冬季黔北境内云贵准静止锋影响下最高气温预报订正方法研究

罗晨艺,刘红双,张云秋,肖 蕾

(贵州省遵义市气象局,贵州 遵义 563000)

0 引言

提高监测精密、预报精准和服务精细能力是推进气象现代化工作的要点。随着公众、政府及各部门对预报准确率的需求提高,预报员对特定的天气形势展开研究,以期提高温度预报准确率。云贵准静止锋是影响贵州的一个主要天气系统,通常冬半年多于夏半年[1],锋前天气晴朗,锋后阴雨绵绵。所以云贵准静止锋的位置和强弱变化与贵州不同区域的温度有着密切联系。前人对静止锋的结构、分型都有研究,段旭等[2]2018年就锋面位置对锋前锋后的气温、气压影响进行分析,指出冬季锋后的气温变化与锋面位置无关,贵阳气压变化与静止锋位置有显著相关性,呈显著的负相关,气压越强、锋面位置就越偏西,但高原东部地区,地形作用会降低锋面位置与温度场和气压场的相关性。李明元等[3]分析初夏静止锋天气对遵义不同地区晴雨、温度的影响,认为静止锋位于遵义南部时遵义本地温度预报方法对于西部区域最高气温的预报基本失效,应调整预报思路。目前预报质量检验表明,最高温度的预报准确率低于最低气温,且在准静止锋影响下,锋区前后最高气温差异较大,在5—6月时静止锋影响下,最低气温准确率位于88%～99.2%之间,最高气温准确率位于69.4%～98.3%之间,最低气温预报受静止锋位置和形状影响较小,但最高温度受静止锋锋面影响较大[3]。这说明最高气温预报难度大于最低温度,预报员对其规律难以总结,因此,针对最高气温的预报订正研究十分有必要。本文在前人研究基础上,针对静止锋存在于遵义境内时高温预报准确率较低的情况,特别筛选了2009—2020年12月—次年2月午后到傍晚前静止锋位于遵义市上空时的所有个例进行分析讨论,将各城镇精细化预报考核站点分别统计分析,探索其规律,用于提升该情况下遵义地区的最高气温预报和客观预报方法准确率。

1 静止锋的分型

静止锋因极地南下冷气团遇青藏高原和云贵高原阻挡后与西南暖气团对峙而形成[4]。静止锋形成后若无新的冷空气补充,冷气团变性减弱,静止锋会东退或消失。杜正静[1]依据静止锋位置将静止锋分为四型,但位置跨度较大,前三型遵义均处于锋后,只有第四型时静止锋位于遵义南部到铜仁一带。李明元等[3]根据实际预报经验,结合杜正静分型方法,将静止锋分为三大型七小型,第一型静止锋呈西北—东南向,主要位于昆明中东部—贵州中西部;第二型静止锋呈准南北向,主要位于云南中东部—贵州中东部之间;第三型静止锋基本呈准东西向,锋面常位于贵阳与遵义之间。

本文只讨论静止锋位于遵义地区的情况,所以结合李明元分型方法,参照个例的位置及形状进一步细分第二型及第三型,将位于遵义市上空的静止锋分为两大型五小型,以便分类讨论不同情况,总结其预报规律。

Ⅰ型:静止锋呈西北东南走向或准南北走向,分为Ⅰ1型、Ⅰ2型、Ⅰ3型。Ⅰ1型锋面位于遵义西部,通常位于赤水到桐梓附近,Ⅰ2型锋面位于遵义中部,基本在桐梓到绥阳一线,Ⅰ3型锋面位于遵义东部,此时锋面通常较弱,但对于锋前锋后的温度影响仍比较明显。

Ⅱ型:锋面的南北经向度减弱,基本呈准东西向,分为Ⅱ1型、Ⅱ2型。Ⅱ1型静止锋通常在遵义南部地区,有时也在贵阳与遵义之间;Ⅱ2型静止锋锋面非常弱,从卫星云图上观察到云系散乱,有时无明显锋线,锋面结构不清晰,将遵义播州以北地区的静止锋都归于此类。Ⅱ2锋面较弱有时甚至不明显,锋后多为阴天,锋前受热低压影响多为多云天气,这种情况时多被认为静止锋已经减弱消失,所以预报员通常对此类情况不够重视,温度预报失误率非常高。

2 资料收集和分析方法的确定

通过普查2009—2020年12月—次年2月的14时、17时天气图,并结合红外云图、可见光云图等资料判断静止锋位置和类型,筛选符合条件的云贵准静止锋影响天气个例,共选出个例92个,其中Ⅰ1型32个、Ⅰ2型16个、Ⅰ3型18个、Ⅱ1型4个、Ⅱ2型22个。

图1 Ⅰ1型静止锋(a)、Ⅰ2型静止锋(b)、Ⅰ3型静止锋(c)、Ⅱ1型静止锋(d)、Ⅱ2型静止锋(e)Fig.1 Type Ⅰ1 stationary front (a), Type Ⅰ2 stationary front (b), Type Ⅰ3 stationary front (c), Type Ⅱ1 stationary front (d), Type Ⅱ2 stationary front (e)

选好个例后,分型统计不同类型个例对应的白天最高温、EC 2 m温度预报数据(因预报未来24 h最高温时通常采用前1 d 20时EC起报场48 h预报时次参考,所以选取的EC 2 m温度预报数据均为个例前2 d 20时起报场48 h预报时次最高温预报,并且剔除了最高温出现在前1 d夜间的个例)。谢刚等[5]经多年经验和统计分析发现EC细网格格点(27.5°N,107.5°E)温度预报值与遵义国家站最高、最低温度有很好的规律性和相关性,因此选用EC细网格850 hPa温度格点值(27°N,107.5°E)用于订正除西部外其余站点的最高气温。西部由于海拔与其余地区差异较大,因此选取格点值(28.8°N,104.6°E)用于分析研究(个例前2 d 20时起报场48 h预报)。

3 静止锋类型出现频数分析

以白天14时或17时(取静止锋最终东退时的位置为准)地面天气图中静止锋锋面所处位置和形状对白天最高气温进行分析。分析不同静止锋类型出现次数可知Ⅰ型静止锋共66次,占比最多,说明静止锋经常呈现西北东南走向。其中Ⅰ1型出现最多,说明位于遵义市境内的静止锋更多位于遵义市中部以西地区。

3.1 预报区域划分

根据遵义城镇精细化预报考核站点按照所处地理区域不同,分为西部区域(赤水、习水、仁怀)、中部区域(汇川、播州、绥阳、桐梓、湄潭)、北部区域(正安、道真、务川)和东部区域(凤冈、余庆)。

在使用850 hPa温度预报方法时,西部站点使用格点(28.8°N,104.6°E),其余站点使用格点(27°N,107.5°E)。

3.2 订正思路

选取EC近3 a来的个例,选取Ⅰ1型、Ⅰ2型和 Ⅱ2型个例,依次对遵义城镇精细化预报考核站点用EC 2 m预报、2 m温度订正方法以及850 hPa温度预报方法进行比较,尝试找到不同情况下最佳预报思路,并总结经验方法(由于Ⅰ3型和Ⅱ2型个例过少,所以在此不进行讨论)。

表1为所有城镇精细化考核站点处于Ⅰ1型静止锋时温度准确率。由表可以看出,Ⅰ1型静止锋,西部站点(赤水—仁怀)利用850 hPa温度预报方法,温度订正效果总体较好,在这种情况下西部站点通常位于锋前,常出现多云间阴的天气,同时可以观察到,利用850 hPa温度预报方法对各站点温度的订正思路与原常规天气的思路基本一致,说明在这种情况下使用850 hPa温度预报方法效果较好。

表1 Ⅰ1型静止锋不同方法下温度准确率统计Tab.1 Temperature accuracy statistics for different methods for Type Ⅰ1 stationary fronts

北部及东部站点(务川—凤冈)利用2 m温度订正方法效果较好,准确率最高提升38.47%(正安),同时大多数站点准确率提升至80%～100%。说明锋后北部及东部2 m温度订正方法有很好的订正效果,此规律有利于后续温度预报。

桐梓—播州一带温度可订正性较低,因为这部分站点与锋面位置较近,当锋面位置摆动时,温度相差大,可预报性很低。

表2为所有城镇精细化考核站点处于Ⅰ2型静止锋时温度准确率分布。由表可以看出,当静止锋呈Ⅰ2型时,西部站点(赤水—仁怀)EC温度预报准确率非常低,赤水、仁怀准确率只有14.29%,但无论是2 m温度订正方法还是850 hPa温度预报方法,效果均提升明显,温度正确率提升至71.43%～85.71%,在这种情况下西部站点通常位于锋前,常出现多云间阴的天气。

表2 Ⅰ2型静止锋不同方法下温度准确率统计Tab.2 Statistics of temperature accuracy under different methods for Type Ⅰ2 stationary fronts

北部及东部站点(务川—余庆)利用2 m温度订正方法、850 hPa温度预报方法效果较EC 2 m预报均有明显提升,准确率提升到85.71%(余庆),提升最多的为仁怀,从14.29%提升至71.43%,同时发现离锋面位置较远的站点准确率提高明显。

当静止锋呈Ⅱ2型时,静止锋呈准东西向,通过对所有城镇精细化考核站点处于Ⅱ2型静止锋时温度准确率进行统计(表3),可以看出大部站点EC 2 m预报以及850 hPa温度预报方法均不理想,此种情况2 m温度订正方法效果最好。离锋面较远的南部3站点播州、汇川、余庆订正效果较好,均在85.71%以上,特别是余庆准确率从0%提升至100%。这与Ⅰ2型得到的结论相符,离锋面越远,站点温度可订正性越高。同时看到赤水的温度用2 m温度订正方法后预报准确率可达100%,这说明对于赤水站点,2 m温度订正方法可用性很高。

表3 Ⅱ2型静止锋不同方法下温度准确率统计Tab.3 Temperature accuracy statistics for different methods for Type Ⅱ2 stationary fronts

4 小结

(1)通过不同类型静止锋预报思路对比,分析发现离锋面越远,温度的可预报性越强,但暂无统一的方法可直接订正,实际业务中可以参考本文分析得到的不同站点不同订正数据。

(2)当静止锋呈Ⅰ1型时,西部站点按照850 hPa温度预报方法准确率较高,北部、东部站点可参考本文分析出的温度对EC 2 m预报进行订正。

(3)当静止锋呈Ⅰ2型时,可以共同参考2 m温度订正方法和850 hPa温度预报方法,对大部站点准确率都有一定提高。

(4)当静止锋为 Ⅱ2型时,对于离锋面较远的东部、南部可着重使用2 m温度订正方法。

5 思考

本文将遵义上空的静止锋分成了两大类五小类后,根据不同类型,对各个站点分别进行讨论,在一定程度上考虑了不同位置的静止锋对最高温度的影响,由于锋面具体位置有所摆动,离锋面较近的区域,最高温度可订正性较差,离锋面较远的站点订正效果较好。但是在实际预报时,对于静止锋的位置把握并不一定准确,因此人工分型讨论预报订正方法在实际应用中有一定的局限。本文只利用EC数值预报产品对站点进行简单的加减订正,是否可以利用不同格点值的EC 2 m温度值、850 hPa温度预报值、海平面气压值、云量、降雨量等多种预报因子,建立客观预报方程,或利用EC云量、降水量进行天气情况的自动判断静止锋类型,实现不同站点的温度自动化订正,需要进一步探讨。