2020年吉林省智能網(wǎng)格最高最低溫度預(yù)報產(chǎn)品檢驗評估

姚 凱 朱曉彤 周冬雪 慕秀香

（1.吉林省氣象臺，吉林長春 130062；2.吉林省氣象科學(xué)研究所，吉林長春 130062；3.長白山氣象與氣候變化吉林省重點實驗室，吉林長春 130062）

1 引言

預(yù)報產(chǎn)品的檢驗對于了解產(chǎn)品的性能與表現(xiàn)有十分重要的作用， 同時檢驗也是衡量預(yù)報能力業(yè)務(wù)水平的重要指標(biāo)[1]。 對于預(yù)報員來說，不同預(yù)報產(chǎn)品檢驗結(jié)果的橫向?qū)Ρ瓤梢宰岊A(yù)報員更加清晰地了解產(chǎn)品的長處與不足， 提升預(yù)報能力與信心， 同時這也是研究型業(yè)務(wù)的重點工作之一。 目前， 吉林省氣象工作者針對各種預(yù)報產(chǎn)品開展了一定的檢驗并且取得了較好的認(rèn)識[2-4]。

近年來隨著智能網(wǎng)格業(yè)務(wù)的建設(shè)，全國“一張網(wǎng)”的智能網(wǎng)格預(yù)報鏈條已經(jīng)趨于成熟，無縫隙、全覆蓋、精細(xì)化的網(wǎng)格產(chǎn)品使定時、定點、定量的預(yù)報成為可能， 更加適應(yīng)社會大眾和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求[5]。 吉林省氣象臺自2019年底開始智能網(wǎng)格預(yù)報單軌試運行， 至2020年4月施行完全單軌化， 目前吉林省智能網(wǎng)格業(yè)務(wù)已經(jīng)穩(wěn)定運行一年有余， 但是針對智能網(wǎng)格主觀訂正產(chǎn)品并沒有進(jìn)行系統(tǒng)的檢驗， 預(yù)報員不能很好地把握各種主觀產(chǎn)品的預(yù)報效果。 因此，本文針對2020年全年業(yè)務(wù)運行的智能網(wǎng)格最高最低溫度主觀訂正產(chǎn)品（國家指導(dǎo)報、省級指導(dǎo)報與市州訂正報）以及吉林省氣象臺開發(fā)的最高最低溫度客觀預(yù)報產(chǎn)品[6]進(jìn)行了檢驗， 并將結(jié)果與EC 細(xì)網(wǎng)格模式進(jìn)行對比， 以期加強對于智能網(wǎng)格主客觀產(chǎn)品最高最低溫度預(yù)報效果的認(rèn)識。

2 數(shù)據(jù)與方法

本文使用本地化后的全流程檢驗包meteva（https://www.showdoc.com.cn/meteva） 進(jìn)行最高最低溫度的檢驗，meteva 由國家氣象中心預(yù)報技術(shù)研發(fā)室開發(fā)， 經(jīng)本地化后可以靈活地實現(xiàn)吉林省內(nèi)任意時段、任意站點的氣溫、降水檢驗。

檢驗的智能網(wǎng)格主觀訂正產(chǎn)品有國家指導(dǎo)報（以下簡稱SCMOC）、 省級指導(dǎo)報 （以下簡稱ZDYB）與市州訂正報（以下簡稱SPCC），三者均取自國家智能網(wǎng)格數(shù)據(jù)池（ftp://10.1.72.215），檢驗要素為每日08 時與20 時起報產(chǎn)品的0—72h 最高最低溫度預(yù)報。 其中由于SCMOC 更新頻數(shù)高，在ZDYB 下發(fā)、SPCC 上傳后仍會更新， 根據(jù)實際業(yè)務(wù)流程，在檢驗過程中，以4:30 與14:30 為節(jié)點，取該產(chǎn)品在節(jié)點時刻之前最近的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。

檢驗的智能網(wǎng)格客觀產(chǎn)品為基于歐洲區(qū)域中心高分辨率數(shù)值模式 （ECMWF-HR， 以下簡稱EC）地形訂正的最高最低溫度預(yù)報產(chǎn)品（以下簡稱GDDZ）。 該產(chǎn)品為吉林省氣象臺開發(fā)，在實際業(yè)務(wù)中作為預(yù)報員制作ZDYB 的客觀背景場[6]。

檢驗的實況數(shù)據(jù)為吉林省參與國家預(yù)報質(zhì)量評分的381 站（其中國家站55 站，非國家站326站）觀測數(shù)據(jù)。檢驗時段為2020年全年，并將其分為汛期（5—9月）與非汛期（1—4月與10—12月）分別進(jìn)行檢驗， 檢驗時使用雙線性插值將格點數(shù)據(jù)插值到站點上。

3 檢驗結(jié)果分析

3.1 汛期檢驗結(jié)果

3.1.1 最高溫度

對于汛期最高溫度來說，GDDZ 的準(zhǔn)確率最高、平均絕對誤差最低，3 個時效內(nèi)準(zhǔn)確率分別達(dá)到了76%、68%、64%，遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)品；在主觀產(chǎn)品中， 預(yù)報效果最好的為SPCC，3 個時效的準(zhǔn)確率分別為61%、59%、58%；ZDYB 的預(yù)報效果略好于SCMOC（圖1a）。 從技巧來看，SPCC 對于ZDYB的訂正，以及ZDYB 對于SCMOC 的訂正均為正技巧，除0—24 h 的最高溫度外，ZDYB 對于SCMOC的訂正技巧要高于SPCC 對于ZDYB 的訂正效果（圖1e）。

圖1 汛期0—72 h 最高溫度準(zhǔn)確率（a，單位：%）、最低溫度準(zhǔn)確率（b，單位：%）、最高溫度平均絕對誤差（c，單位：℃）、最低溫度平均絕對誤差（d，單位：℃）、最高溫度相對技巧（e）、最低溫度相對技巧（f）預(yù)報檢驗結(jié)果

從3 種主觀產(chǎn)品預(yù)報效果的空間分布來看，均表現(xiàn)為東部復(fù)雜地形處準(zhǔn)確率低、 平均絕對誤差高，ZDYB 在此地區(qū)的平均絕對誤差要小于SCMOC 與SPCC，3 種產(chǎn)品誤差主要表現(xiàn)為對實況溫度的預(yù)報值偏低。相對于ZDYB，SPCC 在全省范圍內(nèi)為正訂正，負(fù)訂正范圍較?。▓D2a、圖2c、圖2e）；相對于SCMOC，ZDYB 在0—24h 中西部存在一定范圍的負(fù)訂正， 隨著時效延長負(fù)訂正范圍逐漸縮小，至48—72h，全省基本為正訂正（圖2b、圖2d、圖2f）。 值得注意的是， 在3 個時效內(nèi)，ZDYB 較SCMOC 在南部與東部地形復(fù)雜處的訂正較為出色，大部分地區(qū)訂正技巧大于0.1，部分地區(qū)高于0.15。

圖2 汛期最高溫度SPCC 相對于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相對于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的訂正技巧檢驗結(jié)果

3.1.2 最低溫度

從汛期最低溫度的檢驗結(jié)果看， 各種訂正產(chǎn)品的準(zhǔn)確率相差無幾，GDDZ 相較于主觀產(chǎn)品并沒有明顯優(yōu)勢，并且對于EC 的訂正效果也不再顯著。 根據(jù)準(zhǔn)確率和平均絕對誤差可以看出（圖1b、 圖1d）， 效果最好的為SPCC； 其次為ZDYB； 之后為SCMOC 和GDDZ。 從訂正情況來看，SPCC 對于ZDYB 的訂 正， 以及ZDYB 對于SCMOC 的訂正均為正訂正，并且后者的訂正技巧略高于前者（圖1f）。

從主觀產(chǎn)品最低溫度準(zhǔn)確率空間分布來看，SCMOC 的準(zhǔn)確率隨著時效延長有明顯的降低，但總體分布趨勢仍是非復(fù)雜地形區(qū)的準(zhǔn)確率要高于復(fù)雜地形區(qū)， 低值區(qū)主要位于敦化與長白山保護(hù)區(qū)附近，平均絕對誤差大值區(qū)位于長白、二道與松江附近，其他地區(qū)平均絕對誤差較小，基本在1.5～2.0℃）。ZDYB 對于SCMOC 的準(zhǔn)確率略有提升，通過訂正，明顯降低了長白、二道與松江附近的平均絕對誤差。 SPCC 的準(zhǔn)確率在長白、二道與松江較低；通過分析平均誤差可以得知，3 種主觀產(chǎn)品在此地區(qū)存在正誤差。 說明預(yù)報產(chǎn)品對于最低溫度的極端性把握略有不足。 從SPCC 對ZDYB 的訂正來看（圖3a、圖3c、圖3e），0—24h 東部地形復(fù)雜區(qū)略有負(fù)訂正， 后2 個時段的正訂正區(qū)域主要為吉林地區(qū)以及白山、 延邊地區(qū)。 ZDYB 相對于SCMOC 在西部以及延邊東部有較好的訂正效果（圖3b、圖3d、圖3f），特別是延邊東部盆地部分站點訂正技巧達(dá)到0.2 以上， 但在中部地區(qū)存在較大范圍的負(fù)訂正。

圖3 汛期最低溫度SPCC 相對于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相對于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的訂正技巧檢驗結(jié)果

3.2 非汛期檢驗結(jié)果

3.2.1 最高溫度

對于非汛期最高溫度，從準(zhǔn)確率來看，最高的為GDDZ，在0—24h、24—48h、48—72h 的預(yù)報準(zhǔn)確率均遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)品，分別為76%、73%、69%，GDDZ 雖基于EC 模式， 但其預(yù)報質(zhì)量相對于EC模式有明顯的提升。 SCMOC 準(zhǔn)確率高于SPCC，ZDYB 的準(zhǔn)確率最低。 最高溫度的平均絕對誤差呈現(xiàn)的結(jié)果與準(zhǔn)確率類似， 均為GDDZ 最優(yōu)，ZDYB 最差。 從預(yù)報技巧來看，SPCC 對ZDYB 有較好的正訂正， 但是ZDYB 和SPCC 對于SCMOC均為負(fù)訂正，預(yù)報效果并不理想。

從空間分布來看， 各主觀產(chǎn)品的最高溫度準(zhǔn)確率各地差異不大。SCMOC 的準(zhǔn)確率低值區(qū)與高平均絕對誤差區(qū)主要位于蛟河、長白、二道一帶，與實況相比表現(xiàn)為預(yù)報值偏低；ZDYB 與SCMOC準(zhǔn)確率空間分布類似， 但平均絕對誤差在東部的表現(xiàn)要略優(yōu)于SCMOC；SPCC 的最高溫度準(zhǔn)確率全省分布也較為均勻， 沒有特別明顯的東西部差異。 從SPCC 對于ZDYB 的訂正效果來看（圖4a、圖4c、圖4e），全省大部分地區(qū)為明顯的正訂正，多地在0—72h 時效內(nèi)的訂正技巧高于0.02；0—24h 時效內(nèi)， 吉林省北部地區(qū)訂正效果不明顯；24—48h 與48—72h 時效白山東部和長白山保護(hù)區(qū)訂正效果不明顯。從ZDYB 對SCMOC 的訂正效果看（圖4b、圖4d、圖4f），全省大范圍表現(xiàn)為高數(shù)值的負(fù)訂正， 特別是中西部大部分地區(qū)負(fù)訂正超過1.5，僅在東部地形復(fù)雜區(qū)，即吉林地區(qū)、白山南部、延邊有比較明顯的正訂正，部分地方的訂正技巧大于0.15，說明相較于SCMOC，ZDYB 在東部地形區(qū)有一定的訂正預(yù)報能力。

圖4 非汛期最高溫度SPCC 相對于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相對于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的訂正技巧檢驗結(jié)果

3.2.2 最低溫度

非汛期各類預(yù)報產(chǎn)品對最低溫度預(yù)報能力排序與最高溫度類似， 但其準(zhǔn)確率整體要低于最高溫度， 說明非汛期最低溫度的預(yù)報仍存在短板。GDDZ 對于EC 模式的預(yù)報雖有明顯的提升，但是相比于主觀產(chǎn)品優(yōu)勢并不十分明顯， 在0—24h、24—48h、48—72h 準(zhǔn)確率分別僅為45%、45%、44%。 總體上看，主觀產(chǎn)品中SCMOC 最優(yōu)，SPCC次之， 最差的為ZDYB。 盡管在24—48h 時效ZDYB 的準(zhǔn)確率 （41%） 略高于SPCC 的準(zhǔn)確率（40%），但其平均絕對誤差（3.32℃）要高于SPCC的平均絕對誤差（3.27℃）。 從預(yù)報技巧來看，SPCC和ZDYB 對于SCMOC 的訂正均為負(fù)訂正，SPCC對于ZDYB 略有正訂正，但是并不明顯。

從空間分布來看， 非汛期最低溫度的各主觀產(chǎn)品均存在比較明顯的東西差異， 即西部地區(qū)準(zhǔn)確率要高于東部地區(qū)， 且準(zhǔn)確率分布特征與地形呈現(xiàn)十分密切的關(guān)系。SCMOC 在0—72h 時效內(nèi)，白城、松原、長春、四平有較高的準(zhǔn)確率，白山東部、延邊和長白山保護(hù)區(qū)準(zhǔn)確率低（最高僅為40%左右）；從平均絕對誤差看，誤差高值區(qū)主要集中在舒蘭、蛟河、敦化以及白山東部、長白山保護(hù)區(qū)、琿春附近； 與實況相比，SCMOC 的結(jié)果在上述地區(qū)附近存在十分明顯的正偏差， 最低溫度預(yù)報值明顯偏高。 ZDYB 的準(zhǔn)確率較SCMOC 有所下降，特別是在吉林西部、通化、白山等地形復(fù)雜處出現(xiàn)了大范圍的準(zhǔn)確率低值區(qū)與平均絕對誤差大值區(qū)， 僅僅在延邊盆地附近存在較大范圍的準(zhǔn)確率大于50%的區(qū)域；從誤差分析看，平均絕對誤差大值區(qū)中通化南部、白山西部、延邊盆地為負(fù)誤差，其他地區(qū)為正誤差。 從SPCC 的準(zhǔn)確率可以看出，0—72h 準(zhǔn)確率低值區(qū)主要分布在東部地區(qū)，特別是吉林東部、 延邊北部和西部、 長白山保護(hù)區(qū)附近。另外值得注意的是，SPCC 準(zhǔn)確率在55 個國家站附近都較高， 在圖中表現(xiàn)為以國家站為中心的閉合高值區(qū)，其他非國家站點的準(zhǔn)確率普遍較低。從預(yù)報技巧來看， 相對于ZDYB，SPCC 在0—24h時效中南部地區(qū)有較好的訂正效果，24—48h 東部有較大范圍的負(fù)訂正，48—72h 中西部基本為正技巧，但整體訂正效果并不明顯，全省各地技巧均不足0.1（圖5a、圖5c、圖5e）。 ZDYB 對于SCMOC 的訂正在0—72h 表現(xiàn)為中西部大范圍的負(fù)訂正，并且負(fù)訂正幅度較大，部分地方負(fù)訂正超過1.5，僅在白山東部、長白山保護(hù)區(qū)附近有一定的正訂正（圖5b、圖5d、圖5f）。 總體來看，各種主觀模式對于東部地區(qū)最低溫度準(zhǔn)確率存在較為明顯的短板。

圖5 非汛期最低溫度SPCC 相對于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相對于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的訂正技巧檢驗結(jié)果

4 結(jié)語

（1）對于非汛期最高、最低溫度和汛期最高溫度，GDDZ 的準(zhǔn)確率要遠(yuǎn)高于主觀產(chǎn)品；3 種主觀產(chǎn)品中，非汛期最高最低溫度預(yù)報SCMOC 表現(xiàn)最優(yōu)，其次為SPCC，最差為ZDYB；汛期最高最低溫度預(yù)報SPCC 最優(yōu)， 其次為ZDYB， 最差為SCMOC。

（2）從預(yù)報效果看，主客觀產(chǎn)品對于非汛期最低溫度的預(yù)報效果都較差， 在預(yù)報中存在較為明顯的短板， 特別是東部地區(qū)的預(yù)報準(zhǔn)確率仍待提升。 3 種主觀產(chǎn)品在全年最高最低溫度的預(yù)報中都存在比較明顯的東西分布差異， 即中西部的預(yù)報準(zhǔn)確率與平均絕對誤差要優(yōu)于東部地形復(fù)雜區(qū)。 3 種產(chǎn)品對于極端性溫度的把握不夠，表現(xiàn)為最低溫度的預(yù)報較高，最高溫度的預(yù)報偏低。另外需要指出的是，ZDYB 與SPCC 的全年預(yù)報都存在國家站的準(zhǔn)確率高于非國家站的現(xiàn)象， 具體表現(xiàn)為準(zhǔn)確率平面圖上一個個以國家站為中心的閉合大值區(qū)， 這說明ZDYB 和SPCC 需要進(jìn)一步加強把握對非國家站點的最高最低溫度預(yù)報。

（3）從非汛期訂正效果來看，在東部復(fù)雜地形區(qū)的最高最低溫度預(yù)報方面，ZDYB 對SCMOC 有一定的正訂正能力，SPCC 對ZDYB 的訂正效果一般或無明顯訂正； 在中西部最高最低溫度預(yù)報方面，ZDYB 相對于SCMOC 為十分明顯的負(fù)訂正，SPCC 相對于ZDYB 在最高溫度方面全省為明顯的正訂正，在最低溫度方面訂正不明顯。

（4）從汛期訂正效果來看，在最低溫度方面，ZDYB 對SCMOC 的訂正在南部和東部有明顯的正訂正； 而SPCC 相較于ZDYB 為全省范圍的比較明顯的正訂正。 在最高溫度方面，ZDYB 相對于SCMOC 在吉林省西部與東部有十分明顯的正訂正，訂正的效果比較明顯，而在上述地區(qū)SPCC 相對于ZDYB 無明顯訂正效果。

（5）總體來看，相對于SCMOC，ZDYB 在汛期的訂正效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于非汛期的訂正效果， 并且在東部地形復(fù)雜處都有較明顯的正訂正， 說明預(yù)報員對于東部地形復(fù)雜區(qū)的極端溫度有一定的把握。SPCC 對于ZDYB 的最高溫度有比較好的訂正效果，除東部地形復(fù)雜區(qū)外全省基本均為正訂正，但是市州對于省臺最低溫度的訂正效果不明顯。