zāi)害天氣預(yù)測(cè)預(yù)警評(píng)估技術(shù)研究》之第四課題 (2008BAC48B04)《南方冰雪災(zāi)害評(píng)估技術(shù)研究》。