吉林省東部地區(qū)格點溫度預(yù)報訂正方法研究

徐昌龍 崔日權(quán) 張瑩瑩 張 昊

（1、延邊州氣象局，吉林 延吉 133000 2、延吉市氣象局，吉林 延吉 133000）

吉林省東部地區(qū)，屬中溫帶季風(fēng)氣候，地處長白山區(qū)，地形構(gòu)成復(fù)雜，氣溫變化復(fù)雜。高分辨率格點要素預(yù)報是目前中國氣象局主推的天氣預(yù)報業(yè)務(wù)和未來天氣預(yù)報的發(fā)展方向，加強對高分辨率模式預(yù)報產(chǎn)品的解釋應(yīng)用能力就成為提高格點要素預(yù)報能力的關(guān)鍵問題[1]。本文對ECMWF模式2 m格點最高和最低氣溫預(yù)報資料，對吉林省東部分區(qū)域進行數(shù)值預(yù)報檢驗，找出最高、最低氣溫格點預(yù)報誤差值，并對格點檢驗站點和鄰近國家站氣溫資料進行統(tǒng)計和對比分析，建立最高、最低氣溫的回歸方程，從而得出吉林省東部地區(qū)格點溫度預(yù)報統(tǒng)計適用方法。

1 資料與方法

1.1 資料

本文實況數(shù)據(jù)采用吉林省東部地區(qū)2018-2020年的逐日最低和日最高氣溫觀測資料，歐洲中心的再分析資料。模式數(shù)據(jù)為2018-2020年每日20時起報的ECMWF細網(wǎng)格模式24小時2 m最高、最低氣溫預(yù)報產(chǎn)品。檢驗站點為東部地區(qū)98個國家級站點和區(qū)域自動站，其中選取對吉林省東部氣溫預(yù)報難度較大的夏季東風(fēng)回流天氣出現(xiàn)日期，使用的日最低和日最高氣溫的記錄單位是0.1 ℃。

1.2 方法

利用Meteoinfo軟件，從ECMWF細網(wǎng)格模式格點預(yù)報場中，提取需要檢驗的98個2 m最低和最高氣溫站點數(shù)據(jù)，再根據(jù)東部地區(qū)地形特點，把預(yù)報區(qū)域分為近海區(qū)、哈爾巴嶺以西和以東地區(qū)、延吉盆地、延邊北部、延邊南部、南部長白山區(qū)（圖1）。檢驗使用誤差平均值、平均誤差、正誤差率、均方根誤差、平均絕對誤差、預(yù)報準確率，具體如下：

圖1 吉林省東部地形分布圖

2 結(jié)果分析

2.1 夏季東風(fēng)回流天氣模式誤差

2.1.1 天氣背景

吉林省東部地區(qū)屬中溫帶季風(fēng)氣候，受海陸熱力性質(zhì)差異影響，夏季在太平洋副熱帶高壓的影響下，盛行夏季風(fēng)，以偏東風(fēng)為主，潮濕多雨，典型的環(huán)流特征為“東高西低”，即東部海上是高壓，西部是低壓。以2018年6月26日08時500hp高空和14時地面天氣圖為例，可以看出（圖2），吉林省東部在500hpa高空處于低渦東南部，地面處于氣旋前部。由于缺乏海洋實際觀測資料，夏季受東風(fēng)回流天氣影響時，給氣溫預(yù)報增加了一定難度，本次共找出165個例，對它進行誤差分析。

圖2 2018年6月26日08時500hp和14時地面天氣圖

2.1.2 最低氣溫誤差分析

可以看出夏季受東風(fēng)回流天氣影響時，ECMWF細網(wǎng)格模式的最低氣溫誤差平均值為-1.0 ～-1.6 ℃之間，正誤差率全區(qū)小于等于37%，均表現(xiàn)為模式氣溫預(yù)報誤差系統(tǒng)性偏低的特點。平均誤差為0.8 ～0.9 ℃之間，且空間分布均勻，隨機誤差較小。平均絕對誤差和均方根誤差普遍小于2℃，預(yù)報準確率較高。從空間分布上看，南部長白山區(qū)、哈爾巴嶺以西、延邊北部的平均絕對誤差和均方根誤差大于其他地區(qū)，表現(xiàn)為山區(qū)的平均預(yù)報準確率低于平原的特點，與實際預(yù)報業(yè)務(wù)中跟預(yù)報員經(jīng)驗基本一致 表1）。

表1 ECMWF細網(wǎng)格模式最低氣溫預(yù)報誤差和準確率

2.1.3 最高氣溫誤差分析

ECMWF細網(wǎng)格模式的最高氣溫誤差平均值為0.0 ～-0.9 ℃之間，正誤差率除了哈爾巴嶺以東，其他低于50%，表現(xiàn)為模式氣溫預(yù)報誤差系統(tǒng)性偏低的特點。平均誤差為1.4 ～1.7 ℃之間，且空間分布均勻，隨機誤差較小。平均絕對誤差為1.5 ～1.9 ℃之間，均方根誤差為2.3 ～2.6 ℃之間，預(yù)報準確率為65%～77%，平均絕對誤差和均方根誤差大于最低氣溫預(yù)報。從空間分布上看，南部長白山區(qū)和延邊南部的預(yù)報準確率低于其他地區(qū) 表2）。

2.2 回歸方程建立與檢驗

通過對東部地區(qū)檢驗站點（84個）與鄰近國家級本站（8個）2018-2020年夏季最低、最高氣溫實況資料進行相關(guān)分析，利用最小二乘法擬合檢驗站點與鄰近國家級本站最低氣溫和最高氣溫的回歸方程。

2.2.1 回歸方程建立

假設(shè)國家站氣溫指標為變量x，檢驗站點氣溫指標為變量y，建立各檢驗站點氣溫與鄰近國家站氣溫的關(guān)系方程，并對所有回歸方程進行顯著性檢驗（F分布，α+0.05），通過分析發(fā)現(xiàn)最低、最高氣溫回歸方程相關(guān)性非常強，最低、最高氣溫相關(guān)系數(shù)都超過0.88 以上，均通過顯著性檢驗，回歸方程略。

2.2.2 回歸方程檢驗

利用夏季受東風(fēng)回流天氣影響時165個樣本的ECMWF細網(wǎng)格模式國家級站點最低、最高氣溫預(yù)報值代入到與檢驗站點建立的最低、最高氣溫回歸方程，得出檢驗站點預(yù)報值，進行誤差分析，如圖3。

看出最低氣溫回歸方程誤差平均值為-1.3 ～0.5 ℃之間，隨機誤差較為明顯。平均絕對誤差為0.8 ～1.5 ℃之間，預(yù)報效果較好；最高氣溫誤差平均值為1.0 ～2.2 ℃之間，表現(xiàn)為系統(tǒng)性偏高特點。平均絕對誤差為1.6 ～2.4 ℃之間，預(yù)報準確率低于最低氣溫預(yù)報 圖3）。

圖3 從左到右分別為最低氣溫和最高氣溫預(yù)報平均絕對誤差

3 結(jié)論

3.1 吉林省東部地區(qū)夏季受東風(fēng)回流天氣影響時，發(fā)現(xiàn)ECMWF細網(wǎng)格模式最低氣溫和最高氣溫預(yù)報較觀測值整體偏低現(xiàn)象，最低氣溫更為明顯，最低氣溫平均絕對誤差和均方根誤差整體平均值為1.4 ℃和1.7 ℃；最高氣溫平均絕對誤差和均方根誤差整體平均值為1.8 ℃和2.5 ，預(yù)報準確率略低于最低氣溫預(yù)報。

3.2 對比分析發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)檢驗站點與鄰近國家級本站最低、最高氣溫回歸方程相關(guān)性非常強，均通過顯著性檢驗。經(jīng)過回歸方程檢驗看出，最低氣溫回歸方程誤差平均值為-1.3 ～0.5 ℃之間，平均絕對誤差為0.8 ～1.5 ℃之間。最高氣溫回歸方程誤差平均值為1.0 ～2.2 ℃之間，表現(xiàn)出系統(tǒng)性偏高特點。平均絕對誤差為1.6 ～2.4 ℃之間，在實際業(yè)務(wù)當(dāng)中，可以給預(yù)報員提供一定的參考信息。