最低和最高溫度的數(shù)值預(yù)報(bào)在懷化的釋用

王光明 王文聞 王起喚 彭艷青

（1.湖南省懷化市氣象臺(tái)，湖南懷化 418000；2.湖南省靖州縣氣象局，湖南靖州 418400）お

摘要 對(duì)ECMWF瞭hin、T639瞭hin數(shù)值模式產(chǎn)品與懷化市11個(gè)縣市區(qū)氣象站點(diǎn)每天的高低溫實(shí)況對(duì)比分析，結(jié)果表明，高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較低，只有通過誤差滑動(dòng)平均訂正后，EC前2 d預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別達(dá)74.4%、70.0%，T639分別為60.2%、58.4%；低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高，EC前3 d分別為75.6%、75.1%、72.0%，T639通過誤差滑動(dòng)訂正后，也達(dá)到了較高水平，前3 d分別是78.9%、78.9%、62.9%。高溫的預(yù)報(bào)平均偏低（即小于實(shí)況），EC略優(yōu)于 T639。晴天、多云、陰天、雨天時(shí)，EC高溫的系統(tǒng)誤差值分別是-4、-3、-2、-1 ℃，T639分別為-5、-4、-2、-0.5 ℃；只有在預(yù)報(bào)陰天和雨天時(shí)，EC和T639高低溫的預(yù)報(bào)值可以應(yīng)用于日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵詞 最高溫度；最低溫度；數(shù)值預(yù)報(bào)；準(zhǔn)確率；誤差

中圖分類號(hào) SB161文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2014）19-06318-03

お

作者簡介 王光明（1962- ），男，湖南懷化人，高級(jí)工程師，從事短期短時(shí)預(yù)報(bào)工作。

收稿日期 20140529

懷化市位于湖南省西部，以山地為主，境內(nèi)山丘重疊，峰巒起伏，地形復(fù)雜。地貌輪廓自西南向北傾斜，呈一狹長地帶，南北長約353 km，東西寬約229 km。東南部雪峰山脈成弧形盤踞，西北部為武陵山脈所綿延，中間丘崗起伏，形成若干盆地。地勢(shì)最高點(diǎn)為雪峰山脈之主峰蘇寶頂，海拔標(biāo)高1 934 m；最低為沅陵的界首僅45 m。東西兩側(cè)高峻，南部突起、向中、北部傾斜，呈撮箕形，向北東敞口［1］（圖1）。

因海拔懸殊大，地形復(fù)雜，多樣化、多層次立體氣候明顯，其氣溫分布隨著區(qū)域環(huán)境的不同差異大；數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品中直接輸出2 m高溫度預(yù)報(bào)，由于模式本身誤差、初始邊界條件等種種原因，模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)際氣溫狀況存在較大差異，各地針對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)模式開展氣溫的釋用，效果不盡一致［2］。如佟華等總結(jié)了T213L31全球中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)中2 m溫度預(yù)

報(bào)存在系統(tǒng)性偏低的問題［3］；王鳳嬌等在分析單站氣溫變化基本特征的基礎(chǔ)上，劃分了云量、風(fēng)向風(fēng)速等對(duì)溫度變化影響的分級(jí)，研究采用分類氣溫平均變量制作3 h短時(shí)氣溫預(yù)報(bào)的客觀統(tǒng)計(jì)分析方法，經(jīng)檢驗(yàn)試用效果良好［4］。每天的高低溫預(yù)報(bào)是氣象部門對(duì)社會(huì)公眾發(fā)布的一項(xiàng)重要內(nèi)容，同時(shí)在城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)中也占有重要的比例。數(shù)值產(chǎn)品已成為廣大預(yù)報(bào)員在日常預(yù)報(bào)中的主要參考依據(jù)，但由于預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值產(chǎn)品解釋應(yīng)用能力弱，這也是制約城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)質(zhì)量提高的原因之一。為提高預(yù)報(bào)質(zhì)量，筆者對(duì)ECMWF瞭hin和T639瞭hin數(shù)值模式產(chǎn)品與懷化市11個(gè)縣市區(qū)氣象站點(diǎn)每天的高低溫實(shí)況進(jìn)行對(duì)比分析，客觀地參考數(shù)值產(chǎn)品，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，對(duì)數(shù)值產(chǎn)品本地化進(jìn)行了一些償試。

圖1 懷化市地形與地勢(shì)

1 資料與方法

模式預(yù)報(bào)要素產(chǎn)品是考慮了海拔、地形、植被等因素，在釋用中不再需要對(duì)此進(jìn)行研究，僅需找出一些系統(tǒng)性的誤差進(jìn)行訂正即可。另外，無論是ECMWF瞭hin還是T639瞭hin氣溫預(yù)報(bào)值均是定時(shí)值，并非極值，只不過是前72 h是每間隔3 h預(yù)報(bào)一次，時(shí)間分辨率高，后168 h為每6 h一次。以下是按城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)時(shí)段挑選相應(yīng)站點(diǎn)極值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；還有一點(diǎn)，城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)時(shí)段是08：00～次日08：00、20：00～次日20：00，從近1年2個(gè)時(shí)段預(yù)報(bào)與實(shí)況全市平均狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（略）顯示，2個(gè)時(shí)段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)近乎一致，故按08：00～次日08：00段預(yù)報(bào)與實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也無需分月或分季統(tǒng)計(jì)。

1.1 資料選取選取2013年4月1日～2014年2月28日ECMWF瞭hin與T639瞭hin細(xì)網(wǎng)格2 m各時(shí)次氣溫?cái)?shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，內(nèi)插至各縣站，并挑選出氣溫極值，同時(shí)選取相應(yīng)時(shí)段各縣站每天高低溫實(shí)況進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)和分析。

1.2 研究方法檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)誤差值｜△玊｜（｜模式極端氣溫預(yù)報(bào)-實(shí)況極端氣溫｜）≤2 ℃時(shí)為正確，否則錯(cuò)誤。

極端氣溫預(yù)報(bào)正確率=（極端氣溫準(zhǔn)確次數(shù)/極端氣溫預(yù)報(bào)總次數(shù)）×100；

極端氣溫預(yù)報(bào)誤差滑動(dòng)平均訂正方法是極端氣溫預(yù)報(bào)值 = 模式預(yù)報(bào)氣溫極端值 + ｜△玊｜誤差滑動(dòng)平均值（1或2 d），

誤差滑動(dòng)平均值=（前天的誤差值 + 昨天的誤差值）/2，稱為2天滑動(dòng)平均。

天空狀況分型具體如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分析

2.1.1ECMWF瞭hin檢驗(yàn)。

表1 天空狀況分型

類型 天空狀況 云量（成） 天氣現(xiàn)象

I型 晴天、少云 ＜4 無降水

Ⅱ型 多云 4～7 無降水

Ⅲ型 陰天 ≥8 無降水

Ⅳ型 雨天 ≥8 ≥0.1 mm降水

2.1.1.1高低溫檢驗(yàn)。

由圖2a可見，全市最高氣溫平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率低，僅第1天稍高，其他時(shí)段均在30.0%附近，錯(cuò)誤率很高；通過誤差滑動(dòng)平均訂正后，正確率迅速提升，第1天從37.6%訂正后準(zhǔn)確率上升至74.4%，第2天從33.5%升至70.0%，第3天從31.5%升至67.2%；北中部預(yù)報(bào)比南部好。

最低氣溫平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高（圖2b），前4 d分別為75.6%、75.1%、72.0%、69.9%，自身錯(cuò)誤率較低，具有很高的參考價(jià)值，不具備像高溫一樣的訂正規(guī)律。

圖2 EC高溫（a）和低溫（b）正確（錯(cuò)誤）率和誤差滑動(dòng)平均訂正的正確（錯(cuò)誤）率

2.1.1.2不同天氣類型高低溫的訂正。

注：負(fù)值說明預(yù)報(bào)值低于實(shí)況值，正值就是高于實(shí)況值。

圖3 EC不同天氣類型高溫（a）、低溫（b）訂正值

2.1.2T639瞭hin檢驗(yàn)。

2.1.2.1高低溫檢驗(yàn)。

由圖4可見，T639瞭hin高溫預(yù)報(bào)平均正確率較低，錯(cuò)誤率高，未來6 d正確率均在35.0%以下，但通過誤差滑動(dòng)平均訂正后，前2 d正確率雖達(dá)到了60.0%左右，可信度還是較低，訂正后的預(yù)報(bào)值僅僅只能作為參考，后4 d也僅只有50.0%的可信度。

前2 d最低氣溫的平均正確率為52.5%，后4 d在62.0%附近，說明T639瞭hin低溫預(yù)

報(bào)比高溫預(yù)報(bào)好，通過誤差滑動(dòng)平均訂正后，┣2 d正確率達(dá)

圖4 T639高溫（a）和低溫（b）正確（錯(cuò)誤）率和誤差滑動(dòng)平均訂正的正確（錯(cuò)誤）率

78.9%，在日常預(yù)報(bào)中也具有很好的參考作用，后4 d不具備誤差滑動(dòng)平均訂正規(guī)律。

2.1.2.2不同天氣類型高低溫的訂正。

從圖5可以看出，數(shù)據(jù)大部分為負(fù)數(shù)，說明不論是哪種天氣型式，T639瞭hin的預(yù)報(bào)值均比實(shí)況大部分低，當(dāng)以它的預(yù)報(bào)值為參考依據(jù)時(shí)，應(yīng)該在T639瞭hin預(yù)報(bào)值的基礎(chǔ)上加（減）相應(yīng)的訂正值。

圖5顯示，高溫誤差與ECMWF瞭hin具有相同規(guī)律，晴天、多云、陰天、雨天的誤差分別是-5、-4、-2、-0.5 ℃；低溫時(shí)，陰天的誤差比多云晴天大，多云與晴天的基本相同，晴天比雨天大，陰天、多云、晴天、雨天第1天誤差基本均是-2 ℃，第2~4天基本上分別是-2、-1、-1、0.5 ℃；如果用｜△玊｜≤2 ℃為標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)報(bào)高溫時(shí)，只有T639瞭hin預(yù)報(bào)陰天、雨天的高溫值可以應(yīng)用天日常預(yù)報(bào)，其他型的天氣必須經(jīng)過訂正；低

溫時(shí)，T639瞭hin除第1天需訂正外，其余時(shí)段預(yù)報(bào)的低溫值

圖5 T639不同天氣類型高溫（a）、低溫（b）平均訂正值

也可以應(yīng)用天日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。

2.1.3ECMWF瞭hin與T639瞭hin對(duì)比分析。

由圖6a可見，不管是EC還是T639對(duì)當(dāng)?shù)氐母邷仡A(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均較低，EC均在37.6%以下，T639在34.1%以下，隨著時(shí)間的推移，T639加速下滑，而EC較為穩(wěn)定；通過誤差滑動(dòng)訂正后，準(zhǔn)確率均得到較大幅度的提高，EC前3 d分別為74.4%、70.0%、67.0%，T639分別為60.2%、58.4%、54.3%，EC較T639平均高出10個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)預(yù)報(bào)員來說具有很好的參考價(jià)值。

對(duì)于最低氣溫（圖6b）預(yù)報(bào)而言，EC的準(zhǔn)確率高，前3 d分別為75.6%、75.1%、72.0%；T639前2 d較低（52.5%），后幾天為61.0%～65.1%，從T639訂正曲線看，前2 d符合誤差滑動(dòng)訂正規(guī)律，準(zhǔn)確率達(dá)78.9%，后面幾天不符合這條規(guī)律。

從圖3與圖5對(duì)比可以看到，EC數(shù)據(jù)絕對(duì)值較T639小，說明EC誤差較T639小，EC訂正值曲線沒有T639起伏大，也說明EC較T639預(yù)報(bào)值較平穩(wěn)；只有在預(yù)報(bào)陰雨天時(shí)，高溫、低溫的預(yù)報(bào)值均可以應(yīng)用于日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中。

圖6 EC、T639高溫（a）和低溫（b）預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率對(duì)比

2.2 誤差滑動(dòng)訂正的實(shí)用性

多年來，懷化市城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)極端氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量，特別是高溫在全省排名均在最后，為解決這一問題，將誤差訂正的規(guī)律應(yīng)用到日常工作中，2013年下半年懷化市的預(yù)報(bào)質(zhì)量得到了很大的改觀，從倒數(shù)第一，躍進(jìn)到了（全省14個(gè)地州市）第六名；2014年第一季度也位居全省第七，高低溫預(yù)報(bào)質(zhì)量分別位居全省第二和第一位。

3 結(jié)論與討論

（1）無論是EC還是T639對(duì)懷化市的最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均較低，均服從誤差滑動(dòng)平均訂正規(guī)律，EC前3 d準(zhǔn)確率分別是74.4%、70.0%、62.5%，T639分別為60.2%、58.4%、54.3%；對(duì)最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，EC前3 d分別是75.6%、75.1%、72.0%，T639通過誤差滑動(dòng)訂正后，也達(dá)到了較高水平，分別是78.9%、78.9%、62.9%。

（2）如果將天空狀況分為晴天、多云、陰天、雨天，EC高溫的系統(tǒng)誤差值分別是-4、-3、-2、-1 ℃；T639基本上是-5、-4、-2、-0.5 ℃；

在預(yù)報(bào)陰雨天氣時(shí)，EC和T639高、低溫的預(yù)報(bào)值均可以應(yīng)用于日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中。

在出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性天生時(shí)，2個(gè)數(shù)值產(chǎn)品均可能預(yù)報(bào)錯(cuò)誤，需要進(jìn)行人工訂正以提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

（3）EC、T639細(xì)網(wǎng)格的溫度預(yù)報(bào)均具有一定的參考價(jià)值，EC整體的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于T639，更具有參考作用。

參考文獻(xiàn)

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