EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)在貴陽地區(qū)的釋用效果分析

陳海鳳，黃世芹，金建德，倪 雷

(1.貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001;2.貴州省氣象局，貴州 貴陽 550002)

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，政府和公眾對氣象的關(guān)心程度日益增強(qiáng)，不僅要求氣象部門提供日常天氣預(yù)報(bào)服務(wù)，還希望及時獲取高精度、連續(xù)滾動的天氣服務(wù)信息。同時，氣候變化和城市化的進(jìn)展使得城郊溫度差異愈發(fā)明顯，因此溫度的精細(xì)化預(yù)報(bào)已成為天氣預(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢和研究熱點(diǎn)。作為整個貴州地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心，擁有三百多萬人口的貴陽各級政府和公眾對天氣預(yù)報(bào)也提出了更多、更新、更高的要求。進(jìn)一步完善天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)、發(fā)展氣象要素精細(xì)化預(yù)報(bào)是提升城市氣象服務(wù)質(zhì)量的重要一環(huán)，對保障人民的生產(chǎn)生活、保證大型活動的正常進(jìn)行、提高貴陽地區(qū)的經(jīng)濟(jì)有著重大的意義。

另一方面，隨著氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式日趨完善，預(yù)報(bào)精度不斷提高，但是預(yù)報(bào)值與實(shí)際值之間始終存在誤差，且隨著預(yù)報(bào)時效的延長，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率逐漸下降，誤差逐漸增大［1－4］。為了合理有效的使用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，就需要對數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，弄清數(shù)值預(yù)報(bào)各要素的可用預(yù)報(bào)時效以及數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在不同天氣背景下預(yù)報(bào)能力的差異，為數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用作必要的準(zhǔn)備。

考慮到實(shí)況資料的連續(xù)性和可靠性，本文選取貴陽地區(qū)8個7要素站(息烽、開陽、修文、清鎮(zhèn)、貴陽、白云、花溪、烏當(dāng))觀測到的氣溫為實(shí)況，以檢驗(yàn)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)細(xì)網(wǎng)格(0.25°×0.25°)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在貴陽地區(qū)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

2 資料和方法

2.1 預(yù)報(bào)資料

目前業(yè)務(wù)臺站接收到的歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品有2個時次，分別為08時起報(bào)和20時起報(bào)，根據(jù)Micaps第4類格式，將網(wǎng)格點(diǎn)格式EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)值根據(jù)貴陽地區(qū)8個站點(diǎn)的經(jīng)緯度插值到每個站點(diǎn)，得到每個站點(diǎn)的預(yù)報(bào)值。插值方法為:求距離各個站點(diǎn)的最近格點(diǎn)a，以最近距離格點(diǎn)a的預(yù)報(bào)值作為各站點(diǎn)的預(yù)報(bào)值。

本文根據(jù)需要選用了08時、20時起報(bào)的預(yù)報(bào)時效為6、18、30、42……234 h的各站預(yù)報(bào)值，用以檢驗(yàn)10 d內(nèi)EC細(xì)網(wǎng)格對02時和14時近地面氣溫的預(yù)報(bào)效果。

2.2 實(shí)況資料

根據(jù)自動站B文件，解析24 h整點(diǎn)氣溫，然后根據(jù)連續(xù)2 d 14時整點(diǎn)氣溫差將其分為升溫(Td2－Td1)＞5℃、降溫(Td2－ Td1)＜ －5℃，平緩天氣|Td2－Td1|≤5℃)3種不同的天氣背景，將實(shí)況溫度數(shù)據(jù)入庫。根據(jù)上述8個站的預(yù)報(bào)和實(shí)況數(shù)據(jù)，采用各站02時、14日氣溫實(shí)況對EC細(xì)網(wǎng)格每日08時起報(bào)、20時起報(bào)的不同時效的2 m溫度預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.3 檢驗(yàn)方法

中國氣象局下發(fā)的《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法(試行)》給出了溫度預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)方法，計(jì)算各站的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率:

NrK為預(yù)報(bào)正確的站(次)數(shù)，NfK為預(yù)報(bào)的總站(次)數(shù)。

溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的實(shí)際含義是溫度預(yù)報(bào)誤差≤2℃的百分率。

2.4 檢驗(yàn)時段

2013年7月1日—2013年11月30日。

3 結(jié)果分析

3.1 EC細(xì)網(wǎng)格7—11月溫度平均預(yù)報(bào)質(zhì)量分析

3.1.1 不同時效的區(qū)域平均預(yù)報(bào)質(zhì)量分析 圖1顯示了EC細(xì)網(wǎng)格08時、20時起報(bào)的對不同時間的2 m溫度預(yù)報(bào)質(zhì)量隨時效延長的變化趨勢，可以看到，EC細(xì)網(wǎng)格對貴陽地區(qū)的2 m溫度預(yù)報(bào)質(zhì)量隨著預(yù)報(bào)時效的延長呈波動性變化，起報(bào)時間和預(yù)報(bào)時間一定時，EC細(xì)網(wǎng)格對貴陽地區(qū)的2 m溫度預(yù)報(bào)質(zhì)量隨預(yù)報(bào)時效的延長而降低，并且其對02時的氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯高于其對14時氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。EC細(xì)網(wǎng)格08時、20時起報(bào)的對02時氣溫的預(yù)報(bào)在前5 d(144 h以內(nèi))準(zhǔn)確率全部在70%以上，效果較好，對預(yù)報(bào)員在溫度的預(yù)報(bào)上有較大的指導(dǎo)作用，第6～10 d(168～240 h)準(zhǔn)確率基本在60%～70%之間，也具有一定的參考作用;而EC細(xì)網(wǎng)格08時、20時起報(bào)的對14時氣溫的預(yù)報(bào)效果較差，在時效為6 h時準(zhǔn)確率也僅有66%和61%，遠(yuǎn)低于對當(dāng)天02時氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，隨著預(yù)報(bào)時效的延長，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率逐漸降低，預(yù)報(bào)時效延長至96 h時，其準(zhǔn)確率基本降至60%以下，186、210、234 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更是不足50%，在實(shí)際工作中其可參考性很低。

這里規(guī)定預(yù)報(bào)時效在24 h內(nèi)的預(yù)報(bào)為第1 d預(yù)報(bào)，24～48 h內(nèi)的預(yù)報(bào)為第2 d預(yù)報(bào)，依次類推?？梢钥吹剑?8時和20時起報(bào)的EC細(xì)網(wǎng)格對同1 d同一時刻的氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率差值基本在4%以下;而對同1 d不同時刻的氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率相差較大，其對夜間(02時)氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率要比其對白天(14時)氣溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率高10個百分點(diǎn)以上，差別最大的出現(xiàn)在第9 d，兩者預(yù)報(bào)質(zhì)量相差達(dá)19%。綜上分析可見，EC細(xì)網(wǎng)格對同一天的夜間氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量比對白天氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量高，兩者預(yù)報(bào)質(zhì)量相差10%以上，最大可達(dá)19%，可見EC細(xì)網(wǎng)格對夜間溫度的預(yù)報(bào)要比白天溫度的可參考性更高，實(shí)際工作中運(yùn)用EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)時需要注意根據(jù)實(shí)況進(jìn)行訂正特別是對白天溫度預(yù)報(bào)的訂正。

圖1 EC細(xì)網(wǎng)格08時(a、d)、20時(b、c)起報(bào)2 m溫度預(yù)報(bào)質(zhì)量隨時效變化圖

圖2 EC細(xì)網(wǎng)格對不同站點(diǎn)02時(a)、14時(b)氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量分布

圖3 EC細(xì)網(wǎng)格在不同天氣背景下對修文2 m溫度平均預(yù)報(bào)質(zhì)量

3.1.2 EC細(xì)網(wǎng)格對不同站點(diǎn)的預(yù)報(bào)質(zhì)量分析 圖2a是EC細(xì)網(wǎng)格08時、20時起報(bào)的對不同站點(diǎn)02時氣溫的平均預(yù)報(bào)質(zhì)量分布，第1 d是指24 h內(nèi)08時起報(bào)(18 h)的對02時氣溫預(yù)報(bào)和20時起報(bào)(6 h)的對02時氣溫預(yù)報(bào)的平均質(zhì)量，第2 d是48 h內(nèi)平均預(yù)報(bào)質(zhì)量，依次類推(下同)。由圖可見EC細(xì)網(wǎng)格對02時氣溫的各站點(diǎn)預(yù)報(bào)質(zhì)量差異較大，對修文、白云的預(yù)報(bào)效果最好，第1 d預(yù)報(bào)質(zhì)量高達(dá)95.6%(修文)和93.0%(白云)，前5 d(120 h內(nèi))預(yù)報(bào)質(zhì)量均在80%以上，第7 d(168 h內(nèi))預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在75%以上;其次為開陽，前4 d(96 h內(nèi))預(yù)報(bào)質(zhì)量在80% ～90%之間;而息烽、花溪、烏當(dāng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較差，尤其是花溪、烏當(dāng)，各時效的預(yù)報(bào)質(zhì)量基本在60%或以下。

圖2b是EC細(xì)網(wǎng)格08時、20時起報(bào)的對不同站點(diǎn)14時氣溫的平均預(yù)報(bào)質(zhì)量分布。由圖可見EC細(xì)網(wǎng)格對14時氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量明顯低于其對02時氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量，準(zhǔn)確率最好的白云的第1 d預(yù)報(bào)也僅有76.4%的準(zhǔn)確率，其余準(zhǔn)確率全部在75%以下。但EC細(xì)網(wǎng)格對站點(diǎn)的氣溫預(yù)報(bào)仍然是修文、白云的預(yù)報(bào)效果最好，其前4 d(96 h以內(nèi))預(yù)報(bào)質(zhì)量在70%以上，其余時效及其它站點(diǎn)的預(yù)報(bào)質(zhì)量均在65%以下，預(yù)報(bào)效果最差的花溪、烏當(dāng)準(zhǔn)確率基本在55%以下。

3.2 不同天氣背景下的預(yù)報(bào)質(zhì)量分析

為分析不同天氣背景下EC細(xì)網(wǎng)格對貴陽地區(qū)的預(yù)報(bào)效果，本文根據(jù)本地連續(xù)前后2 d 14時整點(diǎn)氣溫差將7—11月天氣分為升溫(Td2－Td1)＞5℃、降溫(Td2－ Td1)＜ －5℃，平緩天氣|Td2－ Td1|≤ 5℃)3種不同的天氣，同時前文分析表明，EC細(xì)網(wǎng)格對修文的預(yù)報(bào)效果最好，這里選取修文為代表，分別對上述3種不同的天氣情況及不區(qū)分天氣背景情況下的EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)進(jìn)行對比檢驗(yàn)。結(jié)果表明(圖3)，對7—11月不同時次不區(qū)分天氣背景的預(yù)報(bào)質(zhì)量(下稱綜合預(yù)報(bào)質(zhì)量)和平穩(wěn)天氣背景下的質(zhì)量比較接近，當(dāng)預(yù)報(bào)時次及預(yù)報(bào)時間一定時，其準(zhǔn)確率隨預(yù)報(bào)時效的延長呈準(zhǔn)線性降低，與前文分析一致;當(dāng)本地氣溫升高時，EC細(xì)網(wǎng)格對氣溫的預(yù)報(bào)較好，大多接近或高于綜合預(yù)報(bào)質(zhì)量，而當(dāng)本地氣溫出現(xiàn)降溫時，其預(yù)報(bào)效果較差，明顯低于綜合預(yù)報(bào)質(zhì)量。

4 結(jié)論

本文利用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)細(xì)網(wǎng)格(0.25°×0.25°)2013年7—11月的2 m 溫度預(yù)報(bào)對貴陽8個站點(diǎn)的不同時效的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明:

①EC細(xì)網(wǎng)格對貴陽地區(qū)的2 m溫度預(yù)報(bào)質(zhì)量并不是簡單的隨著預(yù)報(bào)時效的延長而降低，而是呈波動性變化，當(dāng)預(yù)報(bào)時次及預(yù)報(bào)時間一定時，預(yù)報(bào)質(zhì)量隨預(yù)報(bào)時效的延長而降低。

②預(yù)報(bào)時效差別不大時，對夜間氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量比對白天氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量高，兩者預(yù)報(bào)質(zhì)量相差10%以上。可見EC細(xì)網(wǎng)格對夜間氣溫的預(yù)報(bào)要比對白天氣溫預(yù)報(bào)的可參考性更高。

③預(yù)報(bào)時效相同時，EC細(xì)網(wǎng)格對貴陽地區(qū)不同站點(diǎn)的預(yù)報(bào)質(zhì)量差別較大。對修文、白云的預(yù)報(bào)質(zhì)量最好，對花溪、烏當(dāng)?shù)念A(yù)報(bào)質(zhì)量最差。

④當(dāng)本地出現(xiàn)升溫時，EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)質(zhì)量較好;當(dāng)本地出現(xiàn)降溫時，其預(yù)報(bào)效果較差，明顯低于綜合預(yù)報(bào)質(zhì)量。

［1］張守峰，郭文華，張金艷，等.T213模式對強(qiáng)冷空氣的短期預(yù)報(bào)能力分析檢驗(yàn)［J］.氣象，2003，29(8):42－47.

［2］李勇.2007年6—8月T213與ECMWF及日本模式中期預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)［J］.氣象，2007，33(11):93－100.

［3］牛若蕓.2008年12月至2009年2月T639與ECMWF及日本模式中期預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)［J］.氣象，2009，35(5):112－119.

［4］皇甫雪官.國家氣象中心集合數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評價［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13(1):29 －36.