黑龍江省綏化市農作物生長季極端氣溫的預報研究

王安娜 王力艷

摘 要：本項研究旨在完成建立的農業生長季（4月-9月）極端溫度預報指標工作為主要目的，并建立了極端氣溫預報模型。對預報模型進行了檢驗分析。研究結果增加了在溫度預報過程中的科學性和客觀性，減少在極端溫度預報中的盲目性和偶然性。

關鍵詞：Tmax；Tmin；預報模型

1 前言

綏化市位于黑龍江省中南部、松嫩平原的呼蘭河流域，地理位置處于東經124°53&apos；-128°35&apos；，北緯45°10&apos；-48°05&apos；51"，海拔高度為135～247米。從4月下旬開始春耕春播，9月份秋收，從4月到9月的農業生長季，會發生倒春寒、夏季階段性低溫等對農業生產不利的因素，這些因素都與極端氣溫有關，要想從根本上提高綏化市極端氣溫預報準確率，滿足農業部門對預報質量不斷提高的要求，十分有必要對綏化市極端氣溫的影響因素和預報方法做較為細致和系統的分析研究。

2 資料和研究方法

本研究主要利用2016年1月～2018年12月高空和地面相關資料，以綏化市北林區觀測站為主的10個縣站地面氣象觀測站日極端氣溫資料以及天氣現象、云、濕度等資料，分析總結重要的影響溫度變化因子和預報指標。

應用天氣學原理、實踐經驗和統計學方法進行分析總結。主要使用850hPa本地上空同時刻溫度T850hPa實況作為預報因子同預報量建立溫度指標。在實際應用中將數值預報產品和其它分析判斷結果作為預報因子，按照溫度預報指標，得到預報結果。

除了重點考慮控制本地氣團冷暖程度外，在選擇影響溫度變化的物理因子過程中，著重考慮溫度局地變化方程中的相關因子，并結合本地氣候和地方性以及溫度的特殊變化等特點，增加所分析的影響因子。

熱流量方程（ ）

表明，溫度的局地變化，與溫度的平流變化、垂直運動、氣壓變化所導致的溫度變化、非絕熱作用有關，是它們共同作用的結果。根據尺度分析可知，氣壓的變化導致局地溫度的變化很小，在實際預報中可以忽略；而在近地層中，除強冷鋒過境或氣旋影響外，氣溫的平流變化和垂直運動導致的局地溫度變化也是較小的，且很難量化估算。而對于某一特定的影響天氣系統，云、能見度、天氣現象和風向風速等氣象要素是反映非絕熱作用的主要因素應著重考慮。

3 綏化極端氣溫氣候特征

綏化市平均氣溫分布特點同地勢高低走向接近，呈現為自西南向東北或自南向北逐漸降低趨勢。由于全市地勢相對來說較為平坦，緯度差別不大，全市各地平均氣溫相差較小。冬季南部與北部最大相差3.1℃，夏季相差就更小了，只有1.3℃。各地氣溫的季節差異十分大。全市極端最高氣溫為36.6℃～38.3℃，大多出現在6～7月；全市極端最低氣溫為-38℃～-42℃，大多出現在1月。

一般的晴空天氣條件下，隨著太陽輻射的季節變化，綏化市夏半年日最高氣溫多出現在14～16時，日最低氣溫多出現在3～5時；冬半年日最高氣溫多出現在13～15時，日最低氣溫多出現在6～8時。由于冷暖氣團到達影響本地的時間不同，最高氣溫和最低氣溫可以出現在一天當中的任何一個時次，比如說“倒溫度”（最高氣溫出現在夜間或早晨，最低氣溫出現在之后的白天）就是典型的例子。

4 4-9月極端氣溫分型預報指標檢驗結果及應用技巧

綏化市氣溫直接受到冷暖氣團強度、冷暖溫度平流強度、天空云量狀況、降雨（雪或雨夾雪）、風向風力、下墊面熱容量等因素影響。在不同的季節和不同的天氣條件下，各個因子所起的作用（或權重）有差別，相對來說冷暖氣團強度（主要使用850hPa本地上空的溫度T850hPa來表征）是最具有影響力的一個因子，其次是天空狀況和天氣現象，其它條件又次之，冬季等特殊月份還需要考慮逆溫影響。春秋季節和冬季冷暖氣團交替頻繁，強度變化大，并且降水性質和下墊面日際差異也十分大，這樣致使溫度梯度變化較大，給氣溫預報帶來更大難度。

4.1 4月份預報模型及檢驗結果

晴到多云：Tmin≈T850hPa+（0～3）℃。Tmax≈T850hPa+（13～14）。

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（5～7）℃。Tmax≈T850hPa+（5～7）℃。

陰天降雨或零星小雨雪、霧：Tmin≈T850hPa+（3～5）℃。Tmax≈T850hPa+（11～12）℃。

Tmin模擬預報正確率為73.3%，絕對誤差為2.08，Tmin模擬預報正確率比實際預報正確率略高，但是平均絕對誤差比實際預報大。Tmax和Tmin模擬預報值有比實況值系統偏低的特點，相對誤差計算值分別為-1.05℃和-0.76℃。Tmax比Tmin模擬預報結果理想，Tmax模擬預報值與實況值較為接近，絕對誤差只有1.08℃，比實際預報絕對誤差小得多。Tmax模擬預報正確率高達96.7%，比實際預報正確率也高得多。在使用補充訂正指標后，Tmin模擬預報正確率提高到86.7%，絕對誤差減小到1.39，效果理想。

4.2 5月預報模型及檢驗結果

晴到多云：Tmin≈T850hPa+（2～3）℃。Tmax≈T850hPa+14℃左右。

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（4～8）℃。Tmax≈T850hP+（8～12）℃。

多云到陰、無降雨或零星小雨、霧：Tmin≈T850hPa+（3～5）℃。

Tmax≈T850hPa+（10～12）℃。

不論是Tmax還是Tmin模擬預報值與實況值相比沒有明顯的系統性誤差存在。Tmax比Tmin模擬預報結果要理想，Tmax模擬預報值與實況值較為接近，絕對誤差只有1.11℃，比實際預報絕對誤差值小得多。Tmax模擬預報正確率高達100%，比實際預報正確率高得多。在使用訂正指標前，Tmin模擬預報正確率比實際預報正確率略小，平均絕對誤差接近實際預報。使用訂正指標后，月模擬預報正確率會提高到90.3%，絕對誤差值會減小到0.91，優于實際預報結果。

4.3 6月預報模型及檢驗結果

晴到多云（含未影響極端氣溫的對流性降水）：Tmin≈T850hPa+（2～3）℃。Tmax≈T850hPa+14℃。

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（5～7）℃。Tmax≈T850hPa+（10～12）℃。

多云到陰無降雨或零星小雨、霧：Tmin≈T850hPa+4℃。Tmax≈T850hPa+12℃。

Tmax和Tmin模擬預報值都沒有明顯的系統性偏差，正確率接近或高于實際預報，絕對誤差小于實際預報。

4.4 7月預報模型及檢驗結果

晴空少云含未影響極端氣溫的對流性降水：Tmin≈T850hPa+（3～4）℃。Tmax≈T850hPa+（12～13）℃

陰雨天氣：Tmin≈T850hPa+（5～6）℃。Tmax≈T850hPa+（8～10）℃。

多云或陰天、無降雨或零星小雨、霧：Tmin≈T850hPa+（5～6）℃。

Tmax≈T850hPa+（11～12）℃。

Tmax和Tmin模擬預報值都沒有明顯的系統性偏差，正確率接近或高于實際預報，絕對誤差小于實際預報。

4.5 8月預報模型及檢驗結果

晴空少云：Tmin≈T850-08+（1～3）℃。Tmax=T850-20+（14～15）℃。

陰雨天氣：Tmin=T850-08+（5～6）℃。Tmax=T850-20+（8～9）℃。

多云到陰、無降雨或零星小雨、霧：

Tmin=T850-08+（3～4）℃Tmax=T850-20+11～12℃。

利用指標模擬預報結果沒有明顯的系統性偏差，絕對誤差比實際預報結果略小，正確率與實際預報結果相比接近或略高，溫度預報指標對于實際預報有較好的指示意義。

4.6 9月預報模型及檢驗結果

晴空少云：Tmin≈T850hPa。08-（1～3）℃。Tmax≈T850hPa。20+（13～16）℃。

陰雨天氣：Tmin=T850hPa。08+（4～6）℃。Tmax=T850hPa。20+（10～12）℃

多云或陰天、無降雨或零星小雨、霧：Tmin=T850hPa。08+3℃。

Tmax≈T850hPa。20+（14～16）℃。

最低氣溫模擬預報值沒有系統性偏差，正確率接近或高于實際預報，尤其是最高氣溫模擬預報正確率達到了100%，絕對誤差小于實際預報。

5 小結

1）從檢驗分析中可以看出，指標預報方法對指導實際預報將會起到一個較好的參考作用。

2）目前分析總結的指標不夠精確和完善。

3）綏化市農業生長季極端溫度預報指標和檢驗方法還有待于進一步補充訂正和完善。

參考文獻

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社2007.