重慶市渝東南地區(qū)溫度預(yù)報方法初探

陳 勇

(重慶市黔江區(qū)氣象局,重慶 黔江 409000)

重慶市渝東南地區(qū)溫度預(yù)報方法初探

陳 勇

(重慶市黔江區(qū)氣象局,重慶 黔江 409000)

影響溫度變化主要考慮的因素是溫度平流、垂直運(yùn)動及一些非絕熱因子如：云、霧、降水、風(fēng)、低層大氣穩(wěn)定度等的影響。該文簡要介紹如何應(yīng)用天氣學(xué)原理知識和實際工作經(jīng)驗來制作區(qū)域氣溫預(yù)報的方法和思路,并參考數(shù)值預(yù)報的結(jié)果來具體制作當(dāng)?shù)氐臍鉁仡A(yù)報。

氣溫;預(yù)報;方法

1 引言

氣溫變化對于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的日常生活與生產(chǎn)都有著重要的影響,特別是災(zāi)害性天氣的溫度變化(如霜凍、寒潮、高溫、低溫)常會給工農(nóng)業(yè)帶來一定的損失。同時,氣溫又是大氣狀態(tài)的基本要素,它的變化對天氣系統(tǒng)的演變起著重要的作用。渝東南山區(qū)有著相似的地形條件,其溫度預(yù)報一直是要素預(yù)報中的難點(diǎn),從 2009年市局公眾預(yù)報質(zhì)量排名開始,渝東南各區(qū)縣整體排名普遍靠后,究其原因分析,主要還是溫度 (最高、最低)把握不準(zhǔn),預(yù)報容易產(chǎn)生較大的誤差。因此準(zhǔn)確把握氣溫的預(yù)報對提高預(yù)報準(zhǔn)確率,提高氣象服務(wù)效果有非常重要的意義。

2 影響氣溫變化的主要因素

2.1 溫度平流的影響

溫度平流是由于沿水平氣流方向上氣溫分布不均勻時,空氣冷暖平流所引起的局地氣溫變化,暖平流使局地氣溫上升,冷平流使氣溫下降。氣溫變化的程度取決于溫度平流的強(qiáng)度,它是一個決定日平均氣溫的主要因子,同時,溫度平流對于氣溫日變化也有很大的影響,常常會掩蓋氣溫的正常日變化。如：當(dāng)強(qiáng)冷空氣入侵時,氣溫明顯下降,一直處于負(fù)變溫,最低氣溫有可能出現(xiàn)在白天時段。

2.2 垂直運(yùn)動的影響

垂直運(yùn)動對氣溫變化的影響,主要決定于垂直運(yùn)動的方向、強(qiáng)度以及大氣的層結(jié)狀況。當(dāng)大氣層結(jié)穩(wěn)定時,有上升運(yùn)動,將產(chǎn)生絕熱冷卻,引起局地氣溫下降;有下沉運(yùn)動時,引起局地升溫。當(dāng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定時,上升運(yùn)動則引起局地氣溫上升,下沉運(yùn)動引起氣溫下降。如果大氣層結(jié)是中性平衡狀態(tài),則垂直運(yùn)動對氣溫的變化沒有太大的作用,在平原地區(qū),垂直運(yùn)動較小,而本區(qū)為渝東南山區(qū),垂直運(yùn)動作用相對較大。

2.3 非絕熱因子的影響

氣溫的非絕熱變化是空氣與外界熱量交換的結(jié)果,包括輻射、湍流交換、蒸發(fā)凝結(jié)等過程,主要表現(xiàn)在大氣低層。當(dāng)氣團(tuán)移過或靜止于某一地方時,會影響氣團(tuán)的溫濕特征。當(dāng)冷空氣移到暖的下墊面時,氣溫會不斷地升高,這里除去下沉增溫的絕熱作用外,主要受到一些非絕熱因子的影響。

2.3.1 云的影響 影響氣溫日變化最根本的因子是太陽輻射,云影響輻射,對地面熱量的收支有很大的影響,當(dāng)白天有云時,可以減少地面得到的太陽輻射,使地面受熱減少,氣溫不至于太高;當(dāng)夜間有云時,可以增加向地面的反輻射,減小地面的有效輻射,使地面不致散失更多的熱量,降溫減小。因此,晴天氣溫日變化大,溫差大;陰雨天氣溫日變化小,溫差小。

2.3.2 霧的影響 霧的影響與云的影響基本類似,它主要影響太陽輻射,使地面吸收太陽輻射減少,增加向地面的反輻射。霧天氣溫日變化小,溫差也小。2.3.3 降水的影響 雨滴在降落過程中不斷地蒸發(fā),并大量吸收周圍空氣中的熱量,地面氣溫就降低。在降雪的情況下,氣溫一般不很低,降雪過后,由于地面積雪反射太陽輻射,減少地面吸收熱量,積雪融化也消耗熱量,因此氣溫下降明顯。

2.3.4 風(fēng)的影響 湍流交換強(qiáng)度取決于風(fēng)速的大小,風(fēng)速大時,湍流交換強(qiáng),有利于空氣熱量上下交換,使白天氣溫增溫減緩。風(fēng)速小時,不利于空氣熱量上下交換,氣溫增溫加速。夜間,地面輻射冷卻,常出現(xiàn)輻射逆溫,湍流將空氣熱量向下傳遞,風(fēng)速大時,向下的熱通量也大,使最低氣溫降溫趨緩;風(fēng)速小時,向下的熱通量減少,最低氣溫下降加速,日變化增大,所以有風(fēng)時,氣溫日變化小,無風(fēng)時,氣溫日變化較大。

2.3.5 低層大氣穩(wěn)定度的影響 湍流熱量交換不僅與風(fēng)速大小有關(guān),與層結(jié)穩(wěn)定度也有關(guān),如低層大氣層結(jié)穩(wěn)定時,地面熱量不易向上傳遞到較高層次,日出后地面接受太陽輻射,大氣熱量聚積在近地面層內(nèi),氣溫劇烈上升。如層結(jié)穩(wěn)定度小,湍流容易將地面熱量傳遞到較高層次,日出后地面氣溫緩慢上升,氣溫日變化減小。

3 氣溫的預(yù)報

在實際工作中,我們只做最高氣溫和最低氣溫的預(yù)報,而不做平均氣溫的預(yù)報。只是當(dāng)強(qiáng)冷空氣入侵時,我們考慮是否有強(qiáng)降溫天氣時,才考慮平均氣溫的估算,以判斷平均氣溫降溫是否達(dá)到 6℃或 8℃以上春秋冬強(qiáng)降溫的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 最低氣溫的預(yù)報

最低氣溫預(yù)報是冬季預(yù)報要考慮的重點(diǎn)內(nèi)容,最低氣溫的高低和出現(xiàn)時間,隨季節(jié)和氣象條件的不同而不同。據(jù)多年觀測資料統(tǒng)計,以黔江區(qū)為代表的渝東南地區(qū)夏季最低氣溫多數(shù)出現(xiàn)在凌晨 2～3時,冬季往往出現(xiàn)在 6～7時,春秋兩季則常出現(xiàn)在 4～5時,以上這只是在正常情況下,如遇強(qiáng)冷空氣入侵或者有強(qiáng)降水系統(tǒng)時,氣溫會一直下降,最低氣溫有時可能會出現(xiàn)在白天。

3.1.1 天氣形勢分析法 如果在預(yù)報時限內(nèi),無明顯天氣系統(tǒng)影響,可參考前一天最低氣溫的量值。如有鋒面過境時,則必須考慮鋒面的強(qiáng)度、移動的方向和經(jīng)過本站的時間,分析平流變溫和非絕熱因子對最低氣溫的影響,一般來說,最低氣溫的變化比最高氣溫和平均氣溫變化要稍小一些。

3.1.2 經(jīng)驗法 如果在預(yù)報時限內(nèi),沒有鋒面和強(qiáng)的降水系統(tǒng)影響時,可通過當(dāng)天夜間的氣象條件和前 1d進(jìn)行最低氣溫比較,來預(yù)測夜間的最低氣溫,例如：前 1d最低氣溫為 9℃,當(dāng)天早晨最低氣溫為11℃,則第二日最低氣溫也基本在 9～11℃之間;如果預(yù)測當(dāng)夜云量比前一晚上有增加時,最低氣溫要稍微向上升一些,其幅度可在 0.5～1.0℃之間,反之則下降一些。

3.1.3 夜間降溫量法 如果沒有明顯的天氣系統(tǒng)影響,最低氣溫變化也不是太大,在預(yù)報中可根據(jù)當(dāng)天 16時氣溫作為基本值和夜晚降溫量的差值來預(yù)報最低氣溫,其中夜晚降溫量ΔT主要根據(jù)天空云量的多少加上風(fēng)速來判斷降溫量的具體數(shù)值。公式為：Tm=T16-ΔT,根據(jù)本站 1960—2008年的歷史資料可統(tǒng)計出：少云微風(fēng)情況下 (云量為 0～3,風(fēng)3m/s以下),降溫約 11～13℃,多云微風(fēng)或少云有風(fēng) (云量 4～7,風(fēng) 4m/s以上 ),降溫為 8～10℃,陰天 (天空云量為 8成以上)降溫為 6～7℃,雨天則為5～6℃。但季節(jié)不一樣降溫有差別,一般冬季的溫差要比夏季的偏大一些。

3.1.4 利用指標(biāo)站比較法 如有明顯天氣系統(tǒng)過境影響時,可選擇上游某一相鄰測站如武隆等,如有強(qiáng)冷空氣影響時,則選擇渝東北較近站點(diǎn)如奉節(jié)作為本站的指標(biāo)站,把指標(biāo)站的最低氣溫和本站的最低氣溫進(jìn)行一下歷史資料的對比,得出兩地最低氣溫的變化關(guān)系,作為本站最低氣溫的參考。例如：鋒面過后指標(biāo)站最低氣溫較前一天降了 5℃,根據(jù)上述統(tǒng)計關(guān)系可得出一些思路：如果本站的ΔT比指標(biāo)站的ΔT要小一些,則預(yù)報本站的最低氣溫只降 3～4℃;反之則考慮降 6℃以上。但應(yīng)用此方法還要考慮兩站之間天氣條件的差異及天氣系統(tǒng)的過境時間。

3.2 最高氣溫的預(yù)報

最高溫度預(yù)報是夏季天氣預(yù)報的重要內(nèi)容之一,最高氣溫的預(yù)報有點(diǎn)類似于最低氣溫的預(yù)報,但最高氣溫的變化往往大于最低氣溫的變化,如果有天氣系統(tǒng)影響時,最高氣溫的變化會更加明顯。

3.2.1 利用天氣形勢法 預(yù)報最高氣溫,應(yīng)先比較前一、二天的最高氣溫變化,判斷影響本站的氣團(tuán)特性,如果還處于在暖區(qū),最高氣溫將還有可能升高。如果冷平流到來,最高氣溫則要下降。如果少云,最高氣溫也較高,如果多云陰天,最高氣溫也會降低。

3.2.2 估算最高氣溫的日際變化量 無明顯系統(tǒng)影響時,最高氣溫一般出現(xiàn)在 15～16時,夏季往往也會出現(xiàn)在 17時甚至稍后,最高氣溫的變化主要與風(fēng)、云、降水有密切的關(guān)系,應(yīng)分別統(tǒng)計出最高氣溫因的氣象條件主要有合適的大尺度天氣形勢,氣流停滯區(qū)、近地面靜小風(fēng),大氣邊界層存在強(qiáng)逆溫層,強(qiáng)日照和低相對濕度以及以上條件持續(xù)多日維持等[1]。為了提高霾天氣的預(yù)測預(yù)報水平,國內(nèi)外各界展開了各類研究。中國氣象科學(xué)研究院對霧霾等低能見度天氣進(jìn)行了詳細(xì)分析和預(yù)測方法的研的日變化量與這些因子的對應(yīng)關(guān)系,計算出它們的對最高氣溫變化的貢獻(xiàn)量。得出關(guān)系式：ΔT(日際 )=ΔTn+ΔTd+ΔTr

式中 ΔTn、ΔTd、ΔTr分別為低云量 、風(fēng)、降水所引起的最高氣溫的變溫,這些變溫可以根據(jù)歷史統(tǒng)計資料編制曲線圖得出,然后得出次日最高氣溫為T次日=T當(dāng)日+ΔT(日際)。

3.2.3 冷暖平流的影響 溫度的平流變化,會引起該地區(qū)增暖或變冷,如在預(yù)報時限內(nèi)有冷、暖平流的影響,最高氣溫的預(yù)報就必須考慮溫度平流的作用,有公式

式中TM為第二天最高氣溫的預(yù)報值,TM-1為當(dāng)天最高氣溫的值,ΔT為風(fēng)、云、降雨等非絕熱因子引起的最高氣溫變化值,-V·為溫度平流的變化值。-V·可采用近地面 850hPa等壓面圖上等溫線與等高線,計算影響本站的平流強(qiáng)度,如果冷平流強(qiáng)度越強(qiáng),降溫會越大,反之則越小。

4 利用歐洲數(shù)值預(yù)報 ECMWF

利用歐洲數(shù)值預(yù)報 ECMWF中的 850hPa溫度的未來幾天的預(yù)報,我們可以選擇其中的 24h預(yù)報來考慮本站的氣溫預(yù)報,可根據(jù) 850hPa高空與地面的對應(yīng)關(guān)系,計算出 24h本站上空的溫度預(yù)報值與實況(最低、最高)值之間的差值ΔY來建立一元回歸方程,然后利用ΔY+當(dāng)天最高氣溫或最低氣溫來進(jìn)行本站 24h的最高、最低氣溫預(yù)報值。同樣也可以利用850hPa 24h溫度的變化情況來作一些參考,一般來說,地面由于受太陽輻射和地面的反輻射作用,氣溫的變化程度要比高空中要小一些,如果本站上空850hPa 24h氣溫的變化為-4℃,那么本站的最低氣溫變化將低于 4℃范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

溫度預(yù)報相對于晴雨預(yù)報要難度大一些,上述一些預(yù)報方法對制作最低、最高氣溫預(yù)報時有一些幫助,但溫度預(yù)報較復(fù)雜,特別是渝東南山區(qū),主要考慮的影響因素要多一些,它除了要考慮溫度平流、垂直運(yùn)動的影響外,還要考慮本地特有的風(fēng)、云、降水、霧及下墊面等因子的影響,同時也要考慮不同的季節(jié)。以上方法可以作為參考使用,在實際工作中還需進(jìn)一步檢驗和完善。

[1] 梁必騏,等 .天氣學(xué)原理[M].北京：氣象出版社,1980.

P456

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1003-6598(2010)增刊-0083-03

2010-09-10

陳勇 (1969-),男 (土家族),高工,主要從事天氣預(yù)報工作。