深層地溫變化規(guī)律及在汛期氣候預(yù)測中的應(yīng)用第1期(總第86期)2009年3月山西氣象SHANXIMETEOROLOGICALQUARTERLYNo.1(SumNo.86)Mar.2009深層地溫變化規(guī)律及在汛期氣候預(yù)測中的應(yīng)用張紅英,張磊,楊建民,李鴻飛,吳素芬(1.山西省長治市氣象局,山西長治046000;2.山西省長子縣氣象局,山西長子046000;3.山西省長治縣氣象局,山西長治046000)摘要:利用1980年以來不同深度地溫資料,研究分析歷年的月,季,年度變化特征.并統(tǒng)計分析了地溫與汛期降水和氣溫的相關(guān)關(guān)系,選用顯著相關(guān)因子建立汛期總降水量,汛期平均氣溫,各月降水量及各月平均氣溫的最優(yōu)子集回歸方程.經(jīng)檢驗(yàn),不僅其歷史擬合率比較高,而且對2002年一2008年的試預(yù)報也取得了較好的效果.關(guān)鍵詞:深層地溫;汛期旱澇趨勢;最優(yōu)子集回歸中圖分類號:P456.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A0引言地溫變化是由下墊面熱量收支平衡造成的,它反過來影響大氣變化,因此,如同海溫一樣,地溫可作為影響長期天氣過程的一個重要物理因子來看待,地一氣系統(tǒng)的相互作用在長期天氣和氣候形成及變動中起重要作用I2】.近年來,有一些氣象工作者利用較深層地溫來預(yù)測汛期降水的趨勢,取得了較好的效果.湯懋蒼等對地溫進(jìn)行了大量的研究,20世紀(jì)80年代初即開始嘗試用深層地溫來預(yù)報汛期降水趨勢310本文的目的即是通過對長治市深層地溫場與夏季降水場的時空分布特點(diǎn)的分析,找到它們之間的對應(yīng)關(guān)系,進(jìn)而制作夏季降水預(yù)報.長治市氣象局所屬長治縣氣象局是國家基本氣象觀測站,20世紀(jì)80年代以來一直進(jìn)行深層地溫觀測.據(jù)一些氣象工作者的研究成果,我們也利用深層地溫進(jìn)行了與汛期旱澇以及冷暖趨勢關(guān)系的研究.利用前一年各層地溫觀測資料與當(dāng)年盛夏雨量和氣溫資料,根據(jù)氣象統(tǒng)計學(xué)原理和方法,試圖揭示深層地溫與盛夏雨量和氣溫的關(guān)系,并將相應(yīng)的研究成果試用于汛期降水和氣溫趨勢的短期氣候預(yù)測,其效果較好.1資料選取和方法本文所用的深層地溫資料為長治縣1981年一2005年的40cm,80cm,l60cm和320cm地溫觀測值.將長治縣夏季氣溫和降水量作為研究對象,資料年代為1961年一2005年6月一8月的月平均氣收稿日期:20081223作者簡介:張紅英(1963一),女,山西省長治市人.2006年畢業(yè)于南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè),高級工程師溫和月降水量.利用最優(yōu)子集回歸方法,利用深層地溫作為預(yù)報因子,預(yù)報對象為季,月降水量和氣溫.2深層地溫特征分析2.1深層地溫月際變化特征各深度層地溫均存在有較大的月際變化,隨著深度的增加,各月之間的變幅逐漸減小,另外地溫高值和低值出現(xiàn)的時間也隨深度的增加而后延.其中,40cm和80cm深度層的地溫7月一8月最高,1月一2月最低;160cm深度地溫的高,低值則后延一個月,為8月一9月最高,2月一3月最低;320cm地溫的高值和低值出現(xiàn)的時間則更具滯后性,分別為9月一10月和3月一4月.2.2深層地溫年,季變化特征不同深度的地溫與氣溫一樣存在著季節(jié)變化和年際變化,在l981年一2005年有深層地溫資料的25年中,8O年代中前期和90年代中期,各深度層地溫的年際變化不大,且為負(fù)距平,而80年代后期至9O年代初期為正距平.特別是90年代中期以后,各深度層地溫的年際變化增大,地溫具有逐年上升的趨勢,特別是1998年和1999年,是20多年來地溫最高的兩年.隨著深度的增加,地溫的年際變化的變幅逐漸減小,尤其320cm地溫在1997年以前全部是負(fù)距平,1997年,1998年,1999年和2000年為正距平,且距平幅度在1999年達(dá)到3.8c二.2000年以后距平又變?yōu)樨?fù)距平.各深度層地溫的季節(jié)變化同月變化具有相同特點(diǎn),即隨著深度的增加,各季季平均地溫的變幅逐漸減小,且出現(xiàn)季節(jié)后延現(xiàn)象,深度越深,季節(jié)后延越明顯.80cm和160cm深度層的地溫以夏季最高,冬季最低,與氣溫的季變化特點(diǎn)接近,而320cm地溫的高值和低值出現(xiàn)的時問?26?山西氣象2009年第1期則明顯滯后,為秋季值最高,春季值最低.3夏季降水的年際旱澇特征分析根據(jù)長治地區(qū)降水變化的基本特點(diǎn)以及可能對農(nóng)業(yè)和防汛所產(chǎn)生的影響,把盛夏降水尺分為特旱,偏旱,正常,偏澇,特澇5級,對應(yīng)的降水距平百分率分別為:R一5O%特少,特旱一50%<R一2O%偏少,偏旱一20%<R<20%正常20%R<50%偏多,偏澇尺50%特多,特澇按上述劃分標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計長治縣自1961年以來的45年夏季旱澇狀態(tài),歷年汛期降水距平百分率如圖1所示.從圖中可以看出:出現(xiàn)特早年3個(分別為1965年,1983年和1997年),偏旱年7個,偏澇年9個,特澇年7個(分別為1966年,1971年,1973年,1976年,1988年,1996年和2003年),正常年份19年占總年份的42%.其中出現(xiàn)特旱和特澇的異常年份約占10年,占總年份的22%,澇大于旱.20世紀(jì)6O年代到70年代為多雨年,80年代到90年代中期為正常少雨期,90年代中期至今又為多雨期.4夏季氣溫的年際變化特征分析資料為長治縣1961年一2005年6月一8月的月平均氣溫.45年間夏季氣溫呈明顯下降趨勢,45年間共出現(xiàn)暖夏10年,冷夏10年.8O年代以前屬偏暖期,有7年出現(xiàn)暖夏,占7/10,出現(xiàn)1年冷夏,占1/10.8O年代以后為偏冷期,9年冷夏,占9/10,且只出現(xiàn)3年暖夏,占3/10.夏季氣溫偏低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.夏季氣溫偏高0.5發(fā)生在1961年,1965年,1966年,1967年,1972年,1974年,1978年,1981年,1994年和1997年.5利用最有子集回歸方程制作夏季降水量和氣溫預(yù)報5.1預(yù)報方法和原理目前業(yè)務(wù)統(tǒng)計預(yù)報模型,往往采用最優(yōu)子集回歸方法建模.方法的特點(diǎn)是將全部自變量按所有不同的排列組合與因變量建立全部可能的回歸方程,從所有可能的回歸方程中確定一個效果最好的子集回歸,效果最好的子集回歸稱為最優(yōu)子集.它與逐步回歸的區(qū)別在于所建立的模型是全局最優(yōu)的,逐步回歸中置信度很高的回歸方程不一定是最優(yōu)的方程,而最優(yōu)方程經(jīng)常是顯著性方程.選擇自變量就是要確定哪一個子集回歸效果最好.對于確定最優(yōu)子集回歸的方法,可先根據(jù)要求設(shè)計一個統(tǒng)計量.s,一般Js與子集回歸方程的效果關(guān)系為.s越小對應(yīng)的回歸方程效果越好,每一個子集回歸都能算出它的Js值.因此,最優(yōu)子集回歸的計算,就是按照一定的順序求出一切可能子集回歸的Js值,然后,從其中確定最小值,如果:Js(_l_2?Xik)=minS.則S(Il,I2?Xik)對應(yīng)的子集回歸方程:Y:p+pi1Xil+pi2Xi2+pikXik就是最優(yōu)回歸方程.對于回歸模型識別準(zhǔn)則,可采用平均殘差平方和準(zhǔn)則(Sk),預(yù)報平方和準(zhǔn)則(press),AIC,BIC和Cp準(zhǔn)則.本文采用雙評分準(zhǔn)則,其定義為:sl=凡(1),Q=擊末(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為數(shù)量評分,即為精評分,S2為趨勢評分,稱為粗評分,為樣本長度,Q為模型的總離差平方和.,為預(yù)報趨勢類別數(shù),凡ij為i類事件與類估計事件的列聯(lián)表中的個數(shù),其中:njniJ,nJniJo雙評分準(zhǔn)則旨在使模型擬合的精度更好,趨勢亦準(zhǔn).顯然,當(dāng)CSC達(dá)最大時相應(yīng)的回歸模型最優(yōu),用CSC達(dá)到最大為準(zhǔn)則選取最優(yōu)子集回歸I4.5.2預(yù)報方程的建立首先,用長治縣的各月降水量與40em,80em,160cm和320em地溫進(jìn)行相關(guān)分析,研究了降水量與不同因子之間的相關(guān)關(guān)系,找出了高相關(guān)因子,然后用最優(yōu)子集回歸建立預(yù)測模型【4J.5.2.1降水量預(yù)報方程6月份:Y=34.500+4.268X.一6.452X34.3024144.167529.398X7+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月張紅英,等:深層地溫變化規(guī)律及在汛期氣候預(yù)測中的應(yīng)用?27?一518.841Xl6+27.032X-一158.183l8+95.056X23+121.248X245.2.2各月氣溫預(yù)報方程6月份:Y=26.100+0.383Xl+6.660X20.342X3+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方程中各項(xiàng)因子的物理意義(表1)表1方程中各項(xiàng)因子的物理意義從降水預(yù)報方程中可以看出:6月份降水與上一年夏季160cm地溫有很大的反相關(guān),而與上一年7月160em地溫有很強(qiáng)的正相關(guān).7月份降水與上一年11月320cm地溫呈正相關(guān),而與冬季320cm地溫呈反相關(guān).8月份降水與上一年秋季80em地溫呈反相關(guān),而與10月80cm和8月40cm地溫呈正相關(guān).夏季降水與上一年夏季40em地溫呈正相關(guān),而與上一年夏季80cm地溫和秋季160cm地溫呈反相關(guān).從氣溫預(yù)報方程中可以看出:6月份氣溫與上一年春季160cm地溫關(guān)系密切,7月份氣溫與上一年夏季80cm地溫關(guān)系密切,呈正相關(guān).8月份氣溫與上一年7月份160em地溫呈反相關(guān)關(guān)系.汛期氣溫與秋,冬季80cm地溫關(guān)系密切.6預(yù)報方程回報檢驗(yàn)我們通過長治縣1981年一2001年的降水實(shí)況資料方程的預(yù)報值進(jìn)行了擬合檢驗(yàn),檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為國家氣候中心下達(dá)的短期氣候預(yù)測評分辦法,結(jié)果如表2.7預(yù)報試驗(yàn)結(jié)果在2002年一2008年的試報過程中,利用方程表2歷史擬合率降水氣溫6月86%9O%7月81%76%8月86%86%夏季lO0%95%計算夏季6月一8月份降水量和分月降水量和氣溫時,2004年預(yù)報各月氣溫誤差較大,分月降水預(yù)報準(zhǔn)確率為75%.分月氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率為67%.汛期降水預(yù)報中,預(yù)報準(zhǔn)確率達(dá)100%,汛期氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率達(dá)95%.尤其在制作2006年預(yù)報中,利用方程計算結(jié)果結(jié)合其它方法和經(jīng)驗(yàn)成功的預(yù)報出夏季降水偏多,效果很好.2008年利用方程制作的汛期降水量為300mm,實(shí)況出現(xiàn)270mm.方程計算出的6月份降水量為66mm,實(shí)況出現(xiàn)70mm;7月份計算得103mm,實(shí)況出現(xiàn)102mm;8月份計算得96mm,實(shí)況出現(xiàn)98mm.預(yù)報之準(zhǔn)確,已取得了明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益.8結(jié)論a)夏季降水與上一年夏季40cm地溫呈正相關(guān),而與上一年夏季80cm地溫和秋季l60em地溫呈反相關(guān),用深層地溫做出來的預(yù)報方程歷史擬合率高達(dá)100%,試報準(zhǔn)確率也高達(dá)100%,因此用最優(yōu)子集回歸方程制作的汛期預(yù)報方程可信度非常高.b)此方法對氣溫的預(yù)報是有限的,雖然預(yù)報方程的歷史擬合率較高,但在試報中預(yù)報準(zhǔn)確率僅為67%,尤其對2004年汛期的氣溫預(yù)報是失敗的,還有待于進(jìn)一步核對和訂正.c)長治縣各深度層的地溫與該市汛期降水量雖有較好的相關(guān)性,但僅用這一類氣象因子預(yù)報汛期降水趨勢無疑存在局限性,而方法較為簡單,其預(yù)測結(jié)果仍有一定的參考價值.當(dāng)然,在實(shí)際制作汛期降水趨勢預(yù)報時,應(yīng)盡量綜合考慮其它相關(guān)因子.參考文獻(xiàn)【1張翠榮.深層地溫在武漢市汛期降水趨勢預(yù)報中的應(yīng)用【J】.湖北氣象,2005(2),2324.2】張霞.深層地溫在汛期旱澇趨勢預(yù)報中的應(yīng)用【J1.河南氣象,2002,(2),810.【3】湯懋蒼,吳士杰.用深層地溫預(yù)報汛期降水趨勢【J】.氣象,1981,8.【4】張萬誠,鄭建萌,解明恩.最優(yōu)子集回歸模型在低緯高原雨季開始期預(yù)報中的應(yīng)用試驗(yàn)J】.氣象,2000,26(11):2427.英文摘要下轉(zhuǎn)第31頁)呦_一r.D酹一一_,義一加舳加為撒一一一一一Z義一舳加一閃一.撒一一一一一一一一2009年3月魯巨,等:大同地區(qū)谷子氣候生態(tài)適應(yīng)性分析?31?期第一場好雨的出現(xiàn)時間,平川區(qū)和東南山區(qū)可于4月底到5月上旬播種,西部的左云縣略偏晚一些.播期應(yīng)注意雨后搶墑播種或采取抗旱播種措施,這樣幼穗分化期正好與當(dāng)?shù)氐臏貪窀叻逋?成熟期正好在早霜凍來臨期,能獲高產(chǎn).早播者成熟雖在安全期,但幼穗分化期都未進(jìn)入雨季,出現(xiàn)胎里旱,分化發(fā)育不良,產(chǎn)量不高,遲播者因后期溫度低,發(fā)育慢,霜前不能成熟,導(dǎo)致減產(chǎn).3.3合理密植合理密植可有效利用土地,充分利用光熱水等氣候資源.谷子產(chǎn)量90%以上靠光合作用積累,根據(jù)有關(guān)資料表明,谷子產(chǎn)量的高低與葉面積系數(shù)成正比.間苗過密,過早互相蔭蔽,植株生育不良,產(chǎn)量不高,間苗過稀,雖單株發(fā)育良好,但株數(shù)少,產(chǎn)量也不高.3.4科學(xué)用水谷子在孕穗期最怕干旱,孕穗抽穗階段土壤相對含水量以70%一80%為宜,所以有條件灌溉的地方,拔節(jié)后遇干旱應(yīng)淺澆一次拔節(jié)水,抽穗前半個月應(yīng)灌孕穗水.3.5適時收獲谷子生育后期忌大風(fēng),多雨,早霜,飛鳥等災(zāi)害.因此,谷子到植株基本上停止生長,大部分莖葉黃枯之后,應(yīng)抓住晴好天氣及時收獲,減少損失,奪取優(yōu)質(zhì)高產(chǎn).參考文獻(xiàn)【1】汪源正,等.雁北區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源分析及利用【M】.北京:氣象出版社,1992年5月.2】宋迎波,等.糧食安全氣象服務(wù)【M.北京:氣象出版社,2006年6月.【3】謝金南,等.中國西北干旱氣候變化與預(yù)測研究【M】.北京:氣象出版社.2000年l1月.AnalysisofMilletEcologicalAdaptationToClimateInDatongLuju19LiXiaozhen,LiangLizhen,DuCuifang19BaiXueping(1.DatongMeteorologyBureauofShanxiProvince,Datong,Shanxi,037004;2.YangchengCountyMeteorologyBureauofShanxiProvince,Yangcheng,Shanxi,048100)Abstract:Accordingtothemeteorologicalconditionsofthecharacteristicsofmilletgrowthanddevelopmentandhighyieldandhighquality,themeteorologicalconditionsforthewholegrowthperiodMilletDatongareawereanalyzed.Itwasmainlyanalyzedthattheprecipitationimpactedgrowthofmilletduringthegrowthperiod.Theadverseweatherconditionswerediscussedduringthegrowthperiod.TheagriculturalmeteorologywasgivenforhighqualityandhighyieldingmilletinDatong.Keywords:Millet;weatherconditions;adaption(上接第27頁)Application0fDeePSoilTemperatureChangingInWeatherForecastingDuringFloodPeriodZhangHongying,ZhangLei29YangJianmin19LiHongFei39WuSufen(1.ChanzhiMeterologyBureauofShanxiProvince,Changzhi,Shanxi,046000;2.ZhangziCountyMeteorologyBureauofShanxiProvince,Zhangzi,Shanxi,046000;3.ChanzhiCountyMeteorologyBureauofShanxiProvince,Changzhi,Shanxi,046000)Abstract:Basedonthedataofsoiltemperature1980topresent,thechangingofmonth,quaerandannualinthecharacteristicsofsoiltemperaturewasresearchedandanalyzed.Atseamtime,thestatisticalanalysiswasdoneontherelationshipbetweensoiltemperatureandtheprecipitationandairtemperatureduringfloodseason.Theregressionequationoftheoptimalsubsetofthetotalprecipitationandaverageairtemperatureduringfloodseasonandaverageprecipitationandaverageairtemperatureofeachmonthwasestablishedthroughchoosingsignificantcorrelationfactor.Aftertesting,notonlyfittingtherateofitshistoryisrelativelyhigh,butalsofortheyears2002?2008thetrialhasalsobeenmadebetterforecastingresults.Keywords:Deepsoiltemperature;Trendofdroughtandwaterloggingduringfloodperiod;Optimalsubsetregression