利用6次多项式拟合技术和EC细网格产品对铜仁气温预报订正分析

陈 超 李习瑾 聂 云 方 标 胡 萍

（铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300）

引言

铜仁市处于云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，西北高，东南低。在远离河谷的山原面上岩溶、丘陵、洼地较多，地面起伏，全境以山地为主，占全区总面积的67.8%。全市最高海拔2572m，最低海拔205m，各地海拔高度差异明显，导致气温差异较大，因此模式对日最高最低气温的预报不能直接使用。在实际工作中，预报员需对气温的实况以及模式预报值进行订正分析。国内许多气象工作者做了很多研究，李佰平等[1]利用一元线性回归、多远线性回归、单时效消除偏差和多时效消除偏差平均4种订正方法，得到短期、中期预报的最优订正方法；连志鸾等[2]利用ECMWF资料、地面常规观测资料，采用多级相似和站站相似的气温差额预报方法制作最高最低气温；周青[3]等、李军[4]等、汪卫平[5]王强[6]等利用标准化均方根误差分析、气温空间分布的地形调节统计模型等方法分析地面气温分布特征；李莎[7]等利用Kriging方法来探索适合中国气温插值方法。随着社会的发展，各行各业多气象服务要求愈来愈高。而2m温度预报的准确性对人民的生活、农业工业生产有着重要影响，因此提高2m温度的预报准确率非常重要。

一些科学研究需要研究2个变量之间的关系，这种关系往往都是非线性的，因此需要根据2个变量的测量数据（）分析找到其函数关系，这函数一般不能通过物理分析得到，需假定数据点为一多项式，求得其系数，使得尽可能多的数据点在多项式曲线上，这称为多项式拟合。

1 资料方法

1.1 资料选取

本文预报资料选取2011年10月1日—2016年11月30日（共计1887d，有效资料为1434d）欧洲中心每天20∶00起报的未来120h时效的预报，采用距离反比插值计算方法，编程计算每个预报时次的铜仁10个区县站点的预报温度，以20∶00为日界，算出每个站点的日最高最低气温预报值；实况资料选取铜仁10个国家气象站逐分钟气温，以20∶00为日界，得到每天的日最高最低气温实况。

1.2 处理方法

将上述各预报时效的预报值与实况值一一对应，编程入库，运用6次多项式拟合技术，编程分别得到各站、各预报时效的高温、低温的预报公式。预报检验方法根据中国气象局2005年7月1日下发的《中短期天气预报质量检验办法（试行）》，检验内容有最高最低气温的预报误差和预报准确率。检验的具体标准为：

2 气温预报订正分析方法

在实际预报工作中，气温预报主要是预报最高气温和最低气温。本文采用6次多项式拟合技术，找到气温预报值与实况值最接近的关系式，将ECMWF的2m气温预报值带入关系式，即可得到订正后的预报值。由于6次多项式的系数计算繁杂，需通过编程得到其系数。表1为铜仁市10个区县站24h高低温的订正方程。

表1 铜仁市10个区县站24h高低温的订正方程

续表 铜仁市10 个区县站24h 高低温的订正方程

3 各区县气温预报检验

选取2016 年12 月1 日—2017 年11 月30 日的ECMWF模式气温预报资料和相对应的实况气温资料对各区县预报准确、平均绝对方差进行统计分析。

3.1 ECMWF 模式预报准确率与订正后准确率对比分析

从图1b、c、d、e、f 可以看出，该订正方法非常有效的提高ECMWF 模式的预报准确率，表现最好的为7、8 月份，每个预报场订正后的预报准确率均高于其他月份，其中8 月份24h 预报场的综合平均准确率为85.2%，较ECMWF 模式准确率提高31.6%，究其原因是7—8 月，铜仁市受副热带高压控制，天气稳定，预报准确率较高；表现较差的为2、3、4 月份，其中4 月份120h 预报场的综合平均准确率为64.6%，

较ECMWF 模式准确率只提高了10%，究其原因是2—月份天气变化频繁，不同的天气现象在一天中交替出现，气温也会出现过山车现象。在实际气温预报工作中3、4 月份的气温预报准确率也较低，7、8 月份的气温预报准确率较高，与上述现象相符合。

从全市ECMWF 预报模式与订正后预报的综合平均准确率（图1 a）可以看出：随着预报时效的延长，ECMWF 模式预报准确率基本不变，均在55% 左右，而订正后的预报准确率在不断降低，由24h 的80.7% 降为120h 70.5%。

3.2 全市各区县订正后预报准确率检验分析

表2 为铜仁市各区县订正后温度预报平均准确率以及相应的平均绝对误差，从表中分析可知。

表2 铜仁市各区县订正后温度预报平均准确率以及相应的平均绝对误差

续表 铜仁市各区县订正后温度预报平均准确率以及相应的平均绝对误差

各区县、各预报时次的最低气温的订正效果明显高于最高气温，其中24h的最低气温预报准确率都在87%以上，最高为沿河县94.1%，最低气温平均绝对误差也仅在1℃左右，最低为江口县0.81℃。

随着预报时效的延长，各区县的预报准确率也呈下降趋势。碧江区最高气温预报准确由24h的73.1%下降为120h的58.9%，最低气温预报准确率也由24h的91.1%下降到120h的83.0%；平均局对误差也逐渐上升。

从地理位置角度分析可知，该拟合技术对铜仁市西部订正效果要优于东部。

4 结论

该订正方法对铜仁地区日最高、最低气温的预报有很明显的订正效果。全市24h预报的平均综合预报准确率达80.7%，较ECMWF模式准确率提高24%。

该订正方法对日最低气温的订正效果明显优于日最高气温。全市的24h预报最低气温订正后的准确率为91%，而最高气温的准确率只有69.7%，而且最低气温的平均绝对误差仅为0.8～1.1℃，最低气温的平均绝对误差为 1.6～1.7℃。

该订正方法随着预报时效的延长，订正效果逐渐下降，订正后的气温准确率也在下降。

[1]李佰平,智协飞. ECMWF模式地面气温预报的四种误差订正方法的比较研究[J]. 气象,2012,38(8):897-902.

[2]连志鸾,李国翠,卞韬,高连山. 基于多级相似-差额方法制作乡镇气温预报[J]. 气象,2008(5):113-117.

[3]周青,赵凤生,高文华. NCEP/NCAR逐时分析与中国实测地表温度和地面气温对比分析[J].气象,2008(02):83-91.

[4]李军,黄敬峰,游松财. 不同空间尺度DEM对山区气温空间分布模拟的影响——以浙江省仙居县为例[J/OL].地理科学,2012,32(11):1384-1390.

[5]汪卫平,熊伟,陈余明.贵州省日最高气温气候特征分析[J].贵州气象,2013,37(1):7-10.

[6]王强,张骁,王起唤.基于EC细网格产品对怀化地区日最高气温的预报及订正分析[J].贵州气象,2016,40(5):32-37.

[7]李莎,舒红,徐正全.利用时空Kriging进行气温插值研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2012,37(2):237-241.