內蒙古自治區智能網格實況產品基于三種地形的評估研究

王利亞

（內蒙古自治區氣象信息中心 內蒙古自治區呼和浩特市 010051）

1 引言

隨著智能網格實況產品在全國的逐步推廣，各氣象行業對其應用需求逐漸增加，因此對其準確性的評估是有必要的。國家氣象信息中心數據研究室對覆蓋全國范圍的實況分析產品與實況觀測產品進行過評估[1]，張德龍等人利用站點數據及歐洲中心資料評估了內蒙古實況2m 氣溫產品，證明了該產品在內蒙古自治區的可用性[2]，內蒙古自治區的地形對智能網格實況產品質量的影響，目前還沒有相關研究。本文利用處于三種不同地形的站點觀測數據對2020年7月1日至2020年12月31日的內蒙古自治區智能網格實況融合分析產品進行評估，要素包括2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風速和能見度，分析地形對各要素實況網格產品準確性的影響。

2 數據和方法

2.1 網格產品與觀測數據

被評估產品為2020年7月1日至2020年12月31日內蒙古自治區智能網格實況融合分析產品（V1.0），時間分辨率為1h，空間分辨率為5km*5km，要素包括2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風和能見度。

觀測數據為經過質量控制的內蒙古自治區119 個國家站、33 個無人站和885 個考核區域自動站的小時氣溫、小時相對濕度、2 分鐘平均風速和水平能見度。

2.2 數據評估方法

喬淼等人分析了不同地貌條件下全國降水分布差異[3-4]，本文根據其地貌分類方法，利用DEM 高程數據計算了內蒙古地區地形起伏度，將內蒙古地區地貌劃分為平原、丘陵和山地三種，并提取了全區氣象觀測站點所處的地貌條件，并以觀測數據為真值，將實況產品用雙線性插值方法插值到站點，分析比較一段時間內兩者的平均絕對誤差、均方根誤差和相關系數，具體公式如下：

平均絕對誤差：

均方根誤差：

圖1：不同地形下實況與站點觀測數據的平均絕對誤差、均方根誤差

圖2：不同地形下實況與站點觀測數據的相關系數

相關系數是：

其中，Oi 為站點觀測值，Gi 為實況網格分析產品插值到檢驗站點得到的數值，N 為參與檢驗的總樣本數（站次數）。

3 評估結果

按照三種不同地形（平原、丘陵、山地），分析2020年7月1日至2020年12月31日2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風速和水平能見度內蒙古自治區實況產品與站點觀測數據的平均絕對誤差、均方根誤差和相關系數。

當地形分別為平原、丘陵、山地時，2m 氣溫實況產品與站點觀測數據的平均絕對誤差為0.44℃、0.45℃、0.68℃，均方根誤差為0.82℃、0.93℃、1.11℃；2m 相對濕度的平均絕對誤差為2.54%、2.76%、3.83%，均方根誤差為4.97%、6.33%、6.99%；10m 風速的平均絕對誤差為1.32m/s、1.48m/s、1.61m/s，均方根誤差為1.75 m/s、1.91 m/s、2.12m/s；能見度的平均絕對誤差為5.26 km、5.63 km、8.19km；均方根誤差為10.10km、10.22km、12.38km（表1、表2、圖1）。通過比較可知，地形對實況網格產品準確性有較大影響，對于不同地形，各要素實況產品的質量從高到低依次為平原、丘陵、山地。

表1：不同地形下實況與站點觀測數據的平均絕對誤差

表2：實況與站點數據的均方根誤差

表3：實況與站點數據的相關系數

由表3和圖2可知，當地形為平原時，氣溫、相對濕度、風速和能見度實況產品與站點觀測值的相關系數分別為0.989、0.975、0.806、0.623，當地形為丘陵時，氣溫、相對濕度、風速和能見度實況產品與站點觀測值的相關系數分別為0.984、0.969、0.796、0.613，當地形為山地時，氣溫、相對濕度、風速和能見度實況產品與站點觀測值的相關系數分別為0.983、0.951、0.727、0.601。對于不同地形，各要素實況產品的質量從高到低依次為平原、丘陵、山地。不論哪種地形，氣溫和相對濕度實況產品與站點的相關系數均大于0.9，質量好，風速產品的質量次之，能見度產品的質量相比較差。

4 結論

利用處于三種不同地形的站點觀測數據，對內蒙古自治區2020年7月1日至2020年12月31日智能網格實況融合分析產品進行評估，要素包括2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風速和能見度，對比分析觀測數據與實況產品的平均絕對誤差、均方根誤差和相關系數，發現地形對實況網格產品準確性有較大影響。對于不同地形，各要素實況產品的質量從高到低依次為平原、丘陵、山地，對于相同地形，氣溫和相對濕度實況產品與站點數據的相關系數均大于0.9，質量好，風速產品的質量次之，能見度產品的質量相比較差，相關系數約為0.6。