歐洲細網(wǎng)格數(shù)值產(chǎn)品在宣城市的檢驗分析

周宗圣 華 華 邱麗芳

（宣城市氣象局,安徽 宣城 242000）

1 引言

降水和溫度是天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的重要組成部分，其準確率關(guān)系到天氣預(yù)報的質(zhì)量，也對人們的生活、生產(chǎn)及其他各行各業(yè)都有很大影響。目前，數(shù)值預(yù)報已成為天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的主要依賴手段。隨著氣象科學、高性能計算機和觀測系統(tǒng)的不斷發(fā)展，數(shù)值預(yù)報變得更為重要。但是數(shù)值模式的初值及物理過程本身就存在一定的誤差，而且研究表明數(shù)值預(yù)報在不同地域和不同天氣系統(tǒng)背景下的準確率也是不一樣的[1]。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)報模式日趨完善，預(yù)報精度不斷提高，但是預(yù)報值與實際值之間始終存在誤差，且隨著預(yù)報時效的延長，預(yù)報準確率逐漸下降，誤差逐漸增大[2-3]。因此，有必要對數(shù)值預(yù)報進行評估和檢驗。歐洲中心數(shù)值預(yù)報是天氣預(yù)報業(yè)務(wù)和服務(wù)中的一個重要參考依據(jù)[4-6]，天氣預(yù)報員經(jīng)常將其作為參考，但沒有對其預(yù)報結(jié)果做出有效檢驗。研究發(fā)現(xiàn)，采用科學的方法對數(shù)值產(chǎn)品檢驗訂正，可以很大程度地提高實際預(yù)報的準確率，也可以讓預(yù)報結(jié)果在實際工作中得到更好的參考。

2 資料和方法

本文選用2017年宣城市7個國家級觀測站和61個區(qū)域站的觀測資料，以及歐洲中心細網(wǎng)格降水和2米溫度預(yù)報數(shù)據(jù)，起報時次為20時，預(yù)報時效選用24小時。將數(shù)值預(yù)報格點資料利用雙線性插值方法，插值到選取的68個站點，獲得每個站點的預(yù)報值。檢驗時段為2017年1月—12月，降水采用TS方法進行檢驗。

式中NA為預(yù)報正確站（次）數(shù)、NB為空報站（次）數(shù)、NC為漏報站（次）數(shù)。檢驗項目為暴雨、大雨、中雨、小雨和晴雨準確率。

2米溫度分別選取預(yù)報值中的最大值和最小值作為當天的最高氣溫和最低氣溫，根據(jù)《中短期天氣預(yù)報質(zhì)量檢驗辦法(試行)》中給出的溫度預(yù)報檢驗方法，計算出各站的預(yù)報準確率和平均誤差。溫度預(yù)報準確率的實際含義是溫度預(yù)報絕對誤差≤2 ℃的百分率。設(shè)Fi為某格點第i天的預(yù)報溫度，Qi為某格點第i天的實況溫度，Nr為預(yù)報正確的天數(shù)，N為預(yù)報的總天數(shù)。具體計算公式如下：

計算出2017年2米溫度的預(yù)報準確率和平均誤差，對檢驗結(jié)果進行細化分析，根據(jù)誤差對各站點進行訂正，并對訂正結(jié)果進行檢驗。

3 降水預(yù)報分析

3.1 全年降水TS和預(yù)報偏差

2017年全年不同降水量級24小時時效的TS評分情況和晴雨準確率如圖1所示，從中可以看出晴雨準確率達到了72%，說明歐洲細網(wǎng)格對晴雨預(yù)報的可信度較高；不同量級降水呈現(xiàn)出隨量級增大TS評分下降的趨勢，小雨評分最高（30.6%），暴雨最低（16%）。

圖1 2017年全年降水TS評分和晴雨準確率

選取的68個站點2017年降水預(yù)報值平均偏高6.9 mm，不同地區(qū)預(yù)報偏差分布如圖2所示，全市大部分地區(qū)降水預(yù)報值偏高，宣州區(qū)北部、廣德北部以及涇縣西南部降水預(yù)報值偏低?？傮w來看，宣城市中部預(yù)報偏差較小，而北部和南部預(yù)報偏差較大。

圖2 2017年降水偏差（單位：mm）

3.2 汛期TS評分分析

每年汛期容易出現(xiàn)災(zāi)害天氣，因此單獨對汛期降水預(yù)報TS評分進行分析，如圖3?？梢钥吹角缬隃蚀_率超過60%，預(yù)報可信度較好，大雨和小雨的TS評分相比暴雨和中雨更高，小雨的TS評分最高（32%），暴雨最低（17%）。結(jié)果表明，歐洲細網(wǎng)格數(shù)值產(chǎn)品在晴雨預(yù)報上具有一定優(yōu)勢，而暴雨預(yù)報的準確率仍然偏低，對于一般性降水的預(yù)報有一定的參考價值，特別是小量級降水的預(yù)報。

圖3 2017年汛期降水TS評分

4 2米溫度預(yù)報質(zhì)量的分析

4.1 2017年2米溫度預(yù)報平均誤差和準確率

通過計算，得到了最高氣溫預(yù)報準確率為34.1%，最低氣溫預(yù)報準確率為63.5%；最低氣溫全年平均誤差為1.1 ℃，最高氣溫全年平均誤差為-2.6 ℃。可以看出最低氣溫不僅預(yù)報準確率高，預(yù)報誤差也相對較小，因此最低氣溫的預(yù)報總體較最高氣溫更有參考價值。

圖4是宣城市不同地區(qū)的最低氣溫和最高氣溫預(yù)報值的年平均誤差，可以看出最低氣溫預(yù)報值除宣州區(qū)北部偏低外，其余地區(qū)均偏高；而最高氣溫預(yù)報值在全市各地區(qū)均偏低。

圖4 最低氣溫（左）和最高氣溫（右）年平均誤差分布

68個站點最高氣溫和最低氣溫預(yù)報準確率分布如圖5、圖6所示，可以看到最低氣溫預(yù)報準確率分布較均勻，準確率更高，各站點預(yù)報準確率在60%附近浮動；但最高氣溫預(yù)報準確率相對波動更大，且準確率偏低。并且，7個國家站的溫度預(yù)報準確率相對區(qū)域站更好。

圖5 2017年最高氣溫準確率

圖6 2017年最低氣溫準確率

4.2 2米溫度不同季節(jié)預(yù)報準確率和誤差情況

對宣城市不同季節(jié)的氣溫預(yù)報準確率和誤差進行分析，結(jié)果如圖7、圖8所示。從最高氣溫來看，四季預(yù)報準確率均較低（春季30.8%，夏季24.1%，秋季43.0%，冬季38.7%），其中秋冬預(yù)報準確率較春夏更高，但總體參考價值不大，春夏秋冬四季的平均誤差分別為-2.5 ℃、-2.1 ℃、-2.0 ℃、-2.4 ℃；從最低氣溫來看，春夏秋冬四季預(yù)報準確率分別為58.1%、68.9%、74.8%、48.7%，平均誤差分別為1.6 ℃、0.9 ℃、1.4 ℃、2.3 ℃，可以看到四季最低氣溫預(yù)報準確率均較高，其中夏秋的預(yù)報準確率較春冬更好，冬季預(yù)報效果相對較差，但總體有一定的參考價值。

圖7 最高氣溫不同季節(jié)預(yù)報誤差和準確率

圖8 最低氣溫不同季節(jié)預(yù)報誤差和準確率

另外對不同地區(qū)四季預(yù)報誤差的分布（圖略）進行分析，在春夏秋冬四季中各站最高氣溫預(yù)報誤差均表現(xiàn)為偏低，并且可以發(fā)現(xiàn)涇縣、旌德、績溪偏低較多。各站最低氣溫預(yù)報誤差則表現(xiàn)為宣州區(qū)和郎溪北部偏低，其余地區(qū)總體偏高的分布特征。

5 訂正檢驗

利用各站的歐洲細網(wǎng)格2米溫度的預(yù)報誤差對2018年2米溫度進行訂正，訂正后最高氣溫平均準確率達到59.4%，分季節(jié)來看春夏秋冬分別提高了19.8%、27.5%、19.7%、15.5%，夏季訂正效果最佳，冬季訂正效果相對較差，但總體還是提升很多，對預(yù)報參考有更好的應(yīng)用效果。

由于最低氣溫本來預(yù)報準確率就比較高，因此訂正后預(yù)報效果提升不如最高氣溫明顯。訂正后平均預(yù)報準確率達到69.6%。冬季的預(yù)報準確率提高最明顯，為8.2%，其余季節(jié)準確提高均在5%左右，訂正后使歐洲細網(wǎng)格的2米溫度預(yù)報更具參考價值。

訂正后68個選用站點預(yù)報準確率均有提高（如圖9、圖10），其中最高氣溫的預(yù)報準確率有明顯提升。另外可以看到，訂正后國家站的氣溫預(yù)報效果都非常好，最高氣溫預(yù)報準確率均達到65%以上，涇縣最高，達到76%；而最低氣溫預(yù)報準確率基本在70%以上，涇縣最高，為87%。

圖9 訂正后最高氣溫平均準確率

圖10 訂正后最低氣溫平均準確率

因此，通過對歐洲細網(wǎng)格2米溫度預(yù)報的訂正，大大地提高了歐洲細網(wǎng)格2米溫度預(yù)報產(chǎn)品在宣城地區(qū)的參考價值。

6 小結(jié)

（1）宣城市全年降水預(yù)報值總體偏高，在宣州區(qū)北部、廣德北部和涇縣西南部降水預(yù)報值偏小；另外，宣城市中部地區(qū)降水預(yù)報值的偏差相對小，而北部和南部的預(yù)報值偏差較大。

（2）TS評分總體隨降水量級增大而減小，暴雨TS評分較差，小雨TS評分最好，晴雨準確率高，具有很好的參考價值。

（3）最低氣溫預(yù)報準確率比最高氣溫預(yù)報準確率更好，高出29.4%，有一定的參考價值，而最高氣溫預(yù)報基本沒有參考價值。

（4）最低氣溫的預(yù)報值平均偏高，最高氣溫的預(yù)報值平均偏低。最低氣溫預(yù)報值偏差分布表現(xiàn)為宣州區(qū)北部偏低，而其余地區(qū)均表現(xiàn)為偏高；最高氣溫預(yù)報值表現(xiàn)為各地區(qū)均偏低的分布特征。

（5）從不同季節(jié)來看，秋季最高氣溫預(yù)報準確率最高（43%），冬季、春季、夏季依次降低；最低氣溫同樣是秋季預(yù)報準確率最高（74.8%），夏季、春季、冬季依次降低。

（6）依據(jù)2017年各站的預(yù)報誤差對2018年2米溫度進行訂正，最高氣溫平均準確率提高25.3%，最低氣溫平均準確率提高6.1%，不同季節(jié)氣溫預(yù)報準確率通過訂正也均有提高，訂正效果明顯。