■韋英英王潮湖葉曉冰

（1安溪縣氣象局福建泉州362400；2永春縣氣象局福建泉州362600）

淺析探空資料的雷暴潛勢預(yù)報(bào)

■韋英英1王潮湖1葉曉冰2

（1安溪縣氣象局福建泉州362400；2永春縣氣象局福建泉州362600）

本文綜合前人的研究結(jié)果，對(duì)2014～2015年5～8月的發(fā)生在我省的雷暴天氣資料、MICAPS探空數(shù)據(jù)和物理量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和特征分析，歸納出形成雷暴發(fā)生的幾種天氣形勢主要有西南渦、副熱帶高壓、冷鋒、低渦切變等；在考慮對(duì)流指數(shù)對(duì)雷暴潛勢預(yù)報(bào)貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，引入各層高空要素和物理量要素，利用逐步回歸的統(tǒng)計(jì)方法研究基于探空站的雷暴潛勢預(yù)報(bào)方法。

探空資料 雷暴 預(yù)報(bào)天氣

1　預(yù)報(bào)因子的篩選

1.1資料和方法

雷暴潛勢預(yù)報(bào)方法的研究建立在常規(guī)探空資料基礎(chǔ)上，所用統(tǒng)計(jì)資料主要有全省2014～2015年5～8月的雷暴日資料、MICAPS探空數(shù)據(jù)和物理量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)所需的多種對(duì)流指數(shù)由探空數(shù)據(jù)計(jì)算得到。由于潛勢預(yù)報(bào)圍繞廈門、福州和邵武站，3個(gè)探空站展開，因而物理量格點(diǎn)數(shù)據(jù)需插值到3個(gè)探空站，這里采用了歸一化反距離加權(quán)插值技術(shù)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)若僅選用探空本站的雷暴日資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，則方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)較低，擬和效果較差；為了提高3個(gè)探空站對(duì)本省雷暴預(yù)報(bào)的代表性，對(duì)每個(gè)探空站周圍100km范圍內(nèi)基準(zhǔn)站的雷暴日進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，規(guī)定有3個(gè)站以上發(fā)生雷暴天氣，就為區(qū)域性雷暴，記為該探空站有雷暴發(fā)生，本站只要出現(xiàn)雷暴則以有雷暴計(jì)算。所以，3個(gè)探空站基本可以代表本站100km范圍內(nèi)的雷暴潛勢預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)方程的建立是利用逐步回歸的統(tǒng)計(jì)方法，方程類型為Y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn，其中Y是由各個(gè)預(yù)報(bào)因子x1，x2，…，xn線性組合得到的預(yù)報(bào)量，b1，b2，…，bn是回歸系數(shù)；b0是回歸常數(shù)。在建立方程時(shí)，Y值的取法為：當(dāng)雷暴出現(xiàn)時(shí)，預(yù)報(bào)量Y的值為1，不出現(xiàn)取為0。預(yù)報(bào)因子由3類資料組成：高空要素、對(duì)流指數(shù)和物理量場數(shù)據(jù)。首先引入能夠反映大氣層結(jié)、能量、濕度及上升運(yùn)動(dòng)的物理量場、風(fēng)場等22預(yù)報(bào)因子，為了保證各因子之間的相互獨(dú)立，預(yù)報(bào)因子在逐步引入預(yù)報(bào)方程的過程中，逐步回歸分析算法會(huì)根據(jù)因子的方差貢獻(xiàn)來剔除貢獻(xiàn)小的因子，保留方差貢獻(xiàn)較大的因子，直到?jīng)]有預(yù)報(bào)因子可以引入為止，最終建立雷暴潛勢預(yù)報(bào)方程，通過逐步回歸算法的篩選，最后每個(gè)方程約由8～9個(gè)預(yù)報(bào)因子組成。在建立方程的過程中，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，5、6月和7、8月分季節(jié)建立方程可以有效提高方程的擬合效果；最后針對(duì)3個(gè)探空站得到4個(gè)預(yù)報(bào)方程，每個(gè)方程涉及樣本數(shù)122～124個(gè)。方程1由5、6月資料統(tǒng)計(jì)得到，可以代表3個(gè)探空站的雷暴潛勢預(yù)報(bào)；而7、8月則分站點(diǎn)建立，方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)介于0.62～0.72。預(yù)報(bào)因子由高空要素、對(duì)流指數(shù)和物理量場數(shù)據(jù)3部分資料組成。高空要素因子主要包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度和露點(diǎn)溫度，700hPa的相關(guān)性相對(duì)優(yōu)于其他層，其中700hPa的溫度呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)。對(duì)流指數(shù)因子主要包括對(duì)流有效位能、假相當(dāng)位溫差、風(fēng)暴相對(duì)螺旋度、能量螺旋度指數(shù)、K指數(shù)、SI指數(shù)、對(duì)流抑制能量、抬升指數(shù)、下沉對(duì)流有效位能，其中K指數(shù)、對(duì)流有效位能、假相當(dāng)位溫差在統(tǒng)計(jì)方程中的相關(guān)性較為顯著。物理量場主要包括水汽通量和水汽通量散度、垂直速度、相對(duì)濕度、假相當(dāng)位溫、溫度平流，主要選擇相關(guān)性較為顯著的925和850hPa層資料，其中925hPa水汽通量、850hPa相對(duì)濕度、925hPa垂直速度和850hPa假相當(dāng)位溫在統(tǒng)計(jì)方程中的相關(guān)性較為顯著。

1.2參數(shù)性能統(tǒng)計(jì)分析

利用2014年6～7月的獨(dú)立資料集檢驗(yàn)3個(gè)探空站的預(yù)報(bào)效果，探測率（POD）平均87.5%，虛假警報(bào)率（FAR）平均26.7%，漏報(bào)率（MR）平均12.5%，正確率（PC）平均在83%。由于A站位于沿海，其地理位置的代表性相對(duì)較差，總體來說，預(yù)報(bào)效果較不理想，存在較高的漏報(bào)率（MR）和虛假警報(bào)率（FAR），平均達(dá)到23%和32%，探測率（POD）也相對(duì)較低，平均在77%；而B和C站的預(yù)報(bào)效果較為顯著，探測率（POD）平均在93%，但也存在一定的虛假報(bào)警率（FAR），平均為24%，而漏報(bào)率（MR）明顯較低，平均為7%，臨界成功指數(shù)（CSI），B和C站平均在71%，而A站平均為55%。可見，此方法對(duì)雷暴有一定的預(yù)報(bào)能力，尤其是B和C站，預(yù)報(bào)效果較理想，但是仍存在一定的虛警率，有待于繼續(xù)改進(jìn)。

2　結(jié)論

（1）利用逐步回歸的統(tǒng)計(jì)方法，針對(duì)單站探空，用劃分區(qū)域的方法建立預(yù)報(bào)方程，預(yù)報(bào)探空站100km范圍內(nèi)是否產(chǎn)生雷暴，預(yù)報(bào)探測率POD可以達(dá)到87.5%，臨界成功指數(shù)CSI平均66.9%，全部正確率PC平均83%。尤其對(duì)于大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣，預(yù)報(bào)效果更為顯著。

（2）對(duì)流指數(shù)、高空要素以及物理量場等多種資料的引入，比較全面地反映出大氣的層結(jié)狀況。在預(yù)報(bào)方程中，700hPa的溫度、K指數(shù)、對(duì)流有效位能、925hPa水汽通量、850hPa的相對(duì)濕度、925hPa垂直速度等參數(shù)表現(xiàn)出較穩(wěn)定的相關(guān)性。

（3）700hPa溫度降低和低層濕度增加，對(duì)雷暴的發(fā)生有正的貢獻(xiàn)，說明低層若有冷空氣侵入并且存在一定的濕度條件，有利于對(duì)流的發(fā)生；另外，相對(duì)于新引入的指數(shù)，常用對(duì)流指數(shù)對(duì)雷暴預(yù)報(bào)更具有顯著的利用價(jià)值；對(duì)于常用指數(shù)失去指示意義的特定強(qiáng)對(duì)流天氣類型，統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方程有效地證明了對(duì)此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)作用。

（4）回歸統(tǒng)計(jì)方法建立的預(yù)報(bào)方程仍存在不足之處，預(yù)報(bào)結(jié)果存在一定的虛警率，需要在減少空?qǐng)?bào)率方面做進(jìn)一步的方法探討。

另外，在對(duì)流指數(shù)引入方面，有待引入一些近年國際常用的對(duì)流指數(shù)，如低層風(fēng)切變、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)、強(qiáng)天氣威脅指數(shù)等，來考察其在對(duì)流天氣中的具體作用，將有助于預(yù)報(bào)模型的修正。

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P446[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～403～1