烟台地区的大风预报研究

王娜

摘要

通过对烟台地区的地形和海陆分布特点，主要从天气学的角度统计和分析了该地区2001～2009年大风发生的范围以及不同范围大风的日数年代、季节变化规律，并利用现有的MICAPS资料对烟台地区的大风环流型进行了分析，同时就目前该地区大风的预报方法进行了概述。结果表明，烟台地区大风天气中以个别大风为主，其中大风天气主要发生在3～5月；10年内，大风的年际变化趋势基本是按照曲线递增达到峰值后又开始递减的趋势，期间出现了2002和2007年2个峰值，并有1个谷值；在对烟台地区进行大风预报时，选取了网格点中与烟台站关联的平均分布的5个站点（烟台、福山、海阳、龙口、长岛）进行预报研究，通过参考文献以及烟台等站点的经验预报，选取8个预报因子作为备用预报因子，利用逐步回归程序建立了5个站的预报方程并对最后的结果进行了回报检验，虽然取得了一定的预报效果，但预报精度比较低，不是特别的理想。

关键词 大风；年际变化；环流型；预报方法；烟台地区

中图分类号 S161 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）27-09455-04

Study on Strong Wind Prediction in Yantai

WANG Na

（Haixi Prefecture Meteorological Station， Haixi， Qinghai 817000）

Abstract According to the topography and land sea distribution characteristics of Yantai， from the perspective of weather， strong wind occurrence range during 2001-2009， days， seasonal variation law were analyzed. Using MICAPS data， strong wind circulation pattern in Yantai area was studied. The forecasting methods were reviewed. The results showed that， strong wind mainly occurred during March—May； Within 10 years， the annual variation trend of strong wind was first increasing then decreasing， there were 2 peaks in 2002 and 2007， and 1 valley； 5 stations（Yantai， Fushan， Haiyang， Longkou， Changdao） were selected to forecast. Selecting 8 forecasting factors as reserve factors， using stepwise regression procedure， the forecasting equation of 5 stations was established and the results were tested. A certain effect was obtained， but the prediction accuracy was relatively low.

Key words Strong wind； Annual variation； Circulation pattern； Prediction method； Yantai area

大风是烟台地区常见的灾害性天气，它给建设尤其是航运、海上捕捞、水产养殖、石油开发以及人民生命财产安全造成巨大的威胁与损失^[1-2]。烟台位于119°34′～121°57′ E、36°16′～38°23′ N，东连威海，北濒渤海、黄海，地形低山丘陵为主，年平均风速内陆地区3～4 m/s，沿海地区4～6 m/s，属温带季风气候。该地区陆上大风灾害多由强对流天气造成，海面大风经常会造成灾难性的事故。仅1999～2009年烟台地区所辖海域发生的海难事故就高达151起，在海难事故死亡人数中，气象原因占63%。据1961～1980年黄渤海大风事故统计^[3]，春季大风事故占42.3%，秋季占26.0%。笔者主要从天气学的角度统计和分析了烟台地区大风发生的范围以及不同范围大风日数的年代、季节变化规律，利用现有资料分析该地区大风环流型，并对烟台地区现有的预报方法做了概述。

1 烟台地区大风的一般特点

1.1 不同范围大风日数统计

根据2001年5月～2009年12月份的地面观测资料，针对烟台地区10个站点所出现的大风的情况进行了简要的分析，首先是影响烟台地区不同范围大风日数^[4]，规定每日地面观测记录出现平均风速≥11 m/s或瞬时大风风速≥17 m/s为一个大风日，按照大风的影响范围规划出大范围大风（≥6站有大风）、局部大风（3～5站有大风）、个别站大风（1～2站有大风）3种情况进行了统计分析。从表1可以看出，2001～2009年烟台地区大风天气以个别大风为主，所占天数比较多，9年天气中共有286个大风日，占总日数的10.7%；3个站以上出现了大风天气的天数为280 d，约占总天数的10.5%；6个站以上发生大风的天数为272 d，约占总天数的10.1%，大约每25 d出现3次大风天气。进行大风预报时必须考虑大风可能影响到的范围，而以上结果说明烟台地区这9年内各次大风天气的影响范围存在差别，预报时必须要考虑。

1.2 不同范围大风日数年际变化

从表2可知，2001～2009年三类大风总和日数有一部分年份很不稳定，2009年最少，为16 d，2002年最多，为54 d，年平均天数为31.8 d，大风总日数年距平≤10%的年份仅占总年数的20%，年距平在10%～20%的年份占总年数的30%。从不同范围大风的日数变化看，大范围大风日数最多，平均每季30.2 d，年际变化也比较大，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平为2007年，高达62.3%，表明烟台地区在大风盛行季节就有大范围的冷暖空气交换，而它的强度和发生的次数在每年可能会有比较大的差别；局部大风仅有8 d，个别大风仅有6 d。烟台地区2001～2009年时段内无大风日占得比例最大，距平均高于80%，误差相当大。由于资料的不完整性和较大的误差，导致局部大风和个别大风的距平误差相当大，因此该时段的数据不具有代表性和可分析性。

从三类大风的综合情况来看，烟台地区该时段的大风日达286 d，距平≤10%的占总体的20%，距平在10%～20%的仅占30%。烟台地区大范围大风在2002和2007年分别出现了2个峰值，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平为2007年，高达62.3%（图1a），表明烟台地区在大风盛行季节就有大范围的冷暖空气交换，而它的强度和发生的次数在每年可能会有比较大的差别。烟台地区这三类大风总和年际变化在2002和2007年分别出现了2个峰值，三类大风总和的发生天数均在40 d以上，9年范围内有6年的年份距平>20%，最大的年份距平为2002年，高达69.8%（图1b），表明烟台地区在大风盛行季节大风发生次数比较频繁，与其他地区相比较，烟台地区大风发生的范围广，发生大风的天数比其他的地方也比较高，尤其在3～5月份是大风发生的密

集时期。 由图2可见，2001～2002年大风发生的天数在增加，从2001年的17 d增加至2002年的54 d，是9年中大风发生天数最多的年份，即在2002年达到了一个峰值，随后至2004年大风发生的天数在逐渐减少，到2004年时大风天数骤减至24 d，随后直至2005年大风发生的天数又有了小幅度的攀升，从2005年开始至2006年保持平稳，大风的天数基本维持在35 d左右，从2006年开始至2007年大风的天数又开始增加，至2007年大风的总共发生天数达49 d，成为仅次于2002年的又一个高峰期，而从2007年往后直至2009年，烟台地区大风开始骤减，到2009年，大风的发生天数已经减少至2001年时大风发生的水平，总的来看，烟台地区在这9年的时间内，大风的年际变化趋势基本是按照曲线递增达到峰值后又开始递减的趋势，期间出现了2个峰值，并有一个谷值，其中年际变化趋势的2个峰值分别在2002和2007年，大风天数远超过了9年来的平均水平。平均5～6年为一个变化周期，大风日数呈线性递减趋势。

2.2 西高东低或北高南低形式下的偏北大风

冷锋前有气旋时，它与冷锋后的高压形成西（北）高东（南）低的地面气压形式，该地区的强风天气大多出现在这种形式下，是偏北大风中危害最大的。

2.3 气旋大风

在烟台地区大风的气旋按照移动路径和发源地可分为蒙古气旋、东北气旋、南方气旋和黄河气旋。其中蒙古气旋和东北气旋是造成烟台地区偏南大风的主要天气系统。而南方气旋和黄河气旋多发生在春季，当它们向东发展移动时通常导致烟台出现大风。

2.4 北（西）低南（东）高形势下的偏南大风

主要有东北气旋与入海高压结合所形成的偏南大风形式，烟台地区沿海风力比较大。

2.5 华北地形槽形势下的偏南大风

华北平原地区的地形槽与高空暖平流的降压作用，使得华北地形槽发展较深，导致山东西南大风，从而造成烟台地区的春季偏南大风天气。

2.6 台风大风

造成该地区大风的主要类型为登陆北上型、登陆转向型、近海转向型以及黄海西折型。

2.7 中小尺度系统产生的短时大风

包括雷雨阵风、飑和龙卷风，它们发生的范围小，危害大，影响时间短，有时集中伴随出现，强度与积雨云的发展程度成正比。

3 大风的统计预报方法

3.1 资料来源

采用T213模式下的115°～121°E、32°～45°N区域内2003年1月1日～2008年12月18日共352 d的高度场和温度场的高空资料以及MICAPS地面资料，利用以上

资料通过对500 hPa高度场、850 hPa高度场、850 hPa温度场、500 hPa温度场、700 hPa温度场及地面气压场的变化特征，对烟台大风预报产生主要影响的各类气象要素进行统计分析^[6]，从而筛选出相关性较好的因子建立烟台地区（115°～121°E、32°～45°N）的大风24 h预报。

3.2 预报量及预报因子的选取

3.2.1

预报量的确定。一般在天气学中将平均风速达11 m/s以上的风称为大风。在此以11 m/s为界，风速<11 m/s记为0，即认为没有大风，风速>11 m/s记为1。

根据T213模式下的高空资料容量，选取烟台地区的网格时空分布较为均匀的5个站（烟台、福山、海阳、龙口、长岛）为代表^[7]，建立烟台站的24 h大风预报方程，其中预报量为2003年1月1日～2008年12月18日共352 d的风速。

3.2.2

选取预报因子。根据参考烟台地区大风的经验预报资料以及对大风产生可能会有影响的各种气象场物理变量，在此选取代表性比较好的500 hPa位势高度及高度场、850 hPa温度及高度场上的差值以及地面气压的变化，850 hPa烟台5个站最大风速的平均风速值等因子。

设X₁为烟台115°～121°E、32°～45°N区域850 hPa与500 hPa间的24 h高度差；

X₂为烟台115°～121°E、32°～45°N区域850 hPa与500 hPa间的24 h温度度差；

X₃为115°～121°E、32°～45°N区域500 hPa位势高度与冷中心123°～130°E、40°～47°N位势高度值之差；

X₄为115°～121°E、32°～45°N区域500 hPa温度与冷中心123°～130°E、40°～47°N 温度最低值之差；

X₅为115°～121°E、32°～45°N区域500 hPa 24 h最大正变压 ；

X₆为115°～121°E、32°～45°N区域最大风速的平均风速；

X₇为115°～121°E、32°～45°N区域700 hPa 24 h纬向最大温度差；

X₈为115°～121°E、32°～45°N区域850 hPa 3 h变压。

3.3 建立预报方程

筛选与预报量相关性较好的因子，计算各因子的相关性并检验显著性（表3）。利用表3中的8个预报因子，筛选与预报量相关性较好的因子，将通过通过0.05显著性水平检验作为预报因子，再将数据输入逐步回归方程中建立回归方程，自动剔除相关性小的因子，建立烟台、福山、海阳、长岛、龙口5个站点24 h大风预报方程，即

Y1=-45.4+0.192X₁+0.084X₃-0.031X₄、

Y2=-87.3+0.853X₁+0.679X₂+0.005X₄-0.243X₇、

Y3=-158.2+0.025X₅+0.639X₆、

Y4=-395.7+0.353X₁+0.244X₃-0.780X₆、

Y5=-217.8+0.773X₁+0.004X₂。

3.4 预报效果的检验

经回报检验分析，烟台2003年1月1日～2008年12月18日的实际大风天数为42 d，回报检验大风正确天数11 d，预报准确率为26.2%；

福山2003年1月1日～2008年12月18日的实际大风天数为22 d，回报检验大风正确天数6 d，预报准确率为27.2%；

海阳2003年1月1日～2008年12月18日的实际大风天数为37 d，回报检验大风正确天数9 d，预报准确率为25.0%；

长岛2003年1月1日～2008年12月18日的实际大风天数为80 d，回报检验大风正确天数35 d，预报准确率为43.8%；

龙口2003年1月1日～2008年12月18日的实际大风天数为6 d，回报检验大风正确天数2 d，预报准确率为33.3%。可见，预报方程预报的准确率比较低，这与因子的选取、资料的完整性有关，另外在方程的建立过程中也没有考虑海陆地形分布等各种因素的影响，选取因子有限，所以导致预报的结果比较粗糙，精确度比较低。

4 小结

（1）

烟台地区大风天气中以个别大风为主，其中大风天气主要发生在3～5月份，大风天气以2002和2007年居多，出现了2个峰值，2001和2009年大风发生的天数分别为17和16 d，为9年内发生三类大风总和的天数最少的2个年份，烟台地区在这9年的时间内，大风的年际变化趋势基本是按照曲线递增达到峰值后又开始递减的趋势，期间出现了2个峰值，并有一个谷值，其中年际变化趋势的2个峰值分别在2002和2007年，大风天数远超过了9年来的平均水平，平均5～6年为一个变化周期，大风日数呈线性递减趋势。大范围大风日数最多，平均每季30.2 d，局部大风仅有8 d，个别大风仅有6 d。大范围大风日的年际变化最为明显，有60%的年份距平>20%，最大的年份距平为2007年，高达62.3%。

（2）烟台地区大风的年际变化之大说明该地区在大风盛行季节就有大范围的冷暖空气交换，而它的强度和发生的次数在每年可能会有比较大的差别，因而导致不同年份大风发生天数的年份距平差别也比较大。

（3）在对烟台地区进行大风预报时，选取了网格点中与烟台站关联的平均分布的5个站点（烟台、福山、海阳、龙口、长岛）进行预报研究，通过参考文献以及烟台等站点的经验预报，选取了烟台（121°～115°E、32°～45°N）区域850 hPa与500 hPa间的24 h高度差、850 hPa与500 hPa间的24 h温度度差、500 hPa位势高度与冷中心（123°～130°E、40°～47°N） 位势高度值之差、500 hPa温度与冷中心（123°～130°E、40°～47°N） 温度最低值之差、500 hPa 24 h最大正变压、最大风速的平均风速、700 hPa 24 h纬向最大温度差、850 hPa 3 h变压8个预报因子作为备用预报因子，通过对以上因子的显著性检验以及与预报方程的相关性，剔除相关性较差的因子，利用逐步回归程序建立了5个站的预报方程并对最后的结果进行了回报检验，虽然取得了一定的预报效果，但预报精度比较低，不是特别的理想。

（3）在建立预报方程时，由于本身对大风有影响的因子非常多，它与海陆地形分布、天气尺度系统以及导致大风产生的各种大气环流形式有关，且依靠于以往的一些经验预报方法，所以笔者所选出的8个因子只是影响大风天气的众多气象要素因子中的极小的一部分，未考虑地形与环流分布且由于自身缺乏预报经验，所以挑选出的这8个备选因子并不能很全面地代表烟台地区的大风，故建立的预报方程的准确度就比较低。

（4）5个预报方程的建立是利用MICAPS地面资料和T213模式下的高空场资料来进行的，所利用的资料有缺测以及资料上的缺失和一定的缺陷，给方程的建立带来了不利影响，并影响到了最后的预报方程准确性。

参考文献

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