第二节 天气预报
在20世纪30年代中期由地方观象台用小天气图作12~24小时天气预报。1950年2月20日齐
齐哈尔航空站开始作出航线天气预报。1956年7月向公众发播短期天气预报。3天以上的中期
天气预报和月、季、年的长期天气预报在内部向党、政领导和有关部门提供服务。随着大气
探测网发展和经济建设的需求,天气预报业务由50年代初省、地气象台制作,1958年发展到
县气象站进行补充预报。1958~1965年,由于土法上马,出现片面强调用观测天象、物象预
报天气的倾向。70年代后期至今,以数值天气预报为核心的技术体系稳步发展。综合应用天
气学、动力学和统计学的方法,用物理机制描述大气环流的演变规律,比较客观地作出天气
预报。并针对各经济部门的特殊需要开展专业天气预报服务。用天气雷达、卫星云图等手段
监测中小尺度天气系统变化,开展6小时内短时天气预报,使防御天气突变的能力进一步得到
提高。
据黑龙江省气象科研所统计,长期以来对导致重大天气发生的不同尺度大气运动系统演
变规律及其预报方法等方面,共安排研究课题53个(近10年占90%),其成果获省政府科技进
步三等奖2个、国家气象科技情报成果奖1个,还有一批成果被国家有关部门选人专业文集和
教科书。
一、黑龙江省暴雨天气的研究
暴雨天气预报,历来受天气预报员的关注。1963年8月河北省暴雨成灾后,1964年黑龙江
省气象台兰立俊、李少俊、苍蕴奇等,对81次历史暴雨个例进行总结。建立了以500百帕高度
场欧亚环流为主的5个前期暴雨过程模型(太平洋高压型、欧亚两脊一槽型、亚洲两脊一槽型
、一脊一槽型、台风型)和地面低压建立后生成暴雨过程的4个模型(平直锋区型、西北锋区
型、亚洲一槽一脊型、台风型),在预报暴雨天气中收到良好效果。
1975年8月河南省大暴雨为患,省农业办公室组织黑龙江省水利厅和气象局协作,由杨然
明主持,葛树良、智景和等参加进行黑龙江省可能最大暴雨等值线图的研究,探讨了暴雨一
般成因。用暴雨移置法作出24小时最大暴雨量的估算,得出暴雨的三个中心及其可能出现的
雨量极值。1981年获省优秀成果三等奖。
1976年5月,黑龙江省气象局组织暴雨天气预报会战组,由苍蕴奇主持,付立林、潘华盛
及各地区气象台参加。对发生暴雨的天气系统、水汽输送等进行物理量诊断分析,进一步掌
握了暴雨发生与发展的规律。1981年金喻、徐爱华等对大暴雨天气物理特征进行了总结。
1984年,由省气象台金喻和省气象科研所白人海共同主持开展了黑龙江省暴雨课题研究
。进一步探讨了中低纬度天气系统对暴雨天气的影响,即西太平洋热带辐合带环流系统(台
风与西风槽相互作用的受西风带影响的台风暴雨和受台风影响的西风带暴雨)和印度、孟加
拉一带的热带涡旋(或扰动)分裂的低涡,在青藏高原东北方发展成中纬气旋后影响的暴雨
天气。并应用谐谱分析了高、中纬度环流和低纬度副热带环流的调整及相互作用与中期暴雨
天气物理量演变的波谐特征。此成果曾在“全国谐谱分析中期预报推广应用研讨会”上作过
介绍。
二、用付里叶一车贝雪夫混合多项式分析大型环流的演变特征
1979年,引用大气环流超长波、长波理论的谐波分析方法,作中期天气预报,在省、地
气象台得到普遍应用。进一步揭示了主要灾害性中期天气过程大型环流演变规律,开创了用
谐谱分析方法和天气学方法相结合的新的中期天气预报方法。建立了一系列以超长波、长波
活动的时空变化波谱和物理谱为特征的预报指标和工具;形成一套完整的中期谐波分析预报
天气的工作流程;并与欧洲、日本中期数值预报设备结合使用,提高了各级气象台(站)中
期天气预报的服务能力。据省气象台统计,1984年为74.8%,1985年为83.5%。
省气象局李黄运用付里叶一车贝雪夫混合多项式展开方法把谱波分析方法又向前推进一
步。对北半球二维高度场,在纬向上按付里叶(Fowrier)级数展开,即谐波分析;在经向上
按车贝雪夫(Chebyshev)多项式展开。其乘积为混合多项式,在展开范围内满足正交性,代
表着某种大气环流特征,展开系数代表着这种环流型强度。由于它适用于一个纬带区域,能
够综合分析大型环流的纬向和经向变化特征,因而能够揭示出更多的有意义的天气事实。又
由于混合多项式的基本场很接近实际高度场的结构,突出了北半球高度场纬向波动和经向南
高北低的分布特征,所以收敛很快,能够用少数几个系数浓缩整个高度场的信息,有利于进
一步统计分析,作出定量预报。经过一次春雨的过程的分析,提供了很好的中期预报指标并
可延长其预报时效。1983年在武汉市“全国谐波中期预报讨论讲习班”上交流推广,并被气
象出版社收入《谐谱分析中期预报文集》。
三、厄尔尼诺现象与黑龙江省夏季低温的关系及其预报
厄尔尼诺现象①(①注:厄尔尼诺现象是指位于赤道东太平洋冷域中的秘鲁洋流水温反常
升高、鱼群大量死亡的现象。此现象一般出现于圣诞节前后,厄尔尼诺(EINino)在西班牙
文中为圣子之意。)与气候异常的关系引起了社会的关注。黑龙江省气象科研所于1979年由许
志远主持,白人海、魏松林参加,1982年由白人海主持,郭家林参加进行了研究。发现自19
51年以来厄尔尼诺现象发生5次与黑龙江省夏季严重低温相对应。秘鲁沿岸海温有很强的持续
性,它对大气环流的影响,从500百帕高度场看,前一年秋、冬季海温对翌年夏季西太平洋副
热带高压的影响最大(在15°~25°N、150E~120°
rW范围),有明显正相关并可持续10~16日。春、夏季海温对中纬度大气环流有3个负的相关
区:中国东北区、北美、北太平洋西风漂流区东部,其中以我国东北区最为明显。秘鲁海温
与高纬度大气环流关系不明显。上述研究探讨了东太平洋海温异常与黑龙江省夏季低温的预
报方法。
本课题是《东北夏季低温冷害成因及预报方法》总课题的子课题之一,总课题于1983年
获省政府优秀成果三等奖。
四、夏季降水“多层递阶”长期预报模型
提高夏季降水量预报的准确率,为防汛和农业生产做好服务,并推动长期天气预报趋向
客观定量化。1982年7月~1983年6月,黑龙江省气象科研所张恩恕和黑龙江大学韩志刚主持
,汤兵勇、毛玉英参加共同研究本课题。经试验夏季降水量趋势预报准确率达89%,优于回归
模型。
张恩恕等分析总结长期天气预报经验和夏季降水变化规律,选取6个气象因子为时变量。
韩志刚等进行数学模型优化,建立动态系统多层递阶预报模型。把时变系统状态预报,分为
时变参数预报和在此基础上的系统状态预报。
选取输入变量确定多层递阶模型一般形式,运用时变参数的跟踪公式,对多层递阶模型
中的参数,用历史资料进行跟踪,得到第一层的参数估值序列。对第一层参数估值序列进行
分析,又建立数学模型,再用时变参数的跟踪公式进行跟踪,得到第二层的参数估值序列,
如此直至某一层时变参数的估值序列为平稳序列时,便得到时变系统的参数预报值。把这些
参数的预报值代人多层递阶模型便得出预报对象的预报值。1984年6月27日通过专家组鉴定后
,举办三次全国性学习班,交流此项研究成果,有22个省(市)193人参加。
五、动力一统计气温长期预报模式
黑龙江省热量资源有限且年际变化大,特别是生长季气温高低变化对粮食产量影响显著
。为给农业部门提供气温动态预测,合理调整年度作物品种比例,适时采取技术措施,夺取
农业好收成,黑龙江省气象局王锦贵和黑龙江省气象台李天尚,在兰州大学丑纪范、武汉大
学郭秉荣指导下,于1983年1月~1985年6月完成动力—统计气温长期预报的理论设计和计算
方案,取得阶段性成果。该项研究考虑了太阳辐射、地球和大气系统的长波辐射、海气和陆
气之间的热量交换、水汽凝结和垂直运动等物理过程。在应用共轭函数理论的基础上,导出
局部区域平均气温异常的预报方程组。对共轭方程给出了数值求解方案。这一成果把过去对
长期温度演变过程的认识,从经验方法和概率统计推进到物理机制分析,给出一个动力和统
计相结合的气温长期预报模式。并使黑龙江省气象台在各省同行中成为唯一能够开展气温长
期数值预报研究的单位。
本成果从1985年起在桂林市全国随机动力气候预报学术会议及杭州市全国第三次动力统
计天气预报学术会议上交流,并被科学出版社收入《动力统计长期数值预报》文集。
六、多因子综合指标森林火险预报方法
为提高森林火险预报能力,1981~1984年,由大兴安岭地区气象局万正魁倡导并主持,
与东北航空护林局加格达奇航空护林站协作,刘福堂、王美进、莫日根等参加了课题研究。
通过近20年大样本历史火情、火灾资料和相应气象数据的搜集整理,引入模糊集概念,
统计分析近3千起林火资料和12万多个气象数值,筛选出12个主要气象因子。探讨了各项气象
因子影响林火发生的特征值和临界值,建立了有效识别森林火灾危险程度的四级数学模型和
火险等级系统。研制出有自己特色的中期和短期火险预报系统—多因子综合指标森林火险预
报方法,并实现PC-150和APPLE—Ⅱ电子计算机计算。
经1984、1985年两年实际使用,准确率达80%以上,受到有关单位的好评,引起我国专家
的瞩目。1985年参加全国气象部门微机应用展览和全国计算机应用展览,同年获国务院电子
振兴领导小组和省政府科技进步三等奖。
七、黑龙江省粮、豆、薯总产量气象预报
黑龙江省农作物因生长季短,粮食产量年际波动较大。为给国家在粮食计划、管理和运
输等方面提供储存依据,各地、县气象部门自1979年开始农业气象产量预报。黑龙江省气象
科研所在1984年由曹英主持全省农业气象产量预报研究。
粮食产量预报通常是由趋势产量和气象产量两个主要部分构成。趋势产量是反映生产力
发展,随时间稳步上升。实际产量常受气象条件变化影响,在趋势产量附近波动。气象产量
是指产量中受气象条件影响的那一部分产量。
地面气象条件受大气环流影响,宽广的太平洋又是影响大气环流的一个重要下垫面。通
过大量海、地资料与粮食总产量资料的模拟和筛选,应用四个海区、37个网点前一年1~12月
和当年1~8月海温与气象产量间的关系,选取四个因子建立了两个二元二次海温预报产量模
式并建立残差订正模式。经回报检验,1984年秋投入服务,预报当年全省粮、豆、薯平均单
产15150公斤、总产167.15亿公斤,实际平均单产159.50公斤,总产175.75亿公斤,相对
误差5%。
又据一定区域气象产量是由该区内气象要素场分布特征所决定。经过回归方法进行气象
因子筛选,选择境内10个指标站前一年1~12月平均气温、降水量与产量之间关系,建立四个
地面气象要素预报产量方程组。预报全省1985年粮、豆、薯平均单产133.00公斤、总产143
.90亿公斤。据省统计局公布的1985年全省实际平均单产132.0公斤、总产143.00亿公斤,
预报误差小于1%。