黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細化氣溫預報訂正研究

摘 要：選取2020—2022年黔西市國家基本氣象站和27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站日最高氣溫和日最低氣溫資料，利用最小二乘法得出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)觀測站點與黔西國家基本站氣溫關系式，建立預報方法，采取2023年實況數據分別對方程組預報效果和經驗訂正預報效果進行檢驗。結果顯示，精細化氣溫預報訂正后的預報效果總體較好，對黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報有較好的指導意義。

關鍵詞：氣溫預報；預報效果；最小二乘法

中圖分類號：P45 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–0-03

隨著我國經濟社會的發(fā)展，社會各界對天氣預報的準確率和精細化程度的要求越來越高。隨之而來對氣象預報精細化的需求日益增長，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫的預報是重點之一。以貴州省畢節(jié)市黔西市為例，以國家站為基準的城區(qū)氣溫預報準確率較高，但在開展鄉(xiāng)鎮(zhèn)預報時，通常以基本站為基準，采用經驗訂正的方式開展氣象服務，此方法無法滿足當前社會需求。近年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站網布局越發(fā)完善，氣象數據更加全面準確，為更好地開展鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象服務，基于陳云飛等[1]、黃治勇等[2]、邱學興等[3]對鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫訂正預報方法的研究，采用SPSS軟件，對2020—2022年黔西國家站和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站日最高氣溫和日最低氣溫相關數據進行分析和回歸計算，建立各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站與國家基本氣象站相關聯(lián)的氣溫預報回歸方程，形成黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫精細化預報的訂正客觀方法，以提高黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報準確率，為農業(yè)生產和人民生活提供幫助。

1 資料和方法

2020—2022年黔西市27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站資料，

來源于貴州省氣象局提供的區(qū)域自動站數據文件，黔西國家基本站資料來源于本站月報表數據文件。以下使用的氣象資料在計算前進行了嚴格的質量控制及均一性檢查，同時對缺測資料進行了插補訂正。

選取2020—2022年黔西市27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站和黔西國家基本氣象站的日最高氣溫及日最低氣溫資料，并通過統(tǒng)計分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及黔西國家站的年平均溫度、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫等氣象指標的分布區(qū)域情況及變化趨勢，發(fā)現鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫與黔西國家站氣溫之間存在線性關系，并運用最小二乘法擬合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站與黔西國家站的最佳趨勢預報方程，形成不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣溫回歸模型，從數理統(tǒng)計的角度上客觀訂正各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報。

根據中國氣象局于2005年7月1日下發(fā)的《中短期天氣預報質量檢驗辦法（試行）》，溫度預報檢驗內容包括最高氣溫和最低氣溫的預報誤差[4-5]。主要有以下3種公式：

平均絕對誤差：TMAE=|Fi-Oi|（1）

均方根誤差：TRMSE=（2）

預報準確率：TTK=×100%（3）

在式（1）～式（3）中，Fi為第i站（次）預報溫度，Oi為第i站（次）實況溫度。K值為預報準確率檢驗誤差值，K為1代表|Fi-Oi|≤1 ℃；K為2代表|Fi-Oi|≤2 ℃。NrK為預報正確的站（次）數，NfK為預報的總站（次）數。

2 結果與分析

2.1 氣溫預報的訂正方法

利用2020—2022年共3年數據作為預報方程建立樣本。以黔西國家基本站為代表，采用最小二乘法擬合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站點與黔西站的每日最高氣溫和最低氣溫的關系式。設各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣溫為因變量（ y），黔西站的氣溫為自變量（x），建立了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和黔西國家站的趨勢預報方程，所有趨勢預報方程的復相關系數均在0.970以上，回歸效果明顯。在實際運用中發(fā)現，使用趨勢方程對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫訂正預報效果良好，這表明此方法建立的趨勢方程在預報鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫時具有良好的實用性，對提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)最低氣溫、最高氣溫預報質量具有重大意義。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)與黔西站的趨勢預報方程具體見表1。

2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報的效果檢驗

通過2023年黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐日氣溫預報資料與同期實況氣溫進行對比評估，選取的有效樣本數共計365 d，根據《中短期天氣預報質量檢驗辦法（試行）》的評分方法，統(tǒng)計得出黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2023年每日氣溫預報的平均絕對方差、均方根誤差和預報準確率。

從表2可以看出，黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最高氣溫和最低氣溫的平均絕對誤差均≤3.1 ℃，均方根誤差≤4.1 ℃，

其中最高氣溫平均絕對誤差≤3 ℃的預報準確率高于90%，最低氣溫平均絕對誤差≤2℃的預報準確率高于60%，這一結果表明黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報總體較為準確。通過對比可發(fā)現，最低氣溫預報準確率明顯高于最高氣溫預報準確率，最低氣溫的平均絕對誤差、均方根誤差等普遍低于最高氣溫，最高氣溫出現大值預報偏差的概率普遍高于最低氣溫。

一般情況下，當實況氣溫與預報氣溫相近時，公眾會認為預報是準確可信的。但當實況氣溫與預報氣溫存在差異，且超過一定閾值時，易損害氣象部門公信力[6-8]。根據天氣預報質量評定相關辦法，溫度預報絕對誤差＞4.5 ℃，即溫度預報評分60分作為大值的閾值[9-11]。從表2中可以發(fā)現，黔西市氣溫預報≤4.5 ℃的預報準確率高于75%，最高可達94.8%，表明黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣溫趨勢預報方程可用性較高。

通過對2023年全年的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報效果檢驗可以看出，此趨勢預報方程的建立，對黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報具有一定的指導作用，對黔西市開展精細化氣象服務，提高預報服務質量具有重要意義。

表1" 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最高、最低氣溫預報方程

鄉(xiāng)鎮(zhèn) 日最高氣溫預報方程 復相關系數 日最低氣溫預報方程 復相關系數

甘棠 y=1.040 7x+0.751 8 0.970 y=0.971 5x+0.527 2 0.969

大關 y=0.997 1x+0.725 8 0.990 y=0.983 3x+0.726 6 0.993

定新 y=1.045 3x+0.562 9 0.972 y=0.960 6x+1.189 2 0.981

谷里 y=1.017 1x+0.530 5 0.991 y=1.002 7x+0.748 3 0.993

觀音洞 y=0.989 8x-0.420 1 0.986 y=0.993 9x-0.207 2 0.987

紅林 y=1.031 5x-0.787 6 0.984 y=0.939x-0.448 6 0.979

花溪 y=1.047x+0.048 4 0.973 y=0.978 2x+0.687 8 0.988

金碧 y=1.007 4x+0.599 1 0.991 y=0.985x+0.249 3 0.994

金蘭 y=0.990 7x+0.211 3 0.985 y=0.977x-0.001 1 0.988

金坡 y=1.001 4x-0.833 9 0.978 y=0.941 5x-0.704 7 0.964

錦星 y=1.028 7x+1.1 0.990 y=0.969 7x+0.678 0.974

林泉 y=1.006 2x-0.3364 0.992 y=0.965x-0.224 7 0.987

綠化 y=0.983 5x-0.05 0.992 y=0.966x+0.042 4 0.990

仁和 y=1.041 9x+0.063 9 0.985 y=0.963 4x+0.341 0.977

素樸 y=1.023 1x-0.040 2 0.986 y=1.004x-0.232 1 0.973

太來 y=1.042 9x-0.345 8 0.983 y=1.002 2x+0.156 0.991

鐵石 y=1.014 4x+0.751 9 0.987 y=1.009 9x+0.663 7 0.987

五里 y=0.986 3x-0.414 6 0.985 y=0.989 9x-0.277 4 0.994

協(xié)和 y=1.014 8x+0.795 5 0.971 y=0.979 9x-0.150 5 0.971

新仁 y=0.988 7x+0.050 9 0.985 y=0.965 1x+0.591 4 0.979

永興 y=1.033 6x+0.597 6 0.988 y=0.974 3x+0.841 7 0.978

雨朵 y=0.991x+0.701 8 0.991 y=0.976 9x+0.566 1 0.987

長堰 y=0.988 8x+0.460 8 0.993 y=0.940 7x+0.502 2 0.974

中建 y=1.039 9x+0.983 5 0.971 y=0.965 3x+0.879 8 0.968

中坪 y=1.020 4x+1.945 4 0.978 y=0.952 6x+2.104 5 0.971

鐘山 y=1.015 6x+0.441 1 0.989 y=0.981 8x-0.096 7 0.970

重新 y=1.006 3x-0.220 4 0.978 y=1.014 1x-0.562 9 0.967

表2" 黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預報評分

鄉(xiāng)鎮(zhèn) 平均絕對誤差/℃ 均方根誤差/℃ ≤2 ℃預報準確率/% ≤4.5 ℃預報準確率/%

最高氣溫 最低氣溫 最高氣溫 最低氣溫 最高氣溫 最低氣溫 最高氣溫 最低氣溫

甘棠 3.1 2.0 4.1 2.8 42.2 64.4 75.3 87.9

大關 2.8 1.8 3.7 3.9 46.3 66.3 78.6 92.3

定新 3.0 1.9 3.9 3.7 41.4 64.1 76.7 90.7

谷里 2.8 1.8 3.7 3.7 47.4 66.0 78.9 92.1

觀音洞 2.8 1.5 3.7 3.9 50.7 72.3 77.5 94.8

紅林 2.9 1.8 3.9 3.8 47.9 65.8 75.9 92.1

鄉(xiāng)鎮(zhèn) 平均絕對誤差/℃ 均方根誤差/℃ ≤2 ℃預報準確率/% ≤4.5 ℃預報準確率/%

最高氣溫 最低氣溫 最高氣溫 最低氣溫 最高氣溫 最低氣溫 最高氣溫 最低氣溫

花溪 2.9 1.8 3.8 3.7 44.4 66.3 79.2 92.3

金碧 2.8 1.8 3.7 3.7 50.1 66.0 79.5 92.1

金蘭 2.7 2.0 3.7 3.6 50.4 62.5 78.9 90.1

金坡 2.7 2.0 3.6 3.8 47.9 63.0 80.3 91.5

錦星 2.8 2.1 3.8 3.7 47.4 61.1 80.3 88.5

林泉 2.8 1.8 3.7 3.6 49.0 66.0 77.8 92.3

綠化 2.7 1.8 3.6 3.9 48.2 67.7 78.6 93.2

仁和 2.9 2.0 3.9 3.8 47.9 61.4 77.3 90.1

素樸 2.8 2.1 3.8 3.9 47.7 62.2 79.5 87.7

太來 2.8 1.8 3.9 3.8 48.8 66.6 80.0 92.3

鐵石 2.8 1.9 3.8 3.6 46.0 64.1 80.0 91.2

五里 2.7 1.7 3.6 3.8 50.4 67.7 79.2 94.0

協(xié)和 2.9 1.7 3.8 3.6 46.0 68.5 78.9 93.4

新仁 2.8 1.9 3.6 3.8 46.6 64.9 79.5 92.1

永興 2.8 2.0 3.8 3.6 48.5 63.6 78.1 90.1

雨朵 2.7 1.9 3.6 3.6 49.6 64.9 78.1 91.2

長堰 2.7 2.0 3.6 3.9 49.9 63.6 79.2 90.1

中建 2.9 2.1 3.9 3.7 45.8 61.4 77.3 88.5

中坪 2.8 2.1 3.7 3.7 47.1 62.5 79.7 89.9

鐘山 2.7 2.1 3.7 3.8 49.9 62.5 79.7 86.8

重新 2.8 2.3 3.8 3.1 50.1 59.7 79.5 85.8

3 結論

（1）黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站與國家站氣溫的差值絕對值最大值均＞2.0 ℃，由此可見，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站與國家站氣溫存在差異，單純用黔西國家站的氣溫預報代表鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預報，其準確率較低。

（2）各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最低氣溫預報準確率明顯高于最高氣溫預報準確率，意味著最高氣溫出現大值偏差的概率較大。通過對預報效果檢驗可以發(fā)現，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最高氣溫預報的絕對誤差≤2 ℃的預報準確率為41.1%

～50.7%，最低氣溫預報的絕對誤差≤2 ℃的預報準確率為59.7%～66.6%。

（3）因氣溫預報存在大值偏差，故采用溫度預報絕對誤差＞4.5 ℃為大值預報誤差閾值。黔西市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最高氣溫絕對值誤差≤4.5 ℃的預報準確率為75.3%～80.3%，最低氣溫絕對值誤差≤4.5 ℃的預報準確率為85.8%～94.0%。

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收稿日期：2024-07-10

作者簡介：姜軍志（1996—），男，山東梁山人，助理工程師，研究方向為綜合氣象業(yè)務。