數值預報產品在石島春季最高氣溫預報中的檢驗和釋用

張守龍 程立渤 彭雯 林修棟

摘要：針對T639、歐洲中心細網格模式以及美國NCEP三家數值預報中2m氣溫進行了檢驗，利用統計的方法進行了分析，得到了一些定量的結論，為石島地區3～5月最高氣溫的預報提供預報指標和方法，得出在不同的月份中各家數值預報的優劣性。對業務工作有很好的指導意義。

關鍵詞：數值預報產品;最高氣溫;檢驗

中圖分類號：P44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0055-03

1引言

最高氣溫（maximum temperature）是一定時段內氣溫的最高值，是反映某地炎熱狀況最直接的指標。常用的有日最高氣溫、月最高氣溫和年極端最高氣溫。最高、最低氣溫的預報是各級氣象臺站每天制作和發布的常規天氣要素預報，近年來隨著數值分析預報產品水平的提高，它在廣大預報員每天的預報工作中，正發揮著越來越重要的作用。但由于最高溫度受地形、地勢等多種因素影響，一直是氣象工作中的難點。自2010年6月開展最高、最低溫度預報評分至今，本地的最高溫度預報一直是預報中的難點，尤其春季冷暖空氣轉換時的最高溫度準確率明顯偏低。為了做好春季最高溫度預報工作，充分利用數值預報產品，研究選取了2012～2014年3月、4月、5月中T639、歐洲中心細網格模式以及美國NCEP三家數值預報的2m氣溫數值，以及三家平均數值、三家最大值、三家最小值，共六組數值進行統計分析，得到一些定量的結論，為石島地區3—5月最高溫度的預報提供一些預報指標和方法，以提高預報質量。

NCEP是美國國家環境預報中心（National Centersfor Environmental Prediction）的英文簡稱，已成為目前數值預報業務和研究發展的重點。

歐洲中期數值天氣預報中心（ECMWF）于1975年11月4日正式成立，業務預報模式已具有相當高的空間分辨率，數值預報的時效達10d。

T639L60全球模式簡稱T639，全球譜模式，有1280640個格點，相當于水平30km分辨率。

2資料獲取

選取2012～2014年，3～5月的美國數值模式（NCEP）、歐洲中心細網格數值模式（EC）、中國數值模式（T639）3種模式的2m溫度的預報（以20：00為起報場的24h內2m氣溫），三家數值平均，三家數值最大、最小，共6組數據做為樣本，分別從準確率、絕對誤差、均方根誤差3個方面對數據進行分析比對，得到本地3～5月最高氣溫的參考指標和預報方法。

3預報準確率分析

在實際業務工作中評定最高溫度預報準確率，是遵照中國氣象局2005年下發的109號文件《關于中短期天氣預報質量檢驗辦法通知》執行的。

式（1）、（2）、（3）中，Fi為第i站（次）預報溫度，Oi為第i站（次）實況溫度，K為2，代表Fi-Qi≤2℃，Nrx為預報正確的站（次）數，Nfx為預報的總站（次）數。

對預報準確率從年、月2個方面進行了檢驗。

3.1年預報準確率分析

對六組數據分別評分，得出圖1，分析3年6組數據的準確率，三家數值預報得分最高的是NCEP;其次是T639;EC最低。6組數據中NCEP的準確率最高，平均值的次之，最小值的最低。

2012年美國NCEP的準確率比其它兩家分別高出7.52%和6.72%。三家預報的最大值在預報準確率上優勢不大;最小值的預報準確率明顯偏小。

3.2月預報準確率分析

分析3月6組數據的準確率（圖2），三家數值預報得分最高的是EC;其次是NCEP;T639最低。六組數據中平均值的準確率最高，最小值的次之，最大值的最低。

最小值的準確率在2012、2013年最高，但因2014年準確率太低，使得總體得分比三家平均得分要少。

分析4月六組數據的準確率，三家數值預報得分最高的是NCEP;其次是EC;T639最低。6組數據中最大值的準確率最高，NCEP的次之，最小值的最低。

2012年的NCEP的預報準確率明顯優于其它。

分析5月6組數據的準確率，三家數值預報得分最高的是NCEP;其次是T639;EC最低。6組數據中最大值的準確率最高，平均值的次之，最小值的最低。

4多模式預報誤差分析

選取T639、歐洲中心細網格模式以及美國NCEP三家數值預報產品中2012年、2013年、2014年3年的石島溫度預報數據，以及三家平均值、最小值、最大值，共6組數據，分別計算其絕對誤差和均方根誤差。

對絕對預報誤差和均方根預報誤差分別從年、月兩個方面進行了檢驗。

4.1年預報誤差分析

分析3年6組數據的誤差（圖3），三家數值預報誤差最小的是NCEP;其次是T639;EC最高。6組數據中平均值的誤差最低，NCEP的次之，最小值的最高。

2012、2013、2014年NCEP預報的絕對誤差和均方根誤差均比EC和T639小，2012年和2014年NECP的優勢尤為明顯，2012年EC比T639好，2013年3者相差不大，2014年EC的誤差明顯。其次是T639比EC好;對于EC來說，預報的誤差最大，其中2014年EC的均方根誤差達到2.56，而NECP僅為2.11。

3年中平均值的誤差略小，但與NCEP和最大值相比優勢不大。最小值的誤差最大，尤其是2012年和2014年，分別達到2.69和2.66。

分析3年24h預報數據的誤差（圖4），三家數值預報誤差最小的是NCEP;其次是T639;EC最高。六組數據中NCEP的誤差最低，最大值的次之，最小值的最高。

其中24h、27h、30h、33h時次氣溫的平均絕對誤差和均方根均很小，NECP、EC、T639的平均絕對誤差都小于1。5度;而36h、39h、42h時次的誤差均較大，這四個時次分別對應著白天的8h、11h和14h，白天的升溫比較明顯，相對而言預報難度較大。平均絕對誤差和均方根誤差39h最大，NECP的絕對誤差與均方根誤差均為最小;T639次之，EC最大。

全天預報中最大值和平均值表現優于最小值，但與NCEP相比優勢不大。

4.2月預報誤差分析

（1）分析3月6組數據的誤差，三家數值預報誤差最小的EC;其次是NCEP～T639最高。6組數據中平均值的誤差最小，最小值的次之，最大值的最高。

從圖中分析，2012年NCEP的誤差較大，2013年、2014年誤差略有下降。最小值的誤差在2012、2013年表現最好，但因2014年誤差太大，使得總體得分比三家平均得分要少。

（2）分析4月6組數據的誤差，三家數值預報誤差最小的是NCEP其次是EC;T639最高。6組數據中最大值的誤差最小，NCEP的次之，最小值的最高。

2012年的NCEP的預報誤差明顯優于其它。

（3）分析5月6組數據的誤差，三家數值預報得分最高的是NCEP其次是T639;EC最高。6組數據中最大值的誤差最高，平均值的次之，最小值的最高。

5綜合分析

通過上述分析可以看出，NCEP的數值預報在2012年表現較差，但在2013年、2014年的表現均優于其它數值預報的結果，尤其是2013年的表現最好。從分月的分析來看，平均值的表現一般，最大值在3月的表現遜于最小值，但隨著溫度的升高，最大值的表現越來越好，而最小值的表現越來越差。

在分時預報分析中可以看出，NCEP的分時預報準確率最高，誤差最小，尤其是36～45 h中的表現尤為突出，這對預報最高溫度有很好的指導意義。

通過以上分析，認為3、4、5月的最高溫度預報最好的方法可以是，以NCEP預報為主，3月氣溫偏低，以三家數值預報中的最小值為預報結果，4、5月氣溫逐漸回升，應以三家數值預報中的最大值為預報結果。