江西省4～6月季度雨量趋势分布预报
陆叔鸣 ， 熊蜀斐 ， 文绮新 ， 张超美
（江西省环境预报中心，江西 南昌 330046）
摘 要：采用二维车比雪夫多项式展开了江西省4～6月24站季度雨量场，并以前期海温、海平面气压和500 hPa高度为因子，预报前4项展开系数， 再反演为4～6月季度雨量场。3种预报因子预报的符号评分结果显示，SST和SLP预报效果尚好且较500 hPa稳定，也表明了单一因子预报可能的不稳定性。
关键词：季度雨量 多项式展开 分布预报 随着国民经济和生产的发展，短期气候预测日益受到各级领导和有关部门的关注，尤其是4～6月季度雨量及其分布。该季雨量占年雨量50％左右，而且大～暴雨出现频繁，是江西省洪涝或内涝易发时段，季度雨量对防洪指挥和水库调度的决策有重要意义。原先只作江西省北、中、南3片的降水量预报已经满足不了工农业生产的需要，也无法满足省政府等有关领导部门计划工作需要。生产实践要求空间精度更高的短期气候预测。空间精度较高的短期气候预测，不仅可为防洪抗灾人员、物资的计划调度提供科学依据，而且可为指导预报提供技术上的支持。因此，采用车氏多项式展开技术，作江西省汛期4～6月季度雨量趋势分布预报是值得研究的。
1 4～6月季度雨量场的车比雪夫多项式展开
考虑到历年江西省降雨分布和南北长、东西窄的地理情况，我们在东西方向取3个代表站、南北方向取8个代表站共3×8=24个站来代表4～6月季度雨量场，并采用二维车比雪夫正交多项式对其雨量场展开。因24站雨量资料从1959年开始齐全，所以我们对1959～1995年共37 a的4～6月季度雨量场进行展开。
经计算可以知道，历年降水场展开系数的前4项系数提供的信息已占总信息的 95％以上，且雨量的空间分布特征也能基本反映出来。例如1962年，4～6月全省雨量特多，代表全省平均雨量的系数A00=1 067，较历年平均745 mm偏多4 成以上；1967年4～6月江西东部异常偏多，代表东西方向雨量分布的系数A 10=＋102，较历年平均63大得多。(符号为“＋”表明东部雨量比西部的多，系数绝对值离历年平均越大，东西部之间的雨量差也较平均的越大)；再如1982年4～6月雨量全省正常略偏少，但赣北、赣南雨量不多，而赣中偏多，有洪涝。其展开系数中代表全省平均雨量的A00=680，较历年平均745略偏少；A02=-22，其符号为“－”，代表雨量中部多、南北少的分布；绝对值较平均值－5 的绝对值要大得多，说明雨量中部多、南北少的程度比平均的要大得多。因此，各年的4～6月降水场前几项展开系数都能较好地反映降水的分布特征。二维车氏多项式展开不仅各项系数都有标准场，物理图象清楚，而且展开系数不随样本的增减而改变，这给我们制作系数的预报带来方便。因此，我们只要把前几项车比雪夫展开系数预报出来，再通过拟合公式就能把降水场空间分布特征预报出来。
2 4～6月季度雨量趋势分布预报
2.1 用海平面气压(SLP)为因子的预报
以1959～1995年4～6月24站季度雨量展开系数A00、A01、A02、A10为预报对象，对相应各年前期(前3 a至当年2月) 北半球海平面气压的格点资料进行相关普查，选出通过0.05置信度检验且满足相关概率0.70成片的3～9个格点关键区作为初选的预报因子，组成某个展开系数的预报因子库，再通过逐步回归进一步筛选，组成4～6 月季度降水场车氏展开系数A00、A01、A02、A10的预报方程。这里仅列出以SLP 为因子的各系数预报方程：
A00=174.1340＋4.4702X4＋4.7701X7＋9.0382X10 (1)
A01=157.52＋1.7993X1＋0.1655X4＋1.2572X5 (2)
A02=－23.3862－0.0781X5＋0.4540X9－0.188X10 (3)
A10=220.6067－5.5725X1＋0.8410X4－0.5279X12＋1.0278X13 (4)
其中Xi为各展开系数相应的预报因子库中的前期月SLP 场高相关区的平均气压。如A00系数预报方程中，X4为前3 a 10 月格陵兰岛以南洋面的高相关区的海平面气压，X7为前3 a 6月格陵兰岛南部的高相关区海平面气压，X10为前1 a 5月大西洋中部高相关区海平面气压。
考虑到点聚图有非线性和相似性特点，我们还对各项系数用前期经检验的预报因子，通过计算机选出点子集中、分区好的点聚图作预报工具。
取方程和点聚图预报两者的平均为综合预报结果。再将综合预报结果，通过拟合公式反演出各年4～6月24站季度雨量趋势分布场，并对1996～1998年进行独立预报。图1为1997年和1998年江西省4～6 月季度雨量趋势分布预报与实况图。由图1可以看出，江西省1997年4～6月24个站季度雨量大部分站点预报为正常略偏少，少数代表站偏少2～3成，而且把东部大于西部、北部大于南部的趋势也预报出来了。其实况是全省大部分为正常略偏少，只有少数站偏少2～3成，各站符合准确率达18/24=75％。1998年预报4～6 月雨量全省大部分地区偏多1～3.7成，赣州以南略偏少，各站符号准确率达19/24=79％。 在我省4～6月赣北、赣中分片平均雨量在800 mm以上的年份， 一般都有明显的洪涝发生，1998年预报把遂川至广昌一线以北的全部站点预报在800 mm以上，而且预报东部的抚州、南城、贵溪、玉山、景德镇等地为900～960 mm，实况正是抚河流域和信江流域洪涝最严重，赣北和赣中大片雨量为800～1300 mm，发生了自1954年以来最严重的洪涝，而赣州以南雨量偏少， 没有汛情。 因此可以说1998年4～6月季度雨量趋势分布预报是非常成功的。< /FONT>
2.2 以海温、500 hPa高度和以SLP为因子预报的比较
用同样方法我们把1959～1995年4～6月24站季度雨量展开系数A00、A01、A02、A10等作为预报对象，对前期各月的西太平洋海温和500 hPa高度的格点资料进行相关普查，建立4～6 月季度雨量场各展开系数的预报方程和点聚图，再将它们综合预报结果通过拟合公式反演成24站4～6月季度降水场的预报。其1994～1998年预报的降水场符号准确率见表1。由表1可见，1994～1998年的5 a平均符号准确率，海平面气压为因子的最高，为0.81；海温为因子的次之，为0.79；500 hPa高度为因子的最低，为0.67 。其中1996和1998年以500 hPa高度为因子的预报很差，符号准确率分别为58和50。究其原因,主要是该2 a以500 hPa高度为因子预报的A00和A01比实况差得较多的缘故。1998年A00、A01预报分别为718和-3.5，而实况为852和-3.4；1996年预报分别为707和-10.0 ，实况为616和-10.0。可见预报效果的好坏，与A00、A01等前几项方差贡献大的系数预报的成败密切相关。
另外，由表1也可以看出，500 hPa高度为因子的预报准确率， 该5 a几乎是一直在下降，而以海温和海平面气压为因子的预报准确率比较稳定。这告诉我们单一利用某因子做预报在某一时期可产生不稳定性，这是否与500 hPa高度场对厄尔尼诺现象的滞后响应较复杂有关。如果能够找到这种不稳定的条件，就可以有选择地对某方法作出可信度的权重，以提高综合集成预报的准确性和稳定性。
3 结语
(1) 二维车比雪夫多项式展开具有浓缩信息的功能。对江西省4～6 月季雨量24个代表站的降水场，只需要预报前4项系数A00、A01、A02、A10，就可以把主要趋势和分布特征预报出来。这样大大减少了预报工作量，又满足了空间分布预报的需要,也有较好的预报效果，因此用本方案作趋势分布预报是可行的。
(2) 降水场预报效果，主要取决于A00、A01、A02、A10 4项系数预报的结果，尤其是A00和A01。因此，要设法寻找更多的依据，把A00、A01报好。
(3)在寻找前期成片高相关因子中， 我们选用了前3 a至当年的高相关区，这可能与我省4～6月季雨量有2～3 a周期有关。虽然它们和雨量之间的物理关系尚不清楚，但SST和SLP预报效果较500 hPa高度场因子似乎要稳定些，今后需进一步分析它们物理关系。另外，以海温、海平面气压和500 hPa高度为因子的预报结果表明，单一因子预报可能产生不稳定性，应寻找这种不稳定性条件，采用集成预报的方法来提高预报的准确性和稳定性。
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第一作者简介：陆叔鸣(1939－)，男，正研级高级工程师，主要从事短期气候预测研究工作.
