影响吉林省台风气候预测的日地月位置相似法

叶更新 贾凡妮

（通化市气象局，吉林通化 134001）

1 引言

从气候角度预测夏季台风影响的可能性对于防灾减灾具有重要意义。多年来，很多学者从不同角度对此进行了研究。20世纪70年代末，董克勤就提出利用气候规律来预报台风移动的思路[1]，之后又有很多学者做了大量的工作；范可[2]利用北太平洋涛动、北太平洋海冰覆盖面积等9个因子和多元线性回归方法建立了一个动力统计预测模型，并且在实际应用中得到了很好的结果；孙兴池等[3]普查中华人民共和国成立以来影响我国北方的所有台风个例，建立了影响我国北方台风的详细历史资料库，对台风位置、形成季节、移向、天气形势等进行相似分析；李祚泳等[4]根据历史资料建立了台风季节台风登陆华南年频次的PPR预测模型；王会军等[5]利用气候模式分析了2006年西太平洋地区夏季（6—10月）的环流特征，并以此对我国2006年夏季西太平洋地区台风活动频次进行了气候预测尝试；黄小燕等[6]研究了1960—2003年夏季西行进入南海海域的台风路径，运用条件数方法选取因子并建立回归方程，得到了比较好的效果。这些工作在台风影响的气候预测方面取得了一些积极的成果，具有很好的启发意义。雷小途[7]曾经对1988—1997年上海地区TCF业务预测情况进行了分析，认为月趋势的业务预测较为准确，但年际尺度及台汛期趋势的预测则较差。由此可见，提高预报确率特别是超长期预报的准确率仍然是这一领域的重要研究课题。

另外，人们发现月相与台风活动具有明显联系。相关的关系研究可以追溯到很久远的年代，早在1928年，Willas就根据当时可以找到的资料发现大西洋的热带气旋发展有29.5d的周期[8]。Bradley[8]在1964年研究了1899—1958年北大西洋飓风的规律，发现在朔望前后形成的风暴要比其他时间多。20世纪70年代，任振球[9]发现月球的朔望变化对台风的生成、加强和登陆具有明显的影响。陈广叙[10]通过分析发现，台风活动周期大致与白道拱线进动周期相近，1960年代登陆华南地区的台风中，有65%左右登陆时刻与当地月中天时刻相距小于3h；台风异常路线——南海台风“北翘”，往往与月亮处于黄白交点相伴随。叶更新等[11]研究表明，大行星在夏至附近冲日对台风生成频数与东北夏季气温的相互关系具有重要影响。

这些研究对人们认识台风生成和运动具有重要意义，并为台风预测提供了思路。台风是汛期影响吉林省的重要天气系统之一，也是每年气候会商所要讨论的问题，利用日地月位置因子建立一个汛期台风影响吉林省的气候预测方法具有重要意义，但目前还没有相关的工作，本文将对此进行尝试，以期得到对实际工作具有指示意义的结果。

2 资料和方法

2.1 资料

台风资料来自中国气象局热带气旋资料中心CMA最佳路径数据集，资料年代从1949—2018年，共计70a。日、月相对地球的位置资料则利用SKYMap Pro Version 8软件计算出逐日12时太阳和月球的视赤纬和视赤经。

2.2 影响吉林省台风的定义

直接影响和间接影响的定义：以吉林省的几何中心（43.5°N，126.6°E，位于吉林省永吉县境内）为中心，以10°角距为半径画圆，定义进入该区域（图1中A区域）的台风为直接影响吉林省的台风；以20°角距为半径画圆，定义在直接影响区域以外，进入此圆区域以内（图1中B区域），并且根据路径分析有进入A区域趋势的台风定义为间接影响吉林省的台风。

图1 影响吉林省台风示意图（A区域为直接影响；B区域为间接影响）

2.3 日地月位置相似法的描述

众所周知，地球是太阳系的一个行星，围绕着太阳不停地运动，同时作为地球的卫星，月球又围绕着地球不停的运动，太阳、地球和月球三者的位置总是处于不停的变化中，而这种变化具有一定的周期性，是受万有引力定律支配的。利用天文学公式可以很精确地把三者之间的相对位置计算出来。比较任意两个时刻三星位置的相似程度用如下的欧氏距离公式表示：

式中，di是预测年某日12时日地月位置与比较年份日期所在位置的距离；αs0、βs0为预测年份某日太阳视赤纬、视赤经；αsi、βsi为比较年份相同日期太阳视赤纬、视赤经；αm0、βm0为预测年份某日月球视赤纬、视赤经；αmi、βmi为比较年份相同日期月球视赤纬、视赤经；k为权重系数，取决于引潮力大小的比例，月球引潮力是太阳引潮力的2.17倍，这里取k=2.17。

利用公式（1）可以比较两个时刻太阳、地球、月球三者之间位置的相似程度，但因为三星每时每刻都处于不停地相对运动中，利用某一日计算得到的距离相似年变化较大，为了克服单日计算的不稳定性，本文采用时段计算比较法，即选取某一时段连续多日计算三星的位置距离，进而求出最佳相似年，具体做法如下：

选取要预测年份某日的太阳、月球的视赤纬和视赤经，利用公式（1）逐日计算从1951年至预测年的距离，比较大小，取距离最小的年份作为相似样本年，选取一年当中的关键时段（比如夏至前后的20d），对该时段每日进行距离计算可以得到多个相似样本年，从中选取出现最多的年份为最佳相似年。以最佳相似年影响吉林省的台风频数作为预测年台风将要出现的频数。

3 影响吉林省台风的气候特征

在1949-2018年的70年中，西北太平洋上总共生成了2355个台风，平均每年生成33.6个，而影响吉林省的台风总数为107个，平均每年1.5个，占比为4.5%。其中直接影响台风53个，间接影响台风54个。

图2是1949—2018年影响吉林省台风频数的逐年变化图，从图中可以看出，影响吉林省台风呈现不均匀的变化形态，表现在有些年份偏多，有些年份则没有台风影响。台风影响最多的年份为1985年和2012年，有5个台风影响；没有台风影响的年份为1952年、1958年、1963年、1969年、1975年、1977年、1978年、1983年、1988年、1996年、1998年、2003年、2009年、2013年、2015年、2017年，共16年，其中，1975—1978年无台风影响的年份比较集中。从周期分析来看，影响吉林省台风极多的年份具有6a周期和12a周期，分别为：1994（4个）—2000（4个）—2006（2个）—2012（5个）—2018（3个）和1949（3个）—1961（2个）—1973（3个）—1985（5个）。影响吉林省台风极少的年份具有10a周期：1958（0个）—1968（1个）—1978（0个）—1998（0个）—2008（1个）。最早影响吉林省的台风发生在1989年，出现日期为6月24日，台风Ellis间接影响吉林省；最晚影响吉林省的台风发生在1994年，出现日期为10月11日，台风Seth间接影响吉林省。

图2 1949—2018年影响吉林省台风频数的逐年变化

表1是影响吉林省台风频数的各月分布，从表中可以看出，只有6—10月有台风影响吉林省，其他月份，特别是冬半年，没有台风影响，这与大气环流的季节变化有关。影响吉林省台风频数最多的月份在7月和8月，占比为10%和9%，这两个月也是台风北上最多的月份。尽管10月生成的台风较多，但北上影响吉林省的却很少，占比不到1%。也就是说，吉林省的主汛期7—8月，也恰是台风影响吉林省最多的月份。

表1 影响吉林省台风的各月分布

从影响吉林省台风的年代际分布来看，每个年代影响吉林省的台风数在13～17个，总体上看差别不大。20世纪80—90年代为两个受台风影响较多的时期，分别为17个和16个；受台风影响最少的为20世纪50年代和70年代；21世纪以后，尽管台风生成的总数在减少，但影响吉林省的台风并未因此而明显减少。

4 日地月位置相似法的检验

太阳和月球是两个对地球产生引潮力最强的星体，研究表明，太阳和月球的相对位置与台风的生成和运动具有明显联系[8-10]。本文利用前面所描述的日地月位置相似法对2007—2018年（共12年）进行了预测检验。定性判断预测是否正确采取两个标准：一个是预测年的台风数与最佳相似年的台风数误差小于或等于1则判定为正确；另一个是预测年的台风数与最佳相似年的台风数都大于或都小于平均数（1.5个）则判定为正确。

从表1中可以看出，台风影响吉林省主要发生在6—9月，本文分别选取6月15日、7月15日、8月15日、9月15日之后的20日共4个时段进行最佳相似年计算，所得到的结果列于表2至表5。从表2—表5可以看出，总体上预报准确率较高，6月15日时段的确率为92%；7月15日和8月15日时段的确率为75%；9月15日时段的确率为83%。大多数年份在4个时段所得到的最佳相似年都相同，分别是2007年、2008年、2010年、2011年、2014年、2017年、2018年，12年有7个这样的年份，而且这些年份所对应的台风预测都正确，即确率为100%。其他年份利用不同时段求得的最佳相似年有所差别，而预测错误往往发生在这些年份中。比如预测2009年，当以6月15日之后20日作为分析时段时，计算求出最佳相似年是1971年，两者的误差为1，定性为正确；但当以7月15日、8月15日、9月15日之后20日作为分析时段时，则最佳相似年为1990年，与2009年的台风数误差为2，定性为错误。预测2012年时，以6月15日、7月15日之后20日作为分析时段时，最佳相似年为1955年，误差为4，定性为错误；8月15日和9月15日时段最佳相似年分别为1974年（台风数错误）和1993年（台风数正确）。这说明日地月位置的相似程度越高，台风对吉林省影响的程度越相似，预测也越准确。

表2 6月15日时段最佳相似年检验（“＋”表示正确；“－”表示错误）

表5 9月15日时段最佳相似年检验（“＋”表示正确；“－”表示错误）

5 结语

（1）在1949—2018年的70年中，影响吉林省的台风总数为107个，平均每年1.5个，占生成台风总数的4.5%。其中直接影响台风53个，间接影响台风54个。影响吉林省台风呈现不均匀的变化形态，表现在有些年份偏多，而有些年份则没有台风影响。影响吉林省台风极多的年份具有6a和12a周期；影响吉林省台风极少的年份具有10a周期。

表3 7月15日时段最佳相似年检验（“＋”表示正确；“－”表示错误）

表4 8月15日时段最佳相似年检验（“＋”表示正确；“－”表示错误）

（2）影响吉林省的台风均出现在6—10月，其他月份则没有台风影响。影响吉林省台风频数最多的月份在7月和8月，这两个月也是台风北上最多的月份，占比为10%和9%；尽管10月生成的台风较多，但北上影响吉林省的却很少，占比不到1%。也就是说，吉林省的主汛期7—8月，也恰是台风影响吉林省最多的月份。

（3）利用太阳、月球与地球的相对位置变化作为预报因子建立的位置相似方法在预报中取得了非常好的效果。在所检验的4个时段中，以夏至前后（6月15日时段）的预报效果最好，12年中仅错1年，确率为92%；其他时段的确率也都在75%以上。当4个时段的最佳相似年相同时，所有被检验的年份预报的结果都是正确的，确率为100%。而预报错误的年份发生在4个时段最佳相似年不一致的那些年份。

（4）太阳和月球是两个对地球引潮力最大的天体，其对地球大气和海洋影响是非常明显的，潮汐就是最为突出的现象。在夏至太阳的直射点位于最北的位置上，这时对北半球大气的作用最大。本文的工作表明，日地月相对位置在夏至前后的位置相似，比其他月份的相对位置更具有指示意义，这一点与以往的研究一致。这再次说明，天体引潮力是全球气候变化，包括台风影响频数的重要影响因素，利用星体的相对位置变化做气候预测是个可行思路，通过检验的方法可以在实际业务中使用。