大雾消散时间的客观化预报大雾消散时间的客观化预报公路交通的发展对促进经济发展以及方便人们生活起到重要作用,但大雾给公路交通带来了很多不便交通管制部门对于大雾的生消时间非常关心,客观准确地预报大雾生成与消散时间是实施合理调度的依据本文利用气象观测实况资料,选取预报因子,建立大雾消散时间的线性回归预报方程考虑到数值预报产品(格点资料)存在一定误差,所以在预报时,首先将前一阶段的数值预报产品资料与实况资料进行插值订正,将格点资料转换为站点资料,然后将转换后的资料作为预报因子,代入方程,进行大雾消散时间预报预报考虑了石家庄天气特点的阶段性,对 10~11 月和 12~1 月分别建立预报方程另外,通过分析自动气象站观测资料,发现气温的变化情况对大雾的消散时间有很好的指示作用,因此,根据自动站提供的实时气温资料对大雾消散时间进行预报订正1 石家庄雾的特点及形成条件在晴空少云的夜间或清晨,微风或静风时,地面有效辐射强,散热迅速,使近地面气层降温明显,有利于水汽凝结当低空有辐射逆温形成时,有利于近地面层大量雾滴聚集于逆温层下而形成辐射雾雾的生成主要依赖于四个条件[1]:(1)冷却条件:晴空辐射降温和冷空气影响。
2)水汽条件:湿度越大或湿层越厚越有利于雾的形成3)风的条件:静风有利于形成浅雾,但不利于形成大雾;微风(1~3m·s-1)对大雾的形成最为有利原因是地面辐射冷却所及气层的厚度与乱流强度有关,微风时,能使辐射冷却作用扩散到适当的高度,使水汽垂直输送到一定高度,有利于形成一定厚度的雾4)层结条件:近地面层比较稳定或有逆温存在,有利于水汽和尘埃杂质的聚集,易形成雾石家庄的大雾日主要集中在 10 月至次年 1 月,多为辐射雾1990~2000 年 10~1 月,石家庄共出现 202 个大雾日,表 1 给出了大雾前一日 14 时的部分地面气象要素的统计情况,这些要素分别代表了形成大雾的冷却、水汽、风和层结条件状况由表可见,大雾生成的前一天相对湿度和水汽压较大,能见度较低,温度露点差小,风速小说明水汽充足、层结稳定、风速小是形成大雾的有利条件另外,当出现偏西风时,湿度将下降,温度升高,不利于雾的形成;而吹偏东风时,湿度增加,有利于雾的形成由大雾前一日 14 时各风向出现的频率可以看出,偏东、偏南风有利于雾的形成,偏西风时,石家庄基本不出现大雾·22·表 1 石家庄 1990~2 000 年 10~1 月大雾前一日 14 时气象要素表相对湿度/% 水汽压水汽压/hPa 能见度/km 气压/hPa 风速/m·s-1 温度露点差/℃10 月平均值 65 13.8 5.1 1008.5 1.5 7.5最小值 29 8.2 0.6 998.6 0.0 1.0最大值 93 19.6 30.0 1018.6 4.0 19.011 月平均值 76 7.9 3.4 1012.8 1.5 4.4最小值 41 3.8 0.2 1000.3 0.0 0.1最大值 100 12.6 15.0 1023.0 3.0 12.412 月平均值 71 5.2 2.7 1014.5 1.5 5.2最小值 24 2.3 0.0 1001.3 0.0 0.0最大值 100 8.1 13.0 1030.2 4.0 19.11 月平均值 64 3.8 3.3 1017.1 1.7 6.9最小值 24 1.8 0.2 1003.4 0.0 0.4最大值 97 5.8 20.0 1030.4 4.0 18.72 预报因子的选取大雾出现后,其消散条件实际上是与生成条件相反的。
本文从反映湿度、温度、风和大气层结几方面选取了如下大雾消散的预报因子:(1)湿度及其变化:08 时本站地面相对湿度、前一天 14 时本站地面露点、08 时 850hPa 温度露点差2)温度及风的情况:20 时地面 24 小时变压、08时 850hPa 温度、08 时 850hPa 风速、20 时 850hPa24小时变温3)层结状况:08 时 850hPa 温度、08 时 925hPa与地面温差其中,湿度因子与大雾消散时间的相关性最好另外,湍流混合引起的热量、动量和水汽的垂直输送,特别是上层高湿区水汽向下输送,对雾的维持起着重要作用[2]在计算上述预报因子时,由于石家庄没有探空资料,故用北京、太原、邢台三站探空资料平均值代替3 预报方程的建立在 1990~2000 年 10~1 月的 202 次大雾个例中,选取探空资料完整的 65 个个例,对于白天大雾观测时间为两段的,如果相隔大于两个小时,则消散时间定为第一段的结束建立 65 个个例各预报因子的序列,将消散时间分成 6 个等级,6 时之前为 1级,6~8 时为 2 级,8~10 时为 3 级,10~12 时为 4级,12~14 时为 5 级,14 时以后为 6 级。
然后用多元线性回归方法,分别建立石家庄 10~11 月和 12~1 月大雾消散时间的预报方程,方程中用到的预报因子均为实际观测值在预报方程实际应用中,除了前一天 14 时本站露点为实况资料外,其它均需用数值预报产品资料,为了使数值预报资料与实况资料统一,消除数值资料的系统误差,将 35~40°N,110~120°E 范围内格点上的平均值作为石家庄站的数值预报结果,利用前 30 天两者的序列值,对数值预报产品资料进行订正,然后再代入预报方程,得出消散时间的等级预报预报方程可用于下午的 24 小时预报,也可用于上午的 12 小时预报10~11 月方程为:y= 0·0374x1- 0·00493x2+ 0·05096x3-0·03069x4-0·20383x5-0·2675x6-0·00284x7-0·0181x8+0·1056x9+0·00237x10-6·0048样本个数为 32,复相关系数为 0·925812~1 月方程为:y= 0·02934x1- 0·02536x2+ 0·01277x3+0·02122x4-0·02246x5-0·07593x6-0·002714x7-0·02265x8+0·0334x9+0·03792x10+2·4765样本个数为 33,复相关系数为 0·9136。
其中,y:大雾消散时间等级;x1:08 时地面相对湿度;x2:20 时地面 24 小时变压;x3:前一天 14时地面露点; x4:08 时 850hPa 温度; x5:08 时850hPa 风速;x6:08 时 850hPa 温度露点差;x7:20时 850hPa24 小时变温;x8:08 时 850hPa 温度与地面气温之差;x9:20 时地面相对湿度;x10:08 时925hPa 温度与地面气温之差4 预报方程的检验利用上述预报方程,2001 年 10 月开始进行石家庄大雾消散时间预报试验,2001 年用 T106 资料,2002 年用 T213 资料试报检验结果如表 2可见,12 次试预报中,大雾消散时间预报基本准确·23·的有 9 次,预报准确率 75%,2002 年 12 月 2 日和13 日存在较大预报误差,但分析实况来看,12 月 2日和 13 日石家庄站观测记载大雾结束时间较早,但能见度全天都很差,一直略大于 1 公里,而且周围部分台站的大雾全天未消,只有 4 日预报时间较实况有所提前总体上看预报效果比较好表 2 2001~2002 年大雾消散时间及预报结果大雾出现日期大雾实际消散时间预报等级预报消散时间2001·10·15 10 时 32 分 3.3 9~11 时2001.10.24 16 时 24 分 5.5 15 时以后2001.10.28 00 时 36 分-4.6 6 时以前2002.12.2 10 时 28 分 7.0 15 时以后2002.12.3 20 时 00 分 6.7 15 时以后2002.12.4 18 时 26 分 4.3 11~13 时2002.12.9 07 时 32 分 2.2 7~9 时2002.12.10 12 时 53 分 3.8 11~13 时2002.12.11 09 时 30 分 2.4 8~10 时2002.12.12 10 时 08 分 2.6 9~11 时2002.12.13 06 时 40 分 4.9 15 时以后2002.12.16 12 时 16 分 3.8 11~13 时5 自动站资料对消散时间的订正雾怕晒,日出后升温情况直接决定了雾的消散速度,2000 年 6 月石家庄市区建立了 6 个 4 要素自动气象观测站,目前已增加到 8 个,观测项目有风向、风速、气温、降水量,每 3 秒钟更新一次资料,由此可以利用自动站实时资料对雾消时间进行订正预报。
据 2000 年 10~12 月自动站资料分析结果表明,当气温升至与露点温度之差约 1.3℃时,大雾将迅速消散特别是当有偏西风时,气温升速快,大雾消散得也快将上述指标应用于 2001~2002 年大雾消散时间的短时订正预报,效果很好例如:2001 年 10 月 15 日 08 时的温度露点差为0℃,10 时为 0.4℃,10 时 30 分为 1.6℃,预示着大雾很快消散,实际上这天大雾消散时间为 10 时 32分由此可见,自动站资料对大雾消散时间的预报具有指导意义6 小结6.1 分析石家庄大雾形成条件,找出大雾消散时间的预报因子,利用实况资料建立大雾消散时间预报方程;将数值预报资料进行系统误差订正,将格点资料插值订正为本站站点资料,代入方程,计算出大雾消散时间的等级及时间,预报效果可用于下午的 24 小时预报,也可用于上午的 12 小时预报,2001~2002 年秋冬季预报效果较好6.2 利用市区自动站的气温和风的实时资料,对市区不同方位大雾消散时间进行短时预报并实时订正,预报效果较好,尤其对高速公路服务提供了可靠依据2003 年 1 月 1 日河北省 28 个国家级自动站的建立,对地面常规观测是一个很好的补充,对较大范围大雾消散时间的预报,尤其对高速公路沿线大雾消散预报,可以做到更加客观准确。