南县乡镇气温预报订正方法初研究
摘要:乡镇气温预报是预报公共服务的重要内容之一。温度预报准确率随着精细化程度的提高而降低,精细化程度要求越高,难度愈大,准确率愈低,订正预报可提高预报准确率。利用肃南县近5年各乡镇和肃南国家气象观测站气温资料,从气温的天气学角度、统计学角度,结合本地气候特点,统计分析肃南县各乡镇的最高、最低气温预报订正方法。在实际预报中,区域自动站观测资料有一定的局限性,通过不同角度订正乡镇气温只能作为参考,同时在订正过程中,要考虑地形环境、局地山谷风对当地气温的影响。
关键词:乡镇预报;气温;订正方法
干热风近年来,随着数值预报的逐步发展,天气预报空间分辨率和准确率都有大幅的提高,然而格点化的数值预报产品,对县级辖区各乡镇的天气预报的精确性和直观性都不能达到社会的需求。目前我国很多学者已经开展了精细化预报的研究工作、对于乡镇温度预报的研究与长期以来为广大气象工作者所关注。
1.气候背景
祁连山国家级自然保护区是国家级重点冰川与水源涵养生态功能区,也属于国家列为的禁止开发区域,其主要保护对象包括高山生态系统、水源涵养林、草原植被。祁连山脉在肃南裕固族自治县(以下简称:肃南县)隶属于甘肃省张掖市,地处河西走廊中部、祁连山北麓,境内长达650千米,是中国唯一的裕固族自治县,因地处肃州(酒泉)以南而得名。肃南县地理位置在东经97°21′~102°13′,北纬37°28′~39°49′之间,境内海拔在1313~5573m之间。该县地形狭长,东西长650公里,南北宽120-200公里,总面积23887平方千米。
肃南县在大地构造上位于北祁连褶皱带,地势南高北低,自南向北呈带状起伏,由于祁连山强烈的褶皱隆起和走廊地带的大幅度沉降,形成了祁连山中高山区和走廊冲积、洪积倾斜平原区两大地貌,海拔在1327~5564米之间。肃南县由互不相连的明花乡、马蹄乡东部、皇城镇及县域四部分组成,仅明花乡位于河西走廊平原荒漠区,其余的位于祁连山地。整个区域同15个县(市)接壤,南部与青海省天峻县、门源县、祁连县相连,东西北与河西五地(市)的十二个县(市)毗邻。其特殊的地理位置和地势复杂的地貌,构成了肃南县局部复杂的大气运动及水热变化特征。气候特点是南部山区气候阴冷潮湿,冬季漫长,生长季很短;北部平原区干燥,气温年较差和日较差大,生长季相对较长。属于典型
的温带大陆性气候,具有“冬春季长而冷,夏秋季短而凉爽”特点。
肃南县内的坡度分布情况主要以陡坡和斜坡为主,面积分别为8691.72 km2和5326.74 km2,占比分别达到43.07%和26.4%,空间上几乎涉及肃南全县;县内的垂直壁占比最少为0.16%,平地占比仅高于垂直壁为0.56%,空间上垂直壁主要分布在肃南县中部的高海拔地区,平地则主要分布在肃南县北部的明花乡与东南角落的皇城镇马营片、北滩片、铧尖片和泱翔片,相对来说北部的低海拔地区分布更为密集。坡向上,平地占比最少为0.14%,东坡与东北坡占比相对较高,二者面积分别达到3054.94 km2和3380.56 km2,其占比分别为15.14%和16.75%,在肃南县域境内广泛分布。北坡次之,其占比为14.1%,其余坡向占比相当,均在9.55%~11.94%之间,平地在空间上同样主要集中在肃南县北部。
特殊的地理位置和地势复杂的地貌,构成了肃南县局部复杂的大气运动及水热变化特征。其自北向南处在蒙新大陆性气候区与青藏高原高山气候区的交接地带,自东向西处于温带季风性气流影响的最西端,濒临中亚荒漠中心,因而形成了典型大陆性荒漠干旱半干旱气候类型。其总特点是南部山区气候阴冷潮湿,冬季漫长,生长季很短;北部平原区干燥,气温年较差和日较差大,生长季相对较长。其历年年平均气温4.5℃,年平均降水量272.1
毫米,年平均日照时数2827.9小时。年平均风速为2.1米/秒,盛行东北风。极端最高气温33.4℃,极端最低气温-28.3℃。最热月在7月,月平均气温17.2℃,最冷月在1月,月平均气温-9.6℃。年平均相对湿度48%,年平均降水日数(≥0.1毫米降水)为91天,一日最大降水量极值31.4毫米。地面极端最高温度69.2℃,地面极端最低温度-35.8℃,平均气压770.5hPa。全县主要灾害性天气为干旱、低温、洪涝、雪灾、干热风、沙尘暴等。
图1 肃南县地形图
肃南县平均气温多年变化趋势为上升趋势(0.02℃/a),其中20世纪60—70年代为下降趋
势,80年代以后呈上升趋势,特别是90年代以来上升更为明显(0.06℃/a),且大多高于多年平均气温值,这与同期全球气候变暖密接相关。空间分布上,年平均气温自西北向东南呈递减趋势,其变化范围在-3.0~8.0℃之间,这也与肃南县处于祁连山北麓的地理分布密切相关。
图2 肃南县平均气温气候演变规律
图3 肃南县平均气温距平变化
图4 肃南县年平均气温空间分布
肃南县降水多年变化趋势为减少趋势(-0.5mm/a),其中20世纪60年代为减少趋势,70—80年代为增加趋势,90年代为减少趋势,21世纪以来暖湿现象明显。年平均降水量总体西北少、东南多的空间分布型,其变化范围在100~500毫米之间。按照气象部门划分,每年汛期5月份开始至9月份结束,期间降水量是占全年降水总量主体,期间也是暴雨、短时强降雨的易发时间段。在降水量空间分布上,以2016年以来各自动站观测降水量值统计,肃南县汛期内降水量级总体跨度均比较大(70~500毫米左右),且总体均呈现中东部多、
西部少的空间分布型,空间分布型与年平均降水量分布较为一致,这也与肃南县东南部山区湿润、西北部川区干燥的局地气候相吻合。其中,按各不同年份及历年平均量值显示,肃南县汛期内降雨量最大值区域均稳定在康乐镇东部、马蹄乡和皇城镇中西部一带,降雨量最小值区域均稳定在祁丰乡北部和明花乡一带。
肃南县(以县城为代表)年平均日照时数总计为2827.9小时。历年1~12月逐月日照时数基本稳定在232小时左右,较为稳定。统计2006~2020年近15a的年日照时数值,总体呈先增后减的趋势。2006~2009年,日照时数较为持平,且均小于历年平均值;2010~2015年,日照时数主要呈上升趋势;2015~2020年,日照时数持续走低。
2.最高气温
2.1 天气学角度订正
天气系统对高温的影响[1-2]。当夏季副高西伸,长期控制我国中东大部地区,而肃南县位于副高脊县边缘,往往造成持续性的高温及干旱。其中肃南明花乡、祁丰乡高温尤为突出。
云过境对高温的影响[3-6]。白天有云层时,当天最高气温往往要比晴天时低。
天气形势对高温的影响。若为同一系统控制,则最高温度基本一致;由于肃南县地域狭长,气温变化往往受制于不同天气系统,此时即要分不同影响系统而分别判断。