[doc格式] 深层地温变化规律及在汛期气候预测中的应用

1、深层地温变化规律及在汛期气候预测中的应用第1期(总第86期)2009年3月山西气象shanximeteorologicalquarterlyno.1(sumno.86)mar.2009深层地温变化规律及在汛期气候预测中的应用张红英,张磊,杨建民,李鸿飞,吴素芬(1.山西省长治市气象局,山西长治046000;2.山西省长子县气象局,山西长子046000;3.山西省长治县气象局,山西长治046000)摘要:利用1980年以来不同深度地温资料,研究分析历年的月,季,年度变化特征.并统计分析了地温与汛期降水和气温的相关关系,选用显着相关因子建立汛期总降水量,汛期平均气温,各月降水量及各月平均气温的最优

2、子集回归方程.经检验,不仅其历史拟合率比较高,而且对2002年一2008年的试预报也取得了较好的效果.关键词:深层地温;汛期旱涝趋势;最优子集回归中图分类号:p456.8文献标识码:a0引言地温变化是由下垫面热量收支平衡造成的,它反过来影响大气变化,因此,如同海温一样,地温可作为影响长期天气过程的一个重要物理因子来看待,地一气系统的相互作用在长期天气和气候形成及变动中起重要作用i2】.近年来,有一些气象工作者利用较深层地温来预测汛期降水的趋势,取得了较好的效果.汤懋苍等对地温进行了大量的研究,20世纪80年代初即开始尝试用深层地温来预报汛期降水趋势310本文的目的即是通过对长治市深层地温场与夏

3、季降水场的时空分布特点的分析,找到它们之间的对应关系,进而制作夏季降水预报.长治市气象局所属长治县气象局是国家基本气象观测站,20世纪80年代以来一直进行深层地温观测.据一些气象工作者的研究成果,我们也利用深层地温进行了与汛期旱涝以及冷暖趋势关系的研究.利用前一年各层地温观测资料与当年盛夏雨量和气温资料,根据气象统计学原理和方法,试图揭示深层地温与盛夏雨量和气温的关系,并将相应的研究成果试用于汛期降水和气温趋势的短期气候预测,其效果较好.1资料选取和方法本文所用的深层地温资料为长治县1981年一2005年的40cm,80cm,l60cm和320cm地温观测值.将长治县夏季气温和降水量作为研究对

4、象,资料年代为1961年一2005年6月一8月的月平均气收稿日期:20081223作者简介:张红英(1963一),女,山西省长治市人.2006年毕业于南京信息工程大学大气科学专业,高级工程师温和月降水量.利用最优子集回归方法,利用深层地温作为预报因子,预报对象为季,月降水量和气温.2深层地温特征分析2.1深层地温月际变化特征各深度层地温均存在有较大的月际变化,随着深度的增加,各月之间的变幅逐渐减小,另外地温高值和低值出现的时间也随深度的增加而后延.其中,40cm和80cm深度层的地温7月一8月最高,1月一2月最低;160cm深度地温的高,低值则后延一个月,为8月一9月最高,2月一3月最低;32

5、0cm地温的高值和低值出现的时间则更具滞后性,分别为9月一10月和3月一4月.2.2深层地温年,季变化特征不同深度的地温与气温一样存在着季节变化和年际变化,在l981年一2005年有深层地温资料的25年中,8o年代中前期和90年代中期,各深度层地温的年际变化不大,且为负距平,而80年代后期至9o年代初期为正距平.特别是90年代中期以后,各深度层地温的年际变化增大,地温具有逐年上升的趋势,特别是1998年和1999年,是20多年来地温最高的两年.随着深度的增加,地温的年际变化的变幅逐渐减小,尤其320cm地温在1997年以前全部是负距平,1997年,1998年,1999年和2000年为正距平,且

6、距平幅度在1999年达到3.8c二.2000年以后距平又变为负距平.各深度层地温的季节变化同月变化具有相同特点,即随着深度的增加,各季季平均地温的变幅逐渐减小,且出现季节后延现象,深度越深,季节后延越明显.80cm和160cm深度层的地温以夏季最高,冬季最低,与气温的季变化特点接近,而320cm地温的高值和低值出现的时问?26?山西气象2009年第1期则明显滞后,为秋季值最高,春季值最低.3夏季降水的年际旱涝特征分析根据长治地区降水变化的基本特点以及可能对农业和防汛所产生的影响,把盛夏降水尺分为特旱,偏旱,正常,偏涝,特涝5级,对应的降水距平百分率分别为:r一5o%特少,特旱一50%<r

7、一2o%偏少,偏旱一20%<r<20%正常20%r<50%偏多,偏涝尺50%特多,特涝按上述划分标准统计长治县自1961年以来的45年夏季旱涝状态,历年汛期降水距平百分率如图1所示.从图中可以看出:出现特早年3个(分别为1965年,1983年和1997年),偏旱年7个,偏涝年9个,特涝年7个(分别为1966年,1971年,1973年,1976年,1988年,1996年和2003年),正常年份19年占总年份的42%.其中出现特旱和特涝的异常年份约占10年,占总年份的22%,涝大于旱.20世纪6o年代到70年代为多雨年,80年代到90年代中期为正常少雨期,90年代中期至今又为多雨

8、期.4夏季气温的年际变化特征分析资料为长治县1961年一2005年6月一8月的月平均气温.45年间夏季气温呈明显下降趋势,45年间共出现暖夏10年,冷夏10年.8o年代以前属偏暖期,有7年出现暖夏,占7/10,出现1年冷夏,占1/10.8o年代以后为偏冷期,9年冷夏,占9/10,且只出现3年暖夏,占3/10.夏季气温偏低0.5的年份有1976年,1980年,1984年,1987年,1988年,1989年,1993年,1996年,2003年和2004年.夏季气温偏高0.5发生在1961年,1965年,1966年,1967年,1972年,1974年,1978年,1981年,1994年和1997年.

9、5利用最有子集回归方程制作夏季降水量和气温预报5.1预报方法和原理目前业务统计预报模型,往往采用最优子集回归方法建模.方法的特点是将全部自变量按所有不同的排列组合与因变量建立全部可能的回归方程,从所有可能的回归方程中确定一个效果最好的子集回归,效果最好的子集回归称为最优子集.它与逐步回归的区别在于所建立的模型是全局最优的,逐步回归中置信度很高的回归方程不一定是最优的方程,而最优方程经常是显着性方程.选择自变量就是要确定哪一个子集回归效果最好.对于确定最优子集回归的方法,可先根据要求设计一个统计量.s,一般js与子集回归方程的效果关系为.s越小对应的回归方程效果越好,每一个子集回归都能算出它的j

10、s值.因此,最优子集回归的计算,就是按照一定的顺序求出一切可能子集回归的js值,然后,从其中确定最小值,如果:js(_l_2?xik)=mins.则s(il,i2?xik)对应的子集回归方程:y:p+pi1xil+pi2xi2+pikxik就是最优回归方程.对于回归模型识别准则,可采用平均残差平方和准则(sk),预报平方和准则(press),aic,bic和cp准则.本文采用双评分准则,其定义为:sl=凡(1),q=击末(y(t)一l,(t),q=(y(t)一(t),s2=2,=2主.j1n_j+nlnnil-l(主niinni+主njinnj)】,l0j=lcsc=sl+s2.式中,s为数量

11、评分,即为精评分,s2为趋势评分,称为粗评分,为样本长度,q为模型的总离差平方和.,为预报趋势类别数,凡ij为i类事件与类估计事件的列联表中的个数,其中:njnij,njnijo双评分准则旨在使模型拟合的精度更好,趋势亦准.显然,当csc达最大时相应的回归模型最优,用csc达到最大为准则选取最优子集回归i4.5.2预报方程的建立首先,用长治县的各月降水量与40em,80em,160cm和320em地温进行相关分析,研究了降水量与不同因子之间的相关关系,找出了高相关因子,然后用最优子集回归建立预测模型【4j.5.2.1降水量预报方程6月份:y=34.500+4.268x.一6.452x34.30

12、24144.167529.398x7+136.8759+8.356xl0+37.485x185.929197月份:y=一1008.634+25.002268.71120+45.88l22+54.247x258月份:y=一529.377100.169+62.146x8+52.814216月一8月:y=一71.975+276.101+159.3l12009年3月张红英,等:深层地温变化规律及在汛期气候预测中的应用?27?一518.841xl6+27.032x-一158.183l8+95.056x23+121.248x245.2.2各月气温预报方程6月份:y=26.100+0.383xl+6.660

13、x20.342x3+0.983x70.988x8+o.234xl01.934xil一1.424xl23.389xl40.808xl67月份:y=48.0521.306x32.222x一1.679xs1.780x9+o.869x13+1.287xl5+3.698xl68月份:y=40.5641.189.6月一8月:y=46.5190.959x4+2.1926+0.694x71.601x8+1.221l22.089xl31.018l8+0.386x2i一0.439x224.2.3方程中各项因子的物理意义(表1)表1方程中各项因子的物理意义从降水预报方程中可以看出:6月份降水与上一年夏季160cm地

14、温有很大的反相关,而与上一年7月160em地温有很强的正相关.7月份降水与上一年11月320cm地温呈正相关,而与冬季320cm地温呈反相关.8月份降水与上一年秋季80em地温呈反相关,而与10月80cm和8月40cm地温呈正相关.夏季降水与上一年夏季40em地温呈正相关,而与上一年夏季80cm地温和秋季160cm地温呈反相关.从气温预报方程中可以看出:6月份气温与上一年春季160cm地温关系密切,7月份气温与上一年夏季80cm地温关系密切,呈正相关.8月份气温与上一年7月份160em地温呈反相关关系.汛期气温与秋,冬季80cm地温关系密切.6预报方程回报检验我们通过长治县1981年一2001

15、年的降水实况资料方程的预报值进行了拟合检验,检验标准为国家气候中心下达的短期气候预测评分办法,结果如表2.7预报试验结果在2002年一2008年的试报过程中,利用方程表2历史拟合率降水气温6月86%9o%7月81%76%8月86%86%夏季lo0%95%计算夏季6月一8月份降水量和分月降水量和气温时,2004年预报各月气温误差较大,分月降水预报准确率为75%.分月气温预报准确率为67%.汛期降水预报中,预报准确率达100%,汛期气温预报准确率达95%.尤其在制作2006年预报中,利用方程计算结果结合其它方法和经验成功的预报出夏季降水偏多,效果很好.2008年利用方程制作的汛期降水量为300mm

16、,实况出现270mm.方程计算出的6月份降水量为66mm,实况出现70mm;7月份计算得103mm,实况出现102mm;8月份计算得96mm,实况出现98mm.预报之准确,已取得了明显的社会经济效益.8结论a)夏季降水与上一年夏季40cm地温呈正相关,而与上一年夏季80cm地温和秋季l60em地温呈反相关,用深层地温做出来的预报方程历史拟合率高达100%,试报准确率也高达100%,因此用最优子集回归方程制作的汛期预报方程可信度非常高.b)此方法对气温的预报是有限的,虽然预报方程的历史拟合率较高,但在试报中预报准确率仅为67%,尤其对2004年汛期的气温预报是失败的,还有待于进一步核对和订正.c

17、)长治县各深度层的地温与该市汛期降水量虽有较好的相关性,但仅用这一类气象因子预报汛期降水趋势无疑存在局限性,而方法较为简单,其预测结果仍有一定的参考价值.当然,在实际制作汛期降水趋势预报时,应尽量综合考虑其它相关因子.参考文献【1张翠荣.深层地温在武汉市汛期降水趋势预报中的应用【j】.湖北气象,2005(2),2324.2】张霞.深层地温在汛期旱涝趋势预报中的应用【j1.河南气象,2002,(2),810.【3】汤懋苍,吴士杰.用深层地温预报汛期降水趋势【j】.气象,1981,8.【4】张万诚,郑建萌,解明恩.最优子集回归模型在低纬高原雨季开始期预报中的应用试验j】.气象,2000,26(11

18、):2427.英文摘要下转第31页)呦_一r.d酹一一_,义一加舳加为撒一一一一一z义一舳加一闪一.撒一一一一一一一一2009年3月鲁巨,等:大同地区谷子气候生态适应性分析?31?期第一场好雨的出现时间,平川区和东南山区可于4月底到5月上旬播种,西部的左云县略偏晚一些.播期应注意雨后抢墒播种或采取抗旱播种措施,这样幼穗分化期正好与当地的温湿高峰同期,成熟期正好在早霜冻来临期,能获高产.早播者成熟虽在安全期,但幼穗分化期都未进入雨季,出现胎里旱,分化发育不良,产量不高,迟播者因后期温度低,发育慢,霜前不能成熟,导致减产.3.3合理密植合理密植可有效利用土地,充分利用光热水等气候资源.谷子产量90

19、%以上靠光合作用积累,根据有关资料表明,谷子产量的高低与叶面积系数成正比.间苗过密,过早互相荫蔽,植株生育不良,产量不高,间苗过稀,虽单株发育良好,但株数少,产量也不高.3.4科学用水谷子在孕穗期最怕干旱,孕穗抽穗阶段土壤相对含水量以70%一80%为宜,所以有条件灌溉的地方,拔节后遇干旱应浅浇一次拔节水,抽穗前半个月应灌孕穗水.3.5适时收获谷子生育后期忌大风,多雨,早霜,飞鸟等灾害.因此,谷子到植株基本上停止生长,大部分茎叶黄枯之后,应抓住晴好天气及时收获,减少损失,夺取优质高产.参考文献【1】汪源正,等.雁北区农业气候资源分析及利用【m】.北京:气象出版社,1992年5月.2】宋迎波,等.

20、粮食安全气象服务【m.北京:气象出版社,2006年6月.【3】谢金南,等.中国西北干旱气候变化与预测研究【m】.北京:气象出版社.2000年l1月.analysisofmilletecologicaladaptationtoclimateindatongluju19lixiaozhen,lianglizhen,ducuifang19baixueping(1.datongmeteorologybureauofshanxiprovince,datong,shanxi,037004;2.yangchengcountymeteorologybureauofshanxiprovince,yangchen

21、g,shanxi,048100)abstract:accordingtothemeteorologicalconditionsofthecharacteristicsofmilletgrowthanddevelopmentandhighyieldandhighquality,themeteorologicalconditionsforthewholegrowthperiodmilletdatongareawereanalyzed.itwasmainlyanalyzedthattheprecipitationimpactedgrowthofmilletduringthegrowthperiod.

22、theadverseweatherconditionswerediscussedduringthegrowthperiod.theagriculturalmeteorologywasgivenforhighqualityandhighyieldingmilletindatong.keywords:millet;weatherconditions;adaption(上接第27页)application0fdeepsoiltemperaturechanginginweatherforecastingduringfloodperiodzhanghongying,zhanglei29yangjianmin19lihongfei39wusufen(1.chanzhimeterologybureauofshanxiprovince,changzhi,shanxi,046000;2.zhangzicountymeteorologybureauofshanxiprovince,zhangzi,shanxi,046000;3.chanzhicountymeteorologybureauofshanxiprovince,chang