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第一节 天气预报业务

  一、民国时期前的天气预报的雏形
    从远古至16世纪,人们以肉眼观测天象、物象判断天气或气候的变化。人类在长期生活、 劳动实践中,对于反复出现的自然现象,逐步有了认识,这种认识的积累,导致了古代科学 技术的萌芽。古代人根据动物活动、植物生长特点,逐渐规定了农事季节;认识到雨是云彩 下的,夏季来自南方的雨下得会大,冬天从北方来的雪一定会大等等。古代人在长期的生活、 劳动实践中增长了对大自然和天气变化的认识,并联系天文历法,制定了二十四节气(立春、 雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白 露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒),创造了丰富多彩的物质和 文化文明。1986《科技史料选编》第一期
    到了渤海时期,在盛唐文明影响下,渤海国的科学技术也得到了明显的发展和进步。黑 龙江境内的古代人,在天文历算方面,培养了自己的天文人才,掌握了中原地区的先进历法, 并开始观测天气,用以定方位、定时间、定季节。公元822年(长庆2年),唐朝徐昂改制的《 宣明历》已比《大衍历》和《五纪历径》进步,出现伊始就为渤海人引进,并结合本地实际 情况加以运用。渤海国在通往日本的出国使中设有“天文生”,职责之一是“占天”、“占 风”,为航海提供天气情况和积累气象资料。公元859年(大中末年)渤海国乌孝慎使访问日本 时,把《宣明历》传入日本,促进了日本历法的革新。公元862年日本正式使用《宣明历》。 由于长期航海实践经验的积累,渤海人掌握了日本海上的季风出没和寒、暖二流流向变化规 律,成功地开辟了通往日本的新航线——日本道,为中日海上交通发展做出了重要贡献。《 黑龙江省古代简史》99~100页(摘者有删节)
    1898年(清光绪二十四年)6月9日中东铁路局在哈尔滨设立第一个测候所,至1917年测候 所陆续增加到9个。这些测候所只承担气象观测任务,不制作发布天气预报。
    二、东北沦陷时期的天气预报
    东北沦陷时期的天气预报业务,是日本国为掠夺中国人民的需要而建立,在日本侵略者 控制下开展的。
    20世纪30年代中期,在黑龙江地区隶属伪中央观象台的牡丹江、齐齐哈尔、哈尔滨、佳 木斯、黑河地区观象台和嫩江观象所等6个台、所开始制作短期24小时内的单站天气预报。预 报工具是地面小天气图,范围包括日本、朝鲜、苏联、伯力、赤塔、海参威;中国东北部、 华北的北京天津、石家庄、保定、中国台湾以及太平洋少数站点。预报员主要是参考上游站 的天气情况来推断本站未来的天气变化。一般情况下,每天制做三次(7、12、19时)天气预报, 于10、20时通过广播电台用日语广播。预报内容包括天气阴晴、气温、降水、风向、风速, 以及关东军内部使用的云量、云状、云高、风向、风速、能见度等。除广播外,还提供铁路、 航运、发电厂、电信等部门使用。
    气象电报收发和天气预报制作均由日本人承担。发布天气预报由台(所)长签署。日本军 方使用天气预报和气象资料由台(所)长亲自提供。
    太平洋战争爆发后,自1942年起,天气预报和气象资料对外严加保密。
    1945~1948年,黑龙江地区气象台站停止全部业务工作。
    三、中华人民共和国成立后的天气预报
    中华人民共和国成立后至1985年,黑龙江地区的天气预报工作,历经发展、受挫、停滞、 再发展阶段。天气预报业务从无到有、从点到面,在全省台站普遍开展。天气预报技术从单 一天气图预报方法发展到运用世界先进科学理论,应用电脑、卫星等高新科技,开展全省范 围及单点短、中、长期和各类专业天气预报,在抗御自然灾害、发展国民经济、保护人民生 命财产安全中发挥着重要的作用。
    (一)省气象台的天气预报业务
    省气象台负责制作发布全省范围内长、中、短期和短时天气预报,向各地(市)、县气象 台站发布指导预报。
    1.短期天气预报业务
    短期天气预报是对未来6小时以上,3日以内的温度、降水等天气预测。
    中华人民共和国成立后,气象部门为军事系统建制,天气预报由东北军区司令部气象处 (沈阳)制作,主要为军事部门服务。
    1951年8月,东北军区司令部气象处派2名预报员到哈尔滨气象站(省气象台前身)工作。 当年10月起,由预报员自填、自绘地面天气图和点绘500百帕高空天气图,每日向省军区参谋 部发送一次短期天气预报。
    1953年气象部门转入政府系统建制后,除为军事部门服务外,同时为经济建设服务,哈 尔滨气象台每天制作发布短期天气预报。
    1957年起,预报人员学习苏联出版的《短期天气预报指导》和1960年出版的《中国短期 天气预报手册》,了解掌握东亚地区反气旋、气旋、中国的锋面等天气系统的活动规律、移 动路径、预报着眼点和预报指标,以及东亚寒潮、中国梅雨等天气形势的分类及其演变过程。 对预报人员运用气象理论分析研究影响本地的天气系统,作好本地天气预报起到指导和示范 作用。
    1960年,中央气象局推广了四川省环流分型预报方法。1961年,省气象台专门组织预报 人员借鉴中央台和四川省台的经验,建立了黑龙江省的环流分型预报方法,即冷涡分离型、 暖脊控制型、冷涡稳定型、两槽一脊型、西北气流型、槽脊移动型、平直环流型等七个类型。 同时编成电码,通过广播电台向省内各气象台站播发,供地(市)县气象台站制作天气预报参 考。其中的暖脊控制型、预报久晴高温天气,冷涡分离型、冷涡稳定型效果很好,至今仍为 预报人员参考使用。
    1963年,河北省暴雨成灾,影响甚广,引起国内气象界的重视,掀起了研究暴雨预报的 热潮。
    1964年,省气象台成立预报室,下设短期组、长期组和哈尔滨市单点预报组。1964年末, 省气象台组织预报人员分两组,专门进行春季大风、夏季暴雨等灾害天气预报方法的研究。 暴雨组对1956~1963年间6~8月的暴雨进行了普查,对81个暴雨个例逐个进行登记,建立卡 片,描绘过程演变,建立了以500百帕高度场欧亚环流相似为主,地面天气系统演变过程相似 为辅的暴雨前期(指高空槽出现时)过程模型和地面低压生成期的暴雨过程模型。
    暴雨前期过程模型是以高空影响槽出现为起始场,分七型十九个模式。即泰米尔高压(即 中亚阻塞高压)型、欧亚两脊一槽型、亚洲两脊一槽型、一脊一槽型、极地低涡型、亚洲两涡 一高型、台风型。
    生成期模型根据地面低压生成时500百帕环流特征,划分为平直锋区型、西北锋区型、西 伯利亚低涡与鄂海高压型、台风转向型等4个型12个模式。此外,还建了两个连阴雨模式,贝 湖冷涡型和贝湖高压南部切变型。在使用中主要起索引作用,在1965年的汛期预报服务中, 准确预报出西部地区的暴雨,受到了有关部门的表扬。
    在上述预报方法的研究过程中,新老预报人员从翻阅大量的历史天气图中,对造成黑龙 江省暴雨的各种环流形势和地面天气系统的演变、暴雨特征有了较全面的认识,普遍地提高 了预报工作的水平。
    1965年的春季大风预报,也取得了七次预报七次准确的好成绩。
    1966年5月,省气象台成立天物象组,每日三次观测记录天、物象变化,每日天气会商时 观测员介绍天物象观测记录,预报员在天气会商前观看云的变化。
    同年因“文化大革命”开始,省气象台136人到农村锻炼;只有6人坚持工作,预报业务 维持值班。从1968年起,取消02时高空图和地面图。
    1970年起,08时700百帕图改为自绘;每日有02、08、14时地面图、08、20时700百帕和 20时500百帕高空图,基本上满足短期天气预报业务的需要。
    1972年至1975年,维持正常预报业务值班。1976年春,省气象台组织进行暴雨天气预报 会战。对1964年8月19~21日倒槽大暴雨和1960年8月24日台风大暴雨进行了个例分析。这是 黑龙江省第一次从天气形势、水汽条件、流场稳定度指数、散度、垂直速度同单位压温湿反 映等方面进行详细的个例分析。与此同时,对1954年~1975年6~9月49例本省境内成片大暴 雨进行了天气气候分析总结:其中,东北低压占25%,河套低压占24%,台风为16%,蒙古低压 为16%。
    1976年开始利用传真机接收日本数值预报产品,主要是地面形势和24、36小时降雨量预 报。1981年,省台重建短期黑龙江省组和短期哈尔滨市组,两组并设领班,负责省、市重大 天气预报,从而加强了重大天气的预报和服务。
    1982年,开始接收日本地面静止卫星“葵花2号”卫星云图,由于云图有经纬网络和海陆 地形廓线,接收时间云图范围比较固定,便于比较,可收到红外和可见光(或增强显示)两张 云图,可连续观察天气系统移动、演变,看出云的层次、强度,有利于外推和预报,成为短 期天气预报中仅次于天气图的预报工具。
    1982年初,开始接收中央B模式数值预报的500百帕和700百帕高度场形势预报图。
    同年,计算机技术应用于气象预报。在吉林、辽宁省气象台编制的4层13个物理量诊断分 析ALGOL语言有限元计算程序基础上,用BASIC语言编写了诊断分析程序。在程序中增加了气 象电报自动选报和输出物理量要素值平面图内容。可计温度平流、差动平流、散度、涡度、 垂直速度、对流层中下层的水汽通量和散度等项目,自动完成挑选电报、接补资料、计算和 打印物理量分布图等,克服了手工抄报弊端。松花江地区台的长、中、短期预报业务划归省 台。
    1983年下半年,开始接收国家气象局B模式数值预报的16个物理量预报图,作为制作本省 天气预报的参考。
    1984年,通过对700百帕湿有效能量形势场分析,配合环流形势特征,对全省未来产生区 域性大到暴雨的两种特定类型进行了研究,找出了具体判别依据和着眼点。 同年春,开展了“MOS”预报。利用日本数值预报产品、人工读网格点上的要素值,利用微机 筛选出700百帕上的垂直速度、500百帕的涡度、高度、850百帕的温度、地面图的气压和降水 预报值等因子,用多级逐步判别组建晴雨、小、中、大暴雨等五级预报方程。在1984年、1985 年7、8两月份进行了业务试验。试验中,哈尔滨单站的晴雨预报确率高于全省的区域(以点带 面)的晴雨预报确率。
    1984年组建短时预报组,开展短时天气预报业务。
    同年,成立气象服务中心(对内称服务科),专业预报组负责有偿专业服务的短时、短期 和中期不定期的预报服务。将天气预报直接应用于生产转化为生产力,拓宽了服务领域,收 到了良好的社会经济效益。
    同年,省电视台播放全省及各市(地)的24小时天气预报。
    1985年,省台预报室设短期省组、短期市组,分别负责全省和哈尔滨市的公众预报。
    2.中期天气预报业务
    中期天气预报一般是指3~10天的天气预报。
    1958年后期,省气象台冯泽民采用苏联的牟尔坦诺夫斯基的自然天气周期预报方法,结 合“杨鉴初曲线”即历史演变曲线分析方法,制作本省的中期天气预报。
    1961年起,引进了中央气象局推广的四川省气象台的环流型预报方法,根据本省地理位 置和天气特征,结合短期预报经验,于1961年7月完成了黑龙江省环流分型,划分了符合黑龙 江省天气特点的十个环流型。并于1961年7月20日起,通过邮电局以电码形式向地区(市)气象 台发布“环流及降雨过程预报”,供地、市气象台发布中期天气预报参考。
    1965年到1966年上半年,为贯彻落实中央气象局提出的天气预报要“大、中、小结合, 以小为主;长、中、短结合,以中为主;图、资、群结合,以群为主”及开展无图预报的要 求,数次派出预报人员到部分县气象站、农村蹲点,搜集并验证老农看天经验,此期间以群 众经验为线索,结合温、压、湿曲线等资料制作中期天气预报。
    1969年末起,使用资料模式方法,即历史演变曲线、旬气候平均图、统计预报等制作中 期天气过程和气温、降水趋势预报。
    1973年起,逐步过渡到利用天气形势为主制作中期预报;以北半球500百帕和100百帕形 势图,根据欧亚主要长波槽脊、锋区位置、强度的不同,分别建立了春季回暖、夏季连阴雨、 少雨等几种天气过程档案。
    1977年起,除旬预报外,配合农事季节,增加了不定期发布的重大天气预报,由于针对 性较强,深受各级领导的欢迎。
    1979年起,在总结多年预报经验的基础上,开始利用逐日天气图研究那些能够主宰冷空 气活动路径的超长波系统。采取谐波分析的方法,得到了长波和超长波的很多参数,并找出 在不同背景下的天气形势预报指标,把超长波移动、演变的过程及规律与大型天气过程配合 起来,侧重于大尺度环流背景下影响系统的具体演变方式及其天气现象的关系。预报时效分 为3~5天和6~8天两种。以500百帕北半球环流背景为依据,欧亚部分比较稳定的高压系统建 立时为主,兼顾锋区状态和极涡位置,划分的6个环流型17个类,降水过程背景分型。由于应 用效果不稳定,此方法仅使用了两年。
    1980年,利用谐波分析方法和天气形势结合制作春季较大降水和夏季大至暴雨,同时利 用谐波分析提供的大量参数,找出一些降水过程的预报指标。这些方法配合使用明显地提高 了预报准确率。
    此外,还使用环流指数、剖面图、游尺法、天气形势编码法等中期天气预报方法配合制 作中期预报。
    1982年以后,在旬趋势的平均气温预报中采用了时间序列的方法,在计算机上计算出结 果,并打印出气温分布图,应用确率稳定在60%左右。此外,先后开始接收日本和欧洲中心数 值预报和日本的72小时降水预报图,把预报方法和指标直接套用于数值预报图,延长了预报 的时效。
    1985年开始,开展了对中期天气过程的物理量谱的分析工作,部分成果已应用于日常预 报服务工作。
    3.长期天气预报
    长期天气预报是对未来一个月、一个季度、一年之间的温度、降水等趋势预报。
    1956年起,黑龙江省气象台资料组开始转发中央气象台资料室发布的“全国气候展望” 中涉及黑龙江省的内容。
    1958年10月,兰州第一次全国中长期天气预报会议后,黑龙江省从省台、地市台到县站 普遍开展制作长期天气预报的工作。主要采用是杨鉴初的历史演变曲线分析和群众经验方法。 60年代初,又采用了苏联牟氏学派的自然天气季节预报方法和万氏学派环流演变的预报方法。
    1965年,贯彻中央气象局提出的天气预报工作“图资群结合以群为主”的技术原则,在 广泛搜集群众看天经验的基础上,主要使用验证吕和看天经验而形成的长期预报方法(三看三 定:看天时定作物比例;看雨情定播种顺序;看墒情定播种方法)。
    60年代后期至70年代初期,由于“文化大革命”的影响,中断了长期预报业务。
    70年代中期,在各级气象台站掀起的学习应用统计学方法的热潮中,以省气象台长期组 为主、地市台和部分县站参加,先后组织了两次会战。对影响黑龙江省春季旱涝的鄂霍次克 海高压的长期演变过程进行了分析,并对影响长期天气变化的干、湿期和冷暖期进行了客观 定量的划分。
    70年代后期至80年代初期,长期天气预报达到了一个新水平。由省气象局主持,东北三 省和中央气象台参加的东北低温科研协作组对东北低温冷害的长期预报方法进行了研究,研 究成果达到了国内先进水平。东北低温冷害科研协作组在国内首次整编了北半球100、500百 帕和海平面气压三层环流资料。与此同时,进行了长期数值预报理论研究和试验预报工作, 在国内首次引进时变参数模型的多层递阶方法。
    80年代起,计算机应用于长期天气预报业务,提高了长期天气预报能力,建立了动力— —统计气温长期数值预报模式和高度场的长期统计预报模式,长期天气预报技术又有了新的 发展。
    4.省气象台对地区、市、县气象台站的技术指导
    省气象台1955年组建后,除承担全省范围的天气趋势和长、中、短期天气预报业务外, 还负责对地、市、县气象台、站的技术指导工作。
    为了解决地、市、县气象台、站制作天气预报缺少天气图和气象资料的困难,1958年开 始,每日通过省广播电台播发天气形势和12个县站的气象实况。1959年起,播送影响全省的 主要天气系统变化趋势。1973年,改为以固定电码形式播送每天20时700百帕等压面上的等高 线、低涡中心和槽线位置,当日08时地面天气图上等压线、高压、低压、冷暖锋面等天气系 统的位置;降水、大风等天气区域范围。各气象站据此可点绘出简易天气图。1981年改为以 固定电码形式播送700百帕和地面30个指标站的气象站观测值、槽线、高压、低压中心,锋面 位置,天气区范围等资料,提供分析和预报天气的环流背景资料。这种作法一直持续到1985 年县站全部配上传真接收机为止。
    中期和长期天气预报的指导工作,主要是通过定期和不定期天气预报的会商、年度专业 例会、技术经验交流等形式进行。
    (二)地区(市)气象台天气预报
    黑龙江省地区(市)气象台,是根据行政区划设置的。
    新中国成立后第一个开展天气预报工作的地区(市)级气象台是齐齐哈尔气象台,主要为 民航站航线提供天气预报,包括风向、风速、云状、云高、云低、云量、能见度等对飞行有 密切关系的气象要素。1954年1月1日起,开展齐齐哈尔市区的天气预报工作。原航空站的天 气预报业务,由气象台逐日派出气象组(预报、观测、通讯、填图人员)制作航站天气预报。
    根据1955年中央气象局的要求,从1958年起至1970年,牡丹江、黑河、松花江、绥化、 大兴安岭、伊春、鸡西地区、市气象台陆续建立并开展了天气预报业务。
    50年代建立的地区(市)气象台的预报工具,除自绘高空图外,均与省台相似。
    1959年10月,地区(市)气象台全面推广山西省晋北气象台分片预报方法的经验,充分利 用地区范围的小天气图和历史资料制作的点聚图、气象要素时间剖面图、曲线图、地区气候 图,气温偏差图等大量图表,开展分片天气预报工作。
    1965年到1966年,佳木斯、牡丹江等地区气象台的天气图全部砍掉,齐齐哈尔气象台只 保留一张08点地面图。地区(市)级开始进行天、物象观测,并到民间了解、搜集天气谚语, “文化大革命”开始后停止。
    60年代末期,地区(市)气象台的天气预报业务开始进行短、中、长期天气预报分工,设 短中期组、长期组。1982年,分为短期、中长期预报组。
    70年代初,统计预报方法在地区气象台推广。由于单纯采用统计学的方法,缺乏与天气 学和预报员经验的结合,实际预报确率不高,加之计算量大、计算工具落后,短期预报业务 使用持续时间较短,而在长期预报中坚持运用,为以后开展的模式输出统计预报打下了一定 的技术基础。
    70年代中后期,地区台陆续配备了传真接收机,接收日本广播的分析图和预报图;1973 年合江地区气象台配置了气象卫星云图接收机;1975年后绥化、齐齐哈尔、黑河、牡丹江地 区(市)气象台相继配备了测雨雷达,从而增强了地市台天气形势分析、监测和预报能力,使 地区、市气象台的分析预报、短时预报质量有了新的提高。
    80年代起,由于国内外数值天气预报产品的逐渐增多,各地、市台普遍应用数值天气预 报产品模式输出统计方法,在提高天气预报质量上取得一定效果。
    地区(市)台的中期、长期天气预报,是与省台同步发展起来的。中期天气预报初期采用 自然天气周期和杨鉴初曲线方法、环流型方法和以群众经验为线索结合指标站资料,绘制历 史演变曲线,寻找前期相似预报未来天气等方法。配备传真机后,增加了北半球100、500百 帕高空图和欧洲、日本的数值预报产品。
    长期天气预报大体经历了运用天气气候学方法,总结验证群众经验方法,统计学和数值 预报等方法几个阶段,发展过程中互相结合,不同时期各有侧重。
    (三)县气象站的天气预报
    50年代前期,县气象站只担负气象观测任务,不制作天气预报。50年代后期,随着农业 生产发展的需要,在县人民政府支持下,穆棱等一部分县气象站自发地开展了县站补充天气 预报业务。
    1958年7月,中央气象局在桂林召开的第三届全国气象会议上肯定了广西壮族自治区镇雄 县气象站开展补充天气预报的做法和经验,号召“全党全民办气象”,指出“单站补充天气 预报是气象工作在大跃进中的创举,应积极推广”。黑龙江省气象部门迅速传达落实会议精 神,县站的补充天气预报业务很快地在全省各县气象站开展起来。
    县级气象站补充订正天气预报的内容主要是采取收听省台、地区、市台发布的天气形势 预报广播和分片天气预报,结合本站气象要素(气压、温度、湿度、风向)实况和气象观测员 的经验,对气象台的预报进行补充订正,通过县有线广播站发布本县的天气预报。由于县气 象站的订正天气预报弥补了省、地气象台预报时效性差、范围大等不足,从而受到了当地党、 政领导部门和广大农民群众的欢迎。
    1959年在云南召开的全国补充预报会议上,中央气象局提出了县站补充预报“听、看、 资、谚、地、商、用、管”的八字措施(听,收听广播;看,看云测天;资,资料分析;谚, 天气谚语;地,地形地貌;商,天气会商;用,气象服务;管,加强管理)。县站的补充订正 天气预报在“收听广播加看天”的基础上,加强了从历史资料上总结气候规律和搜集运用群 众的看天经验方面的工作,预报依据、手段逐步充实、改进。同时,根据省、地台播发的天 气形势分片预报内容,进一步明确本县天气系统的大背景,使县站的补充订正预报更具客观 性。
    1966年初,省气象局在绥化地区召开了现场会,展览了以群众经验为线索,以气象资料 为依据制作的预报工具,进一步推动了县站补充订正预报工作的发展。
    从60年代到70年代初期,县气象站主要依靠电报、电话、收音机获得气象资料和信息, 主要预报工具和方法基本是接收省、地气象台的天气形势广播,绘制简易的天气图和立足本 站气象要素资料制作的气象要素时间剖面图、三要素曲线图、三变图(24小时变压、变温、变 湿时间演变曲线图)、点聚图和看云测天等。
    到了70年代初期,随着预报经验的积累,天气学理论水平的提高,县站预报业务又有新 的进展。集贤县气象站按天气系统分类(台风、河套气旋、冷峰),结合本站气象要素变化特 征,建立了降水预报模式。汤原县气象站从东风入手,以“东风雨、西风晴”、“东北风、 雨太公”、“一日东风三日雨、三日东风一场空”等群众经验为线索,根据本站压、温、湿 的不同变化特征,分别建立了东风有雨、东风无雨、东风连阴雨、东风大暴雨等预报模式。 其中东风有雨模式在1965年到1972年的实际预报中,准确率达94%。双城县气象站根据云状和 走向划分了12个类型,(西北侵入型、西方侵入型、西南侵入型、东南转晴型、西北转晴又转 阴型、西北积雨云转晴型、早晨积云型、全天幅合型、全天一致西南型)。结合本站的气压升 降、湿度大小和风向,预报未来有无降水强度,使用效果较好。
    80年代起,本省大部分县气象站陆续配备了传真图接收机。气象站利用及时获得的天气 分析图和数值天气预报产品(天气形势预告图和物理量场预告图、降水量预告图等),结合省、 地区、市台的形势预报,参考中央气象台和日本的天气预报结果及本站简易小天气图做短期 天气预报。普遍应用数值天气预报模式统计输出预报方法,加速了县气象预报业务进展,提 高了县站天气预报的水平。
    从60年代初期开始,在省、地气象台指导下,县气象站普遍地开展了中、长期天气预报 业务。