趙 杰，顧 欣，潘啟學(xué)，陳 波，莫乙冬

(黔南州氣象局，貴州都勻 558000)

目前數(shù)值預(yù)報(bào)的要素預(yù)報(bào)與實(shí)況仍然存在一定的差距，需要對(duì)要素預(yù)報(bào)進(jìn)行訂正。國(guó)內(nèi)已有不同學(xué)者，采用不同的方法，對(duì)各模式的溫度預(yù)報(bào)進(jìn)行了訂正研究，例如滑動(dòng)雙權(quán)平均法[1]、多項(xiàng)式曲線擬合法[2]、平均法[3]等?？陀^訂正并不能完全滿足預(yù)報(bào)員的需求，還需要預(yù)報(bào)員進(jìn)行主觀訂正，因此對(duì)各模式溫度預(yù)報(bào)的誤差進(jìn)行分析很有必要。已有一些學(xué)者對(duì)當(dāng)?shù)氐母鞣N數(shù)值模式溫度預(yù)報(bào)的誤差進(jìn)行了分析[2,4-10]。

黔南地處貴州南部，南北跨度大，海拔高度差異明顯，地形復(fù)雜，溝壑縱深，地形條件造成了黔南地區(qū)氣溫差異較為明顯，溫度預(yù)報(bào)難度加大。目前黔南地區(qū)預(yù)報(bào)員做要素預(yù)報(bào)仍主要參考EC細(xì)網(wǎng)格資料，且針對(duì)EC細(xì)網(wǎng)格的訂正有一定的經(jīng)驗(yàn)，故本文對(duì)EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)在黔南的誤差進(jìn)行分析，使預(yù)報(bào)員對(duì)EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)的誤差有更全面的、系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，以提高預(yù)報(bào)員的訂正能力，并為后續(xù)對(duì)EC模式溫度預(yù)報(bào)的訂正提供參考。

1 資料和方法

選取EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)資料，資料起止時(shí)間為2019年6月27日至2020年7月3日。對(duì)于逐日08時(shí)和20時(shí)起報(bào)的數(shù)據(jù)，均提取其未來(lái)7 d 20時(shí)至20時(shí)的最高氣溫(下稱高溫)和最低氣溫(下稱低溫)預(yù)報(bào)；實(shí)況資料為相應(yīng)時(shí)段黔南12縣市的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括20時(shí)至20時(shí)高溫、低溫、云量、海平面氣壓等。

將EC細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)資料采用雙線插值法得到每個(gè)站點(diǎn)的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，然后再對(duì)未來(lái)1～7 d的數(shù)據(jù)處理得到未來(lái)7 d的高溫與低溫的預(yù)報(bào)值。通過(guò)python編程處理數(shù)據(jù)得到全年、逐月的平均誤差以及誤差分布，同時(shí)對(duì)不同云量及海平面氣壓條件下的誤差進(jìn)行分析。用預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、平均絕對(duì)誤差、平均誤差對(duì)2 m溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)進(jìn)行評(píng)估[1]。

2 年誤差分析

圖1為 EC細(xì)網(wǎng)格2 m低溫和高溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率及平均絕對(duì)誤差?？傮w來(lái)講EC模式低溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率明顯高于高溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，并且隨預(yù)報(bào)時(shí)效的增加高溫與低溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均下降，低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率由76.5%下降到67.2%，高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率由40.7%下降到34.9%。高溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差明顯高于低溫預(yù)報(bào)，且高溫與低溫的平均絕對(duì)誤差均隨時(shí)效的增加而增加，低溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差由1.4 ℃增加到1.7 ℃，高溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差由2.7 ℃增加到3.4 ℃。

圖1 EC細(xì)網(wǎng)格在黔南地區(qū)溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率及平均絕對(duì)誤差

平均絕對(duì)誤差能較好地表現(xiàn)出誤差絕對(duì)值的大小，但是對(duì)于預(yù)報(bào)是偏高還是偏低無(wú)法表現(xiàn)，為此計(jì)算了各個(gè)時(shí)效不同站點(diǎn)全年的溫度預(yù)報(bào)平均誤差，來(lái)了解EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)誤差在不同地區(qū)的偏高或偏低情況。圖2為24 h時(shí)效內(nèi)全年的溫度預(yù)報(bào)平均誤差分布圖，可以看出低溫預(yù)報(bào)(圖2b)平均誤差在-2.2～0.6 ℃，高溫預(yù)報(bào)(圖2a)平均誤差在-3.6～-0.6 ℃，同一地區(qū)低溫預(yù)報(bào)比高溫預(yù)報(bào)誤差要小。無(wú)論是高溫預(yù)報(bào)還是低溫預(yù)報(bào)，黔南中部以東、西部及北部地區(qū)的誤差都比較小，基本在±2 ℃以內(nèi)；東南部地區(qū)的誤差比較大，低溫預(yù)報(bào)誤差為-2.3 ℃，高溫預(yù)報(bào)誤差達(dá)到-3.6 ℃。這可能與黔南中部以東、西部及北部地區(qū)地勢(shì)較高，多山脈，而東南部地勢(shì)較低，EC模式受地形和邊界層影響較大，沒(méi)能準(zhǔn)確體現(xiàn)海拔差異所導(dǎo)致的溫度差異有關(guān)。

圖2 24 h時(shí)效全年溫度預(yù)報(bào)平均誤差(單位：℃)分布(a 高溫；b 低溫)

3 月誤差分析

為了研究EC細(xì)網(wǎng)格各月溫度預(yù)報(bào)情況，計(jì)算各月每個(gè)站點(diǎn)EC細(xì)網(wǎng)格不同時(shí)效溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率、平均絕對(duì)誤差、平均誤差。圖3為24 h和48 h時(shí)效EC細(xì)網(wǎng)格各月溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和絕對(duì)誤差分布。從準(zhǔn)確率來(lái)看(圖3a、圖3b)，高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率整體低于低溫預(yù)報(bào)，低溫預(yù)報(bào)各月準(zhǔn)確率的差距較小，高溫預(yù)報(bào)各月準(zhǔn)確率的差距較為明顯。低溫預(yù)報(bào)24 h準(zhǔn)確率在7、8月最高為83.2%，最低在6月，為71.1%；48 h準(zhǔn)確率在8月最高為86.1%，最低在1月為66.7%。高溫預(yù)報(bào)24 h和48 h的準(zhǔn)確率均是8、9月較低，其中8月準(zhǔn)確率最低，僅為15%(24 h)和15.8%(48 h)，其次為5月；10、11月準(zhǔn)確率相對(duì)較高。

圓點(diǎn)表示絕對(duì)誤差異常值。圖3 EC細(xì)網(wǎng)格的逐月溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(a 24 h;b 48 h)和絕對(duì)誤差分布(c 24 h;d 48 h)

絕對(duì)誤差的箱線圖(圖3c、圖3d)能表現(xiàn)出各月的誤差分布情況，箱體長(zhǎng)度越長(zhǎng)，表明數(shù)據(jù)差異性越大。各月高溫預(yù)報(bào)絕對(duì)誤差的波動(dòng)范圍明顯大于低溫預(yù)報(bào)， 說(shuō)明高溫預(yù)報(bào)誤差的差異性比較明顯。低溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差逐月變化比較平穩(wěn)， 高溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差明顯大于低溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差。高溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差呈波狀分布，有3個(gè)波峰，8月為最高峰，其次為5月和12月，對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確率也相應(yīng)出現(xiàn)3次下降，兩個(gè)時(shí)效的平均絕對(duì)誤差均在8月達(dá)到最大3.7 ℃。8、9月高溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率雖低，但是沒(méi)有異常值，1、2、3月高溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率雖然相對(duì)較高，但異常值多且分布的離散程度大,其中48 h時(shí)效1月的最大誤差達(dá)到14 ℃，不利于預(yù)報(bào)的訂正。

為進(jìn)一步分析EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)誤差的空間分布差異，繪制了1月和7月的24 h預(yù)報(bào)時(shí)效高溫、低溫預(yù)報(bào)的平均誤差空間分布圖(圖4)。可以看出除了甕安、都勻7月的低溫預(yù)報(bào)以及1月的高溫和低溫預(yù)報(bào)，獨(dú)山、長(zhǎng)順1月的高溫預(yù)報(bào)和低溫預(yù)報(bào)均呈現(xiàn)正誤差，且7月平均誤差值明顯小于1月誤差，說(shuō)明EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)整體呈現(xiàn)偏低趨勢(shì)，且7月偏低更明顯。高、低溫預(yù)報(bào)平均誤差的空間分布基本一致，甕安、長(zhǎng)順、都勻、獨(dú)山等地的誤差較小，羅甸、荔波、惠水、三都、龍里等地誤差較大，相同月份同一地區(qū)的高溫預(yù)報(bào)平均誤差明顯低于低溫的平均誤差，說(shuō)明高溫預(yù)報(bào)偏低更明顯。7月低溫預(yù)報(bào)以及1月高、低溫預(yù)報(bào)的平均誤差全州普遍在±2 ℃以內(nèi)，7月的高溫預(yù)報(bào)除甕安、都勻、獨(dú)山外，其余地區(qū)均偏低2 ℃以上，其中荔波偏低4 ℃以上。總體來(lái)看：黔南北部、西部、中部以東地區(qū)平均誤差較小，其余地區(qū)誤差較大，東南部地區(qū)誤差更為明顯，這與全年誤差分析結(jié)果一致。

圖4 EC細(xì)網(wǎng)格24 h預(yù)報(bào)時(shí)效高溫預(yù)報(bào)(a,b)和低溫預(yù)報(bào)(c,d)的平均誤差(單位：℃)分布

為進(jìn)一步了解EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)在各個(gè)站點(diǎn)的情況，表格1為24 h時(shí)效逐月溫度預(yù)報(bào)平均誤差的最大值、最小值及相應(yīng)站點(diǎn)。由表1可以看出，各月誤差較小的站為甕安、獨(dú)山、都勻，其中甕安居多，說(shuō)明甕安、獨(dú)山、都勻站點(diǎn)溫度預(yù)報(bào)相對(duì)較好，其中甕安更為突出。各月誤差較大的站點(diǎn)為羅甸、荔波、三都，其中荔波居多，說(shuō)明EC細(xì)網(wǎng)格對(duì)羅甸、荔波、三都的溫度預(yù)報(bào)明顯偏低，其中荔波偏低更為明顯。各月低溫預(yù)報(bào)誤差的最大值或者最小值出現(xiàn)的站點(diǎn)基本為同一個(gè)站點(diǎn)，而高溫預(yù)報(bào)站點(diǎn)變化較多，說(shuō)明EC細(xì)網(wǎng)格低溫預(yù)報(bào)穩(wěn)定性比高溫預(yù)報(bào)更好。甕安低溫預(yù)報(bào)的誤差均為正值，高溫預(yù)報(bào)的誤差基本為負(fù)值，說(shuō)明EC細(xì)網(wǎng)格對(duì)甕安的低溫預(yù)報(bào)略偏高，而高溫預(yù)報(bào)則略偏低。由此可見(jiàn)，在做預(yù)報(bào)時(shí)可以考慮將甕安、獨(dú)山、都勻作為指標(biāo)站。

表1 EC細(xì)網(wǎng)格24 h時(shí)效高、低溫預(yù)報(bào)逐月誤差的最大(小)值以及出現(xiàn)的站點(diǎn)

4 總云量與誤差

溫度與總云量關(guān)系密切，為了研究EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)誤差與總云量的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)了不同云量狀況下的平均誤差和準(zhǔn)確率(圖5)。從準(zhǔn)確率與總云量的關(guān)系(圖5a)來(lái)看，無(wú)論哪種云量條件下，各時(shí)效低溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率均高于高溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，且總云量越少準(zhǔn)確率差距越明顯。高溫預(yù)報(bào)在總云量較少(1～5成)時(shí)，準(zhǔn)確率在10%左右變化不大，當(dāng)總云量增加到6成時(shí)準(zhǔn)確率明顯上升，總云量到10成時(shí)準(zhǔn)確率達(dá)到55%左右。低溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率隨著總云量的增加反而略下降，總云量10成時(shí)準(zhǔn)確率降至70%左右；在總云量較少時(shí)(1～4成)，24 h和48 h時(shí)效的低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率要明顯高于其他時(shí)效。從平均誤差與總云量的關(guān)系(圖5b)來(lái)看，無(wú)論哪種云量條件下，低溫預(yù)報(bào)平均誤差值基本維持在±1 ℃以內(nèi)，在總云量較少時(shí)(1～4成)各時(shí)效低溫預(yù)報(bào)均偏高，在總云量較多時(shí)(6～10成)各時(shí)效低溫預(yù)報(bào)均偏低。高溫預(yù)報(bào)基本偏低，在總云量較少時(shí)(1～5成)各時(shí)效平均誤差值維持在-4～-5 ℃之間，隨著總云量的增加，各時(shí)效平均誤差值明顯增大，即高溫預(yù)報(bào)隨著總云量的增加越接近實(shí)況值。

圖5 EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率(a)、平均誤差(b)與總云量的關(guān)系

5 海平面氣壓與誤差

統(tǒng)計(jì)黔南地區(qū)的海平面氣壓，得到海平面氣壓在999 hPa到1 035 hPa，圖6為EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)在各海平面氣壓下的平均誤差與預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。高溫預(yù)報(bào)平均誤差(圖6a)呈兩頭低中間高的分布，即在海平面氣壓較高或較低時(shí)高溫預(yù)報(bào)明顯偏低。當(dāng)海平面氣壓在1 012 hPa～1 032 hPa，平均誤差基本在±2 ℃以內(nèi)，超出此范圍誤差明顯增大；當(dāng)海平面氣壓降至1 000 hPa，平均誤差達(dá)-5 ℃左右。低溫的平均誤差(圖6b)隨海平面氣壓變化不大，基本穩(wěn)定在±2 ℃左右，當(dāng)海平面氣壓在1 015 hPa～1 018 hPa，平均誤差有所增加。從準(zhǔn)確率來(lái)看，高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(圖6c)也呈中間高兩頭低的分布，與平均誤差分布類似。海平面氣壓在1 012～1 032 hPa，準(zhǔn)確率較高，超出此范圍準(zhǔn)確率明顯降低，24 h時(shí)效準(zhǔn)確率在1 029 hPa時(shí)達(dá)到最大64.8%。低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(圖6d)的分布與高溫預(yù)報(bào)相反，呈中間低兩頭高的趨勢(shì)，當(dāng)海平面氣壓在1 015～1 018 hPa，準(zhǔn)確率明顯降低，24 h時(shí)效準(zhǔn)確率在氣壓值為1 017 hPa時(shí)達(dá)最低68.4%。

圖6 EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)平均誤差(a,b)、準(zhǔn)確率(c,d)與海平面氣壓的關(guān)系

6 結(jié)論

(1)EC細(xì)網(wǎng)格的低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯高于高溫預(yù)報(bào)；隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的增加，高溫預(yù)報(bào)與低溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差明顯增加，準(zhǔn)確率下降。各月低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率差距較小，高溫預(yù)報(bào)差距較為明顯。高溫預(yù)報(bào)絕對(duì)誤差分布的差異性比低溫預(yù)報(bào)更明顯，8、9月高溫預(yù)報(bào)的誤差分布沒(méi)有異常值，有利于預(yù)報(bào)的訂正，1、2、3月高溫預(yù)報(bào)誤差異常值分布離散程度大，不利于預(yù)報(bào)的訂正。

(2)EC細(xì)網(wǎng)格溫度預(yù)報(bào)整體呈現(xiàn)為偏低趨勢(shì)，從季節(jié)上來(lái)看夏季偏低更明顯，從空間分布來(lái)看，黔南東南部地區(qū)偏低更明顯。黔南北部、西部、中部以東地區(qū)平均誤差較小，其余地區(qū)平均誤差較大，其中東南部地區(qū)的誤差更為明顯。做預(yù)報(bào)時(shí)可以考慮將甕安、獨(dú)山、都勻作為指標(biāo)站。

(3)高溫預(yù)報(bào)在總云量較少(1～5成)時(shí)，準(zhǔn)確率變化不大，總云量增加到6成時(shí)準(zhǔn)確率明顯上升，陰天最高；低溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率隨著總云量增加反而略有下降。低溫預(yù)報(bào)平均誤差基本維持在±1 ℃以內(nèi)，在總云量較少時(shí)(1～4成)各時(shí)效低溫預(yù)報(bào)均偏高，在總云量較多時(shí)(6～10成)各時(shí)效低溫預(yù)報(bào)均偏低。高溫預(yù)報(bào)平均誤差基本偏低，在總云量較少時(shí)(1～5成)各時(shí)效平均誤差維持在-4～-5 ℃，隨著總云量增加，誤差變小。

(4)海平面氣壓在1 012 hPa～1 032 hPa時(shí)，高溫預(yù)報(bào)的平均誤差基本在±2 ℃以內(nèi)，準(zhǔn)確率也較高，超出此范圍誤差明顯增大。低溫的平均誤差穩(wěn)定在±2 ℃左右，海平面氣壓在1 015～1 018 hPa時(shí)，平均誤差明顯增加，準(zhǔn)確率明顯降低。