國(guó)家精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品在德州區(qū)域的檢驗(yàn)及誤差分析

周成 高雷娜 王逸鵬 劉春紅

摘要 ? ?本文收集處理了2014年9月到2015年9月國(guó)家精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品（以下簡(jiǎn)稱SCMOC）;利用德州11個(gè)站的實(shí)況資料對(duì)其20：00起報(bào)的日最低氣溫、日最高氣溫、晴雨、一般性降水和逐日3 h預(yù)報(bào)氣溫進(jìn)行對(duì)比分析并檢驗(yàn)預(yù)報(bào)質(zhì)量。結(jié)果表明，日最低氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量較好，無(wú)須訂正;日最高氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量較差，需訂正后作參考;二者都具有明顯的季節(jié)變化特征。通過誤差分析總結(jié)了誤差特點(diǎn)，并算得平均絕對(duì)誤差;逐3 h氣溫預(yù)報(bào)有明顯的日變化以及季節(jié)變化特征;一般性降水預(yù)報(bào)質(zhì)量不穩(wěn)定，其中的48 h預(yù)報(bào)質(zhì)量高于24 h預(yù)報(bào)質(zhì)量，降水預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率較高。研究結(jié)果可為提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供參考。

關(guān)鍵詞 ? ?國(guó)家精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品;預(yù)報(bào)質(zhì)量;誤差;溫度;降水;山東德州

中圖分類號(hào) ? ?P451 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）22-0154-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract ? ?This paper collected and processed SCMOC from September 2014 to September 2015， according to the actual datas from 11 stations in Dezhou， it compared and analyzed the daily minimum and maximum temperature， the shine and rain， the general precipitation and 3 h temperature forecast （started at 20： 00） to inspect the forecast quality. The results showed that the quality of daily minimum temperature forecast was good， which was no need to correct. The quality of daily maximum temperature forecast was poor， which should be correct for reference. Both of them had obvious seasonal change characteristics. Through the error analysis， the error characteristics were summarized and average absolute errors were calculated. The 3 h temperature forecast had obvious diurnal and seasonal change characteristics. The general precipitation forecast quality was not stable， the quality of 48 h forecast was higher than that of 24 h forecast， and the precipitation forecast vacancy rate was relatively higher. The research results can provide references for improving the forecast accuracy in the future.

Keywords ? ?SCMOC; forecast quality; error; temperature; precipitation; Dezhou Shandong

目前，德州市已經(jīng)開始利用國(guó)家發(fā)布的精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品（SCMOC），其預(yù)報(bào)時(shí)次的高密度、預(yù)報(bào)項(xiàng)目的多元素等特點(diǎn)是常規(guī)預(yù)報(bào)產(chǎn)品所不能代替的，但其預(yù)報(bào)質(zhì)量還需要進(jìn)一步確認(rèn)。對(duì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品應(yīng)該有客觀的認(rèn)識(shí)[1]，特別是日最高與最低氣溫、晴雨、一般性降水、精細(xì)化3 h氣溫等都是常規(guī)業(yè)務(wù)中重點(diǎn)考核的預(yù)報(bào)要素。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，未來(lái)預(yù)報(bào)的趨勢(shì)必將是推行精細(xì)化預(yù)報(bào)，其中包括氣象要素的精細(xì)化、預(yù)報(bào)時(shí)間的精細(xì)化等[2]。通過對(duì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的收集和實(shí)況對(duì)比驗(yàn)證其預(yù)報(bào)質(zhì)量，了解誤差特征，使其在今后的精細(xì)化預(yù)報(bào)工作以及常規(guī)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作中發(fā)揮更大的作用。

1 ? ?資料與方法

利用VB.NET軟件編寫程序收集并處理國(guó)家精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)資料[3]，編寫相應(yīng)程序并處理2014年9月到2015年9月共347 d全部預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，利用相應(yīng)時(shí)間德州全市11個(gè)站的逐3 h氣溫、日最高（低）氣溫、日降水量等實(shí)況數(shù)據(jù)對(duì)SCMOC指導(dǎo)報(bào)20：00起報(bào)的3 h氣溫、最高（低）氣溫、一般性降水進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，其中包括0～48 h的逐3 h溫度預(yù)報(bào)、0～48 h的一般性降水預(yù)報(bào)和0～72 h的最高（低）氣溫預(yù)報(bào)。

1.1 ? ?降水檢驗(yàn)

式中，F(xiàn)ARk為空?qǐng)?bào)率、POk為漏報(bào)率、TSk為一般性降水正確率、NAk為預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)、NBk為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)、NCk為漏報(bào)站（次）數(shù)，PC為晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、NA為有降水預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)，NB為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)、NC為漏報(bào)站（次）數(shù)、ND為無(wú)降水預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)。

1.2 ? ?氣溫檢驗(yàn)

式中，TAEi為第i站（站）的絕對(duì)誤差，TMAE為平均絕對(duì)誤差，F(xiàn)i為第i站（次）的預(yù)報(bào)溫度，Oi為第i站次的實(shí)況溫度，N為預(yù)報(bào)的總站次，Nr為氣溫預(yù)報(bào)正確的次數(shù)，TTr為預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，TTf+為正誤差比例，TTf-為負(fù)誤差比例，TRMSE為均方根誤差。氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量是|Fi-Oi|≤2的出現(xiàn)次數(shù)的百分率，正（負(fù)）誤差比例指Fi-Oi>2 ℃（Fi-Oi<-2 ℃）的出現(xiàn)次數(shù)占總次數(shù)的百分率，Nf+、Nf-分別為Fi-Oi>2 ℃、Fi-Oi<-2 ℃的站的預(yù)報(bào)站（次）數(shù)。

由于一般性降水、晴雨和逐3 h氣溫的72 h預(yù)報(bào)質(zhì)量較差，參考意義不大，故本文只分析72 h高低溫預(yù)報(bào)，以及48 h內(nèi)的一般性降水、晴雨和逐3 h氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量。

2 ? ?日最低、日最高氣溫預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

2.1 ? ?72 h內(nèi)日最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和誤差特征分析

由表1可知，全年日最低氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量與預(yù)報(bào)時(shí)效成反比，24 h平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)76%，其中德城區(qū)可達(dá)81%，參考意義比較大;48 h和72 h預(yù)報(bào)質(zhì)量下降比較明顯，分別為72%和69%;年平均絕對(duì)誤差和預(yù)報(bào)時(shí)效成正比，24、48、72 h全市年平均絕對(duì)誤差分別為1.3、1.4、1.5 ℃，均小于2 ℃;均方根誤差和時(shí)效成正比，全市均方根誤差都小于2 ℃，因而預(yù)報(bào)偏差比較小[8-10]。

正負(fù)溫度誤差特征明顯，其中德城區(qū)（54714）、寧津（54716）、樂陵（54726）、夏津（54803）、禹城（54811）多負(fù)誤差及氣溫預(yù)報(bào)偏低次數(shù)比較多，慶云（54728）、武城（54709）、平原（54718）、陵城區(qū)（54715）多正誤差及低溫報(bào)錯(cuò)時(shí)，氣溫偏高比較多。從整體來(lái)看，低溫質(zhì)量較為穩(wěn)定，特別是24 h德城區(qū)預(yù)報(bào)結(jié)論基本無(wú)須訂正。

2.2 ? ?72 h內(nèi)日最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和誤差特征分析

全年日最高氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量與預(yù)報(bào)時(shí)效成反比，整體預(yù)報(bào)質(zhì)量較差，均在65%以下;年平均絕對(duì)誤差和預(yù)報(bào)時(shí)效成正比，24、48、72 h分別為1.7、1.9、2.1 ℃，誤差較大，均方根誤差和預(yù)報(bào)時(shí)效成正比，誤差在2～3 ℃之間，預(yù)報(bào)偏差較大;正負(fù)誤差比例特征明顯，正誤差各縣站隨預(yù)報(bào)時(shí)效增加變化不大，負(fù)誤差與預(yù)報(bào)時(shí)效成正比，72 h預(yù)報(bào)遠(yuǎn)大于24 h預(yù)報(bào)偏差，并且所有站點(diǎn)負(fù)誤差遠(yuǎn)大于正誤差，表明高溫預(yù)報(bào)錯(cuò)誤時(shí)，氣溫偏低次數(shù)非常多，高溫預(yù)報(bào)明顯偏低，需要人工訂正。

3 ? ?48 h內(nèi)逐3 h氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和誤差特征分析

各站對(duì)于逐3 h氣溫整體預(yù)報(bào)質(zhì)量變化幅度比較小，最低在寧津縣，為64%，最高在臨邑縣，為67%， 24 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于48 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率;24 h預(yù)報(bào)質(zhì)量和48 h預(yù)報(bào)質(zhì)量都有明顯的日變化特征，夜間氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量高、白天氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量低，平均絕對(duì)誤差與日變化趨勢(shì)相反，夜間誤差較小，白天誤差增大;凌晨2：00—5：00正負(fù)誤差比例接近，而14：00—20：00正誤差比例明顯大于負(fù)誤差比例;說明夜間氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量相對(duì)較為穩(wěn)定，而預(yù)報(bào)白天氣溫不穩(wěn)定，預(yù)報(bào)偏低次數(shù)比較多;通過均方根誤差（圖1），夜間平均為2 ℃左右，白天在3 ℃以上，個(gè)別站點(diǎn)達(dá)到了4 ℃，具有明顯的日變化，說明白天預(yù)報(bào)氣溫偏差比較大，而夜間預(yù)報(bào)氣溫偏差比較小。整體來(lái)看，白天氣溫預(yù)報(bào)很不穩(wěn)定，預(yù)報(bào)偏低次數(shù)較多需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理訂正。

4 ? ?48 h逐3 h氣溫預(yù)報(bào)、日最高最低氣溫季節(jié)性變化分析

4.1 ? ?季節(jié)性分析

通過研究分析發(fā)現(xiàn)，日最低氣溫秋季、冬季、春季預(yù)報(bào)質(zhì)量總體偏差不大，冬季略低，而夏季預(yù)報(bào)質(zhì)量明顯較好;日最高氣溫整體預(yù)報(bào)質(zhì)量較差，秋季預(yù)報(bào)質(zhì)量略好、冬季質(zhì)量明顯偏差，春季、夏季預(yù)報(bào)質(zhì)量大致相同。

季節(jié)性分析中逐3 h氣溫的預(yù)報(bào)質(zhì)量、平均絕對(duì)誤差、正誤差比例、負(fù)誤差比例不僅與預(yù)報(bào)時(shí)效成反比外，還都有各自的季節(jié)性變化特征。預(yù)報(bào)質(zhì)量整體起伏較小，冬季預(yù)報(bào)質(zhì)量較好，略高于其他季節(jié)（圖2），春季質(zhì)量最差;平均絕對(duì)誤差除冬季外（冬季誤差各時(shí)次都比較平均），都具有明顯的日變化特征，即夜間減小、白天增大，春、秋兩季平均絕對(duì)誤差明顯高于夏、冬兩季。

4.2 ? ?正負(fù)誤差分析

在秋季負(fù)誤差比例夜間較高，說明秋季夜間預(yù)報(bào)氣溫偏低較多，冬季負(fù)誤差很明顯大于正誤差，而且沒有明顯的日變化，說明冬季氣溫預(yù)報(bào)普遍偏低[11];春季與冬季相反，正誤差比例明顯大于負(fù)誤差比例，但夜間比例差距小，說明春季氣溫預(yù)報(bào)明顯偏高較多;夏季特征比較復(fù)雜，夜間到次日上午正誤差明顯高于負(fù)誤差比例，而中午到下午負(fù)誤差比例明顯大于正誤差比例，說明夜間氣溫預(yù)報(bào)偏高較多，白天氣溫預(yù)報(bào)偏低較多（圖3）。

5 ? ?48 h晴雨、降水預(yù)報(bào)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析

5.1 ? ?全年質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

從整年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，各站的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率比較好，24 h都接近85%，在一般性降水預(yù)報(bào)質(zhì)量方面，24～48 h質(zhì)量較為穩(wěn)定，都接近40%，48 h質(zhì)量還高于24 h質(zhì)量，漏報(bào)比較少但是空?qǐng)?bào)率太高，質(zhì)量不穩(wěn)定。

5.2 ? ?季節(jié)性變化分析

通過季節(jié)性分析（表2）發(fā)現(xiàn)，春季和冬季晴雨預(yù)報(bào)質(zhì)量較好、夏季最差，初步分析是由于夏季天氣復(fù)雜多變;一般性降水預(yù)報(bào)質(zhì)量48 h預(yù)報(bào)質(zhì)量高于24 h預(yù)報(bào)質(zhì)量，夏季一般性降水質(zhì)量最差，春季預(yù)報(bào)質(zhì)量較好;空?qǐng)?bào)次數(shù)4個(gè)季節(jié)都很多，夏季最多，24 h和48 h都在60%以上;漏報(bào)相對(duì)較少，冬季最多，24 h和48 h漏報(bào)率都在30%以上，春季最少。

6 ? ?結(jié)語(yǔ)

（1）日最低氣溫24 h預(yù)報(bào)質(zhì)量比較好，均方根誤差、平均絕對(duì)誤差比較小，不用訂正;正負(fù)誤差特征明顯，其中德城、寧津、樂陵、夏津、禹城多負(fù)誤差，慶云、武城、平原、陵城多正誤差;冬季質(zhì)量略低，夏季質(zhì)量比較好。

（2）日最高氣溫質(zhì)量比較差，都在65%以下，平均絕對(duì)誤差、均方根誤差比較大，需要訂正之后使用，正誤差比例變化不大，多為負(fù)誤差，高溫預(yù)報(bào)偏低;秋季質(zhì)量相對(duì)比較好，冬季質(zhì)量偏差，春季質(zhì)量與夏季質(zhì)量接近。

（3）逐3 h氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量日變化幅度比較小，均在64%～67%之間，夜間質(zhì)量略高于白天質(zhì)量;24 h預(yù)報(bào)質(zhì)量高于48 h預(yù)報(bào)質(zhì)量，具有明顯的日變化，夜間預(yù)報(bào)質(zhì)量高、白天預(yù)報(bào)質(zhì)量低，平均絕對(duì)誤差夜間小，而白天增大;夜間多負(fù)誤差，白天多正誤差;在均方根誤差方面，夜間為2 ℃，白天達(dá)到3 ℃以上，日變化比較明顯，白天氣溫預(yù)報(bào)偏差比較大，夜間預(yù)報(bào)偏差比較小。

（4）逐3 h氣溫預(yù)報(bào)質(zhì)量季節(jié)性分析發(fā)現(xiàn)，冬季預(yù)報(bào)質(zhì)量好，春季最差;平均絕對(duì)誤差除冬季外都具有明顯的日變化特征，夏、冬兩季平均絕對(duì)誤差較小;秋季夜間和冬季氣溫預(yù)報(bào)偏低;春季氣溫預(yù)報(bào)偏高;夏季夜間到上午氣溫預(yù)報(bào)偏高，而中午到下午氣溫預(yù)報(bào)偏低。

（5）晴雨預(yù)報(bào)質(zhì)量比較好，一般性降水預(yù)報(bào)質(zhì)量一般，24～48 h質(zhì)量較為穩(wěn)定，都接近40%，48 h質(zhì)量高于24 h質(zhì)量，整體漏報(bào)比較少，但是空?qǐng)?bào)率太高，質(zhì)量不穩(wěn)定，需要參考其他模式降水，其中春季、冬季的晴雨質(zhì)量高，夏季質(zhì)量最差，究其原因可能是夏季天氣復(fù)雜多變，形勢(shì)調(diào)整慢;夏季一般性降水質(zhì)量最差，春季一般性降水質(zhì)量比較好;空?qǐng)?bào)4個(gè)季節(jié)都比較多，其中夏季最多;而漏報(bào)相對(duì)比較少，其中冬季最多，春季最少。

7 ? ?參考文獻(xiàn)

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