第28卷 第1期2010年3月
干 旱 气 象
Journa l o fA ri d M eteoro logy
V o.l 28 N o .1M arch ,2010
文章编号:1006-7639(2010)-01-0087-04
王建兵
1,2
，汪治桂2，张胜智2，杨文杰
2
(1.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，甘肃 兰州 730020;2.甘肃甘南藏族自治州气象局，甘肃 合作 747000)
摘 要：利用相似预报的原理制作了甘南高原冰雹短时预报工具，该方法的实现是通过建立历史个例资料库，寻相似个例并根据条件判断是否有冰雹，查看历史天气图并与当天实况进行对比，进行人工判断，增加新的冰雹个例4部分完成的。经检验，该方法在甘南州冰雹短时预报中使用效果较好，是一种有效的短时预报方法。关键词：冰雹；短时预报；相似 中图分类号:P456.1 文献标识码:A
收稿日期:2009-05-21；改回日期:2009-10-30
基金项目：甘肃省气象局/西北地区防雹消雹技术在甘南州冰雹、雷暴短时临近预报预警中的应用推广研究(2007-07)0课题资助 作者简介：王建兵(1968-)，男，甘肃甘谷人，高级工程师，主要从事天气、气候研究.
引 言
相似预报方法是天气预报业务工作中经常使用的方法
[1-2]
。预报员通过对历史上发生的典型天气
个例分析，进而对某一类天气的经验积累归纳整理成天气概念模式。实际分析天气时，将当天天气实况与概念模式和历史个例进行比较分析，寻相似，用这些来分析制作预报。相似预报的关键问题是如何从浩如烟海的历史资料中快速并准确地查出与当前相类似的天气过程，在这点上，计算机较人具有更明显的优势，随着计算机技术的发展，各种预报技术大量应用
[3-5]
，相似预报方法也在业务中得到了
大量的应用，取得了明显的效果[6-7]
。
甘南州是西北地区多雹区之一，甘南的玛曲县是甘肃省的冰雹中心，年降雹日数达11.6d ，同时甘南高原也是影响甘肃省定西市西南部的冰雹云东移的加强区和必经之地
[8-11]
。根据1990~2005年的
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5甘南藏族自治州国民经济统计资料6，全州每年因风雹灾害造成的农作物受灾面积约0.17万hm
2
(1995年)~0.9万hm 2
(1994年)，年均风雹灾面积为0.54万hm 2
，是仅次于干旱的气象灾害，危害程度十分严重，对国民经济发展和人民生命财产安全有很大影响。如何准确预报冰雹天气，对防灾减灾和保护人民生命财产安全有重要意义。
1 方法介绍
甘南州冰雹短时预报工具的实现是通过建立历
泸沽湖景点史个例资料库；寻相似个例并根据条件判断是否有冰雹；查看历史天气图并与当天实况进行对比，进行人工进一步判断；增加新的冰雹个例4部分完成的。所有功能都集成在一个界面上，便于操作。甘南州冰雹短时预报工具用V isua l Basi c 6.0编程，在W indo w s XP 下开发完成。1.1 建立历史资料库
甘南州冰雹历史资料库分为4部分，分别为冰雹天气档案、冰雹资料查询、冰雹天气历史天气图及冰雹个例数据库。
冰雹天气档案是将甘南州气象台保存的1984~2002年的纸质灾害性天气历史档案通过扫描后，制作成电子化档案，结合2003年之后的电子化天气档案，分别建立大雨、冰雹、暴雨数据库。当要查阅某类灾害性天气的历史档案时，即可选择相应的天气类型，查阅天气概况、历史档案以及预报员关于该次天气过程的总结，预报成败原因的分析等。通过查阅历史档案，便于预报员总结和学习老预报员的经验和技术。
冰雹资料查询是将甘南州内8个气象站自建站到2007年所有冰雹的出现时间、最大直径及灾情建立数据库，通过查询系统可以方便的查询。
冰雹天气历史天气图是将1990~2005年5~9月出现冰雹当天的08时高空各层次的资料，处理成M I CAPS 数据格式保存在计算机中，通过历史天气图检索系统，可以很方便地在M I CAPS 下调用、查看当时的天气形势。
冰雹个例数据库中所使用的资料范围为90~105b E ,30~40b N，共有16个高空站点(图1)。将1990~2005年间出现冰雹当天08时500、700hPa 各站的高度、温度、露点温度、风向、风速及用实况资料计算的一些物理量，如500hPa 温度平流、500hPa 、700hPa 的假相当位温,300hPa 和700hPa 的垂直温差等按日期、站点存入相应数据库，并将当天冰雹实况也按相应的日期存入该数据库。在进行相似预报时，从个例数据库中寻与当天形势最相似的日期，并做判断。判断是否有冰雹的依据是
根据相似预报的原理，如果当天的形势与历史上某一天相似，则以历史上某一天出现冰雹的站点作为当天预报可能出现冰雹的参考落点，输出预报结论；如果不到相似个例,
则判断无冰雹。
图1 16个高空站点位置示意图F i g .1 T he ske tch m ap of 16aero l og ica l stati ons合肥市十大旅游景点
1.2 相似系数求算方法
将预报日16个高空站的08时500hPa 温度与所有冰雹历史个例库中相对应的高空站500hPa 温度逐一进行比较，若温度差的绝对值[2.0e ，则认为2站温度场相似，反之为不相似。相似站数与总站数之比值，即是T5场相似系数。
H 5场的相似系数的计算方法与温度场相仿，只是将温度改为500hPa 高度，若预报日与进行相似比较站的高度差绝对值[1gpdm，则认为2站高度场相似，反之为不相似。再统计出相似站数与总站数之比值，即是H 5场相似系数。
F7场的相似系数的计算方法，若预报日与进行
相似比较站的风向差绝对值[40b ，则认为2站风场相似，反之为不相似。再统计出相似站数与总站数之比值，即是F7场相似系数。
F5场的相似系数的计算方法，若预报日与进行相似比较站的风向差绝对值[40b ，则认为2站风场相似，反之为不相似。再统计出相似站数与总站数之比值，即是F5场相似系数。
计算相似系数时考虑到资料的传输和接收问题，以及相似系数的可靠性，对有效站数进行了限定，我们定义的有效站数是指当天有资料并参与相似计算的站数，经过试验和比较，限定500hPa 参与计算的站数要\13站,700hPa 参与计算的站数要\5站，如果有效站数不满足，则按缺资料处理。1.3 短时相似预报流程
在甘南州冰雹短时相似预报中所使用的资料是当天08时高空资料，由于短时预报是指未来0~12h 天气参量的描述，所以对短时预报来说当天08时高空资料与其它资料相比是最理想的资料。要素的选择是根据预报员长期积累的经验，并通过试验和对比分析，选用当天08时的500hPa 高度场、温度场和700hPa 风场(简称H 5、T5、F7场)作为冰雹短时相似预报的初选场，以上3个要素场与历史个例数据库中的个例的相应的要素场进行相似计算，各选出5个最相似的样本，共15个样本。甘南地处青藏高原东北边缘，上游测站都位于高原上，由于青藏高原地形的动力作用，使得风、压的准地转关系在青藏高原及其邻近地区表现得很复杂，在青藏高原及其邻近地区边界层系统的分析中，要特别注意风的
记录
[12]
庐山当地跟团一日游，因此选择500hPa 风场(简称F5场)作为
进一步筛选的因子，用当天500hPa 风场与初选出的历史个例数据库中15个样本的500hPa 风场进行相似计算，最后判断有无冰雹(图2)。
用T5,H 5,F7初选时，只选场相似系数最大的5个做为初选场，共有15个相似个例，在其中可能出现日期重复的情况，由于对结果输出无影响，故未加控制。再用F5进行再次筛选，当F5场相似系数\87%，且有效站数\13时，则预报未来0~12h 内甘南州境内有冰雹天气，并输出参考落点，否则判断无冰雹。
由于冰雹等强对流天气有很强的局地性，每次过程的形势都不尽相同，为了进一步确定当天的形势是否有利于降雹，在程序中设计了查看历史天气图的功能，不论在当天的短时相似预报中是否预报
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干 旱 气 象合浦天气
28卷
图2 计算形势场相似的流程图F i g .2 T he fl ow chart o f ca l culati ng
the s i m il a r synopti c situati on
有冰雹，都可以用M I C APS 调用、查看历史上出现冰雹的与当天实况最相似的日期的各个层次的高空图，供预报员比较、分析、判断，这样可以更好地将工具与预报员的经验相结合。
相似预报的基础是建立在大量历史资料上，由于每次降雹过程的天气形势不尽相同，因此随着历史个例的增加，相似预报的准确率也会逐渐提高，同时历史个例的保存也利于以后对冰雹预报的分析、研究。因此尽可能的建立比较丰富的历史资料库，在预报和研究中有十分重要的意义。因此，我们在程序中设计了增加新冰雹个例的功能，利用系统中的增加冰雹天气个例的功能，可以方便地将天气图按M I C APS 数据格式保存到指定的位置，同时将
500hPa 、700hPa 的要素及相应的物理量分解，并写入冰雹个例数据库。
2 预报检验
由于甘南州冰雹短时预报的客观相似预报把每个冰雹个例的要素做为选择相似的指标。因此回代检验时对建模时段内发生的冰雹个例都能完全预报出来。
用2006年6~8月、2007年8~9月、2008年5~8月的资料进行试报。在此期间共出现了4次\2站的冰雹过程，其中有2次准确预报，预报准确率达50%，预报效果较好。而对只有一站出现冰雹的
预报效果则较差，预报准确率只有21%。通过分析发现大范围的冰雹对系统的配置和能量的要求较高，在一定的环流形势下才能出现，而局地冰雹的出现不但与甘南高原特殊的地形和下垫面有关，同时其发生的环流形势和要素的差异也有明显的不同，所以导致预报准确率不高。但随着数据库中冰雹个例的增加，预报准确率必然会相应提高。
2008年7月19日工具预报合作、碌曲、玛曲有冰雹，实况合作、碌曲出现冰雹，玛曲出现雷阵雨。当天500hPa 环流形势为2脊1槽型，新疆为一高压脊，蒙古到河套为一槽区，甘南受新疆脊前西北气流控制，西北气流中有弱冷空气南下，是比较典型的
西北气流型降雹形势[13]
(图3a)；系统出的最相似个例的日期为1990年7月9日(图3b)，经过比较，两者之间系统位置非常相似，特别是影响西北区的天气系统及高原上风场相似程度很高，说明该系
统查相似个例的能力较强。
图3 2008年7月19日08时(a)和1990年7月9日08时(b)500hPa 高空图F i g .3 The 500hP a synoptic chart a t 08:00July 19,2008(a)and Ju l y 9,1990(b)
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第1期王建兵等：甘南高原冰雹短时预报的客观相似预报方法
3小结
本系统在设计中吸收了专家系统的优点，克服了专家系统指标固定的缺点。将每一次冰雹过程的要素做为选择相似的指标，同时可以方便地增加历史个例，能自我完善，有利于预报准确率的提高。预报采取客观预报与预报员互动方式。预报员可以参照客观预报的结果，并将历史天气图与当天的实况对照，根据预报员的经验再对客观预报结果进行订正。这样有利于发挥预报员在短时预报中的作用，也有利于预报准确率的提高。
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Application of O bjective Sim ilarity M et hod to
Short-Range Forecast of H ail in G annan P lateau
WANG Ji a nbing1,2,WANG Zh i g ui2,Z HANG Shenzhi2,YANG W en ji e2
(1.Instit ute of A r i d M eteorology,C M A;K ey Laboratory of A r i d C li matic Change and R e ducing D isaster of Gansu
Province,Lanzhou730020,China;2.G annan M eteorolog ical Bureau of Gansu P rovince,H ezuo747000,China)
Abstrac t:By usi ng the ob j ective si m ilar i ty m ethod,A short-rang e forecast mode l o f ha il i n G annan P lateau w as co m pleted.T he sys-te m co m p iled by four parts,i nclud i ng a h istory database o f ha i,l si m ilar case and j udg m ent,v ie w i ng h isto ry w eat her m ap and compa-ri ng w i th i ntraday ac t ua lly happen i ng,add i ng ne w ha il data.The result sho w s t hat t he m ode l has a good effect i n short-range forecast o f ha i,l and it i s an e ffecti ve m ethod of s hort-rang e forecast.
K ey word s:hai;l short-range forecast;si m ilarity
90干旱气象28卷
