多模式溫度預(yù)報在佳木斯地區(qū)檢驗分析

張 鑫，孫洪偉，張 宇，王吉豪，王京京

(佳木斯市氣象局，黑龍江 佳木斯 154000)

1 引言

隨著數(shù)值預(yù)報發(fā)展， 模式預(yù)報產(chǎn)品的時效性和準確率不斷提高。 預(yù)報員已從對天氣系統(tǒng)實況分析轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shù)值預(yù)報產(chǎn)品的分析和應(yīng)用[1]，數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品成為預(yù)報工作重要的參考依據(jù)。 預(yù)報員需要對模式預(yù)報產(chǎn)品進行檢驗，分析特點和規(guī)律[2]，通過主客觀訂正，做出準確的預(yù)報[3-5]。 本文利用天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中常用的歐洲中心細網(wǎng)格預(yù)報（以下簡稱EC）、中央臺指導(dǎo)預(yù)報（以下簡稱SCMOC）、歐洲中心集合預(yù)報（以下簡稱集合預(yù)報）、黑龍江省網(wǎng)格融合預(yù)報（以下簡稱FUSE）4 種模式與城鎮(zhèn)精細化預(yù)報 （以下簡稱城鎮(zhèn)報），結(jié)合實況氣溫資料進行檢驗，分析各模式產(chǎn)品對佳木斯地區(qū)溫度預(yù)報的適用性， 更好地將數(shù)值模式應(yīng)用于本地氣溫預(yù)報。

2 資料方法

2.1 資料來源

模式產(chǎn)品選取 2020年9月1日-2021年8月31日 EC、SCMOC、集合預(yù)報、FUSE 模式的溫度預(yù)報及本地城鎮(zhèn)預(yù)報。

實況資料使用佳木斯、湯原、樺川、樺南、富錦、同江、撫遠7個國家站逐日最低、最高溫度實況。

2.2 檢驗方法

本文主要采用預(yù)報準確率 （預(yù)報誤差的絕對值≤2 ℃的百分率）、平均絕對誤差、均方根誤差等分析方法對各模式溫度預(yù)報進行檢驗。

其中，Nr為氣溫正確預(yù)報的站（次）數(shù)，Nf為預(yù)報的總站（次）數(shù)。 G 為數(shù)值預(yù)報插值到觀測站點得到的數(shù)值，O 為佳木斯地區(qū)觀測站點觀測值。

3 檢驗結(jié)果

3.1日最高（低）溫度檢驗

四種數(shù)值預(yù)報模式與城鎮(zhèn)報的日最高、 最低準確率對比，72 h時內(nèi)，日最高氣溫預(yù)報效果均優(yōu)于日最低氣溫。 24 h日最高氣溫準確率分析，四種數(shù)值預(yù)報模式均優(yōu)于城鎮(zhèn)報，準確率最高為EC（81.29 %），24 -144 h 內(nèi)，EC 模式均優(yōu)于其它模式，參考價值最大(圖 1)。

圖1 (a)日最高溫度和(b)日最低溫度預(yù)報準確率

日最低溫預(yù)報分析顯示， 各模式準確率整體偏低。24 h 城鎮(zhèn)報表現(xiàn)最優(yōu)，準確率為 72.88 %，48-72 h 集合預(yù)報表現(xiàn)最優(yōu)，96-168 h 城鎮(zhèn)報表現(xiàn)最優(yōu)。

日最高氣溫平均絕對誤差分析顯示：24-144 h EC 平均絕對誤差最低， 整體優(yōu)于其他模式，24 h 絕對誤差值低至1.28 ℃；168 h 集合預(yù)報產(chǎn)品絕對誤差最低。

日最低氣溫平均絕對誤差分析顯示：24-72 h FUSE 表現(xiàn)最優(yōu)， 其次為城鎮(zhèn)報，96-144 h 城鎮(zhèn)報最優(yōu)，24 h 絕對誤差最低值為 1.57 ℃；168 h 集合預(yù)報表現(xiàn)最優(yōu)(圖 2)。

均方根誤差分析顯示：日最高氣溫預(yù)報，24-120 h EC 整體表現(xiàn)最優(yōu)， 其次為集合預(yù)報，F(xiàn)USE 整體表現(xiàn)最差；144-168 h 集合預(yù)報最優(yōu)。日最低溫均方根誤差：24-144 h 城鎮(zhèn)報整體表現(xiàn)最優(yōu)。 對于數(shù)值預(yù)報 ，24-72 h，F(xiàn)USE 較 優(yōu) ；96-120 h，SCMOC 較 優(yōu) ；144-168 h，集合預(yù)報較優(yōu)(圖 3)。

圖3 (a)日最高溫度和(b)日最低溫度均方根誤差

3.2 72 h 逐月日最高（低）氣溫檢驗

逐月日最高氣溫準確率檢驗分析顯示：24 h，EC在11月-次年3月整體表現(xiàn)最優(yōu)；4月份除 FUSE外，其它各模式表現(xiàn)都較好；5月集合預(yù)報表現(xiàn)最優(yōu)，其次為SCMOC和城鎮(zhèn)報；6-10月各模式準確率都較高。

48 h，EC 在 11月-次年2月均表現(xiàn)良好；3-4月分別是城鎮(zhèn)報、SCMOC 最優(yōu)；5-9月各模式準確率接近；10月FUSE 最優(yōu)，SCMOC、 城鎮(zhèn)報表現(xiàn)較好；FUSE 準確率全年波動較大，3-4月準確率最低，3月份低至 53.16%。

72 h 整體趨勢與24 h 準確率趨勢相似，EC 整體表現(xiàn)較高；FUSE 模式準確率較低， 且波動性大；5-9月各模式準確率相近，均有較好的參考意義。

逐月日最低氣溫準確率檢驗分析顯示：24-72 h各模式變化相似，11月-次年2月城鎮(zhèn)報、FUSE、SCMOC 整體表現(xiàn)較好，EC、 集合預(yù)報波動較大；3-5月集合預(yù)報、EC 準確率最高；6-10月各模式準確率相近，均具有參考意義。

對比逐日最高氣溫與最低氣溫準確率， 冬半年各模式準確率均低于夏半年， 各模式夏季準確率都較高，可作為預(yù)報依據(jù)。 冬季EC、集合預(yù)報日最高溫準確率高、日最低溫準確率較低。

逐月日最高氣溫平均絕對誤差分析顯示：24 h，11月-次年3月EC 絕對誤差最低， 檢驗結(jié)果最好，4-10月，F(xiàn)USE 絕對誤差波動較大， 其它各模式誤差均不大，有較好的參考意義。 24-72 h 檢驗，EC 表現(xiàn)最好。

逐月日最低氣溫平均絕對誤差分析顯示：24-72 h 各模式整體變化趨勢相近；3-10月，各模式平均絕對誤差較??；11月-次年2月FUSE 最優(yōu)，SCMOC、城鎮(zhèn)報整體效果也較好。

3.3 72 h 市縣日最高（低）氣溫檢驗

全區(qū)日最高氣溫預(yù)報準確率分析顯示： 24 h 佳木斯地區(qū)東部、 樺川EC 表現(xiàn)最優(yōu)； 佳木斯市、 湯原、 樺南分別是SCMOC、 城鎮(zhèn)報和 FUSE 表現(xiàn)最優(yōu)； 城鎮(zhèn)報表現(xiàn)除佳木斯市、 湯原外， 均不理想，準確率較低；

48 h 佳木斯市、樺南是SCMOC 表現(xiàn)最優(yōu)；湯原城鎮(zhèn)報最優(yōu)，其它地區(qū)EC 準確率最高。

72 h 佳木斯市城鎮(zhèn)報最優(yōu)， 其它地區(qū)均EC 最優(yōu)。

整體分析，24-72 h，EC 在樺川、富錦、同江、撫遠地區(qū)準確率最高；24-48 h，佳木斯、湯原分別為SCMOC和城鎮(zhèn)報準確率高。

全區(qū)日最低氣溫準確率檢驗分析顯示：24 h 佳木斯、湯原、同江集合預(yù)報準確率表現(xiàn)最優(yōu)；樺川、富錦城鎮(zhèn)報表現(xiàn)最優(yōu)；樺南、撫遠SCMOC、FUSE 表現(xiàn)最優(yōu)。

48 h 佳木斯、湯原是集合預(yù)報準確率表現(xiàn)最優(yōu)；樺川、樺南SCMOC 表現(xiàn)最優(yōu)；同江、撫遠FUSE 表現(xiàn)最優(yōu)。

72 h 佳木斯、湯原、富錦、同江均為集合預(yù)報表現(xiàn)最優(yōu)。

整體分析，24-72 h 佳木斯、湯原集合預(yù)報最優(yōu)；樺南SCMOC 最優(yōu)。24-48 h 富錦、撫遠分別為城鎮(zhèn)報和FUSE 最優(yōu)。在最低溫預(yù)報中，EC 在全區(qū)表現(xiàn)均不理想，預(yù)報準確率較低。

4 結(jié)論

（1）各預(yù)報模式最高氣溫預(yù)報均好于最低氣溫；隨著預(yù)報時效的延長，預(yù)報的誤差增大，預(yù)報準確率降低。日最高氣溫準確率檢驗，EC 表現(xiàn)最優(yōu)，F(xiàn)USE表現(xiàn)較差。日最低溫檢驗中，城鎮(zhèn)報、集合預(yù)報表現(xiàn)相對較好。

（2）平均絕對誤差、均方根誤差分析，日最高氣溫誤差均低于日最低溫預(yù)報。24-120 h，日最高氣溫，EC 模式誤差最低。 24-96 h日最低溫預(yù)報，城鎮(zhèn)報、FUSE 誤差最低。

（3）逐月日最低、日最高氣溫預(yù)報在5-10月均表現(xiàn)較好，有較好的參考意義。日最高氣溫顯示，11-次年3月，EC 表現(xiàn)最優(yōu)。 逐月最低溫預(yù)報準確率分析，11月-次年2月SCMOC、FUSE、城鎮(zhèn)報表現(xiàn)相對較好。

（4）數(shù)值模式預(yù)報準確率全區(qū)檢驗分析：24-72 h日最高氣溫準確率檢驗，樺川、富錦、同江、撫遠EC表現(xiàn)最優(yōu)；24-48 h，佳木斯、湯原分別是SCMOC和城鎮(zhèn)報表現(xiàn)最優(yōu)。 全區(qū)日最低氣溫檢驗：24-72 h，佳木斯、湯原集合預(yù)報表現(xiàn)最優(yōu)；樺南SCMOC 準確率最高。