專業(yè)預(yù)報的研制方法

李仁權(quán) 羅恒 羅霄

摘 要：文章利用地面和高空氣象要素、T213格點資料、歐洲傳真圖和日本傳真圖資料，以及湘西州電業(yè)局提供的有關(guān)資料，客觀綜合分析氣象要素與電力調(diào)度，安全運行和高效決策的關(guān)系。運用當(dāng)今先進的預(yù)報技術(shù)手段，應(yīng)用天氣學(xué)原理和預(yù)報經(jīng)驗，分別進行“州內(nèi)各流域主要水庫的降水預(yù)報”的研制，“各電力線路上電線結(jié)冰預(yù)報”的研制、“各線路上雷電預(yù)報”的研制、“電力負(fù)荷預(yù)報”的研制以及“未來7天內(nèi)有利檢修天氣預(yù)報”的研制，并分別建立各自的預(yù)報模型，形成各自獨立的預(yù)報，對其進行客觀、準(zhǔn)確預(yù)報。

關(guān)鍵詞：專業(yè)預(yù)報 研制方法

中圖分類號：P49 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0183-02

將氣象信息與電力生產(chǎn)調(diào)度、安全運行、高效決策等生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，并進行綜合分析、研究，充分利用當(dāng)今最新的預(yù)報先進技術(shù)和專業(yè)性強的特點，極大地滿足電力生產(chǎn)調(diào)度和安全運行的需求，以便高效指揮決策和調(diào)度，具體內(nèi)容為：州內(nèi)各流域主要水庫的降水預(yù)報，各電力線路上電線結(jié)冰（雨淞）預(yù)報，各電力線路上雷電預(yù)報，電力負(fù)荷預(yù)報，變電站未來七天有利于檢修天氣預(yù)報。

1 湘西州內(nèi)各流域主要水庫24小時降水預(yù)報和變電站未來七天有利于檢修天氣預(yù)報

將湘西州16個水電站的3年降水資料8縣市同時期的降水歷史資料進行相關(guān)分析，對16個水電站進行落點劃分，結(jié)果顯示落區(qū)的劃分基本與其所處的自然地理位置的劃分相一致。本方法劃出4個落區(qū)，分別為東、西、南、北部，23個變電站的落點劃分方法與此相同，利用天氣學(xué)原理和預(yù)報經(jīng)驗，綜合應(yīng)用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品、各種指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品及本站氣象要素，尋找預(yù)報因子。由于冬半年和夏半年在氣候、大氣環(huán)流背景及影響 方面差異很大，因此我們將一年分成兩個時段夏半年5～8月，冬半年1～4月和9～12月，分別建立各自的預(yù)報因子和預(yù)報方程組進行預(yù)報。

所采用資料為歐洲中心數(shù)值預(yù)報、日本降水預(yù)報及歐洲在線三大預(yù)報產(chǎn)品，歐洲中心預(yù)報產(chǎn)品包括：500百帕高空形勢預(yù)報、850百帕溫度預(yù)報及地面形勢預(yù)報、歐洲中心預(yù)報產(chǎn)品有格點資料，本方法采用計算機自動讀取和判別，日本降水預(yù)報包括：Jfufe502、Jfufe503、Jfsas04、Jfsas07、Jfsas09、Jfsas12。由于日本的預(yù)報產(chǎn)品和歐洲在線未來6天的預(yù)報產(chǎn)品沒有格點值，需要人工輸入。歐洲中心格點資料我們采用27.5°N～30.0°N、105°E～107.5°E范圍內(nèi)的4個格點資料，預(yù)報因子有500百帕24小時變高，850百帕24小時變溫、地面24小時變壓，日本的降水預(yù)報和歐洲在線預(yù)報產(chǎn)品通過編碼在一個界面上統(tǒng)一輸入。本方法的落區(qū)預(yù)報由日本的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品來控制，量級預(yù)報由日本的降水預(yù)報和歐洲在線天氣預(yù)報及歐洲中心數(shù)值預(yù)報三者來控制，從而分別建立2組共14個各個落區(qū)的冬半年和夏半年預(yù)報方程。

其中X（1，1）～X（1，7）為未來1～7天的歐洲中心數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品高空500hPa高度預(yù)報24小時變高因子，當(dāng)4個格點的24小時變高值小于0時，規(guī)定X（1，i）=1，否則X（1，i）=0；X（2，1）～X（2，7）為未來1～7天的歐洲中心數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品地面形勢預(yù)報24小時變壓因子，當(dāng)4個格點的24小時變壓值小于1時，規(guī)定X（2，i）=1，否則X（2，i）=0；X（3，1）～X（3，7）為未來1～7天的歐洲中心數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品高空850hPa溫度預(yù)報24小時變溫因子，當(dāng)4個格點的24小時變溫小于0時，X（3，i）=1，否則X（3，i）=0；X（4，1）～（4，6）為歐洲在線預(yù)報產(chǎn)品未來1～6天的預(yù)報因子。

當(dāng)該產(chǎn)品預(yù)報無雨時，規(guī)定X（4，i）=0；小雨時，X（4，i）=1；中～大雨時，X（4，i）=2；大～暴雨時，X（4，i）=3。

X（5，1）～X（5，5）為未來1～5天的日本降水預(yù)報產(chǎn)品預(yù)報因子，當(dāng)該產(chǎn)品預(yù)報無雨時，規(guī)定X（5，i）=0；小雨時，X（5，i）=1；中～大雨時，X（5，i）=2；大～暴雨時，X（5，i）=3。

X（6，1）為Jfufe502和Jfufe503預(yù)報產(chǎn)品的預(yù)報因子，當(dāng)兩者都預(yù)報湘西州無雨時 X（6，1）=0，否則X（6，1）=1。

Y（1）～Y（7）表示未來1～7天的預(yù)報值，當(dāng)Y（1）=0或者同時滿足Y（1）≤3且X（3，1）= 0且X（4，1）=0時，未來24小時晴天；當(dāng)Y（1）≤3且X（3，1）=1時則未來24小時多云或有陰天，局部有無降水，則根據(jù)Jfufe502和Jfufe503預(yù)報產(chǎn)品來定，當(dāng)Y（1）>3時，湘西州有雨，其量級和落點由Jfufe502和Jfufe503來定；當(dāng)Y（i）（i=2，3……6）≤3時，湘西州無雨，局部有無降水由日本降水?dāng)?shù)值預(yù)報產(chǎn)品來定，否則湘西州都有雨；當(dāng)Y（7）≤2時，湘西州有雨，否則無雨。

夏半年（5～8月）由于地面冷空氣勢力較弱，其預(yù)報方程組變?yōu)椋?/p>

其中各因子的意義同冬半年，只是臨界值的取值有差別。同時由于5～8月湘西州的強降水較頻繁，未來24小時的降水量預(yù)報等級及落區(qū)預(yù)報又增加了2個預(yù)報因子，一個是歐洲在線預(yù)報產(chǎn)品，一個是日本的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品Jfufe504，增強了未來24小時的降水量預(yù)報能力，夏半年的預(yù)報思路及方法均同冬半年。

2 各流域主要水庫的中、長期預(yù)報

2.1 月預(yù)報方法

2.1.1 數(shù)值演變列表作湘西州八縣市逐月降水量定性和定量預(yù)報

該方法以中科院院士曹洪興86年發(fā)表的“數(shù)值演變規(guī)律研究”為依據(jù)，利用湘西州八縣市1971—2003年的降水資料制作了以幾個代表點為單位，可單獨使用，又可相互對比分析。修正的月降水預(yù)報，其制作、使用步驟如下。

（1）將某站1971—2003年各月的降水實況值，按省定質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，把12～2月以四級制分級，3～11月六級分級并制成《各月降水份級標(biāo)準(zhǔn)》。

（2）按上述標(biāo)準(zhǔn)將歷史降水資料進行分級列表，即《歷年各月份級表》。

（3）矩陣分析。以矩陣轉(zhuǎn)移原理，從縱、橫兩個方向分別以一步、二步、三步轉(zhuǎn)移機率，并統(tǒng)計各步最大機率，最后將縱向、橫向相結(jié)合，選取二次中皆為最大或較大機率，確定為預(yù)報對象的等級。這一步即為定性的第一步。再由降水量分級表確定各量級的數(shù)值，即為定量的預(yù)報數(shù)值。

2.1.2 八縣市各月歷史資料降水序列曲線分析

（1）任何事物者都有自己的發(fā)展規(guī)律，各月降水量也不例外。曲線圖法，就是尋找以月為基本時間尺度的降水量隨年度的變化規(guī)律。比如永順縣十月降水量曲線，連續(xù)降三年，第四年一定升的機率是4/4=100%，吉首市11月份降水量連續(xù)降二年，第三年升的機率是6/6=100%。

（2）濾波分析圖：在曲線序列的基礎(chǔ)上，制作一種濾去隨機小波的中尺度或大尺度圖，可以二年、三年或五年進行迭加平均后制圖，這種曲線圖規(guī)律性比單一的年度尺度圖更明顯，有時更好用。

2.1.3 常規(guī)的統(tǒng)計預(yù)報方法

（1）點驟圖法；（2）多因子分檔相關(guān)回歸法。

2.2 各電力線路上雷暴預(yù)報

2.2.1 所用資料及統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)

（1）資料：使用湘西州八縣市氣象站1960—2001年共42年雷暴資料，日界取20～20時（北京時間）；湘西自治州電業(yè)局所管轄的湘西州線路，500 hPa歐洲數(shù)值預(yù)報圖，日本502、503傳真圖，T213物理量資料，本站資料。

（2）分片標(biāo)準(zhǔn)：湘西自治州電業(yè)局所管轄線路多達40條，逐線預(yù)報不便于研究和預(yù)報，而大多數(shù)線路相距僅幾公里，而發(fā)生雷暴天氣的天氣尺度較電力線路大。根據(jù)雷暴天氣的尺度特點和線路分布情況，我們把電力線路分為五片，即龍山片，永古片（永順、古丈），花保片（花垣、保靖），吉首片，鳳瀘片（鳳凰、瀘溪）。

（1）龍山片所轄線路31新望線、19楊新線。

（2）永古片所轄線路11鳳古線、26古永線、24梅楊線。

（3）花保片所轄線路3碗巖Ⅰ回、4碗巖Ⅱ回、7巖花線、8巖梅線、9巖佳線、10巖毛線、12古梅線、22佳塔線、30佳鐵線、21佳花線。

2.2.2 雷暴預(yù)報研究

雷暴天氣是由于積雨云的影響而成。在春夏兩季，南北冷暖。氣流經(jīng)常在我州上空交匯而成云致雨，當(dāng)云塊在大氣擾動（如西南低渦等）作用下繼續(xù)發(fā)展，而形成積雨云時，就會產(chǎn)生雷暴天氣。雷暴天氣的發(fā)生，均是在降水天氣的條件下發(fā)生的，在制作雷暴預(yù)報方法時，需考慮降水天氣的影響，即考慮未來24小時是否有降水，作為起報條件。其次，雷暴天氣與大氣不穩(wěn)定能量有很大一部分來自地面和大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性，因而把單站要素及物理量指標(biāo)作為預(yù)報雷暴的判別指標(biāo)。

通過分析研究，我們分別建立了各月雷暴的預(yù)報方法其中三月雷暴預(yù)報方法為以下幾個方面。

（1）起報條件。

日本傳真圖520、503預(yù)報未來24小時有降水。

（2）判別指標(biāo)。

①本站未來24小時有冷空氣影響，14時地面圖圖冷空氣已過蘭州或西安。

②吉首、龍山、永順或古丈、花垣或保靖、瀘溪或鳳凰14時本站氣壓24小時變量的絕對值|Δp24|≥4.0。

③吉首、龍山、永順或古丈、花垣或保靖、瀘溪或鳳凰14時氣溫T14≥17.0且水汽壓e14≥13.0。

④T213垂直速度850～500之和小于-7，ω850+ω700+ω500<-7。

當(dāng)a條件達到，則湘西州有雷暴；當(dāng)b、c、d三條某片達到其中之一，則判定某片未來24小時有雷暴。

3 結(jié)論

該文章重在“精”和“?！鄙舷鹿Ψ?，由于在進行各個專業(yè)預(yù)報研制時，普遍存在資料不全或資料年代較短這個問題，如湘西州十幾座主要水庫只能收集到五座水庫的資料，電力線路上的雷暴資料空白，電線覆冰資料也不多，加之目前所能用的T213和歐洲等格點預(yù)報資料還不能十分精確的預(yù)報各要素，這給研制帶來了一定的困難，以致盡可能用湘西州各縣市的同期氣象資料和水庫、電力線路現(xiàn)有資料進行相關(guān)分析，利用高空和地面氣象要素、T213和歐洲格點資料等建立預(yù)報方程；使預(yù)報結(jié)果實現(xiàn)了定點、定線、定時和定量預(yù)報程度?！案麟娏€路上的電線結(jié)冰（雨凇）預(yù)報”和“州內(nèi)各流域主要水庫的降水預(yù)報”預(yù)報效果尚可；準(zhǔn)確率80%左右，可見，各專業(yè)預(yù)報的準(zhǔn)確率有待于提高。為此，本文的設(shè)想和措施就是：（1）將水庫和電力線路已有的資料收齊；（2）在沒有資料的電力線路沿線每隔40 km建一個自動觀測站，積累資料；（3）引進中小尺度數(shù)值預(yù)報模式—— MM5，加本站要素提高預(yù)報能力；（4）在今后使用過程中不斷修改完善預(yù)報系統(tǒng)以逐步提高其預(yù)報準(zhǔn)確率。這樣才能實現(xiàn)真正意義上的客觀，定量，定點和定線。

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