預報指標

預報指標是指利用歷史資料分析天氣的變化特徵與分布規律，提煉預報指標。例如可根據降雨數據建立基於流場和預報指標的暴雨天氣概念模型；基於精細化數值模式預報產品，自動判別暴雨預報指標，實現暴雨天氣的線上自動提醒。

基本介紹

• 中文名：預報指標
• 外文名：Forecast indicator
• 描述：氣象歷史資料分析指標
• 套用：天氣預報
• 學科：氣象學

概念

暴雨預報指標的主要物理量有水汽因子、動力因子、熱力不穩定因子等。其中，在水汽因子方面，重點分析比濕、相對濕度和大氣可降水量等物理量；動力因子則包括垂直速度、低空急流散度、渦度平流等；熱力不穩定因子主要包括θ_se（假相當位溫）、溫度平流、K指數、CAPE（對流有效位能）、不同高度層θ_se差和溫差等。

棗果成熟期裂果天氣預報指標及防止對策研究

棗是喜溫、喜光、耐旱的經濟樹種，在我國已有三千多年的利用史，遠在周代黃河流域已有成片的棗園種植。棗味甜可口，營養豐富，既可食用，又可入藥，具有滋陰補腎、強身健體、軟化血管、開胃健脾等多種藥用功能，有“百果之王”的美稱。在近年來的新農村建設中，農業結構進行了調整，棗業已成為晉中平川各縣的農業支柱產業之一。現全市栽植面積已達7萬hm²左右，年均產值達10億元左右。但成熟期的裂果問題成為嚴重影響棗產質、產量的主要問題之一。據調查，棗裂果年年發生，其中三分之一年份的裂果在50%以上，有的年份甚至達90%以上，基本無收，使農民的收入受到嚴重影響。

經查閱相關文獻，裂果的天氣預報方法研究國內外尚屬空白。因此，研究棗成熟期天氣對預防裂果很有意義。故本文對棗成熟期裂果原因進行分析，建立預報方法並為棗農提供及時的服務。

材料與方法

（1）試驗基地

晉中氣象局於2004年在太谷、榆次設立了兩個試驗基地，即太谷縣小白鄉沙子地村“興谷棗業公司”和榆次區北田鎮杜堡村“晉中貴仁紅棗科技示範園”，安裝了溫度、濕度、雨量自記儀器，在每年5～9月底進行觀測，並對棗樹各個時期物候進行記錄。

（2）試驗方法

學術界對棗裂果是因棗果直接吸收雨水為主，還是由根系吸水傳送至果實引起裂果為主，存有爭議。根據棗樹專家了解的情況和棗農多年經驗，本研究主要採取對比試驗:採用棚蓋(搭建遮雨棚，下同)與非棚蓋(套袋與不套袋)、噴藥與不噴藥(噴20～40mg·kg^-1赤黴素、100mg·kg^-1NAA等)、覆膜與不覆膜等組合進行了對比試驗。棚蓋是搭建遮雨棚，套袋是將棗果用袋遮蓋，噴藥是在棗成熟期在果皮表面噴灑防水藥劑，主要目的是避免大量雨水直接與棗果接觸;覆膜是在棗樹周圍鋪地膜，要求果實白熟期間，地表20cm土層含水量穩定在14%以上。

①在太谷基地設定4個小區，8種處理方法，每種處理確定3株棗樹。4個小區所用的8種處理方法是：棚蓋與非棚蓋;棚蓋加噴藥與棚蓋不噴藥；非棚蓋噴藥與非棚蓋不噴藥；棚蓋覆膜與棚蓋不覆膜。

②在榆次基地，也設定4個小區，8個處理，每個處理確定3株棗樹。4個小區的8種處理方法是:覆膜與不覆膜；覆膜噴藥與覆膜不噴藥；自然栽培噴藥與自然栽培不噴藥；棗果套袋與不套袋。

③在8月中旬至9月下旬的棗裂果期，每次降水之後，都定期觀察記錄裂果情況。

表 1 裂果與最小相對濕度

④採用資料我們採用了兩個基地2005～2006年2年的物候、氣象及裂果資料和榆次、太谷的本站氣象資料進行對比分析。

棗裂果的氣象條件分析及裂果等級劃分

（1）棗裂果的氣象條件分析

兩年試驗研究表明，棗裂果年年都會發生，其輕與重、成災與否、災情程度主要與8月中旬到9月底這段時間內的降水狀況、空氣濕度(見表1)、溫度(見圖1)、日照(見圖2)等氣象要素關係密切。

圖 1 裂果與日均氣溫

表1表明：最小相對濕度≥80%，無論何種試驗裂果明顯增加。地膜覆蓋和噴液兩種試驗裂果率明顯偏高，套帶試驗裂果率最低。

圖1表明：8月份如果日平均氣溫≤20℃、9月份日平均氣溫≤17℃，裂果率明顯增高。

圖2表明：日照時數<5h，棗裂果率明顯增高。

裂果與降水關係研究表明：白熟期連續性降水，雨水在果實表面長時間停留以及根部大量吸水、致使果實吸水，細胞膨脹產生裂果。但這種白熟期的裂果，影響相對較小，如果9月份再無連續性降水，則對棗質量，尤其是產量影響不大。棗裂果的關鍵期是在脆熟期，包括9月上、中、下旬，尤其以中下旬為最。此期棗果果皮自梗窪、果肩開始，逐漸著色轉紅，直至全紅。含糖量急劇增加，質地變脆，汁液增多，果皮增厚，漸次老化，果實膨壓大。此期如出現連續性降水，則棗既裂又爛，形成災年。如果9月以前的降水已使棗裂果，則9月份的連續性陰雨會使原來的裂果腐爛，加大災情程度。

圖 2 裂果與日照時數

通過上述研究表明：8月份降水對棗裂果影響不大；9月份如果有較大的降水或連續性陰雨>72h或間歇性多天陰雨，同時相對濕度≥80%，日平均氣溫≤17℃，日照時數<5h。棗裂果率明顯增高。

（2）裂果等級劃分

根據降水性質和相對濕度U、日照時數S、日均氣溫T的影響程度，將棗裂果劃分為5級：

一級裂果8月有降水，裂果率在10%以下；

二級裂果8月中下旬陰雨持續時間12h以上，累計裂果率在10%～20%；

三級裂果輕災9月有持續陰雨時間在48～72h以內的連續性降水，累計裂果率達20%～30%；

四級裂果重災9月有持續陰雨時間在72h(3d)以上降水，累計裂果率達30%～50%；

五級裂果特重災9月中下旬出現持續間歇性多天陰雨(前期已有陰雨天氣，間隔兩天后又出現了72h以上陰雨)，累計裂果率達50%以上。

預報指標統計

根據上述5級裂果劃分，可以看出棗裂果與降水直接相關，同時高濕、低溫及短日照又是棗裂果的促發因素。因此，建立棗裂果的氣象預測預警系統，應以棗成熟期的降水，尤其是連續性陰雨天氣過程預測為重點併兼顧高濕、低溫、短日照預測，按照裂果五級劃分制定出棗裂果的五級預測預警系統：

（1）一級裂果預測預報

預報時段為8月中旬至下旬，預報時效為120h(5d，下同)，在預報時效內有降水即發布預報，並預測累計裂果率在10%以下。預測預報系統流程輸入指標為：①根據我局氣象台日常中期天氣預報模式，重點預報未來120h降水天氣過程；②利用T213(國家氣象中心數值預報產品)、EC(歐洲氣象中心數值預報產品)、JF(日本數值預報產品)的數值預報產品作出未來120h的定量降水預報；③利用氣象衛星中規模站FY-2雲圖、雷達(太原都卜勒雷達、本站713測雨雷達)及高空探測資料，對降水天氣實施跟蹤和精確預測。

（2）二級裂果預測預報預報時段為8月中旬至下旬，預報時效為120h，在預報時效內有持續12～48h的連續性降水，同時相對濕度≥80%，日照時數<5h，日均氣溫≤20℃，累計裂果率10%～20%。預測預報系統流程輸入指標為：①從T213、EC、JF數值預報產品中分析出未來120h內有連續性降水過程；②根據我局氣象台中期天氣預報模式中的連續性降水預報指標：a、當東亞中緯度環流從經向型環流向緯向型環流調整；b、當強冷氣團在西伯利亞北部穩定少動時，會不斷有小股冷空氣分裂南下，此時500hPa青藏高原東部位勢高度下降，有西或西南風；c、500hPa上，西寧、西安、成都3站持續48h偏南風，風速≥8m·s^-1；③參考德國天氣形勢預報，如300hPa的西風急流鋒區穩定在河套北部40～45°N附近。

（3）三級裂果輕災預測預警

預報時段為9月1日～30日，預報時效為120h，在預報時效內有持續48～72h的連續性降水，同時相對濕度≥80%、日照時數<5h、日均氣溫≤17℃，累計裂果率達20%～30%，發布棗裂果輕災預測警報。預警系統流程輸入指標為：

①根據晉中地區存在重要天氣過程有150d左右韻律關係的規律，反查本年春季(3～5月)：歐亞500hPa平均環流指數偏高時段，即在150天之後的秋季對應時段出現連陰雨；反查3月末至5月初期間的重要天氣如：大風、揚沙、沙塵暴、中雨以上降水等，並以出現日期後推150d左右將可能出現陰雨過程；

②如果T213、EC、JF的數值預報產品形勢預報，在未來120h內，三者有利於出現連陰雨的環流形勢一致；

③根據我局氣象台中期降水預報模式中的連陰雨預報指標(同上)，預報未來120h內將會出現持續48h以上連續降水及有利裂果的U、S、T三要素出現時段；

④根據24～48h預報連陰雨指標預報120h內連陰雨出現時段：a、在環流形勢相對穩定時，我市上空500hPa的5760～5840等高線區間與700hPa圖上的T-Td≤4℃線重疊範圍內；b、當我市處於較強且相對穩定的副高西北側，連陰雨區將在500hPa的5800～5880等高線之間與700hPa的T-Td≤4℃線重疊區域內；c、在經向環流相對穩定時，500hPa圖上，西寧、西安、成都3站持續48h出現偏南風，風速≥8米/秒；d、地面圖上，我市受弱高壓控制，河套地區為暖性倒槽或低壓冷鋒。未來24～48h將出現連陰雨天氣。

⑤大雨、暴雨雖持續時間較短，但其有利棗裂果的氣象條件後延性強，如雨後相對濕度≥80%時段後延24～48h，裂果率將明顯增大。9月份的大雨、暴雨預報指標為：a、當日08時500hPa圖上，低槽位於35°～40°N，100°～105°E範圍內，西寧Td≥-6℃，T-Td≤4℃，平涼H在5820～5830gpm之間；b、當700hPa在35°～40°N，103°～110°E區間有明顯切變線，並且平涼Td≥8℃，T-Td≤4℃，張掖500hPa圖上H在5810～5830gpm之間；c、晉中受來自甘肅、陝西及四川地區的西北渦和西南渦影響，在暴雨出現的前一日即形成閉合低渦，中心強度較強，低渦區風場變化明顯，700hPa風速可增強8～12m·s^-1，同時低層出現西南風急流，濕度明顯增大。

（4）四級裂果重災預測預警

預報時段為9月1日～30日，預報時效為120h，在預報時效內有持續72～120h的連陰雨過程，同時相對濕度≥80%，日照時數<5h，日平均氣溫≤17℃，累計裂果率達30%～50%，發布棗裂果重災預測預警。預測預警系統輸入指標同三級裂果預測預警系統，但預報陰雨時段在3d以上。

（5）五級裂果特重災預測預警

預報時段為9月11日～30日，預報時效為120h以上，預報未來將出現120h以上間隙性(即前期已有連續性陰雨，間隔1～2d後又將出現3d以上陰雨)連陰雨，並且同期持續相對濕度≥80%，日照時數<5h，日平均氣溫≤17℃，累計裂果率達50%以上，裂爛十分嚴重，形成特別嚴重災害。預測預警系統輸入指標同三級裂果預測預警系統，但預測陰雨時段為間隙性長時間(5d以上)陰雨、高濕、低溫、短日照時段。

防止對策

（1）棗的成熟期出現的較大降水或連陰雨，是影響棗裂果的主要氣象因子，造成植株環境相對濕度過高、日照時數偏低、蒸發減少，致使大量水分被果皮吸收發生裂果，影響棗果品質。主要措施是棗果套袋或搭建遮雨棚或減少園內積水，改善果園的通風條件，加大蒸發量。

（2）棗的成熟期出現的較小的降水，也能使成熟期的棗開裂，雨前2～3d噴灑防水藥物，以防果皮開裂。

（3）合理修剪，打開光路，有利於雨後棗果通風透光，迅速乾燥，可有效減少裂果。

（4）對棗裂果是因棗果直接吸收雨水為主，還是由根系吸水傳送至果實引起裂果為主，從本課題二年的試驗結果來看，我們認為二者都是引起裂果的主要因素，但以前者為主。

（5）在生長季乾旱時及時澆水，保持土壤濕潤，土壤濕度變化小可以降低裂果率。長時間乾旱突然降雨導致裂果嚴重。雨水較充沛時，注意及時排水，降低土壤濕度，以降低棗裂果率。

都卜勒天氣雷達判彆強對流天氣的預報指標

及時準確識別冰雹、暴雨等強對流天氣，對於適時開展人工影響天氣作業，提高人工增雨、防雹效果，提高經濟效益具有很大的現實意義。我國上海、浙江、江西、內蒙等地總結制訂了一些使用雷達識彆強對流天氣的預報指標，但各地因海拔高度、氣候屬性不同，寧夏地區使用這些指標有很大的偏差。寧夏自20世紀70年代中期開始利用711測雨雷達在六盤山區進行強對流雲特別是冰雹雲的探測和研究工作，在指導“三七”高炮防雹、增雨作業的同時收集了大量暴雹雷達回波和地面降水有關資料，也訂製了一些作業預報指標，在指導增雨及防雹方面起到了一定的作用。2003年銀川和固原相繼更換為都卜勒天氣雷達，這種天氣雷達有豐富的預報產品，它探測信息全、精度高，為預測災害性天氣特別是強對流天氣內部的風場信息提供了可靠的技術支持，在短時天氣臨近預報中發揮重要作用。多年的探測經驗得出，識別冰雹、暴雨等強對流天氣需要綜合考慮一些因子，其中有定量的，如雷達回波頂高度、回波強度(基本反射率)、強回波頂高度、液態水含量(VIL)、冰雹指數、中氣旋等;也有不定量的，如回波外形結構特徵、演變規律、回波尺度、範圍等。本文利用多參數相關點聚圖法、多因子相關機率法與回波的其它參量有機地結合起來，建立定量的綜合指標，對歷史資料進行擬合。結果表明，這個指標使用方便，準確性和可靠性比較好。

圖3 強對流天氣回波強度曲線圖

分析方法

採用多參數點聚折線法，用2003～2008年寧夏川區160個雹暴個例觀測資料及地面降水實況資料，作出折線點聚圖(圖3～圖5)。由圖可見，圖中的各個預報參量相關性比較好。冰雹回波強度27個例中有20個強度在50～60dBZ，占總數的74%，大到暴雨回波強度大部分在40～45dBZ，占總數81.5%，陣雨、雷陣雨回波強度多數在35～40dBZ，占總數92%，中雨回波強度大部分在30～35dBZ，占總數82%。冰雹雲回波頂高度多數在10～13km，占總數88%，大到暴雨回波頂高度多數在8.0～9.0km，占總數74%，陣雨、雷陣雨回波頂高度多數在9.0～10km，占總數66%，中雨回波頂高度大部分在7.0～8.0km，占總數63%。冰雹雲液態水含量大部分在20kg/m²以上，占總數67%，大到暴雨液態水含量基本在10～20kg/m2，占總數81%，陣雨、雷陣雨液態水含量基本在8.0～10kg/m²，占總數85%，中雨液態水含量基本在6.0～8.0kg/m²，占總數73%。

圖4 強對流天氣回波高度曲線圖

圖5 液態水含量曲線圖

指標

我們利用2003～2008年5～9月汛期寧夏川區160個雹暴個例觀測資料及地面降水實況資料，銀川探空站2003～2008年5～9月08時探空資料，共查閱出160個比較完整的雹暴個例，其中冰雹、暴雨等強對流天氣個例96個，非冰雹、暴雨等強對流天氣個例64個，對每個雹暴個例外形結構特徵、回波強度(基本反射率)、降雹暴範圍、回波尺度、回波頂高度、強回波高度(衰減20dBZ後)、液態水含量、冰雹指數風廓線、回波厚度、負溫區厚度、正溫區厚度及它們的比值等進行了統計分析。其中選定：(1)回波頂高度(H_W)，(2)強回波頂高度(H_強)，(3)回波強度(基本反射率)，(4)液態水含量(VIL)，(5)冰雹指數，(6)負溫區厚度，(7)組合反射率強度，(8)回波外形結構特徵等8個因子。一是由於它們基本滿足上述2個要求，二是它們具有明顯的物理屬性和意義(形成冰雹、暴雨等強對流天氣所需的2個重要條件：(1)有強烈的上升不穩定氣流，(2)有冰雹、暴雨等強對流天氣的過冷水滴累積區)。對流雲回波頂高度一般指的是雷達靈敏度放在最大量，所觀測到的回波頂高，它的高低是雲內垂直上升氣流強弱標誌。而上升氣流強度又是決定雲內所能形成的最大水滴或冰雹、暴雨等強對流天氣尺度的重要因素，因此，回波頂越高，降雹暴機率越大。

衰減20dBZ後的強回波頂高度比H_W具有更好的指示冰雹、暴雨等強對流天氣的意義。雷達探測證實在冰雹、暴雨等強對流天氣中上部的上升氣流最強，當這支最強上升氣流所達高度越高，強對流天氣越激烈，被托住的冰雹等也越大。因此，H_強越高，冰雹、暴雨等強對流天氣在其中增長和發展的含水量累積的負溫區垂直厚度越厚，越有利於冰雹、暴雨等強對流天氣發展和增長。另外，它們易於獲得，除負溫區厚度需要探空資料外，其它幾個因子都可在雷達產品中直接獲取。

確定為冰雹、暴雨等強對流天氣的具體指標如下：

(1)回波頂高度>10.8km；

(2)強回波頂高度>9.6km(衰減20dBZ後)；

(3)回波強度≥52dBZ(基本反射率)；

(4)液態含水量(VIL)32.3kg/m²；

(5)冰雹指數(出現與未出現而定)；

(6)負溫區厚度>4.0km；

(7)組合反射率強度≥56dBZ；

(8)回波外形結構上具有明顯渦旋、“V”型缺口、帶狀、前懸回波、回波牆、鉤狀、指狀、逆風區結構、2個強單體回波合併、明亮結構密實的較大塊回波等。

表2 滿足各項指標的條件機率

由表2可見，各因子對冰雹、暴雨等強對流天氣的指示性都較好，PA達83%～94%，PB僅有11%～15%。

研究結論

(1)綜合機率法判別冰雹、暴雨等強對流天氣簡單易行，除個別因子需要考慮探空資料外，其它因子可直接從雷達產品中獲取，只要我們用“新一代天氣雷達系統軟體”設定識別產品就可以迅速作出判斷，及時、方便，時效性比較好。

(2)綜合法綜合考慮了多個因子的作用，由於每個因子在計算中都以0，1出現，因此一些非定量的指標，例如回波的外形結構特徵都可作為重要因子加以套用，使用中既方便又靈活。

(3)綜合法比僅用一個因子或雙參數法判別冰雹、暴雨等強對流天氣效果好，可減少空報率和漏報率，提高識別冰雹、暴雨等強對流天氣的準確率。

(4)綜合法的缺點是各因子之間的相互關係考慮得少了一些，被選因子中有的權重過大，而有的則太小。為彌補這個缺陷，應儘可能選擇反映判別對象中物理意義明確的因子。

(5)研究所採用的資料，有些也不是很理想，因而判別指標可能有局限性，所用資料大部分都是在半徑123km範圍內，由於各種原因所引起的有些資料可能有些誤差，因此在該監測範圍外使用本指標需小心慎重。

(6)所採用的8個因子中，組合反射率回波強度的效果差一些，原因是收集資料時時間上有時掌握得不是很合適，另外使用的資料年限也有些短，資料取得也不是很完整，所以有待於進一步加以完善。