周永水，李天江，石 艷

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

貴州省24 h氣溫主觀預(yù)報分析

周永水，李天江，石 艷

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

利用貴州省過去50 a一般觀測站資料和過去20 a基本觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析了貴州省各個站點極端高溫和極端低溫的分布；并統(tǒng)計分析了不同區(qū)域不同季節(jié)的白天和晚上不同天氣狀況下的當(dāng)日最高氣溫和最低氣溫之差以及當(dāng)日最低氣溫和平均露點溫度之差，結(jié)果表明：①在貴州地區(qū)白天夜晚均為晴天的高低溫差四季都在10℃以上，白天為多云的狀況下溫差次之，白天為陰天和有降水的溫差維持在3.0～7.5℃之間；②除了貴州西部春季晴和多云狀況下最低溫度和露點溫差較高外，其余地區(qū)隨季節(jié)和緯度的差異溫差保持在0～3.9℃。

極端高溫；極端低溫；最高氣溫；最低氣溫；露點溫度

1 引言

氣溫預(yù)報一直是天氣預(yù)報的重要組成部分，近年來由于全球氣候變化的影響，嚴寒、高溫?zé)崂?、短時強降水等極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)[1，2]，民眾對于天氣預(yù)報的要求和關(guān)注度也越來越高。隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，天氣預(yù)報已深入社會行業(yè)的各個方面。氣溫預(yù)報既是干旱、霜凍、凍雨等災(zāi)害天氣預(yù)報的基礎(chǔ)，也是農(nóng)林牧漁部門的作業(yè)和規(guī)劃的重要參考，同時對于群眾的生活、工作以及出行都有重要的指示意義。

氣溫預(yù)報最近幾十年得到了快速的發(fā)展，目前已有臺站開展和嘗試氣溫預(yù)報的精細化研究[3-4]。影響氣溫預(yù)報的因素多且復(fù)雜，客觀預(yù)報方法以發(fā)展數(shù)值預(yù)報模式以及考慮了初值及模式的不確定性的多模式集合預(yù)報[5，6]為主，經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展， 數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)已經(jīng)能夠提供具有較高可信度的中期時效(一周或更長) 的天氣形勢與大尺度天氣過程[7，8]。盡管數(shù)值預(yù)報取得了巨大的成就并在業(yè)務(wù)預(yù)報中發(fā)揮了巨大作用， 但預(yù)報員的作用依然是不可替代的，數(shù)值預(yù)報的優(yōu)勢在于所依據(jù)的物理定律的普適性與制作預(yù)報過程的客觀性， 以及定量化的預(yù)報結(jié)果，但不可避免地把復(fù)雜的大千世界簡單化， 幾條已經(jīng)被大大簡化處理的物理定律并不能概括全部天氣變化事實， 并且數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)所包含的大量計算方案與參數(shù)的設(shè)定其實帶有經(jīng)驗性與一定程度的主觀隨意性， 因此數(shù)值預(yù)報的客觀性是有局限的[9]。與數(shù)值預(yù)報相反，預(yù)報員在實踐中積累的經(jīng)驗來源于對真實天氣過程的體驗， 突破了模式在認識上的局限， 有可能對模式不能把握的天氣過程做出更好的預(yù)報。貴州位于青藏高原東部，受高原大地形條件影響下的天氣預(yù)報難度高。再加上由于地勢高差懸殊，垂直方向差異較大以及季風(fēng)環(huán)流的交替影響，天氣形勢復(fù)雜多樣。這樣復(fù)雜的天氣狀況要求預(yù)報員在分析天氣系統(tǒng)時主觀上具有更高的敏感性以及對數(shù)值預(yù)報的訂正。

本文主要利用貴州省過去50 a氣象站點觀測數(shù)據(jù)，計算貴州省84個站點歷史極端最高最低氣溫、不同天氣狀況下最高最低氣溫的關(guān)系、露點溫度和最低氣溫的關(guān)系，給預(yù)報員對數(shù)值預(yù)報進行主觀訂正時提供參考。

2 資料與方法

本文使用的溫度觀測和預(yù)報資料包括：1961—2010年貴州84個縣站觀測站逐日最高、最低氣溫觀測以及1991—2010貴州省國家基本觀測站地面觀測資料。

影響氣溫變化的因素有溫度平流、垂直運動以及非絕熱變化項3項[10]，本文主要討論非絕熱變化對局地氣溫變化的影響，故對于有冷暖平流影響的天氣則予以剔除，垂直運動項在一級近似方程中為小項，予以忽略，將剩下的個例天氣狀況按白天和夜晚分別分為晴天、多云、陰天、雨天，并按照貴州地勢從東到西逐漸升高的趨勢選擇有代表性的站點(從東到西分別為三穗、貴陽、興仁)，按照不同季節(jié)分類予以討論。其中最低氣溫和最高氣溫差以及最低氣溫和溫度露點差均為1991—2010氣溫差之平均。同時，利用歷史資料對平均溫差作TS評分檢驗，在±2℃的范圍內(nèi)，求出命中率，以考察平均溫差的適用性。

3 極端氣溫分布狀況

從貴州省84縣站的極端最高氣溫分布來看(圖1)：貴州省內(nèi)共有包括赤水、南部邊緣和東部在內(nèi)9個縣站極端高溫在40℃以上，極端高溫的歷史極值為赤水在2006年8月18日出現(xiàn)的42.3℃；省內(nèi)其余地區(qū)的極端高溫都在40℃以下，特別是位于25.5°～27°N之間貴州中西部的大部分縣站極端高溫都在35℃以下，位于貴州最西端的威寧歷史極端高溫只有31.5℃，出現(xiàn)在1991年6月1日。貴陽的歷史極端氣溫出現(xiàn)在1961年7月2日為35.4℃。

圖1 貴州省84縣站極端最高氣溫

從貴州省84縣站的極端最低氣溫分布來看(圖2)：貴州省所有縣站的極端低溫都在0℃以下，赤水由于地處河谷低洼地帶，極端低溫僅為-1.9℃，出現(xiàn)在1961年1月16日；南部邊緣幾個縣站極端低溫在-5℃以上，其余大部分地區(qū)極端低溫都在-5～12℃之間；而威寧的極端低溫是全省最低的，達到了-15.3℃，出現(xiàn)在1977年2月9日。由于中部一線地理海拔位置較高，極端低溫大部分都在-10℃左右。

圖2 貴州省84縣站極端最低氣溫

4 不同天氣狀況下最高氣溫和最低氣溫差

本文的所指的最高氣溫和最低氣溫之差，是指00—17時的日最高氣溫和當(dāng)日20—次日08時的最低氣溫之差，這樣，預(yù)報員在知道當(dāng)日最高氣溫的形勢下，可以利用此數(shù)據(jù)對次日最低氣溫的預(yù)報作出訂正和參考。即Min=Max-X；其中Max為00—17時的日最高氣溫，X為當(dāng)日20—次日08時的最低氣溫之差統(tǒng)計平均值，Min為計算出的當(dāng)夜最低氣溫。在研究中還發(fā)現(xiàn)，有的天氣狀況對應(yīng)的個例樣本較少，研究結(jié)果表明這些較少樣本的個例在反演過程中跳躍性較大，不利于線性規(guī)律的提取和總結(jié)，故剔除了其中少于30次個例的樣本。

從貴州中部(以貴陽為例)不同季節(jié)和不同天空狀況下最高氣溫和最低氣溫之差(表1)來看：在白天是晴空的情況下，4個季節(jié)的溫差均達到10℃以上，特別是在春、秋、冬季，白天晴天升溫較快，夜間晴空輻射降溫明顯，溫差均在13℃以上，春秋季節(jié)接近14℃，而夏季夜空晴朗的情況下，輻射降溫不如其他季節(jié)明顯，溫差為11.8℃。利用這些數(shù)值反演歷史數(shù)據(jù)命中率在80%左右。在春、秋、冬季若白天多云，晚上天空晴朗，溫差雖不如前一種情況大，但是也在11℃左右，夏季白天多云的溫差則為9.7℃，反演命中率基本在80%以上。在貴州中部地區(qū)的春、夏、冬季，白天陰天，夜晚晴空的天空狀況較為少見，只有秋季這種天空狀況出現(xiàn)頻率較高；在白天陰天的情況下，白天輻射增溫較弱，溫差減小，維持在4.4～7.4℃之間，命中率基本在80%以上，且在秋季夜晚多云時命中率達到90%以上。在白天有降水的情況下，四季夜晚出現(xiàn)晴空和多云的頻率極低；夏季白天降水對溫度影響小于其他季節(jié)，溫差較其他季節(jié)大，但是在白天有降水的情況下，溫差普遍比其他情況更小，在3.8～6.5℃之間。

表1 貴州中部(貴陽)不同狀況下高低溫差/命中率(℃/%)(*表示樣本個例少，舍去，下同)

從貴州東部(以三穗為例)不同季節(jié)和不同天空狀況下最高氣溫和最低氣溫之差(表2)來看：在貴州東部晴朗的冬季，由于白天輻射增溫和夜晚輻射降溫較為劇烈，平均溫差達到了17.3℃，而在其他季節(jié)，白天夜晚均為晴空的溫差沒有冬季劇烈，溫差范圍在10.9～13.6℃之間，命中率在秋季和冬季出現(xiàn)明顯的下滑，維持在70%左右，且東部地區(qū)由于離靜止鋒較遠，白天晴朗夜晚降水的頻率很低。在白天多云、夜晚為晴空和多云情況下，冬季溫差仍然遠遠高于其他季節(jié)分別達到14.2℃和11.4℃，在其他狀況下溫差在6.7～9.8℃之間，冬季命中率略低。白天陰天夜晚晴空的天氣現(xiàn)象在東部四季出現(xiàn)的頻率也很低，而在其他幾種天氣現(xiàn)象配置下，溫差范圍在3.9～7.5℃之間，命中率在80%上下。白天降水晚上晴或多云的現(xiàn)象在東部地區(qū)也很少出現(xiàn)，在冬季白天出現(xiàn)降水的情況下，溫差普遍較小分別為2.6℃、3.6℃，其他天氣現(xiàn)象的溫差則在4.8～7.2℃之間，命中率也基本接近80%。

從貴州西部(以興仁為例)不同季節(jié)和不同天空狀況下最高氣溫和最低氣溫之差(表3)來看：夏季由于季風(fēng)的建立和加強，西部特別是西南部地區(qū)水汽輸送良好，白天為晴空，夜晚也為晴空出現(xiàn)了58次，除此外，夏季夜晚為其他天氣現(xiàn)象的頻率更低均不到30次，在別的季節(jié)白天為晴空的情況下，平均溫差范圍在10.5～14.7℃，最大溫差低于東部和中部。在白天多云的情況下，夜晚為晴空的溫差仍然要明顯高于夜晚為其他天空狀況的時候，溫差在10.3～12.3℃，全年其他天空狀況的溫差在7.3～10.1℃，命中率普遍高于80%。白天為陰天，夜晚為晴或多云的天氣也很少出現(xiàn)，夜晚為陰天或有降水天氣的溫差在4.2～5.6℃。同樣，白天有降水，晚上晴或多云的天氣也很少見，而夜晚陰天或有降水的溫差則在3.2～6.9℃，夏、秋季高，冬、春季低，命中率在80%以上。

5 不同天氣狀況下露點溫度和最低溫度差

本文的所指的最低氣溫和溫度露點之差，是指當(dāng)日20—次日08時的最低氣溫和當(dāng)日00—17時的平均溫度露點之差；預(yù)報員在知道00—17時平均露點的形勢下，可以利用此數(shù)據(jù)對次日最低氣溫的預(yù)報作出訂正和參考。即Min=Dew+Y，Dew為00—17時平均露點，Y是當(dāng)日20時—次日08時的最低氣溫和當(dāng)日00—17時的平均溫度露點之差的統(tǒng)計平均值，Min是計算出來的當(dāng)夜最低氣溫。同上，少于30次個例的樣本予以剔除，且考慮到在降水特別是鋒面一側(cè)有降水的情況下，露點差異不能很好反映溫度的變化[10]，故對有降水的天氣個例予以剔除。

表2 貴州東部(三穗)不同狀況下高低溫差/命中率(℃/%)

表3 貴州西部(興仁)不同狀況下高低溫差/命中率(℃/%)

從貴州中部(以貴陽為例)最低溫度和露點溫度之差(表4)來看：在秋季、冬季和春季，隨著夏季風(fēng)撤退和冬季風(fēng)的建立，從孟加拉灣和南海的水汽輸送減弱，水汽含量減少，空氣更不容易達到飽和，最低氣溫和露點差比夏季和秋季差別更為明顯，在3種天氣形勢組合下，溫差范圍為1.6～3.9℃，最大溫差出現(xiàn)在春天白天夜晚均為晴空狀態(tài)下；夏季由于水汽充沛，最低氣溫和露點溫度差范圍更小且波動振幅小，維持在1.1～1.8℃。由于波動振幅更小，命中率也明顯高于其他幾個季節(jié)接近90%。

表4 貴州中部(貴陽)不同狀況下最低氣溫和露點溫度差/命中率(℃/%)

從貴州西部(以興仁為例)最低溫度和露點溫度之差(表5)來看：春季的差值遠遠高于其他季節(jié)，特別是在白天為晴或多云夜間為晴空的形勢下，溫差分別達到了4.5℃和7.8℃； 在其他天氣形勢下，溫差也在2.5℃以上；在另外3個季節(jié)，冬季溫差范圍為1.2～2.5℃，夏季和秋季的溫差范圍較小在0.1～1.7之間，西部地區(qū)不同形勢的溫差反演命中率基本在80%以上。

表5 貴州西部(興仁)不同狀況下最低氣溫和露點溫度差/命中率(℃/%)

從貴州東部(以三穗為例)最低溫度和露點溫度之差(表6)來看：東部地區(qū)白天為陰天，夜間晴空的天氣很少出現(xiàn)，且東部地區(qū)在不同的天空狀況下，溫差振幅普遍小于中西部地區(qū)，冬季白天多云和陰天形勢下，溫差分別為2.2℃和2.9℃，其余天氣形勢下波動范圍均小于2℃，在0.0～1.8℃之間；在白天為晴空的形勢下，溫差波動最高不超過0.9℃。在夏季和秋季，除了白天夜晚為陰天的形勢下反演命中率為81%，其余天氣形勢均高于90%。

表6 貴州東部(三穗)不同狀況下最低氣溫和露點溫度差/命中率(℃/%)

6 小結(jié)和討論

① 貴州省的極端氣溫分布，與貴州的地形走向以及地理緯度有著密切的聯(lián)系，40℃以上極端高溫除赤水外分布在東部和南部邊緣地區(qū)，中部一線地勢高處極端高溫普遍在35℃以下；中部一線也是-10℃以下極端低溫幾種分布區(qū)域。

② 不同天氣狀況下當(dāng)日最高氣溫和當(dāng)夜最低氣溫之差來看，在貴州地區(qū)白天夜晚均為晴天的溫差四季都在10℃以上，白天為多云的狀況下溫差次之，白天為陰天和白天有降水的溫差兩者較為接近，總體差距較小，維持在3～7.5℃之間，并隨著季節(jié)和地區(qū)的差異而有所變化；

③ 不同天氣狀況下當(dāng)日平均露點溫度和當(dāng)夜最低氣溫差，由于露點溫度的保守性及貴州地區(qū)水汽條件良好，溫差總體上呈現(xiàn)波動幅度較小，除了貴州西部春季晴和多云狀況下溫差分別為4.5℃及7.8℃外，其余地區(qū)隨季節(jié)和緯度的差異溫差略有變化，溫差保持在0～3.9℃；

本文存在的問題：一是在統(tǒng)計分析中過濾了冷暖平流的影響，對于冷空氣南下當(dāng)日以及熱低壓發(fā)展增強當(dāng)日的溫差變化未經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計分析；二是在最高溫度和最低溫度以及最低溫度和露點溫度分析中的時間序列只有20a，造成有些天氣配置樣本過少，不能對此類天氣配置做出客觀的反映。三是統(tǒng)計分析中采用3個站點分別代表貴州的西部、中部和東部地區(qū)，由于貴州地形復(fù)雜多變，對于一些與代表站點地理和氣候特征差異明顯的站點會存在明顯的代表性誤差。

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2014-05-06

周永水(1982—)，男，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報工作。

1003-6598(2015)01-0027-05

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