河北省智能網格預報在張家口最高、最低氣溫中的檢驗

郭旭暉，石文伯，張曦丹

（張家口市氣象局，河北張家口 075000）

智能網格預報作為適應當前信息技術快速發展，滿足人民群眾日益增長的氣象預報服務需求的技術方法正成為國內氣象部門的研究熱點。中國氣象局提出了構建智慧氣象、改進氣象服務供給的氣象現代化目標，編織更高分辨率、更高準確率、更高更新頻率和更敏捷適應需求的智能網格預報“一張網”。自2019 年起，河北省正式下發的72 h 內分辨率為1 h、經緯度分辨率為0.01°的高時空分辨率的智能網格預報產品，成了提供精細化預報服務的數據支撐。智能網格預報產品的核心是利用人工智能和大數據技術，提高多源氣象數據的融合應用能力、預警預報關鍵信息的綜合提煉能力、預報技術的自主積累能力、預報與服務需求的雙向互動能力，全面提升氣象預報客觀化、精準化、智能化水平。隨著省局對智能網格預報產品業務化的推進，智能網格預報的結果也需要進行大量的檢驗工作以適應本地預報服務需求，通過預報檢驗改進本地預報方法以提高預報準確性，并逐步將智能網格預報產品應用到本地區的精細化預報中，為做好專業化氣象服務打下基礎。

1 研究內容及主要方法

通過對2020 年7 月到2021 年7 月河北省最高、最低氣溫智能網格24 h 預報及實況數據，按“鄰近距離最短優先原則”，讀取張家口市14 個國家站和18 個冬奧區域站智能網格預報產品，運用統計學方法對智能網格預報進行預報準確率及誤差分析。同時選取天氣個例分析最高、最低氣溫格點預報在重大天氣過程中的預報表現。

2 最高、最低氣溫準確率分析

以溫度預報絕對誤差上下浮動2 ℃以內（包含2 ℃）作為預報正確標準，對32 個氣象觀測站的預報結果進行檢驗。

2.1 逐月檢驗

統計13 個月國家站與區域站格點預報與實況數據得知（圖1），國家站與區域站最高氣溫預報準確率都整體呈上升趨勢，但夏季和冬季最高氣溫預報準確率相對較低，國家站不到60%、區域站不到50%。國家站最高氣溫預報準確率高于區域站，國家站、區域站最高氣溫平均預報準確率分別為64.2%、52.4%。11 月最高氣溫平均預報準確率達檢驗時段內最低（國家站54.2%、區域站38.6%），分析原因可能是11 月冷空氣活動較頻繁，風力較大，對氣溫預報影響較大；國家站4 月最高氣溫平均預報準確率達檢驗時段內最高，為78.4%，區域站7 月最高為61.2%；最高氣溫預報在春秋具有較好的指導意義。國家站最低氣溫預報準確率經歷高-低-高的過程，呈冬季較低，夏季較高的趨勢；區域站最低氣溫預報準確率整體呈上升趨勢，同時也呈現冬季較低，夏季較高的趨勢。國家站最低氣溫預報準確率低于區域站，國家站、區域站最低氣溫平均準確率分別為49.7%、53.3%。國家站2 月最低氣溫平均預報準確率達檢驗時段內最低，為40.5%，8 月最高為65.9%，區域站11 月最低為40.9%，2021 年7 月最高為65.2%。最低氣溫預報在夏季具有較好的指導意義。

圖1 最高、最低氣溫逐月預報準確率

2.2 分站檢驗

從國家站和區域站最高、最低氣溫預報準確率來看（圖2），國家站最高氣溫平均預報準確率在55%～70%，涿鹿最高為68.5%、萬全最低為57.8%；最低氣溫平均預報準確率在45%～55%，張北最高為54.3%、尚義最低為45.18%。壩上（康保、沽源、尚義和張北）平均氣溫預報準確率（64.3%）略高于壩下（63.0%）。冬奧區域站最高氣溫平均預報準確率在50%～57%，最低氣溫平均預報準確率在50%～55%。云頂、冬兩、越野和太舞最高氣溫平均預報準確率分別為52.0%、52.9%、52.7%和51.5%，最高氣溫預報準確率相差不大。云頂、冬兩、越野和太舞最低氣溫平均預報準確率分別為54.1%、52.7%、52.1%和52.9%，最低氣溫預報準確率云頂較好。

圖2 國家站和區域站最高、最低氣溫預報準確率

3 誤差評估

誤差是一個量的預測值或計算值與其真值之差，能反映預測值誤差的實際情況。誤差為正，表明預測結果偏高；反之，偏低。

檢驗時段內，國家站最高、最低氣溫格點預報整體良好，平均誤差在-1～1 ℃；最高氣溫預報誤差低于最低氣溫預報誤差，且最高氣溫預報值偏高，最低氣溫預報值偏低；2021 年1 月、2 月、3 月和4 月最低預報平均誤差達-2 ℃，其余時段預報平均誤差較小，且最高氣溫預報值偏高，最低氣溫預報值偏低。冬奧區域站最高、最低格點預報平均誤差整體呈下降趨勢（圖3）。河北省智能網格對最高氣溫預報的指導高于對最低氣溫預報的指導。

圖3 國家站和區域站最高、最低氣溫預報誤差

4 典型個例分析

4.1 降水

選取了2020 年8 月12 日強降水和2021 年6 月8 日弱降水天氣過程進行最高、最低氣溫預報檢驗。

分析2 次過程可以看出（圖4），2020 年8 月12 日最高、最低氣溫預報平均準確率均為28.6%；最高、最低氣溫預報平均誤差分別為2.78 ℃、2.59 ℃。最高氣溫張家口、沽源、崇禮和陽原預報較好、誤差小于2℃，尚義、涿鹿預報較差、誤差達6 ℃以上。最低氣溫張家口、康保、赤城和懷來預報較好、誤差小于2 ℃，涿鹿預報較差，誤差達5 ℃以上。此次過程智能網格產品對張家口城區溫度預報具有較好的指導意義。2021 年6 月8 日最高、最低氣溫預報平均準確率為85.7%、78.6%，最高氣溫預報準確率高于最低氣溫；最高、最低氣溫預報誤差分別為-0.16 ℃、1.25 ℃，沽源、萬全最低氣溫預報誤差在4 ℃左右，其余地區誤差值在2 ℃以內。此次過程智能網格產品對張家口地區溫度預報具有較好的指導意義。

圖4 2020 年8 月12 日和2021 年6 月8 日最高、最低氣溫預報誤差

分析表明，弱降水時段格點預報最高、最低氣溫預報準確率較高，而在較大過程降水時段智能網格溫度預報準確率較差。

4.2 降雪

選取了2021 年2 月27—3 月1 日降雪天氣過程進行最高、最低氣溫預報檢驗。

2 月27 日最高、最低氣溫預報平均準確率為64.3%、35.7%，2 月28 日最高、最低氣溫預報平均準確率為42.9%、21.4%。27 日過程開始前，最高氣溫預報準確率較高，降水時段最高氣溫預報準確率有所下降；最低氣溫預報準確率較低。27 日最高、最低氣溫預報誤差分別為0.09 ℃、-1.62 ℃；28 日最高、最低氣溫預報誤差分別為1.48 ℃、-3.34 ℃；最高氣溫預報值偏高，最低氣溫預報值偏低（圖5）。

圖5 2021 年2 月27—28 日最高、最低氣溫預報誤差

分析表明，降雪過程格點最高預報準確率較高，最低氣溫預報準確率較差，且在降雪較大時段智能網格溫度預報準確率有所下降。

4.3 寒潮、大風

選取了2021 年1 月5—7 日大風天氣過程進行最高、最低氣溫預報檢驗。

1 月5—7 日過程期間最高氣溫預報平均準確率可達85.7%，最低氣溫預報平均準確率3 天分別為35.7%、42.9%、7.1%。從預報準確率可以看出最低氣溫預報較差，因此選取3 天最低氣溫格點預報進行誤差分析（圖6），最低氣溫3 天相預報誤差分別為-2.61 ℃、-1.64 ℃、-4.40 ℃，最低氣溫預報值與實況值相比偏低。

圖6 2021 年1 月5—7 日最低氣溫預報誤差

在寒潮天氣過程中，最高氣溫預報具有較好的指導意義，平均準確率可達70%以上；最低氣溫預報值準確率較低，平均準確率不到50%，誤差較大，平均誤差可達3 ℃以上，且預報值相比于實況值偏低。

5 結論

1）國家站最高、最低氣溫格點預報平均準確率為64.2%、49.7%，最高氣溫預報準確率高于最低氣溫預報準確率，最高氣溫格點預報準確率均超過50%，壩上略高于壩下，涿鹿最高，萬全最低；最低氣溫預報準確率較差，一半站點預報準確率不到50%。

2）國家站預報準確率高于區域站，且預報準確率總體呈上升趨勢；國家站最低氣溫預報準確率略低于區域站，預報準確率呈冬季差夏季優趨勢。

3）國家站最高、最低氣溫格點預報整體良好，平均誤差在-1～1 ℃；最高氣溫預報誤差低于最低氣溫預報誤差，2021 年1 月、2 月、3 月最低平均誤差達-2 ℃，其余時段預報平均誤差較小，且最高氣溫預報值偏高，最低氣溫預報值偏低。

4）冬奧區域站最高、最低氣溫格點預報平均誤差整體呈下降趨勢。

5）重大天氣過程時段最高、最低氣溫預報準確率較差，格點預報誤差較大，智能網格最高、最低氣溫預報指導意義不足。