基于EC-2T的黔西南州春季静止锋气温预报研究

范 倩，李 刚，王 芬，孟庆怡，刘 相，陈晓燕

(1.贵州省黔西南布依族苗族自治州气象局，贵州 兴义 562400；2.贵州省毕节市气象局，贵州 毕节 551700；3.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002)

0 引 言

滇黔准静止锋常出现在冬春季，平均地理位置一般在沾益、威宁以西[1]，静止锋较强时向西可达昆明以西，较弱时向东北收缩至贵州东北部，东西跨度最大达7个经距左右。滇黔准静止锋是影响贵州冬春季天气气候最为重要的天气系统之一，它的活动具有明显的季节变化特征，主要出现在每年11月—次年4月，还具有白天北退、夜晚南进及昼夜摆动特点[2]。黔西南冬春季主要影响系统之一是滇黔准静止锋，常造成黔西南低温阴雨、凝冻、大雾等重大天气产生，一旦配合有其它系统共同影响，就会导致冰雹、大风、暴雨等强对流天气，对农业产生重大危害。

滇黔准静止锋作为黔西南天气预报技术的重要难点之一，为更好地进行地方预报及服务，对滇黔准静止锋的研究十分必要。但黔西南州地处云贵高原东南侧、贵州西南部，下垫面复杂，东、西各地气候背景有较为明显差异，能否把滇黔准静止锋位置变化时对黔西南气温的变化影响特征总结出来，利用数值预报模式，预报滇黔准静止锋影响下黔西南气温预报等等。这些工作的开展，将给业务人员进行滇黔准静止锋影响下气温预报提供参考依据，以期提高气象预报及服务能力，从而进一步促进社会经济协调发展。

1 资料与方法

1.1 资料

本文使用近5 a(2015—2019年)春季资料，包括：①MICAPS风、气温、天气现象、云量、海平面气压等实况资料；②EC细网格模式资料采用20 h起报的2 m气温预报场资料，空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为3 h；③实况数据采用黔西南州8个市(县)地面气象观测站日最高、最低气温和日降水量、日照时数以及日平均风速等资料，资料来源于贵州省气象信息中心。

1.2 检验方法

主要采用预报准确率、平均误差、平均绝对误差以及采用偏差订正法，对EC2T的预报数据进行订正，输出最终预报结果。公式如下：

Y=Y0±W×B

(1)

其中Y为订正后的预报值，Y0为订正前的预报值，W×B为一阶偏差订正值，W为一阶偏差订正系数，B为平均预报误差。

从理论上讲，W×B应该是气候平均预报误差，本文采用近5 a(2015—2019年)春季在Ⅰ型弱静止锋下的平均相对预报误差。对于W的选取，依据有关文献[9]，当绝对误差减去相对误差的绝对值较小时，说明一阶偏差订正值与平均预报误差之间相关性较好，即订正值主要取决于平均预报误差，此时对应的一阶偏差订正系数应较大。本文定义：当绝对误差减去相对误差的绝对值≤1.0时，W选取为0.8；当绝对误差减去相对误差的绝对值>1.0时，W选取为0.5。

2 近5 a春季滇黔准静止锋在贵州西南部的分布

2.1 滇黔准静止锋在贵州西南部出现情况

统计近5 a春季滇黔准静止锋(简称静止锋，下同)在黔西南州出现的天数可知(表1)，共出现104 d静止锋天气，以2019年春季34 d为最多，其次是2015年的22 d，以2016年春季15 d为最少，平均每年春季出现20.8 d。在春季静止锋出现天数中，以3月64 d为最多，5月21 d次之，4月19 d最少。由表1还可以看出，近5 a均以3月出现静止锋天气最多,2015年和2018年4月出现静止锋次数均比5月偏多，2016年5月和2017年4月静止锋出现均为1 d。

表1 春季及各月静止锋出现天数统计(单位：d)Tab.1 Statistics of days of static front in spring and each month (unit∶ d)

2.2 影响黔西南州的静止锋类型

根据实际预报经验，将黔西南州有重要影响的静止锋所处的位置分为3种类型[8]。根据近5a春季静止锋出现的实况资料，并结合文献[8]，统计得到(表2)，黔西南州位于锋后冷气团内(Ⅰ型)的天数为最多，占3种类型总和的67.3%；其次为在黔西南州境内摆动(Ⅲ型)，占20.2%；黔西南州位于锋前的暖气团中(Ⅱ型)为最少，占12.5%。由表2还可以看出，Ⅰ型在春季各月均为最多，Ⅲ型次之，Ⅱ型最少；3种类型均以3月出现天数为最多；以Ⅰ型静止锋春季平均天数14 d为最多，其次为Ⅲ型静止锋4.2 d，Ⅱ型2.6 d为最少。

表2 春季及各月不同类型静止锋出现的天数(单位：d)Tab.2 days of different types of stationary fronts in spring and each month (unit∶ d)

2.3 静止锋强度规律统计

为区别静止锋的强弱对天气的影响，根据实际预报经验，按照锋前后的温差分3种强度来定义静止锋的强弱。统计近5 a春季不同强度静止锋出现天数可知(表3)，在黔西南州出现弱静止锋51 d为最多，中等静止锋40 d次之，强静止锋13 d最少。不同强度静止锋均以3月出现天数最多(见表2)。分析不同强度静止锋出现平均天数可知，弱静止锋每年春季平均出现10.2 d，占不同强度静止锋出现天数总和的49%，中等强度静止锋8 d次之，占38.5%，强静止锋2.6 d最少，占12.5%。

由表3可以看出，在3种强度下，均以Ⅰ型静止锋出现天数为最多，其次为Ⅲ型，Ⅱ型最少。

表3 不同强度下不同类型静止锋的分布(单位：d)Tab.3 distribution of different types of stationary fronts under different intensities (unit∶ d)

3 Ⅰ型弱静止锋附近要素分布特征

根据上述的统计结果，在春季Ⅰ型弱静止锋出现次数较多，结合实际工作的需要，本文挑选弱静止锋中的Ⅰ型进行合成分析。

3.1 气温

由图1可以看出，在Ⅰ型弱静止锋背景下，黔西南州最低气温具有“东南高北低”的分布特征，最高为望谟的16.7 ℃，最低为普安的10.3 ℃，平均最低气温为13.1 ℃。Ⅰ型弱静止锋最低气温分布特征与近5 a春季最低气温平均值的分布特征基本一致，均具有“东南高北低”的分布特征，但Ⅰ型弱静止锋背景下的最低气温明显偏低，以晴隆、普安偏低最为明显，达1.9 ℃，以兴义、望谟偏低1.3 ℃为最少。

图1 Ⅰ型弱静止锋最低气温(a)、近5a春季最低气温平均值(b)以及Ⅰ型弱静止锋最低气温与近5a春季最低气温平均值的差值(c)分布Fig.1 The distribution of minimum temperature of type I weak stationary front (a)、average minimum temperature in spring in recent five years (b) and difference between minimum temperature of type I weak stationary front and average minimum temperature in spring in recent five years (c)

由图2可以看出，在Ⅰ型弱止锋背景下,黔西南州最高气温具有“东南高北低”的分布特征，最高为望谟的22.7 ℃，最低为普安的15.3 ℃，平均最高气温为18.3 ℃。Ⅰ型弱止锋最高气温的分布特征与近5a春季最高气温平均值的分布特征基本一致，均具有“东南高北低”的分布特征，但Ⅰ型弱静止锋背景下的最高气温明显偏低，以普安、兴义偏低5.9 ℃最为明显，以望谟、贞丰偏低4.7 ℃为最少。

3.2 雨日

由图3a可以看出，在Ⅰ型弱静止锋背景下，黔西南的雨日空间分布基本呈现“西高东南低”形势，以兴义、普安和兴仁23 d的雨日为最多，以册亨、望谟19 d的雨日为最少。比较图3b发现，Ⅰ型弱静止锋背景下的雨日空间分布与近5 a春季雨日平均值空间分布形势并不一致，近5 a春季雨日空间分布为“东高南低”形势，以晴隆、贞丰14.1 d为最多，以安龙11.9 d为最少。

图2 Ⅰ型弱静止锋最高气温(a)、近5a春季最高气温平均值(b)以及Ⅰ型弱静止锋最高气温与近5a春季最高气温平均值的差值(c)分布Fig.2 The distribution of the maximum temperature of type I weak stationary front (a)、the average value of the maximum temperature in spring in recent five years (b)and the difference between the maximum temperature of type I weak stationary front and the average value of the maximum temperature in spring in recent five years (c)

图3 Ⅰ型弱静止锋雨日(a)和近5a春季雨日平均值(b)分布Fig.3 Distribution of rain days (a) of type I weak stationary front and mean value (b) of spring rain days in recent five years

3.3 日照时数

由图4a可以看出，在Ⅰ型弱静止锋背景下,黔西南州的日照时数平均只有0.8 h，而晴隆日照时数每日平均只0.4 h，其余县市均在0.7 h以上，以安龙、册亨、望谟0.9 h为最多。由图4还可以看出，近5a春季日照时数平均值分布与Ⅰ型弱静止锋背景下的日照时数有明显差异，近5a春季日照时数平均值为4.9 h，以兴义、普安日照时数5.4 h为最长，其次为安龙，晴隆日照时数4.2 h为最少。

图4 Ⅰ型弱静止锋日照时数(a)和近5a春季日照时数平均值(b)分布Fig.4 Distribution of sunshine hours (a) of type I weak stationary front and average sunshine hours (b) in spring in recent five years

3.4 平均风速

由图5a看出，在Ⅰ型弱静止锋背景下，黔西南的平均风速以册亨、望谟0.9 m·s-1为最低，其余县市均在1.5 m·s-1以上，以安龙2.1 m·s-1为最高，全州平均风速为1.5 m·s-1。由图5b看出，近5a春季平均风速为2.0 m·s-1，除望谟偏小0.2 m·s-1以外，其余偏小0.4～0.6 m·s-1。由图5还可以看出，Ⅰ型弱静止锋背景下,黔西南的平均风速空间分布形势与近5a春季平均风速平均值空间分布形势基本一致，但Ⅰ型弱静止锋背景下的平均风速比近5a春季平均风速偏小。

图5 Ⅰ型弱静止锋平均风速(a)、近5a春季平均风速平均值(b)以及Ⅰ型弱静止锋平均风速与近5a春季平均风速平均值的差值(c)分布Fig.5 The distribution of the average wind speed of type I weak stationary front (a)、the average wind speed in spring in recent five years (b)and the difference between the average wind speed of type I weak stationary front and the average wind speed in spring in recent five years (c)

4 Ⅰ型弱静止锋气温预报

根据以上选出的Ⅰ型弱静止锋个例，将黔西南州8个站点EC-2T的24 h预报值与实际值进行对比，从而得出8个站点预报模式。根据现行评分标准，预报值与实际值的差值在±2 ℃之内，即为预报正确。

4.1 最高或最低气温准确率检验

由表4可以看出，EC-2T最高气温的预报准确率总体在50%以上，在3月和4月预报较好，但参考意义一般，安龙、贞丰准确率均在60%以上，具有很好参考意义，晴隆、册亨、望谟准确率均在45%以下，参考意义较小。EC-2T在最低气温的预报比最高气温预报表现好(表略)，准确率均为68%，尤其是3月为75%，具有较好的参考意义，兴义、普安、安龙、贞丰准确率均在75%以上，尤其4月，兴仁、安龙、贞丰准确率达到100%，可以直接进行使用。

表4 黔西南州近5a春季EC-2T最高气温预报准确率(单位：%)Tab.4 Forecast accuracy of ec-2t maximum temperature in spring of recent five years in Southwest Guizhou (unit∶%)

4.2 预报误差分析

因EC-2T在最低气温的预报准确率较好，所以本文主要分析最高气温。

由表5看出，在相对误差上，兴仁、安龙、册亨、望谟为正值，预报偏高,正值最大为望谟，兴义、晴隆、普安、贞丰为负值，负值最大为晴隆；绝对误差以望谟3.2 ℃为最大值。由表5还可以看出，3月绝对误差和相对误差的结果与3—5月的结果相似；4月相对误差兴义为正值，与3月和3—5月的结果相反，其余站点均与3月和3—5月的结果相似，以册亨3.3 ℃为最大，且绝对误差以册亨为最大值；5月相对误差兴仁、安龙为负值，与3月、4月和3—5月的结果相反，其余站点均与3月和3—5月的结果相似，以册亨1.2 ℃为最大，但绝对误差以晴隆为最大值。总之，无论是相对误差还是绝对误差，在各月的差异均较大。

表5 黔西南州8个站点最高气温平均预报误差统计(单位：℃)Tab.5 Statistics of average forecast error of maximum temperature at 8 stations in Southwest Guizhou (unit∶℃)

综上所述，用总体的平均值没有太大的意义，故本文采取分月建立预报方程。

4.3 建立订正预报方程

采用偏差订正法，对EC-2T的预报数据进行订正，输出最终预报结果。由表6可以看出，在每个月，晴隆、普安、贞丰偏差订正系数为负值，说明预报偏高，兴仁、册亨、望谟偏差订正系数为正值，说明预报偏低；兴义4月偏差订正系数为正值，说明预报偏低，其余月份为负值，说明预报偏高；安龙5月偏差订正系数为负值，说明预报偏高，其余月份为正值，说明预报偏低。

表6 黔西南州各站点最高气温预报方程(单位：℃)Tab.6 Prediction equation of maximum temperature at stations in Southwest Guizhou (unit∶℃)

4.4 订正后预报准确率检验

根据订正后的预报方程，进行预报准确率检验。由表7看出，3—5月订正后的最高气温预报准确率均有所提高，尤其4月份的准确率由53.1%提高到64.1%；3月安龙预报准确率由75%提高到83.3%，晴隆由50%提高到83.3%；4月晴隆预报准确率由37.5%提高到75%，册亨由25%提高到75%。

表7 最高气温订正后准确率检验(单位：%)Tab.7 accuracy test after correction of maximum temperature (unit∶ %)

5 小结

利用近5a(2015—2019年)影响黔西南的滇黔准静止锋个例进行统计整理分析，针对不同类型静止锋出现的规律及其附近要素分布特征，以欧洲中心(EC)数值预报产品及相应观测事实的研究结果为基础，初步建立黔西南的气温天气学预报指标。结果如下：

①近5 a春季，黔西南州出现滇黔准静止锋104 d，以2019年春季34 d为最多，其次是2015年的22 d，以2016年春季 15 d为最少，平均每个春季出现20.8 d；静止锋均以3月出现天数为最多。

②黔西南州位于锋后冷气团内的天数为最多(Ⅰ型)，位于锋前暖气团中(Ⅱ型)为最少。Ⅰ型在春季平均天数及其各月均最多，Ⅱ型最少，3种类型均在3月出现天数最多。出现弱静止锋为最多，强静止锋为最少，不同强度静止锋均在3月出现天数为最多。

③在Ⅰ型弱静止锋中，黔西南最低气温空间分布具有“东南高北低”特征，平均最低气温为13.1 ℃；最高气温空间分布具有“东南高北低”特征，平均最高气温为18.3 ℃；雨日空间分布呈现“西高东南低”形势，雨日最多的为兴义、普安、兴仁，最少的为册亨、望谟；日照时数平均值为0.8 h，晴隆日照时数仅有0.4 h，其余县市均在0.7 h以上；平均风速册亨、望谟0.9 m·s-1为最低，安龙2.1 m·s-1为最高，全州平均风速为1.5 m·s-1。

④利用偏差订正法，建立订正方程订正后，黔西南州春季Ⅰ型弱静止锋最高气温3—5月预报准确率均有所提高，尤其4月份的准确率由53.1%提高到64.1%。