廣東區(qū)域智能網(wǎng)格實(shí)況分析產(chǎn)品的檢驗(yàn)評(píng)估

陳玉瑋，黃曉瑩

（廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510640）

全國(guó)智能網(wǎng)格實(shí)況融合分析產(chǎn)品（簡(jiǎn)稱(chēng)“網(wǎng)格實(shí)況”）作為全國(guó)智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)產(chǎn)品的一部分，主要用于為全國(guó)智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)開(kāi)展?jié)L動(dòng)訂正和預(yù)報(bào)檢驗(yàn)提供支持［1-3］。為了了解不同版本的網(wǎng)格實(shí)況在廣東區(qū)域的質(zhì)量情況，本研究對(duì)廣東區(qū)域2020年的網(wǎng)格實(shí)況進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估。

1 資料與方法

本研究參與質(zhì)量評(píng)估的產(chǎn)品包括中國(guó)氣象局下發(fā)的兩套網(wǎng)格實(shí)況產(chǎn)品，分辨率分別為5 km（2017年9月至今）和1 km（2020年8月至今），氣象要素涵蓋溫度、降水、風(fēng)等，具體產(chǎn)品集為 CLDAS、CMPAS、HRCLDAS1km_gd和 CMPA1km_gd。用于檢驗(yàn)的站點(diǎn)實(shí)況數(shù)據(jù)包括：（1）降水用質(zhì)控后的水文站降水觀測(cè)數(shù)據(jù)；（2）其余要素用質(zhì)控后的國(guó)家氣象觀測(cè)站和區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)。網(wǎng)格和站點(diǎn)實(shí)況的時(shí)空匹配方法：（1）逐日起止時(shí)間為 20：00（北京時(shí)，下同）；（2）各要素用自然相鄰插值對(duì)比評(píng)估。

本研究通用的產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)有平均誤差（ME）、平均絕對(duì)誤差（MAE）、均方根誤差（RMSE）、相關(guān)系數(shù)（COR）；降水分級(jí)評(píng)估指標(biāo)有等級(jí)均方根誤差和TS評(píng)分。另外，因?yàn)? km網(wǎng)格實(shí)況數(shù)據(jù)不夠1年，僅作個(gè)例對(duì)比評(píng)估。

2 溫度網(wǎng)格實(shí)況評(píng)估

2.1 評(píng)估結(jié)果

基于國(guó)家氣象觀測(cè)站氣溫實(shí)況，2020年溫度網(wǎng)格實(shí)況的各項(xiàng)評(píng)估結(jié)果如表1所示，逐時(shí)、極值溫度的平均絕對(duì)誤差均小于1℃，最低氣溫的誤差略大；各評(píng)估項(xiàng)目的相關(guān)系數(shù)均在0.97以上，最高氣溫的相關(guān)系數(shù)較高。

表1 2020年5 km溫度網(wǎng)格實(shí)況評(píng)估結(jié)果

基于國(guó)家氣象觀測(cè)站和區(qū)域自動(dòng)站的全省誤差分布特征：（1）逐時(shí)溫度誤差較大區(qū)域在清遠(yuǎn)西北部地區(qū)、東南部沿海和徐聞?wù)?，平均絕對(duì)誤差最大達(dá)到1.0℃；（2）日最高氣溫誤差較大站點(diǎn)有連山、南澳和徐聞?wù)荆骄^對(duì)誤差分別為 1.5、1.7和1.6℃（圖略）；（3）日最低氣溫誤差較大區(qū)域集中在北部山區(qū)和南部沿海，平均絕對(duì)誤差最大達(dá)到3.0～4.0℃（圖1）。

2.2 個(gè)例對(duì)比評(píng)估

挑選新豐站，對(duì)比評(píng)估11月5和1 km的溫度網(wǎng)格實(shí)況數(shù)據(jù)質(zhì)量（圖2）。

圖1 2020年5 km溫度網(wǎng)格實(shí)況日最低氣溫平均絕對(duì)誤差分布（單位：℃）

圖2 2020年11月新豐站5和1 km逐時(shí)溫度網(wǎng)格實(shí)況數(shù)據(jù)對(duì)比圖

由圖2可以看出，11月多弱冷空氣影響廣東，新豐站出現(xiàn)多次溫度波動(dòng)；對(duì)比兩組網(wǎng)格實(shí)況數(shù)據(jù)，網(wǎng)格的溫度趨勢(shì)與站點(diǎn)實(shí)況相近，但是最高、最低溫度均高于站點(diǎn)實(shí)況。

3 降水網(wǎng)格實(shí)況評(píng)估

3.1 評(píng)估結(jié)果

5 km降水網(wǎng)格實(shí)況區(qū)分為二源融合快速產(chǎn)品和三源融合實(shí)時(shí)產(chǎn)品，基于水文站降水觀測(cè)實(shí)況，2020年二源融合的不分級(jí)降水均方根誤差為5.92 mm，相關(guān)系數(shù)為0.66；三源融合的不分級(jí)降水均方根誤差為4.79 mm，相關(guān)系數(shù)為0.72。對(duì)分級(jí)降水進(jìn)行對(duì)比評(píng)估（表2），隨著降水量級(jí)增大，網(wǎng)格實(shí)況的誤差隨之增大，整體而言，三源融合各降水量級(jí)的評(píng)估效果好于二源融合。24 h暴雨以上量級(jí)降水的均方根誤差分布顯示（圖3），誤差較大站點(diǎn)位于西南部、珠三角北部以及東部地區(qū)，誤差值在30～40 mm以上，上述大值區(qū)和廣東省3大暴雨中心基本吻合，說(shuō)明暴雨多發(fā)區(qū)的網(wǎng)格實(shí)況誤差會(huì)更大。

表2 2020年二源融合和三源融合的5 km降水網(wǎng)格分級(jí)評(píng)估結(jié)果

圖3 2020年三源融合-5 km 24 h暴雨以上量級(jí)降水網(wǎng)格實(shí)況均方根誤差分布（單位：mm）

3.2 個(gè)例對(duì)比評(píng)估

受弱冷空氣和鋒面低槽影響，9月12日廣東省中部和東部地區(qū)出現(xiàn)暴雨降水。對(duì)比各版本的降水網(wǎng)格實(shí)況（圖4），可以看出，中部偏西和東南部沿海地區(qū)的網(wǎng)格降水量級(jí)均相比站點(diǎn)實(shí)況偏??；珠三角地區(qū)的網(wǎng)格降水均偏大；1 km實(shí)時(shí)融合分析降水網(wǎng)格數(shù)據(jù)較接近站點(diǎn)實(shí)況。

4 10 m風(fēng)速網(wǎng)格實(shí)況評(píng)估

4.1 評(píng)估結(jié)果

圖4 2020年9月11日20：00—12日20：00廣東省降水網(wǎng)格實(shí)況數(shù)據(jù)平均誤差對(duì)比

基于國(guó)家氣象觀測(cè)站和區(qū)域自動(dòng)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，2020年10m風(fēng)速的網(wǎng)格實(shí)況普遍比站點(diǎn)實(shí)況偏低，平均誤差為-0.73 m/s，絕對(duì)誤差為0.92 m/s。網(wǎng)格實(shí)況誤差較大區(qū)域主要在廣東省北部和南部沿海地區(qū)（圖5）。對(duì)分級(jí)風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比評(píng)估（表3），0級(jí)（靜風(fēng)）的網(wǎng)格風(fēng)速大于站點(diǎn)風(fēng)速，1級(jí)以上隨著風(fēng)級(jí)增大，網(wǎng)格實(shí)況的誤差隨之明顯增大，7級(jí)以上風(fēng)速平均絕對(duì)誤差達(dá)8 m/s。

圖5 2020年10 m風(fēng)5 km網(wǎng)格實(shí)況誤差分布

表3 2020年10 m逐小時(shí)風(fēng)速5 km網(wǎng)格實(shí)況分級(jí)評(píng)估結(jié)果 m·s-1

4.2 個(gè)例對(duì)比評(píng)估

受2016年臺(tái)風(fēng)“浪卡”外圍風(fēng)圈影響，陽(yáng)江站10月13日12：00出現(xiàn)風(fēng)速峰值，對(duì)比5和1 km網(wǎng)格實(shí)況（圖6），風(fēng)速趨勢(shì)變化與站點(diǎn)實(shí)況接近，但是數(shù)值明顯小于站點(diǎn)實(shí)況，尤其是5 km網(wǎng)格產(chǎn)品。在“浪卡”影響期間，1 km的風(fēng)速網(wǎng)格數(shù)據(jù)優(yōu)于5 km網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

圖6 “浪卡”影響期間陽(yáng)江站的風(fēng)速網(wǎng)格實(shí)況數(shù)據(jù)對(duì)比

5 結(jié)論

1）溫度網(wǎng)格實(shí)況的趨勢(shì)與站點(diǎn)實(shí)況相近，最低氣溫誤差大于最高溫度。個(gè)例對(duì)比中，5和1 km的產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)。

2）檢驗(yàn)評(píng)分顯示5 km三源融合降水質(zhì)量好于二源融合降水；各降水網(wǎng)格版本的個(gè)例對(duì)比顯示，1 km實(shí)時(shí)融合分析降水網(wǎng)格數(shù)據(jù)較接近站點(diǎn)實(shí)況。

3）10 m風(fēng)速網(wǎng)格實(shí)況值普遍低于站點(diǎn)實(shí)況；1級(jí)以上隨著風(fēng)級(jí)增大，網(wǎng)格實(shí)況的誤差隨之明顯增大。個(gè)例對(duì)比顯示，1 km的風(fēng)速網(wǎng)格數(shù)據(jù)優(yōu)于5 km數(shù)據(jù)。