张宇俊 张子昂

摘要通过对榆社基准气候站实测2013年1月1日—12月31日的逐日最低气温、地面最低温度、草面最低温度以及榆社各区域站每日最低气温的分析，结合收集到的霜冻资料，建立区域站与本站的气温关系以及区域站气温与地表温度的关系，形成区域站地表温度与本站最低气温预报值的关系，实现通过本站最低气温来预报区域站最低地温，建立霜冻精细化预报模型。通过2014—2016年实测霜冻数据进行验证，得出：本站最低气温预报的准确度越高，霜冻精细化预报模型预报准确率越高，预报准确率超过90%。当本站最低气温<6 ℃时，区域站范围内可能出现霜冻；当本站最低气温<2 ℃时，本站可能出现霜冻。

关键词霜冻；精细化预报；模型；本站；区域站

中图分类号S425；P40文献标识码A文章编号0517-6611（2017）14-0171-03

AbstractThe daily minimum temperature， minimum ground temperature， minimum grass surface temperature of Yushe benchmark weather stations and daily minimum temperature of automatic station in Yushe township were collected from January 1 to December 31， 2013. Combined with the history frost data， the relationship between the temperature of the regional station and the surface temperature was established， meanwhile the relationship between the surface temperature of the regional station and the minimum temperature forecast value of the station was established， and the minimum ground temperature of regional station was predicted by the minimum temperature of the station. As a result， the refinement prediction model of frost was built. Then the model was applied and verified with the frost data during 2014 - 2016. The result showed that： the higher the accuracy of the minimum temperature forecast， the higher the accuracy of the forecasting model of refinement prediction model of frost，the accuracy rate of forecast was over 90%. When the minimum temperature of the site was less than 6 ℃， the regional station may be within the frost； when the minimum temperature of the site was less than 2 ℃， the site may be frost.

Key wordsFrost；Refinement forecast；Model；Site；Regional station

我國是霜冻灾害频发的国家，而霜冻灾害对农业的影响最明显[1-2]。霜冻灾害对我国农业生产影响较大，涉及范围较广，霜冻灾害的精准预报是降低灾害损失的重要保障，特别是初霜和终霜的精准预报，对农业生产防霜冻灾害意义重大。初霜过早会导致农作物产量下降，甚至绝收，终霜过晚影响作物生长，甚至导致毁耕[3]。学者对霜冻灾害及其变化特征[4-6]、霜冻对农作物的影响[7-8]等进行了大量的研究，并取得了一定的成果。而在霜冻预报方面，不少学者分别采用积温变率法、转移概率法、灰色GM（1，1）模型等方法对不同地区的霜冻进行了预报[9-15]。目前霜冻预报技术预报的准确率在70%～80%[16]，预报精度有待提高。笔者基于榆社气象站1957—2016年的实测霜冻资料，通过最低气温与地面最低温度关系推断区域站是否有霜冻，建立了区域精细化霜冻预报模型，旨在通过气温、地温等易监测的气象资料实现霜冻的精确预报，特别是初霜和终霜的精确预报，提高农业生产预防霜冻的技术，降低或避免农业生产霜冻灾害。

1资料与方法

1.1资料选取研究数据选取榆社气象站建站以来53年（1957—2009年）以及2013—2016年的霜冻资料，具体包括初霜、次初霜、终霜、次终霜具体日期及温度；2013年1月1日—12月31日的逐日地面最低温度、草面最低温度以及区域自动站的最低气温。

1.2研究方法基于榆社气象站（本站）和区域自動站（乡镇自动气象站）的实测霜冻资料，进行分析计算，建立了霜冻精细化预报模型，研究技术路线见图1。

1.2.1确定霜冻重点研究月份。分析1957—2009年榆社站霜冻资料得出，该站初霜最早出现在9月25日（1957年），最晚出现在12月1日（1964年）；终霜最晚出现在5月25日（1989年），最早出现在4月8日（1960年）[17]。由此可见，霜冻在某地出现时间每年中各不相同，时间跨度较大，其中初霜跨度68 d，终霜跨度47 d。根据历史霜冻资料及初霜、终霜跨度，确定初霜重点研究月份为9—12月，终霜重点研究月份为4—5月。

1.2.2确定霜冻标准日。分析榆社站2013年最低气温、最低地面温度及最低草面温度资料，并结合云量、风速、降水、地面积雪等，发现凡符合地面无积雪覆盖、天空无云或少云、风力较小（微风）、无降水、雾霾等天气现象的日期，其最低气温与最低地面温度的线性关系较好、研究应用效果好，故将这样的日期定为研究霜冻标准日。

1.2.3确定研究最低气温范围。据霜冻的发生机理，最低气温<0 ℃时，必然出现霜冻；最低气温>0 ℃时，不会出现霜冻。这2种情况对于判断霜冻有无没有悬念，在此不考虑作为研究温度范围。研究范围选定在最低气温>0 ℃、最低地面温度<0 ℃，这种情况需要通过精细化预报判断是否会出现霜冻的情况。

2模型建立和应用

2.1霜冻精细化预报模型根据本站2013年1月1日—12月31日的最低气温、地面最低温度、草面最低温度的资料得出表1，则重点月份4—5、9—12月的最低气温（T）与地面最低温度（T0）标准日的平均差值（M）为（1.8+0.8+1.5+1.7+1.6+1.8）∕6≈1.53，在此M值取2。

根据2013年本站与区域站最低气温资料，重点考虑4—5、9—12月本站与区域站最低气温的平均差值（T区差），结果如表2所示。

综上所述，统计分析出区域站最低气温与本站最低气温的关系式：

T区=T-T区差（1）

本站最低气温与地面最低温度的关系式：

T0= T-M（2）

同理，得出区域站最低气温与地面最低温度的关系式：

T0区=T区-M（3）

合并（1）（3）得：

T区=T-T区差-M（4）

用预报值替换（4）中实际值得霜冻精细化的预报模型：

T0区预= T预-T区差-M （5）

式中，T为本站某日最低气温；T区为区域站某日最低气温；T0为本站某日地面最低温度；T0区为区域站某日地面最低温度；T区差为本站最低气温与区域站最低气温的平均差值；M为本站最低气温与地面最低温度的平均差值；T0區预为区域站地面最低温度预报值，T预为本站最低气温预报值。当T区差为0时，T0区预即为本站地面最低温度预报值；当T0区预< 0时，可预报区域站出现霜冻。

2.2模型应用及验证根据历史霜冻资料分析得出本站初霜发生时段在9—12月，终霜发生时段在4—5月，结合各区域站T区差、M值等参数，利用霜冻预报模型进行预报，通过实况数据来验证模型预报准确率。

根据本站和区域站地面温度来预报是否出现霜冻：

根据T0=T-M，当T0<0或T<2 ℃时，本站将出现霜冻。

根据T0区= T- T区差-M，当T0区<0或T<6 ℃时，预报区域站将出现霜冻。

通过对2013年5月10日、9月25日、9月26日霜冻进行预报检验，从表3可以看出，本站最低气温实测值、预报值的差值与区域站实测值、预报值的差值相一致，表明此模型预报准确率高。由本站2013年初、终霜冻3 d预报值和实况值对比（表3）可见，33组中仅9月25日郝北和9月26日王景两例与榆社站预报、实况差值相比大于2.0 ℃（郝北3.0 ℃、王景2.3 ℃），准确率为94%。

3结论与讨论

基于1957—2009年霜冻资料，确定初、终霜冻的时间区段，为霜冻精细化模型确定研究时段。通过计算分析2013年本站、区域站的实测数据，建立了霜冻精准化预报模型，利用2014—2016年实测霜冻数据进行模型验证。结果表明，本站最低气温预报的准确度越高，霜冻精细化预报模型预报准确率越高，预报准确率超过90%。当本站最低气温<6 ℃时，区域站范围内可能出现霜冻；当本站最低气温<2 ℃时，本站可能出现霜冻。

通过研究揭示了自动气象站监测资料与霜冻的关系，制定了每个乡镇的霜冻精细化预报模型，为防霜防冻、防灾减灾提供了可靠的技术支撑。

通过实际应用和验证，得出在本站最低气温预报准确度高的情况下，霜冻精细化预报模型预报准确率高，可靠性强，可进行推广应用。将市局作为本站，预报各县、各区域站；将省台作为本站，预报各县、各区域站。当然也可将地球上某一站点作为本站，预报其他任何地方，只是T区差要复杂一些。由于各地天气系统多变，难度极大地增加，区域自动气象站不断增加，为霜冻预报精细化程度的提高提供了资料来源，更有可能提高霜冻预报准确率。

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