歐洲中心細(xì)網(wǎng)格2 m溫度產(chǎn)品在遵義市的檢驗(yàn)及應(yīng)用

陳茜茜,張?jiān)魄?，?海，夏兆林

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；2.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；3.貴州省仁懷市氣象局，貴州 仁懷 564500；4.貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700)

歐洲中心細(xì)網(wǎng)格2 m溫度產(chǎn)品在遵義市的檢驗(yàn)及應(yīng)用

陳茜茜1,張?jiān)魄?，唐 海3，夏兆林4

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；2.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；3.貴州省仁懷市氣象局，貴州 仁懷 564500；4.貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700)

利用遵義市14個縣區(qū)站2013—2015年逐日最高氣溫、最低氣溫實(shí)況數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)分析了對應(yīng)時(shí)段內(nèi)歐洲中心(EC)細(xì)網(wǎng)格2 m(簡稱EC 2 m)溫度預(yù)報(bào)產(chǎn)品對遵義市的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)2015年EC 2 m溫度預(yù)報(bào)平均誤差，對2016年1—8月EC 2 m溫度進(jìn)行訂正檢驗(yàn)。結(jié)果表明：2013—2015年EC 2 m溫度對遵義地區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈逐年上升趨勢，最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率遠(yuǎn)高于最高氣溫。其中，2015年EC 2 m溫度預(yù)報(bào)系統(tǒng)性偏低；最高氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈冬、秋、春、夏遞減，最低氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈夏、秋、春、冬遞減；最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨時(shí)效延長呈下降趨勢，最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨時(shí)效延長呈波動變化趨勢；播州、匯川、綏陽、赤水、習(xí)水、鳳岡各時(shí)次的最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都在80%以上，參考性強(qiáng)，其余站點(diǎn)相對較低。通過平均誤差對EC 2 m溫度進(jìn)行訂正并檢驗(yàn)，訂正效果明顯。

EC 2 m溫度；預(yù)報(bào)檢驗(yàn)；訂正

Abstract：The accuracy of ECMWF Fine Grid in forecasting the 2-meter temperature, daily maximum temperature and minimum temperature at 14 stations located in Zunyi for 2013-2015 was analyzed. Based on the analysis, the ECMWF forecast issued from January to August 2016 was revised by subtracting the average error from the forecast, and the result of the revised forecast was evaluated. Results show that the accuracy of ECMWF Fine Grid in forecasting the 2-meter temperature in Zunyi increased year by year. The minimum temperature forecast was noticeably more accurate than its maximum temperature forecast. In particular, in 2015, the model forecast tended to produce a systematically lower value than the actual temperature. The accuracy of maximum temperature forecast was found to have seasonal dependence, with winter being the most accurate, followed by autumn, spring, and with summer being the least. On the other hand, the accuracy of minimum temperature forecast deceased along with summer, autumn, spring and winter. The accuracy of the maximum temperature forecast decreased as the forecast range increased. The accuracy of the minimum temperature forecast was found to fluctuate as the forecast range increased. The minimum temperature forecast at Bozhou, Huichuan, Suiyang, Chishui, Xishui and Fenggang had an accuracy of over 80% for all forecast range, which proved their great reliability for forecasters. Finally, the revised ECMWF 2-meter temperature forecast has shown general improvement over the original forecast.

Keywords：ECMWF Fine Grid; 2m temperature; predicted evaluation; revise

1 引言

溫度預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)的重要組成部分，其準(zhǔn)確率不僅關(guān)系到天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量，還對人們的健康、出行以及農(nóng)業(yè)都有著重要的影響。因此，為了提高溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，適應(yīng)社會發(fā)展需求，預(yù)報(bào)員必須加強(qiáng)對本地溫度預(yù)報(bào)的研究，讓預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確精細(xì)。

隨著天氣科學(xué)、高性能計(jì)算和觀測系統(tǒng)的不斷發(fā)展，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性也得到了極大提高，目前全世界已有30多個國家和地區(qū)把數(shù)值天氣預(yù)報(bào)作為日常天氣預(yù)報(bào)的主要方法，預(yù)報(bào)員對數(shù)值預(yù)報(bào)的依賴度越來越高。但是數(shù)值模式的初值物理過程本身就存在一定誤差，而且研究表明數(shù)值預(yù)報(bào)在不同地域和不同天氣系統(tǒng)背景下的準(zhǔn)確率也是不一樣的[1]，因此數(shù)值預(yù)報(bào)在使用前有必要進(jìn)行全方位的檢驗(yàn)和評估。EC 2 m溫度作為遵義市日常預(yù)報(bào)中最常使用的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，目前還沒有學(xué)者對其準(zhǔn)確性進(jìn)行過有效檢驗(yàn)。根據(jù)劉春風(fēng)[2]、吳明輝[3]等人對數(shù)值溫度預(yù)報(bào)產(chǎn)品的研究發(fā)現(xiàn)，利用科學(xué)的方法對數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行訂正，將大大提高溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。本文將通過檢驗(yàn)評估過去EC 2 m溫度的準(zhǔn)確性，分析找出有效的訂正方法，為遵義地區(qū)的溫度預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

2 資料概況和研究方法

2.1 資料

預(yù)報(bào)檢驗(yàn)所用實(shí)況資料為2013—2015年全年遵義地區(qū)14個縣區(qū)站(桐梓、赤水、習(xí)水、道真、正安、務(wù)川、仁懷、匯川、遵義、播州、綏陽、湄潭、鳳岡、余慶)逐日最高氣溫和最低氣溫記錄。訂正檢驗(yàn)所用實(shí)況資料為2016年1—8月遵義地區(qū)以上觀測資料。

預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為2013年1月—2016年8月EC 2 m溫度預(yù)報(bào)資料，起報(bào)時(shí)次選取20時(shí)，預(yù)報(bào)時(shí)效選取未來120 h，其中日最高氣溫和日最低氣溫為該日所有預(yù)報(bào)時(shí)次預(yù)報(bào)值中的最大值和最小值。格點(diǎn)值的選取方法是選取離遵義地區(qū)14個縣區(qū)站最近的格點(diǎn)，以該格點(diǎn)的值作為該站的預(yù)報(bào)值。

2.2 研究方法

根據(jù)《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法(試行)》中給出的溫度預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法，計(jì)算出各站的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、平均絕對誤差、平均誤差。溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的實(shí)際含義是溫度預(yù)報(bào)絕對誤差≤2℃的百分率。設(shè)Fi為某格點(diǎn)第i天的預(yù)報(bào)溫度，Oi為某格點(diǎn)第i天的實(shí)況溫度，Nr為預(yù)報(bào)正確的天數(shù)，N為預(yù)報(bào)的總天數(shù)。具體計(jì)算公式如下：

預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率：

(1)

平均絕對誤差：

(2)

平均誤差：

(3)

計(jì)算出2013—2015年EC 2 m溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率后，對2015年檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行細(xì)化分析，根據(jù)2015年各站分季節(jié)平均誤差對2016年EC 2 m溫度進(jìn)行訂正，并對訂正結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 EC 2 m溫度對2013—2015年遵義地區(qū)年平均預(yù)報(bào)質(zhì)量對比分析

通過計(jì)算2013—2015年遵義地區(qū)14個站點(diǎn)120 h內(nèi)年平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，得出2013—2015年最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別為37.2%、39.1%、40.4%，最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別為66.2%、69.0%、74.5%；可以看出EC 2 m溫度對遵義地區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈逐年上升趨勢，最高氣溫預(yù)報(bào)效果較差，沒有參考價(jià)值，最低氣溫預(yù)報(bào)效果相對較好，具有一定參考性。

3.2 2015年EC 2 m溫度對遵義地區(qū)年平均預(yù)報(bào)質(zhì)量分析

通過分析2015年EC 2 m溫度對遵義地區(qū)年平均預(yù)報(bào)質(zhì)量，得出最低氣溫預(yù)報(bào)平均絕對誤差1.40 ℃，最高氣溫預(yù)報(bào)平均絕對誤差2.70 ℃，可見最低氣溫預(yù)報(bào)不僅準(zhǔn)確率遠(yuǎn)大于最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，且預(yù)報(bào)誤差較小，最低氣溫的預(yù)報(bào)總體較最高氣溫更具有參考價(jià)值。

通過分析各預(yù)報(bào)時(shí)次的平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(14個站點(diǎn)求年平均)，發(fā)現(xiàn)最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨預(yù)報(bào)時(shí)效延長逐漸降低(圖1)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率從24 h的43.7%下降到120 h的37.1%，平均絕對誤差也隨預(yù)報(bào)時(shí)效延長而增大，從24 h的2.85 ℃增長到120 h的3.66 ℃。最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈波動變化，平均絕對誤差也隨準(zhǔn)確率波動變化，前72 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率相對較低，在70%～75%之間，96～120 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率略高于75%，96 h為最高，達(dá)到76.8%。各時(shí)次平均誤差均為負(fù)值(最高氣溫平均誤差為-2.50～-2.19 ℃，最低氣溫平均誤差為-1.20～-0.60 ℃)，可見預(yù)報(bào)系統(tǒng)性偏低。

圖1 2015年最高氣溫(a)、最低氣溫(b)不同時(shí)效預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分布圖Fig.1 The distribution of maximum(a) and minimum(b) temperature with respect to forecast hour in 2015

3.3 2015年EC 2 m溫度對遵義地區(qū)各站預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分析

從單站平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率來看，播州的最低氣溫和最高氣溫都為最高，而其最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(61.0%)遠(yuǎn)低于最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(91.2%)。除播州外，其余站點(diǎn)最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都在60%以下，參考性差。播州、匯川、綏陽、赤水、習(xí)水、鳳岡、湄潭的最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均在80%以上，有較好的參考價(jià)值；務(wù)川、桐梓、正安的最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在60%以下，最低為務(wù)川51.7%。同時(shí)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高的站點(diǎn)平均絕對誤差相對較小。由此可見，EC 2 m溫度預(yù)報(bào)產(chǎn)品對遵義、桐梓、余慶和北部站點(diǎn)(務(wù)川、道真、正安)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率相對較低，其余站點(diǎn)相對較高。

按照不同預(yù)報(bào)時(shí)次分析各站的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(圖2)。對于最高氣溫，只有播州的24 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到了70%以上，匯川、習(xí)水達(dá)到60%以上，其余各站各時(shí)次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均在60%以下，參考性低。對于最低氣溫，播州和匯川預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高且隨預(yù)報(bào)時(shí)效延長而遞減，24～72 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上，96～120 h仍然保持在80%以上，尤其是播州，120 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也達(dá)到87.2%，參考價(jià)值極高；綏陽、赤水、習(xí)水、鳳岡預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率各時(shí)次都保持在80%以上，隨時(shí)效延長波動變化；湄潭、仁懷各個時(shí)次的最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率保持在70%以上，有較好的參考性；余慶除24 h外，其余時(shí)次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在70%以上；其余站點(diǎn)各時(shí)次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率基本都低于70%，參考價(jià)值較差。

圖2 2015年各站最高氣溫(a)、最低氣溫(b)不同時(shí)效預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分布圖Fig.2 The distribution of maximum(a) and minimum(b) temperature with respect to forecast hour for each station in 2015

3.4 2015年EC 2 m溫度對遵義地區(qū)不同季節(jié)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分析

對2015年4個季節(jié)遵義地區(qū)平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(120h內(nèi)14個站點(diǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率求平均)進(jìn)行分析，從最高氣溫預(yù)報(bào)來看，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率偏低，分別為冬季48.9%、秋季47.8%、春季34.9%、夏季33.2%，參考價(jià)值較低。從最低氣溫的預(yù)報(bào)來看，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為夏季80.1%、秋季76.9%、春季74.3%、冬季63.1%，冬季預(yù)報(bào)效果較差。

從各站分季節(jié)預(yù)報(bào)來看(圖3)，最高氣溫預(yù)報(bào)效果較差，只有播州和匯川預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在冬季接近70%，相對較好，其余都較低。最低氣溫預(yù)報(bào)效果較好，參考價(jià)值較高：春季，匯川、播州區(qū)、綏陽預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于90%；夏季，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于90%的站點(diǎn)有播州、赤水、鳳岡、習(xí)水；秋季，播州預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在90%以上；冬季，播州、匯川、綏陽預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于80%；4個季節(jié)中預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高為夏季，播州達(dá)94.7%；遵義、道真、正安、桐梓、務(wù)川各季節(jié)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率普遍在70%以下，參考價(jià)值較低，但其中道真在夏季和秋季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在75%左右，有一定參考意義。

圖3 2015年各站最高氣溫(a)、最低氣溫(b)不同季節(jié)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分布圖Fig.3 The distribution of maximum(a) and minimum(b) temperature with respect to season for each station in 2015

4 訂正檢驗(yàn)

利用2015年各站各季節(jié)EC 2 m溫度預(yù)報(bào)的平均誤差對2016年EC 2 m溫度進(jìn)行訂正。最高氣溫訂正結(jié)果：前72 h各站預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率基本在60%以上，120 h內(nèi)平均在50%以上。分季節(jié)來看，夏季的訂正效果最佳，平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提高了36.2%，冬季和春季訂正效果相對較差，仍提高了19.6%和15.3%。

由于最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率訂正前已經(jīng)較高，所以訂正后的準(zhǔn)確率提高不及最高氣溫明顯，冬季提高了10.3%，春季6.6%，夏季5.3%。訂正后使EC 2 m溫度預(yù)報(bào)更具參考價(jià)值，冬季120 h內(nèi)最低氣溫平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到73.0%，春季82.7%，夏季高達(dá)89.4%。

綜上所述，此方法對EC 2 m溫度訂正效果明顯，有效提高了遵義地區(qū)EC 2 m溫度產(chǎn)品的參考性。

5 結(jié)論

①2013—2015年EC 2 m溫度對遵義地區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈逐年上升趨勢，其中最低氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率平均高出最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率30%左右，具有一定參考性，而最高氣溫的預(yù)報(bào)沒有參考價(jià)值。

②2015年EC 2 m溫度最高氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨時(shí)效延長呈下降趨勢，最低氣溫隨時(shí)效延長呈波動變化趨勢，兩者各時(shí)次的平均誤差均為負(fù)值，預(yù)報(bào)系統(tǒng)性偏低。

③2015年播州、匯川、綏陽、赤水、習(xí)水、鳳岡各時(shí)次的最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都在80%以上(播州準(zhǔn)確率最高，達(dá)到91.2%)，參考性強(qiáng)，其余站點(diǎn)相對較低。

④2015年分季節(jié)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分析中，最高氣溫預(yù)報(bào)參考價(jià)值較低，最高為冬季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率48.9%，秋季、春季、夏季依次降低；最低氣溫預(yù)報(bào)參考價(jià)值較高，最高為夏季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率80.1%，秋季、春季、冬季依次降低。

⑤通過2015年各站各季節(jié)EC 2 m溫度預(yù)報(bào)的平均誤差對2016年EC 2 m溫度進(jìn)行訂正并檢驗(yàn)，訂正效果明顯。

[1] 陳海鳳，黃世芹，金建德，等.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[J].貴州氣象，2014,38(4):22-25.

[2] 劉春風(fēng)，徐歡，宋雪明，等.ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2m溫度在新疆及周邊地區(qū)的預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)[J].沙漠與綠洲氣象，2014,8(6):10-15.

[3] 吳明輝，毛建明，田海.基于數(shù)值產(chǎn)品的銅仁市溫度預(yù)報(bào)研究[J].貴州氣象，2010,34(Z):96-97.

TheEvaluationandApplicationofECMWFFineGridfor2-MeterTemperatureinZunyi

CHEN Qianqian1, ZHANG Yunqiu2, TANG Hai3, XIA Zhaolin4

(1.Yuqing Meteorological Bureau, Yuqing 564400, China; 2.Tongzi Meteorological Bureau,Tongzi 563200, China; 3.Renhuai Meteorological Bureau, Renhuai 564500, China; 4. Chishui Meteorological Bureau, Chishui 564700, China)

P457.3

B

1003-6598(2017)04-0035-04

2017-04-24

陳茜茜(1991-)，女，助工，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作,E-mail:280037624@qq.com。

遵義市氣象局青年基金資助項(xiàng)目(遵氣科合QN[2016]03號)：EC 2 m溫度產(chǎn)品在遵義市的檢驗(yàn)及應(yīng)用。