烏蘇市春季霜凍預報方法的初步探討

劉紅霞，劉 兵

(塔城地區氣象局，新疆塔城 834700)

烏蘇市春季霜凍預報方法的初步探討

劉紅霞，劉 兵

(塔城地區氣象局，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氣象資料，運用相關分析法和多元線性回歸法，建立了烏蘇春季霜凍預報方程，用該方程對1991—2011年的霜凍歷史資料進行回報檢驗，擬合率為82.1%，對2011—2012年的霜凍進行試報，擬合率達87.8%，效果較好，可以在烏蘇地區的霜凍預報業務中試運行。

春季霜凍；預測方法；烏蘇市

烏蘇市是新疆重要農業大縣，霜凍是對農業生產影響最嚴重的氣象災害之一[1]，尤以春季霜凍危害較大，每年均有發生[2]。霜凍必須以預防為主，目前對霜凍的預報以定性為主，因此利用氣象臺站觀測資料，建立霜凍的數學模型是非常必要的。楊曉霞等[3]應用氣象探空、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預報業務系統，效果較好。利用烏蘇常規氣象觀測資料分析探討烏蘇地區春季霜凍的預報方法，對提前做好春季霜凍的預報服務工作，減少和降低霜凍災害造成的影響具有重要意義。

1 資料和方法

霜凍標準：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氣象觀測資料，主要包括：14時本站氣壓、氣溫、相對濕度、風速、風向、日最低氣溫。

分析研究方法主要采用相關分析法、T檢驗法、多元線性回歸方法等[4]。

2 預報方法

2.1 霜凍時間分布特征

研究各月、旬霜凍發生頻次，可以準確掌握霜凍分布特征，為霜凍預測提供依據。1961—2010年烏蘇共出現霜凍1 244 d，3月376 d，4月148 d，5—8月均未出現,9月2 d，10月256 d，11月462 d，分別占總數的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；終霜凍平均結束在4月上旬，最早結束在3月中旬，最遲結束在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作物和開花期的果樹遭受凍害，從受災面積和嚴重程度來看，春霜凍一般嚴重于秋霜凍。毛煒嶧[5]等人也曾指出北疆沿天山一帶霜凍的危害關鍵期為3月中旬—4月下旬。因此主要探討春霜凍的預報方法。

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，霜凍發生的同時伴有較強西北風和降水；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。北疆地區第一種類型霜凍出現概率較小，約占20%，后兩種霜凍出現概率較大，約占80%[7]。根據1991—2010年資料統計，烏蘇主要以輻射降溫型霜凍為主，出現了178 d，占86%；平流降溫型霜凍只出現了12 d，占6%；平流輻射型霜凍出現了17 d，占8%。

2.3 預報量和預報因子的選擇

2.3.1 霜凍與氣象因子的相關分析 統計烏蘇站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、風速、風向、24 h變溫和日最低氣溫，分別與霜凍日日最低氣溫進行相關分析(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性最好，其次是14時氣溫、本站氣壓、相對濕度，相關系數均達極顯著水平；與前一日14時24 h變溫、風速、風向的相關性較差，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，與14時本站氣壓、相對濕度、風向、風速呈負相關。說明前一天氣溫越低、風速越大，第二天越容易出現霜凍。

2.3.2 預報因子的選擇 預報是否出現霜凍及其強度，關鍵在預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。根據烏蘇霜凍形成的機理和當地的預報工作經驗，選擇日最低氣溫作為霜凍的預報量，選取幾個與霜凍日最低氣溫相關性較好且物理意義明顯的因子作為預報因子[8]：烏蘇站霜凍日前一日14時本站氣壓、氣溫、相對濕度、風向、風速和日最低氣溫。

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關系

2.4 預報方程的建立

霜凍形成的氣象條件復雜，根據以上分析，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春季霜凍的預報方程

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、風速。

2.5 預報方程的檢驗

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

表2 烏蘇霜凍預報方程的檢驗

3 結論

(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，約占總數的86%。

(2)春季霜凍日最低氣溫與前一日最低氣溫的相關性最好，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，與前一日14時本站氣壓、相對濕度、風向、風速呈負相關。

(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、風向、風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，預報擬合率達87.8%，效果較好。若在使用中能結合當地預報經驗進行訂正，能夠進一步減少空、漏報率，使霜凍預報的精度得到提高。

[1] 孫忠富.霜凍災害與防御技術[M].北京：中國農業科技出版社,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客觀預報方法[J].氣象,1999,25(6)：31-34.

[4] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[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指標分析及應用[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,從事氣象業務管理。

塔城地區氣象局科研課題(201107)

P457.31

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