劉紅霞，劉 兵

(塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城 834700)

烏蘇市春季霜凍預(yù)報方法的初步探討

劉紅霞，劉 兵

(塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城 834700)

利用烏蘇1961—2010年逐日最低氣溫資料、1991—2012年春季3月15日—4月30日期間霜凍日及其前一日常規(guī)氣象資料，運用相關(guān)分析法和多元線性回歸法，建立了烏蘇春季霜凍預(yù)報方程，用該方程對1991—2011年的霜凍歷史資料進(jìn)行回報檢驗，擬合率為82.1%，對2011—2012年的霜凍進(jìn)行試報，擬合率達(dá)87.8%，效果較好，可以在烏蘇地區(qū)的霜凍預(yù)報業(yè)務(wù)中試運行。

春季霜凍；預(yù)測方法；烏蘇市

烏蘇市是新疆重要農(nóng)業(yè)大縣，霜凍是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一[1]，尤以春季霜凍危害較大，每年均有發(fā)生[2]。霜凍必須以預(yù)防為主，目前對霜凍的預(yù)報以定性為主，因此利用氣象臺站觀測資料，建立霜凍的數(shù)學(xué)模型是非常必要的。楊曉霞等[3]應(yīng)用氣象探空、地面觀測資料和逐步回歸方法，建立了山東省霜凍天氣短期分區(qū)預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，效果較好。利用烏蘇常規(guī)氣象觀測資料分析探討烏蘇地區(qū)春季霜凍的預(yù)報方法，對提前做好春季霜凍的預(yù)報服務(wù)工作，減少和降低霜凍災(zāi)害造成的影響具有重要意義。

1 資料和方法

霜凍標(biāo)準(zhǔn)：3月15日—11月15日期間某日最低氣溫≤0 ℃定義為一個霜凍日。選取的資料主要包括：烏蘇國家基準(zhǔn)站1961—2010年3月15日—11月15日逐日最低氣溫；1991—2012年春季3月15日—4月30日霜凍日及其前一日的常規(guī)氣象觀測資料，主要包括：14時本站氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、日最低氣溫。

分析研究方法主要采用相關(guān)分析法、T檢驗法、多元線性回歸方法等[4]。

2 預(yù)報方法

2.1 霜凍時間分布特征

研究各月、旬霜凍發(fā)生頻次，可以準(zhǔn)確掌握霜凍分布特征，為霜凍預(yù)測提供依據(jù)。1961—2010年烏蘇共出現(xiàn)霜凍1 244 d，3月376 d，4月148 d，5—8月均未出現(xiàn),9月2 d，10月256 d，11月462 d，分別占總數(shù)的30.2%、11.9%、0.0%、0.2%、20.6%、37.1%。霜凍主要集中在11月和3月，其次是10月和4月， 9月出現(xiàn)的概率小(圖1)。初霜凍平均開始在10月中旬，最早為9月下旬，最晚為11月中旬；終霜凍平均結(jié)束在4月上旬，最早結(jié)束在3月中旬，最遲結(jié)束在4月下旬。

圖1 烏蘇1961—2010年霜凍日旬變化圖

氣溫低于0 ℃有可能使處于幼苗期的農(nóng)作物和開花期的果樹遭受凍害，從受災(zāi)面積和嚴(yán)重程度來看，春霜凍一般嚴(yán)重于秋霜凍。毛煒嶧[5]等人也曾指出北疆沿天山一帶霜凍的危害關(guān)鍵期為3月中旬—4月下旬。因此主要探討春霜凍的預(yù)報方法。

2.2 霜凍的形成機理

霜凍是多種因素共同作用的結(jié)果，從強冷空氣的影響方面來看，有高空影響因子和地面影響因子[6]。按形成原因霜凍可分為三種類型：一是平流降溫型，由北方強冷空氣入侵造成的霜凍，霜凍發(fā)生的同時伴有較強西北風(fēng)和降水；二是輻射降溫型，主要是由地面或近地面輻射降溫造成的；三是混合型，由平流和輻射降溫共同作用形成霜凍。北疆地區(qū)第一種類型霜凍出現(xiàn)概率較小，約占20%，后兩種霜凍出現(xiàn)概率較大，約占80%[7]。根據(jù)1991—2010年資料統(tǒng)計，烏蘇主要以輻射降溫型霜凍為主，出現(xiàn)了178 d，占86%；平流降溫型霜凍只出現(xiàn)了12 d，占6%；平流輻射型霜凍出現(xiàn)了17 d，占8%。

2.3 預(yù)報量和預(yù)報因子的選擇

2.3.1 霜凍與氣象因子的相關(guān)分析 統(tǒng)計烏蘇站1991—2010年春季3月15日—4月30日霜凍日前一日14時本站氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、24 h變溫和日最低氣溫，分別與霜凍日日最低氣溫進(jìn)行相關(guān)分析(見表1)。從表1得知，霜凍日最低氣溫與前一日最低氣溫的相關(guān)性最好，其次是14時氣溫、本站氣壓、相對濕度，相關(guān)系數(shù)均達(dá)極顯著水平；與前一日14時24 h變溫、風(fēng)速、風(fēng)向的相關(guān)性較差，未通過顯著性檢驗。霜凍日最低氣溫與前一日14時氣溫、24 h變溫、日最低氣溫呈正相關(guān)，與14時本站氣壓、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。說明前一天氣溫越低、風(fēng)速越大，第二天越容易出現(xiàn)霜凍。

2.3.2 預(yù)報因子的選擇 預(yù)報是否出現(xiàn)霜凍及其強度，關(guān)鍵在預(yù)報冷空氣活動的強弱及最低氣溫，強冷空氣入侵后對第二天的日最低氣溫有著直接影響。根據(jù)烏蘇霜凍形成的機理和當(dāng)?shù)氐念A(yù)報工作經(jīng)驗，選擇日最低氣溫作為霜凍的預(yù)報量，選取幾個與霜凍日最低氣溫相關(guān)性較好且物理意義明顯的因子作為預(yù)報因子[8]：烏蘇站霜凍日前一日14時本站氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和日最低氣溫。

表1 烏蘇站霜凍日最低氣溫與前一日14時地面氣象要素和日最低氣溫相關(guān)關(guān)系

2.4 預(yù)報方程的建立

霜凍形成的氣象條件復(fù)雜，根據(jù)以上分析，從影響烏蘇市霜凍的各氣象因子中選取了對霜凍影響較為顯著的氣象因子，用多元線性回歸方法建立烏蘇地區(qū)春季霜凍的預(yù)報方程

y=0.313x1+0.034x2+0.277x3+

0.020x4-0.457x5-36.291，

R=0.782(通過F=0.001的顯著性檢驗),F=56.823。

方程中，y為霜凍日最低氣溫，x1為霜凍日前一日最低氣溫，x2、x3、x4、x5為霜凍日前一日14時本站氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)速。

2.5 預(yù)報方程的檢驗

用方程對1991—2010年春季烏蘇站氣象觀測資料進(jìn)行回報檢驗，對2011—2012年春季烏蘇站資料進(jìn)行試報，結(jié)果見表2。表中擬合率=正確次數(shù)/(空報次數(shù)+漏報次數(shù)+正確次數(shù))。從表2可以看出，回報檢驗擬合率較高，達(dá)82.1% ；試報擬合率達(dá)87.8%，預(yù)報準(zhǔn)確率較高，效果較好，可以在烏蘇地區(qū)的霜凍預(yù)報業(yè)務(wù)中試運行。

表2 烏蘇霜凍預(yù)報方程的檢驗

3 結(jié)論

(1)烏蘇霜凍主要集中在11月和3月，3、4、9、10、11月霜凍日分別占總數(shù)的30.2%、11.9%、0.2%、20.6%、37.1%，5—8月無霜凍。霜凍類型主要以輻射降溫型為主，約占總數(shù)的86%。

(2)春季霜凍日最低氣溫與前一日最低氣溫的相關(guān)性最好，其次是前一日14時氣溫、本站氣壓、相對濕度，均通過極顯著水平檢驗；霜凍日最低氣溫與前一日14時氣溫、24小時變溫、日最低氣溫呈正相關(guān)，與前一日14時本站氣壓、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。

(3) 建立春季霜凍日最低氣溫與前一日14時氣溫、本站氣壓、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速及日最低氣溫的多元回歸方程，方程通過F=0.001的顯著性檢驗，預(yù)報擬合率達(dá)87.8%，效果較好。若在使用中能結(jié)合當(dāng)?shù)仡A(yù)報經(jīng)驗進(jìn)行訂正，能夠進(jìn)一步減少空、漏報率，使霜凍預(yù)報的精度得到提高。

[1] 孫忠富.霜凍災(zāi)害與防御技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2004.

[2] 劉紅霞,黃玲,曹紅麗,等.1961—2010年烏蘇市霜凍氣候特征分析[J].陜西氣象,2013(6)：15-18.

[3] 楊曉霞,高留喜,袁從軍,等.山東省霜凍天氣分區(qū)客觀預(yù)報方法[J].氣象,1999,25(6)：31-34.

[4] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京:氣象出版社,2007：23-32.

[5] 毛煒嶧,曹占洲,鄒陳,等.新疆棉花播種期氣候服務(wù)指標(biāo)分析及應(yīng)用[J].沙漠與綠洲氣象,2010,4(6)：1-5.

[6] 馮玉香,何維勤.霜凍的研究[M].北京：氣象出版社,1999.

[7] 鄭之龍.北疆地區(qū)終霜凍對棉苗的影響及對策[J].中國棉花,2000,27(7)：42-43.

[8] 施能.氣象科研與預(yù)報中的多元分析方法[M].2版.北京：氣象出版社,2002.

劉紅霞，劉兵.烏蘇市春季霜凍預(yù)報方法的初步探討[J].陜西氣象，2014(6)：5-7.

1006-4354(2014)06-0005-03

2014-06-05

劉紅霞(1979—),女,漢族,新疆沙灣人,碩士,高工,從事氣象業(yè)務(wù)管理。

塔城地區(qū)氣象局科研課題(201107)

P457.31

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