用年代相似法制作短期气候预测方法的探讨

曲 静,王 昱,王建鹏

(1.西安市气象局,西安 710016;2.临潼区气象局,西安 710600; 3.陕西省气象台,西安 710014)

用年代相似法制作短期气候预测方法的探讨

曲 静1,王 昱2,王建鹏3

(1.西安市气象局,西安 710016;2.临潼区气象局,西安 710600; 3.陕西省气象台,西安 710014)

基于1951-2009年西安市和1959-2009年蓝田县的平均气温与降水量资料,采用气候周期、气候背景等相似法,找出2009年的气候最佳相似年来制作其后期气候预测。结果表明:西安近59a、蓝田近51a年平均气温总体呈现上升趋势,西安市城市化效应明显;与2009年气候相似的年份为1968年和1987年,且1987年为最佳相似年,以1988年各月要素实况值作为2010年预测值。经验证此相似法预测准确率较高。

年代相似;平均气温;降水量;短期气候预测

相似预报法广泛应用于中短期天气预报和短期气候预测中,取得了一定的成效。其基本原理是:根据某段天气的主要气象要素特征,寻找历史上某些气象要素特征相似的个例,然后参照相似个例的后期天气,作出未来一段时间的天气趋势预报。近年来,一些学者对相似预报方法进行了研究:张红英等采用了最佳气候找相似的预报方法制作短期气候预测[1],赵翠君等以环流相似找最佳相似年进行短期气候预测[2],西安市还没有利用相似法制作短期气候预测的研究。本文选用2009年11月1-3日北方大范围出现冬季首次罕见的寒潮天气过程,根据历史气象资料统计分析,发现此次过程与1968年和1987年同期天气过程基本相似,因此采用相似年方法的基本思路来制作2009年后期短期气候预测。

1 资料和方法

资料选用西安气象站1951—2009年、蓝田县气象站1959—2009年的降水量和平均气温资料;采用最小二乘法[3-4]分析气象要素的变化趋势;预测检验采用距平符号一致率方法。

图1 西安站1951—2009年年平均气温变化趋势

2 结果分析

2.1 相似年选定

用最小二乘法计算得出温度趋势拟合如图1所示,可看到,近59a西安站年平均气温在波动中呈上升趋势,升温率为0.35℃/10a。特别是20世纪90年代以后,升温幅度更加明显,表明90年代后随着城市化进程的不断加剧,西安市区城市化效应显著[5-7]。西安市其余6区县中,蓝田站年平均气温上升趋势最不明显,升温率仅为0.05℃/10a。为消除城市化效应,增加实用和预测准确性,选用西安市有代表性的蓝田站进一步分析。根据蓝田站51a气象资料统计对比,与2009年相似,1968年与1987年同期均出现冬季首次罕见寒潮天气过程,降温幅度均为8～9℃,认为与2009年气候具有相似性。

2.2 相似年分析

2.2.1 气候周期 从年平均气温趋势6阶拟合曲线(图2)来看,1959—2009年蓝田站平均气温的年代际变化十分明显,1968年处于相对暖期,1987年处于相对冷期,而2009年处于相对冷期,从气候周期来看,1987年与2009年气候更加相似。

图2 蓝田站1959—2009年年平均气温变化趋势

2.2.2 最佳相似年的筛选 选取适当的相似年,再在找出的相似年中,找出具有相同气候背景的年份确定为最佳相似年,最佳相似年后期的实况值即为预测值。蓝田县1987年为厄尔尼诺发生年,1968年为拉尼娜发生年,2009年与1987年的气候背景相同,因此,1987年为最佳相似年。同时,张冲等研究发现的西安近50多年来气象灾害的发生与ENSO事件关系表明ENSO事件对高低温灾害的作用要大于对洪涝灾害的作用[8],进一步说明了1987年与2009年作为相似年比较适宜。

2.2.3 第一相似年的确定 采用距平符号累加法对选出的第一相似年和第二相似年进行相似比较:先对预报年的前一年的各要素距平符号与相似年相应时段的各要素距平符号进行相似统计,距平符号相同记 “1”,距平符号不同记“0”,然后将记数累加,挑选出累加和最大者确定为第一相似年,将第一相似年后期各月要素值作为预报年的预报值。即对1987年1-12月月平均气温与2009年月平均气温同期值距平符号进行相似统计,其累加和为7,1968年累加和为4;同理1987年1-12月月降水量累加和为8,1968年累加和为4。故确定1987年为第一相似年。

2.3 检验

用上述找相似的方法对西安市2009年和2010年的1-12月各月及年值分别进行回报和预测,采用距平符号一致率法检验 (表2)。即用1987年的平均气温、降水量实况来预测2009年并进行回报检验,得到平均气温、降水量预测的拟合率分别为9/13=75%和8/13=62%;用1988年的平均气温、降水量实况对2010年进行预测,平均气温、降水量预测的拟合率分别为8/13=62%和9/13=75%。经验证预测准确率较高,表明选取的相似性预报标准比较客观合理,有一定的实用性。

表2 2009年、2010年平均气温和降水量趋势预测检验

3 结语

用年代相似法制作短期气候预测是一种可行的短期预测方法。应用时需要注意几点。用相似年做预测必须要有较长的气象资料,资料越长越好。因为较长的历史资料才可选出最佳相似年,最短不能少于30a。20世纪90年代后城市化进程不断加剧,因此应注意城市化效应的影响。找出的相似年≥2a时,要考虑气候周期、气候背景、异常气候等影响,找出最佳相似年。

[1] 张红英,李丹平,王小燕,等.最佳气候相似法及在短期气候预测中的应用[J].山西气象,2006, 75(2):12-14.

[2] 赵翠君,李春云,佟莎仁,等.以环流相似为依据的短期气候预测方法[J].内蒙古气象,2001, 148(4):17-88.

[3] 张宏芳,潘留杰.汉阴县近46年气候变化特征[J].陕西气象,2009,260(1):23-26.

[4] 肖军,赵景波.西安市54年来气候变化特征分析[J].中国农业气象,2006,27(3):179-182.

[5] 王建鹏,孙继松,杜继稳,等.西安地区气温的年代际变化及其受城市化进程的影响 [J].气候与环境研究,2009,14(4):434-442.

[6] 张华丽,董婕,闫娜.西安市气温变化特征及城市化影响研究[J].干旱区资源与环境,2009,23 (9):85-89.

[7] 王娟敏,孙娴,毛明策,等.西安市城市热岛效应卫星遥感分析[J].陕西气象,2011,274(3): 23-25.

[8] 张冲,赵景波.厄尔尼诺/拉尼娜事件对陕西气候的影响[J].陕西师范大学学报,2010,38(5):98-104.

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1006-4354(2013)06-0026-03

2013-06-17

曲静(1972—),女,山西运城人,工程师,主要从事生态气候研究。

陕西省气象局预报员专项项目(2013Y-20)