歐洲中心細網格2 m溫度產品在遵義市的檢驗及應用

陳茜茜,張云秋，唐 海，夏兆林

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；2.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；3.貴州省仁懷市氣象局，貴州 仁懷 564500；4.貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700)

歐洲中心細網格2 m溫度產品在遵義市的檢驗及應用

陳茜茜1,張云秋2，唐 海3，夏兆林4

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；2.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；3.貴州省仁懷市氣象局，貴州 仁懷 564500；4.貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700)

利用遵義市14個縣區站2013—2015年逐日最高氣溫、最低氣溫實況數據，檢驗分析了對應時段內歐洲中心(EC)細網格2 m(簡稱EC 2 m)溫度預報產品對遵義市的預報準確率，在此基礎上，根據2015年EC 2 m溫度預報平均誤差，對2016年1—8月EC 2 m溫度進行訂正檢驗。結果表明：2013—2015年EC 2 m溫度對遵義地區預報準確率呈逐年上升趨勢，最低氣溫預報準確率遠高于最高氣溫。其中，2015年EC 2 m溫度預報系統性偏低；最高氣溫的預報準確率呈冬、秋、春、夏遞減，最低氣溫的預報準確率呈夏、秋、春、冬遞減；最高氣溫預報準確率隨時效延長呈下降趨勢，最低氣溫預報準確率隨時效延長呈波動變化趨勢；播州、匯川、綏陽、赤水、習水、鳳岡各時次的最低氣溫預報準確率都在80%以上，參考性強，其余站點相對較低。通過平均誤差對EC 2 m溫度進行訂正并檢驗，訂正效果明顯。

EC 2 m溫度；預報檢驗；訂正

Abstract：The accuracy of ECMWF Fine Grid in forecasting the 2-meter temperature, daily maximum temperature and minimum temperature at 14 stations located in Zunyi for 2013-2015 was analyzed. Based on the analysis, the ECMWF forecast issued from January to August 2016 was revised by subtracting the average error from the forecast, and the result of the revised forecast was evaluated. Results show that the accuracy of ECMWF Fine Grid in forecasting the 2-meter temperature in Zunyi increased year by year. The minimum temperature forecast was noticeably more accurate than its maximum temperature forecast. In particular, in 2015, the model forecast tended to produce a systematically lower value than the actual temperature. The accuracy of maximum temperature forecast was found to have seasonal dependence, with winter being the most accurate, followed by autumn, spring, and with summer being the least. On the other hand, the accuracy of minimum temperature forecast deceased along with summer, autumn, spring and winter. The accuracy of the maximum temperature forecast decreased as the forecast range increased. The accuracy of the minimum temperature forecast was found to fluctuate as the forecast range increased. The minimum temperature forecast at Bozhou, Huichuan, Suiyang, Chishui, Xishui and Fenggang had an accuracy of over 80% for all forecast range, which proved their great reliability for forecasters. Finally, the revised ECMWF 2-meter temperature forecast has shown general improvement over the original forecast.

Keywords：ECMWF Fine Grid; 2m temperature; predicted evaluation; revise

1 引言

溫度預報是天氣預報的重要組成部分，其準確率不僅關系到天氣預報質量，還對人們的健康、出行以及農業都有著重要的影響。因此，為了提高溫度預報的準確率，適應社會發展需求，預報員必須加強對本地溫度預報的研究，讓預報更加準確精細。

隨著天氣科學、高性能計算和觀測系統的不斷發展，數值天氣預報的準確性也得到了極大提高，目前全世界已有30多個國家和地區把數值天氣預報作為日常天氣預報的主要方法，預報員對數值預報的依賴度越來越高。但是數值模式的初值物理過程本身就存在一定誤差，而且研究表明數值預報在不同地域和不同天氣系統背景下的準確率也是不一樣的[1]，因此數值預報在使用前有必要進行全方位的檢驗和評估。EC 2 m溫度作為遵義市日常預報中最常使用的數值預報產品，目前還沒有學者對其準確性進行過有效檢驗。根據劉春風[2]、吳明輝[3]等人對數值溫度預報產品的研究發現，利用科學的方法對數值預報產品進行訂正，將大大提高溫度預報的準確性。本文將通過檢驗評估過去EC 2 m溫度的準確性，分析找出有效的訂正方法，為遵義地區的溫度預報提供參考依據。

2 資料概況和研究方法

2.1 資料

預報檢驗所用實況資料為2013—2015年全年遵義地區14個縣區站(桐梓、赤水、習水、道真、正安、務川、仁懷、匯川、遵義、播州、綏陽、湄潭、鳳岡、余慶)逐日最高氣溫和最低氣溫記錄。訂正檢驗所用實況資料為2016年1—8月遵義地區以上觀測資料。

預報數據為2013年1月—2016年8月EC 2 m溫度預報資料，起報時次選取20時，預報時效選取未來120 h，其中日最高氣溫和日最低氣溫為該日所有預報時次預報值中的最大值和最小值。格點值的選取方法是選取離遵義地區14個縣區站最近的格點，以該格點的值作為該站的預報值。

2.2 研究方法

根據《中短期天氣預報質量檢驗辦法(試行)》中給出的溫度預報檢驗方法，計算出各站的預報準確率、平均絕對誤差、平均誤差。溫度預報準確率的實際含義是溫度預報絕對誤差≤2℃的百分率。設Fi為某格點第i天的預報溫度，Oi為某格點第i天的實況溫度，Nr為預報正確的天數，N為預報的總天數。具體計算公式如下：

預報準確率：

(1)

平均絕對誤差：

(2)

平均誤差：

(3)

計算出2013—2015年EC 2 m溫度的預報準確率后，對2015年檢驗結果進行細化分析，根據2015年各站分季節平均誤差對2016年EC 2 m溫度進行訂正，并對訂正結果進行檢驗。

3 結果分析

3.1 EC 2 m溫度對2013—2015年遵義地區年平均預報質量對比分析

通過計算2013—2015年遵義地區14個站點120 h內年平均預報準確率，得出2013—2015年最高氣溫預報準確率分別為37.2%、39.1%、40.4%，最低氣溫預報準確率分別為66.2%、69.0%、74.5%；可以看出EC 2 m溫度對遵義地區預報準確率呈逐年上升趨勢，最高氣溫預報效果較差，沒有參考價值，最低氣溫預報效果相對較好，具有一定參考性。

3.2 2015年EC 2 m溫度對遵義地區年平均預報質量分析

通過分析2015年EC 2 m溫度對遵義地區年平均預報質量，得出最低氣溫預報平均絕對誤差1.40 ℃，最高氣溫預報平均絕對誤差2.70 ℃，可見最低氣溫預報不僅準確率遠大于最高氣溫預報準確率，且預報誤差較小，最低氣溫的預報總體較最高氣溫更具有參考價值。

通過分析各預報時次的平均預報準確率(14個站點求年平均)，發現最高氣溫預報準確率隨預報時效延長逐漸降低(圖1)，預報準確率從24 h的43.7%下降到120 h的37.1%，平均絕對誤差也隨預報時效延長而增大，從24 h的2.85 ℃增長到120 h的3.66 ℃。最低氣溫預報準確率呈波動變化，平均絕對誤差也隨準確率波動變化，前72 h預報準確率相對較低，在70%～75%之間，96～120 h預報準確率略高于75%，96 h為最高，達到76.8%。各時次平均誤差均為負值(最高氣溫平均誤差為-2.50～-2.19 ℃，最低氣溫平均誤差為-1.20～-0.60 ℃)，可見預報系統性偏低。

圖1 2015年最高氣溫(a)、最低氣溫(b)不同時效預報準確率分布圖Fig.1 The distribution of maximum(a) and minimum(b) temperature with respect to forecast hour in 2015

3.3 2015年EC 2 m溫度對遵義地區各站預報準確率分析

從單站平均預報準確率來看，播州的最低氣溫和最高氣溫都為最高，而其最高氣溫預報準確率(61.0%)遠低于最低氣溫預報準確率(91.2%)。除播州外，其余站點最高氣溫預報準確率都在60%以下，參考性差。播州、匯川、綏陽、赤水、習水、鳳岡、湄潭的最低氣溫預報準確率均在80%以上，有較好的參考價值；務川、桐梓、正安的最低氣溫預報準確率在60%以下，最低為務川51.7%。同時，預報準確率較高的站點平均絕對誤差相對較小。由此可見，EC 2 m溫度預報產品對遵義、桐梓、余慶和北部站點(務川、道真、正安)的預報準確率相對較低，其余站點相對較高。

按照不同預報時次分析各站的預報準確率(圖2)。對于最高氣溫，只有播州的24 h預報準確率達到了70%以上，匯川、習水達到60%以上，其余各站各時次預報準確率均在60%以下，參考性低。對于最低氣溫，播州和匯川預報準確率較高且隨預報時效延長而遞減，24～72 h預報準確率達到90%以上，96～120 h仍然保持在80%以上，尤其是播州，120 h預報準確率也達到87.2%，參考價值極高；綏陽、赤水、習水、鳳岡預報準確率各時次都保持在80%以上，隨時效延長波動變化；湄潭、仁懷各個時次的最低氣溫預報準確率保持在70%以上，有較好的參考性；余慶除24 h外，其余時次預報準確率在70%以上；其余站點各時次預報準確率基本都低于70%，參考價值較差。

圖2 2015年各站最高氣溫(a)、最低氣溫(b)不同時效預報準確率分布圖Fig.2 The distribution of maximum(a) and minimum(b) temperature with respect to forecast hour for each station in 2015

3.4 2015年EC 2 m溫度對遵義地區不同季節的預報準確率分析

對2015年4個季節遵義地區平均預報準確率(120h內14個站點預報準確率求平均)進行分析，從最高氣溫預報來看，預報準確率偏低，分別為冬季48.9%、秋季47.8%、春季34.9%、夏季33.2%，參考價值較低。從最低氣溫的預報來看，預報準確率為夏季80.1%、秋季76.9%、春季74.3%、冬季63.1%，冬季預報效果較差。

從各站分季節預報來看(圖3)，最高氣溫預報效果較差，只有播州和匯川預報準確率在冬季接近70%，相對較好，其余都較低。最低氣溫預報效果較好，參考價值較高：春季，匯川、播州區、綏陽預報準確率高于90%；夏季，預報準確率高于90%的站點有播州、赤水、鳳岡、習水；秋季，播州預報準確率在90%以上；冬季，播州、匯川、綏陽預報準確率高于80%；4個季節中預報準確率最高為夏季，播州達94.7%；遵義、道真、正安、桐梓、務川各季節的預報準確率普遍在70%以下，參考價值較低，但其中道真在夏季和秋季預報準確率在75%左右，有一定參考意義。

圖3 2015年各站最高氣溫(a)、最低氣溫(b)不同季節預報準確率分布圖Fig.3 The distribution of maximum(a) and minimum(b) temperature with respect to season for each station in 2015

4 訂正檢驗

利用2015年各站各季節EC 2 m溫度預報的平均誤差對2016年EC 2 m溫度進行訂正。最高氣溫訂正結果：前72 h各站預報準確率基本在60%以上，120 h內平均在50%以上。分季節來看，夏季的訂正效果最佳，平均預報準確率提高了36.2%，冬季和春季訂正效果相對較差，仍提高了19.6%和15.3%。

由于最低氣溫預報準確率訂正前已經較高，所以訂正后的準確率提高不及最高氣溫明顯，冬季提高了10.3%，春季6.6%，夏季5.3%。訂正后使EC 2 m溫度預報更具參考價值，冬季120 h內最低氣溫平均預報準確率達到73.0%，春季82.7%，夏季高達89.4%。

綜上所述，此方法對EC 2 m溫度訂正效果明顯，有效提高了遵義地區EC 2 m溫度產品的參考性。

5 結論

①2013—2015年EC 2 m溫度對遵義地區預報準確率呈逐年上升趨勢，其中最低氣溫的預報準確率平均高出最高氣溫預報準確率30%左右，具有一定參考性，而最高氣溫的預報沒有參考價值。

②2015年EC 2 m溫度最高氣溫的預報準確率隨時效延長呈下降趨勢，最低氣溫隨時效延長呈波動變化趨勢，兩者各時次的平均誤差均為負值，預報系統性偏低。

③2015年播州、匯川、綏陽、赤水、習水、鳳岡各時次的最低氣溫預報準確率都在80%以上(播州準確率最高，達到91.2%)，參考性強，其余站點相對較低。

④2015年分季節預報準確率分析中，最高氣溫預報參考價值較低，最高為冬季預報準確率48.9%，秋季、春季、夏季依次降低；最低氣溫預報參考價值較高，最高為夏季預報準確率80.1%，秋季、春季、冬季依次降低。

⑤通過2015年各站各季節EC 2 m溫度預報的平均誤差對2016年EC 2 m溫度進行訂正并檢驗，訂正效果明顯。

[1] 陳海鳳，黃世芹，金建德，等.EC細網格溫度預報在貴陽地區的釋用效果分析[J].貴州氣象，2014,38(4):22-25.

[2] 劉春風，徐歡，宋雪明，等.ECMWF細網格模式2m溫度在新疆及周邊地區的預報效果檢驗[J].沙漠與綠洲氣象，2014,8(6):10-15.

[3] 吳明輝，毛建明，田海.基于數值產品的銅仁市溫度預報研究[J].貴州氣象，2010,34(Z):96-97.

TheEvaluationandApplicationofECMWFFineGridfor2-MeterTemperatureinZunyi

CHEN Qianqian1, ZHANG Yunqiu2, TANG Hai3, XIA Zhaolin4

(1.Yuqing Meteorological Bureau, Yuqing 564400, China; 2.Tongzi Meteorological Bureau,Tongzi 563200, China; 3.Renhuai Meteorological Bureau, Renhuai 564500, China; 4. Chishui Meteorological Bureau, Chishui 564700, China)

P457.3

B

1003-6598(2017)04-0035-04

2017-04-24

陳茜茜(1991-)，女，助工，主要從事短期天氣預報工作,E-mail:280037624@qq.com。

遵義市氣象局青年基金資助項目(遵氣科合QN[2016]03號)：EC 2 m溫度產品在遵義市的檢驗及應用。