李德萍，張凱靜，耿 敏,郭麗娜,張 璐

(1.青島市氣象災(zāi)害防御工程技術(shù)研究中心，山東青島 266003；2.青島市氣象局，山東青島 266003)

目前我國(guó)氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)提供的預(yù)測(cè)產(chǎn)品，在空間尺度上包括全球、亞洲區(qū)域、全國(guó)精細(xì)到縣尺度；在時(shí)間尺度上包括延伸期(10～30 d)、月(次季節(jié))、季和年尺度。預(yù)報(bào)對(duì)象也從原來(lái)的氣候要素和重要過(guò)程發(fā)展到氣候現(xiàn)象、氣候事件、氣象災(zāi)害和行業(yè)預(yù)測(cè)[1-2]。青島市地處山東半島東南部，瀕臨黃海，屬溫帶季風(fēng)氣候。2018年6月9—10日“上合組織”成員國(guó)元首理事會(huì)第十八次會(huì)議在山東青島舉辦。上合峰會(huì)期間(6月上旬)青島市短期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)著眼點(diǎn)主要為熱帶太平洋(ENSO循環(huán))、西太平洋副熱帶高壓等主要影響因子及前兆信號(hào)[3-6]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[7-9]研究發(fā)現(xiàn)，大氣中普遍存在10～30 d，30～50 d等低頻震蕩。延伸期預(yù)報(bào)彌補(bǔ)了中期預(yù)報(bào)與短期氣候預(yù)測(cè)之間的縫隙。峰會(huì)期間延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)從氣象要素自身變化規(guī)律[10-11]出發(fā)，兼顧了相似年份青島市降雨和氣溫等氣象要素狀況和國(guó)內(nèi)外多家數(shù)值模式客觀預(yù)測(cè)結(jié)果。介紹峰會(huì)期間延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法和預(yù)測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行預(yù)測(cè)檢驗(yàn)，為重大活動(dòng)氣象保障提供參考。

1 資料來(lái)源及方法

所用資料一是青島國(guó)家基本氣象站1961—2017年5—6月逐日降水量、平均氣溫和大霧日數(shù)資料；二是奧帆基地區(qū)域站(會(huì)議地點(diǎn)，距離青島站約6 km)2008—2017年6月逐日風(fēng)向風(fēng)速、平均氣溫等資料；三是國(guó)家氣候中心的DERF2.0數(shù)值模式、美國(guó)環(huán)境預(yù)測(cè)中心CFSv2數(shù)值模式和東京氣候中心TCC 數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

采用降水、氣溫年代際變化分析，相似分析與模式預(yù)報(bào)相結(jié)合方法，制作青島峰會(huì)期間延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)。峰會(huì)期間天氣過(guò)程預(yù)測(cè)主要采用韻律及本地區(qū)“隔季相關(guān)”預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)制作。韻律形成與海氣相互作用有密切的關(guān)系[12]，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率一般可達(dá)到65%～80%[13]。峰會(huì)期間大霧趨勢(shì)預(yù)測(cè)，主要通過(guò)海霧影響因子分析、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、短期環(huán)流形勢(shì)及決策樹(shù)海霧客觀預(yù)報(bào)等方法制作而成。趨勢(shì)預(yù)測(cè)檢驗(yàn)方法依據(jù)中國(guó)氣象局2013年9月下發(fā)的《月、季氣候預(yù)測(cè)質(zhì)量檢驗(yàn)業(yè)務(wù)規(guī)定》。

2 5月中旬—6月上旬短期氣候趨勢(shì)及延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)

5月中旬—6月上旬短期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)論為：預(yù)計(jì)青島(5月11 日—6月10日)降水量正常略多(常年值56.2 mm，常年值為1981—2010年平均值，下同)；平均氣溫正常略高(常年值18.0 ℃)。延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)論為：青島5月16日—6月10日(延伸期26 d)降水量正常略多(常年值44.4 mm)，5月22日—6月10日(延伸期20 d)降水量正常略少(常年值34.3 mm)，6月上旬(延伸期10 d)降水正常略少(常年值14.5 mm)；各時(shí)段平均氣溫預(yù)測(cè)均正常略高。

2.1 預(yù)測(cè)依據(jù)和結(jié)果

2.1.1 降水量年代際變化分析 從青島市降水百年變化規(guī)律看，20世紀(jì)40年代中期—70年代中期基本上為多雨時(shí)段, 其他時(shí)段基本上為少雨時(shí)段[10]。圖1為1961—2017年5月中旬—6月上旬降水量距平百分率年際變化圖?？梢?jiàn)，20世紀(jì)70年代、80年代后期—90年代初為降水偏多時(shí)段，21世紀(jì)以來(lái)降水多偏少，但近10年降水距平變化大致呈2～3 a的周期。預(yù)計(jì)未來(lái)2 a呈偏多趨勢(shì)，因此預(yù)報(bào)2018年5月中旬—6月上旬降水偏多。

圖1 青島市1961—2017年5月中旬—6月上旬降水量距平百分率年際變化

圖2為青島1961—2017年6月上旬降水量距平百分率年際變化圖?？梢?jiàn)，6月上旬20世紀(jì)60—70年代為降水偏多時(shí)段，90年代后期降水以偏少為主，但近5 a有2 a偏多。預(yù)計(jì)未來(lái)(2018年)偏少的可能行較大。因此預(yù)報(bào)2018年6月上旬(延伸期主要時(shí)段)降水偏少。

圖2 青島市1961—2017年6月上旬降水量距平百分率年際變化

降水量年代際變化分析得出預(yù)報(bào)：2018年5月中旬—6月上旬降水偏多；6月上旬降水偏少。

2.1.2 相似分析

(1)海溫相似

ENSO循環(huán)不同階段能引起我國(guó)夏季降水異常不同分布[14]，因此海溫背景場(chǎng)是我國(guó)夏季降水預(yù)測(cè)的重要依據(jù)之一。2018年是拉尼娜衰減年，1981年以來(lái)共出現(xiàn)9個(gè)相似年份。表1為海溫相似年份5月中旬—6月上旬青島各時(shí)段降水距平性質(zhì)表(各時(shí)段日數(shù)分別為31 、26 、20、10 d，下同)。由表1可見(jiàn)，青島月尺度(31 d )9 a之中有6 a負(fù)距平，表明降水偏少(偏少概率為66.7%)；延伸期(26 、20 d)9 a之中有7 a負(fù)距平(降水偏少概率均為77.8%)；6月上旬9 a之中有5 a負(fù)距平(降水偏少概率為55.6%)。另外，根據(jù)氣候相似確定2001、2008和2012年為3個(gè)最佳相似年。而這3 a的6月上旬降水量除2008年為正距平外，均為負(fù)距平，以偏少為主。因此，海溫相似年青島5月中旬—6月上旬各時(shí)段降水均偏少。

表1 海溫相似年份5月11日—6月10日青島各時(shí)段降水距平性質(zhì)表

注： +表示偏多，-表示偏少，下同。

(2)副高相似

西太平洋副高與我國(guó)汛期降水有著密切關(guān)系，其強(qiáng)度和位置變化對(duì)我國(guó)夏季降水都有一定的制約作用[5-6]。9個(gè)海溫相似年份的副高指數(shù)(表略)顯示，5—6月副高偏弱、偏東，脊線偏北。ECWMF模式預(yù)報(bào)副高強(qiáng)度正常，脊線偏北(圖略)。綜合分析，預(yù)報(bào)2018年6月副高強(qiáng)度接近常年，位置略偏北。

副高脊線位置偏北的年份亦為9 a。表2為副高相似年5月中旬—6月上旬青島各時(shí)段降水距平性質(zhì)表。由表2可見(jiàn)，青島5月中旬—6月上旬各時(shí)段降水均以偏少為主(9 a之中6 a為負(fù)距平)，偏少概率均為66.7%。可見(jiàn)副高相似年青島5月中旬—6月上旬各時(shí)段降水亦偏少。因此預(yù)報(bào)2018年5月中旬—6月上旬及6月上旬降水偏少。

表2 副高相似年份5月11日—6月10日青島各時(shí)段降水距平性質(zhì)表

2.1.3 數(shù)值模式預(yù)報(bào) 利用國(guó)家氣候中心DERF2.0模式、東京氣候中心TCC模式和美國(guó)環(huán)境預(yù)測(cè)中心CFSv2模式5月中旬—6月上旬預(yù)測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)測(cè)。DERF2.0和TCC預(yù)報(bào)降水偏多，CFSv2預(yù)報(bào)降水正常。模式預(yù)報(bào)月尺度降水以偏多為主。上級(jí)業(yè)務(wù)單位指導(dǎo)預(yù)報(bào)為5月青島降水偏多。各家模式預(yù)報(bào)2018年6月上旬降水趨勢(shì)分別為：DERF2.0預(yù)報(bào)偏少；TCC預(yù)報(bào)偏多；CFSv2預(yù)報(bào)6月上旬前期正常，后期偏多。即6月上旬預(yù)報(bào)意見(jiàn)有分歧。

2.1.4 預(yù)測(cè)結(jié)果 綜合降水年代際變化、相似分析、數(shù)值模式預(yù)報(bào)結(jié)果和上級(jí)業(yè)務(wù)部門(mén)指導(dǎo)預(yù)報(bào)，得出青島5月中旬—6月上旬降水正常略多；6月上旬降水正常略少。

2.2 預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

2.2.1 趨勢(shì)預(yù)測(cè)檢驗(yàn) 根據(jù)《月、季氣候預(yù)測(cè)質(zhì)量檢驗(yàn)業(yè)務(wù)規(guī)定》，對(duì)青島5月中旬—6月上旬各預(yù)報(bào)時(shí)段氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，上合青島峰會(huì)期間延伸期降水氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)檢驗(yàn)評(píng)分為67～100分。

2.2.2 預(yù)測(cè)方法檢驗(yàn) 降水年代際變化和DERF2.0模式預(yù)報(bào)的月尺度和延伸期(6月上旬)預(yù)測(cè)上均與實(shí)況相符合；相似分析6月上旬預(yù)測(cè)與實(shí)況相符；TCC模式月尺度降水預(yù)報(bào)與實(shí)況一致，CFSv2模式月尺度及延伸期預(yù)報(bào)均與實(shí)況有差距。因此，本次峰會(huì)氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)中，降水年代際變化分析和DERF2.0模式預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好?？梢?jiàn)氣候規(guī)律分析、相似分析、數(shù)值模式客觀預(yù)報(bào)及上級(jí)業(yè)務(wù)單位指導(dǎo)預(yù)報(bào)相結(jié)合方法，是上合青島峰會(huì)期間延伸期趨勢(shì)預(yù)測(cè)的有力支撐。氣溫趨勢(shì)預(yù)測(cè)依據(jù)與降水基本一致(略)。

3 降水過(guò)程預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)5月中旬—6月上旬主要有5次冷空氣或降水天氣過(guò)程，9日(開(kāi)幕式當(dāng)日)前后有一次冷空氣或降水天氣過(guò)程。

3.1 預(yù)測(cè)依據(jù)

根據(jù)大氣的相似性原理及青島地區(qū)“隔季相關(guān)”的氣候規(guī)律，實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)青島地區(qū)天氣氣候具有90～120 d的韻律和周期活動(dòng)[15]。圖3為2018年5月中旬—6月上旬氣溫、水汽壓、氣壓三線圖。該圖依據(jù)青島站4個(gè)月前14時(shí)平均氣溫、水汽壓和本站氣壓逐日變化制作而成，曲線波動(dòng)代表當(dāng)日氣象三要素的變化情況，當(dāng)本站氣壓低值、水汽壓高值同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，可判斷當(dāng)日前后有冷空氣活動(dòng)或降水天氣過(guò)程。由圖3可知，5月中旬—6月上旬主要有5次冷空氣或降水天氣過(guò)程，分別在5月16日前后、21日前后、28日前后，6月5日前后、9日前后。其中6月5日的過(guò)程經(jīng)過(guò)華東區(qū)域中心及山東省氣候中心業(yè)務(wù)會(huì)商進(jìn)行了調(diào)整，而9日過(guò)程始終不變。

表3 青島市2018年5月11日—6月10日短期及延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)評(píng)分

圖3 青島2018年5月中旬—6月上旬氣溫、水汽壓和氣壓三線圖(氣溫單位為℃；水汽壓、本站氣壓?jiǎn)挝粸閔Pa)

3.2 預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

表4為青島市2018年5月中旬—6月上旬降水過(guò)程預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)照表，預(yù)報(bào)青島市5月中旬—6月上旬有5次冷空氣或降水過(guò)程，實(shí)況出現(xiàn)了3次降雨天氣過(guò)程。16日前后、21日前后兩次過(guò)程預(yù)報(bào)正確，11日漏報(bào)，空?qǐng)?bào)3次(5月28日、6月5日和9日)。盡管對(duì)青島站預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不高，但開(kāi)幕式當(dāng)天(9日)天氣復(fù)雜，南面有2018年第4號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”活動(dòng)，北面高空有冷渦天氣系統(tǒng)。9—10日青島站周邊多區(qū)市(黃島、膠州、平度和萊西)出現(xiàn)小雨。其余空?qǐng)?bào)的兩次過(guò)程在周邊區(qū)市也出現(xiàn)了降雨(5月28日萊西出現(xiàn)降雨；6月4日平度、萊西出現(xiàn)小雨)。因此，就全市范圍而言，5次過(guò)程預(yù)報(bào)正確，1次漏報(bào)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率83%。采用韻律法做降水過(guò)程預(yù)測(cè)有局限性，只能預(yù)報(bào)冷空氣或降水的“有”和“無(wú)”，無(wú)法預(yù)報(bào)雨量大小和落區(qū)。

表4 青島市2018年5月中旬—6月上旬降水過(guò)程(或冷空氣活動(dòng))預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)照表

注：“有”代表預(yù)報(bào)當(dāng)日或者前后兩日有降水，“無(wú)”代表未預(yù)報(bào)降水，“—”表示未出現(xiàn)。

4 大霧趨勢(shì)預(yù)測(cè)

本次峰會(huì)期間大霧趨勢(shì)借助統(tǒng)計(jì)分析方法，參考短期預(yù)報(bào)的環(huán)流形勢(shì)和海霧數(shù)值模式預(yù)報(bào)方法(決策樹(shù)海霧客觀預(yù)報(bào))，預(yù)測(cè)5月下旬有2 d左右大霧；延伸期預(yù)測(cè)采用相似分析等方法，預(yù)測(cè) 6月上旬有大霧2～3 d。

4.1 6月上旬海霧分析

青島年平均53.5 d(1981—2010年平均值)大霧，其中63.7%出現(xiàn)在4—7月(俗稱(chēng)霧季)。青島大霧亦稱(chēng)海霧，可分為平流霧、混合霧、輻射霧和地形霧[16]。2008—2017年6月上半月共出現(xiàn)51 d大霧，其中平流霧90.2%。由于平流霧的生成機(jī)理比較復(fù)雜，涉及風(fēng)場(chǎng)、海溫與氣溫、大氣層結(jié)與海流等氣象、水文和地形等因素，歷來(lái)都是預(yù)報(bào)難點(diǎn)[17]。影響海霧形成的三個(gè)主要因子分別為偏南風(fēng)向、風(fēng)力適中和一定海陸溫差。由于地形的原因，青島海霧生成的具體條件為：南東南風(fēng)(西南風(fēng)不易出霧)，風(fēng)力在2～6 m/s，氣溫與海溫差在0.5～3.0 ℃[18]。統(tǒng)計(jì)近10 a青島站6月5—10日風(fēng)向資料得出：青島偏南風(fēng)(南東南風(fēng))平均出現(xiàn)概率70.1%；青島站和奧帆基地站6月8—10日平均風(fēng)速分別為3.2 m/s和3.4 m/s，風(fēng)速適中；近10 a青島6月上旬平均氣溫19.3 ℃，海溫17.0 ℃左右(小麥島水文資料)，氣溫與海溫差值約2.3 ℃。近10 a青島6月上旬風(fēng)向、風(fēng)速及陸地與海面的溫差均滿足海霧生成的條件，因此峰會(huì)期間為海霧多發(fā)時(shí)段。

4.2 預(yù)測(cè)依據(jù)及檢驗(yàn)

4.2.1 5月下旬大霧 據(jù)短期未來(lái)7 d天氣預(yù)報(bào)，青島22—24日北風(fēng)轉(zhuǎn)西南風(fēng)4～5級(jí)，陣風(fēng)6級(jí)。因此判斷25日前出霧的概率較低。25～26日轉(zhuǎn)為南風(fēng)—東南風(fēng)，26日以后為偏南風(fēng)流場(chǎng)，出霧的概率加大，月底轉(zhuǎn)北風(fēng)后出霧的概率降低。據(jù)海霧決策樹(shù)客觀預(yù)報(bào)，26日有霧(圖略)。據(jù)此預(yù)報(bào)5月下旬大霧2 d左右，出現(xiàn)在26日之后。

預(yù)報(bào)檢驗(yàn)：實(shí)況為5月下旬2 d大霧，出現(xiàn)在5月 28、29日，預(yù)報(bào)正確。

4.2.2 6月上旬大霧 統(tǒng)計(jì)青島1961—2017年6月上旬逐年大霧分布，得出6月上旬青島平均大霧3.2 d。最佳相似年(2001、2008和2012年)6月上旬大霧分別為1、4、2 d，平均2.3 d。據(jù)此預(yù)報(bào)6月上旬大霧2～3 d。

預(yù)測(cè)檢驗(yàn)：6月上旬出現(xiàn)5 d大霧，在5—8日、10日，預(yù)報(bào)比實(shí)況偏少2～3 d。這是因?yàn)橹皇遣捎媒y(tǒng)計(jì)和相似分析方法，未參考相關(guān)的海霧數(shù)值模式預(yù)報(bào)，因此，預(yù)報(bào)誤差比較大。

5 結(jié)論

(1)預(yù)測(cè)青島上合峰會(huì)延伸期(6月上旬)降水正常略少，結(jié)論基本正確。根據(jù)《月、季氣候預(yù)測(cè)質(zhì)量檢驗(yàn)業(yè)務(wù)規(guī)定》檢驗(yàn)，延伸氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)評(píng)分為67～100分。冷空氣或降水過(guò)程預(yù)報(bào)方法適用可行，對(duì)6月9日開(kāi)幕式冷空氣或降水過(guò)程預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確，并保持了預(yù)報(bào)的一致性。不足之處是降水落區(qū)預(yù)報(bào)不理想。

(2)適合本地氣候特點(diǎn)預(yù)測(cè)方法為降水和氣溫年代際變化分析，今后應(yīng)重視其業(yè)務(wù)應(yīng)用。本次青島峰會(huì)期間延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)，國(guó)家氣候中心DERF2.0模式表現(xiàn)較好，優(yōu)于國(guó)外模式。統(tǒng)計(jì)分析、相似分析與模式預(yù)報(bào)相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法，是地市級(jí)延伸期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)的有力支撐。韻律法在本次峰會(huì)期間天氣過(guò)程預(yù)報(bào)中發(fā)揮了不可或缺的作用。

(3)峰會(huì)期間大霧趨勢(shì)預(yù)測(cè)，分析量化了影響青島6月上旬海霧生成的平均風(fēng)向、風(fēng)速及海陸溫差等影響因子。結(jié)合最佳相似年和短期預(yù)報(bào)環(huán)流形勢(shì)及決策樹(shù)海霧客觀預(yù)報(bào)，對(duì)延伸期大霧趨勢(shì)預(yù)報(bào)做出了有益嘗試。實(shí)踐證明，由于可以參考高空環(huán)流形勢(shì)和海霧數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，大霧短期(10 d內(nèi))預(yù)報(bào)相對(duì)準(zhǔn)確。而延伸期趨勢(shì)預(yù)測(cè)效果較差，還需對(duì)其預(yù)測(cè)方法進(jìn)一步研究。

致謝：感謝國(guó)家氣象中心提供的決策樹(shù)海霧客觀預(yù)報(bào)方法；感謝任兆鵬對(duì)青島2008—2017年6月上半月大霧的統(tǒng)計(jì)分析。