冬季EC 2 m温度预报在贵州毕节地区的检验分析

吕 静，姚 浪，聂 祥，万汉芸，柯莉萍

(1.贵州省威宁彝族回族苗族自治县气象局，贵州 威宁 553100；2.贵州省毕节市气象局，贵州 毕节 551700)

0 引言

数值预报技术在给定一定边界条件和初始场的条件下给出了不同预报时效的天气预报，甚至能够对气象要素进行定量预报，为预报员日常工作提供了较为可靠的参考依据，是天气预报业务不可或缺的重要工具。目前我国预报员运用比较多的数值预报模式主要有EC预报模式、Grapes预报模式、日本预报模式等。我国幅员辽阔，各地气候特征差异明显，各家模式预报在不同地域的预报效果也不一样。由于数值模式对地面要素预报水平差，当天气形势比较稳定时，温度预报结果稳定，当有转折性天气时，预报结果不稳定，准确率低[1]。为了提高预报质量，需要对数值模式预报进行本地化释用。

截至到目前很多学者针对EC细网格2 m温度的预报进行了检验。王婧[2]对天津市EC 2 m温度预报的分析表明预报质量随预报时效增加而降低，白天预报略优于夜间，夏秋优于冬春。万明[3]等人研究提出地形影响江西省温度预报准确率。张超[4]等检验乌鲁木齐市温度预报结果表明模式对降雨、降雪时的温度预报较好，大雾天气差。陈海凤[5]提出不同天气背景下贵阳地区的温度预报效果不同。陈茜茜[6]检验了遵义市温度预报效果，并用平均绝对误差进行订正，订正效果明显。

毕节地区位于云贵高原东斜坡上，是四川盆地和广西丘陵之间的高原山区，与平原地区相比，温度预报难度更大。EC细网格2 m温度的预报是毕节地区可信度较高的模式预报之一，但目前并没有对其预报效果进行系统性的分析，有必要针对本地模式温度预报进行释用分析。鉴于转折性天气过程中温度预报准确率低，当前对于EC细网格2 m温度预报的检验分析虽然很多，但并没有专门对转折性天气过程讨论，所以需要分升温、平稳、降温3类天气过程检验温度预报效果，为下一步模式温度预报订正奠定基础。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文使用的预报资料为2016—2018年冬季(12月、1月、2月)EC细网格数值模式2 m温度预报场资料，分辨率为 0.25°×0.25°，预报场格点资料以离该格点最近的值作为该站的预报值。模式预报起始时间为每日20时，预报时效为1～5 d，对02、14时的温度预报进行检验分析(文中02时1～5 d内的预报对应EC细网格2 m温度预报6、30、54、78、102 h预报时效；14时1～5 d内的预报对应18、42、 66、90、114 h预报时效，后文中统一使用1～5 d内预报时效)。实况数据为2016—2018年冬季(12月、1月、2月)毕节市8个国家站02、14时的地面整点气温资料。

1.2 检验方法

以实况资料14时的温度为基准，设前后两天的绝对温差ΔT=T2-T1，定义ΔT>5 ℃为升温天气，ΔT<-5 ℃为降温天气，|ΔT|≤5 ℃为平稳天气，在3 a温度预报平均的基础上再处理，计算不同天气过程的预报准确率、平均绝对误差、绝对误差，从而分析毕节地区冬季EC 2 m温度在不同天气过程的预报效果。温度预报准确率的实际含义是温度预报误差≤2 ℃的百分率。设Nr为预报正确的次数，N为总的预报次数，Fi为某格点第i天的预报温度，Qi为某格点第i天的实况温度，具体计算公式如下：

(1)

(2)

绝对误差：ΔT=Fi-Qi

(3)

2 结果分析

2.1 毕节地区冬季EC 2 m温度预报准确率

通过分析毕节地区冬季EC 2 m温度1～5 d内站点平均预报准确率(图1)发现，对于不同时次的预报，02时的预报准确率比14时高约10%；不同预报时效内，02时和14时的预报准确率波动不大。1～5 d中，02时的预报准确率约65%；14时的预报准确率小于60%，在55%左右。毕节地区冬季EC 2 m温度对02、14时的站点平均预报准确率都不高，在预报工作中的参考意义不大，但是由于毕节地区地形影响较大，不排除个别站点极端值的影响，所以在下面的分析中考虑站点对准确率的影响。

图1 毕节地区冬季EC 2 m温度1～5 d内站点平均预报准确率Fig.1 Average forecast accuracy of stations within 1～5 days of 2 m temperature in winter in Bijie area

图2a是毕节地区冬季8个站点02时EC 2 m温度1～5 d内预报准确率，从不同站点的预报情况来看，除了赫章站以外，其余站点02时的预报准确率都大于60%。其中大方站总体预报效果最好，5 d内的预报准确率都在70%以上，最高可达88%；而赫章站的预报准确率不到50%；其余站点预报准确率在60%～80%之间不均匀分布。图2b是14时的预报准确率，准确率分布特征与02时一致，赫章站的预报准确率比其他各站点明显偏低；14时大部分站点的预报准确率在50%～60%之间。比较图2a、2b发现02时的预报准确率高，预报参考意义大，14时预报准确率低，预报偏差大，在使用过程中需要人工订正，这与图1的结论相符合；另外对02、14时各站点的预报准确率进行一步分析表明，赫章站的预报效果异常差，这是造成全市站点平均预报准确率较低的重要原因；其余站点预报准确率相差不大，预报结果有一定参考意义。

图2 各站点02时(a)、14时(b)1～5 d预报准确率Fig.2 Accuracy of temperature prediction within 1～5 days at 02∶00 (a) and 14∶00(b) for each station

关于赫章站预报质量异常低，可能是地形和准静止锋活动两方面的原因。毕节地区西高东低，境内重峦叠峰，沟壑不平，地形对天气系统的影响大。冬季云贵准静止锋活跃，锋面位置在毕节地区摆动，准静止锋前后天气差别很大。数值预报对地形影响和锋面位置预报能力较差。赫章地势西部高东部低，南北高中部低，南部韭菜坪海拔2 900 m，是全省海拔最高的地方。测站南北两侧为东西走向的山脉，地势低，地形较其他站点更为复杂，一般吹东北风。较高的山脉对北部南下赫章的冷空气有阻挡作用，同时影响赫章的冷空气也不易翻越山脉。冬半年云贵准静止锋常在赫章一带摆动，模式很难准确预报准静止锋摆动日变化的幅度和位置对赫章的影响。总的来说，相同的天气背景下赫章温度预报质量比其余站点要差。

02时温度预报准确率较高，随机抽取2018年12月21—24日02时1～3 d时效温度预报进行检验。分析发现21—23日两股冷空气先后南下影响毕节地区，赫章中小尺度地形复杂，模式不能准确计算地形影响系数，预报误差比其他站点大2～3 ℃左右。21日贵州中部静止锋建立，赫章实况6.9 ℃，模式预报绝对误差4.9 ℃，其余站点绝对误差平均为1～2 ℃；22—23日静止锋活跃西进，赫章预报绝对误差4 ℃，其余站点小于2 ℃；24日静止锋东退北抬，赫章预报绝对误差3.6 ℃，其余站点基本在2 ℃以内。模式总体考虑锋面对赫章的影响与实况偏差大，赫章的温度预报误差大于其他站点。21—24日天气过程中温度预报的检验结果与上面关于赫章预报质量差的分析一致。

2.2 毕节地区冬季不同天气过程中EC 2 m温度预报效果

2.2.1 不同天气过程预报准确率分析 检验冬季不同天气过程中1～5 d内的预报准确率，从图3可以发现，对02时的温度预报，1～4 d预报准确率在60%左右，而第5 d预报准确率偏小，不到35%；1～2 d、5 d平稳天气总体预报效果较好，3～4 d降温过程预报效果更好，5 d内升温过程相对另外两个天气过程预报准确率略低；14时的温度预报准确率总体随时间呈波动性减小，1～2 d降温天气预报准确率更高，3～5 d平稳天气的预报准确率更大，升温天气的预报准确率最低。02时3个天气过程预报准确率相差不大，14时平稳天气和降温天气预报准确率相差不大，且都比升温天气预报准确率大。比较3个天气过程的预报准确率可以看出平稳天气和降温天气中EC 2 m温度预报效果都比较好，且两个天气过程预报准确率相差不大；升温天气中温度预报效果比平稳天气和升温天气都差。

2.2.2 冬季不同天气过程预报误差分析

2.2.2.1 不同天气过程预报平均绝对误差分析 表1分别给出了升温、平稳和降温3类天气过程中1～5 d预报时效内02时温度预报的平均绝对误差。分析发现，升温天气的预报平均绝对误差2.07 ℃(3 d)～4.61 ℃(5 d)；平稳天气过程中平均绝对误差1.70 ℃(2 d)～3.95 ℃(5 d)；降温天气过程温度预报平均绝对误差1.74 ℃(3 d)～5.07 ℃(5 d)。1～4 d内3类天气过程的平均误差波动不大，基本为2 ℃；第5 d预报平均误差异常偏大，比1～4 d预报时效内平均绝对误差高2～3 ℃。平稳天气和降温天气过程预报平均误差<2 ℃，升温天气预报平均误差>2 ℃，前两者的温度预报效果相对更好。

图3 不同天气过程02时(a)、14时(b)1～5 d内预报准确率Fig.3 Forecast accuracy of different weather processes within 1～5 days at 02∶00 (a) and 14∶00 (b)

表1 不同天气过程中02时、14时的1～5 d预报时效内平均绝对误差(单位：℃)Tab.1 Average absolute error within 1～5 d of 02∶00 and 14∶00 in different weather processes (unit: ℃)

表1还给出了升温、平稳和降温3类天气过程中1～5 d预报时效内14时温度预报的平均绝对误差。结果表明1～5 d预报时效内3类天气过程温度预报平均绝对误差变化不大。14时升温天气的温度预报总体平均绝对误差略小于3 ℃；平稳天气平均绝对误差2.4 ℃左右；降温天气最小平均绝对误差为2.25 ℃(1 d)，最大平均绝对误差为2.90 ℃(4 d)，1～5 d内平均绝对误差随预报时效增加而增大。

比较3类天气过程温度预报平均绝对误差可以发现，对于02、14时的温度预报，平稳天气过程中平均绝对误差最小，降温天气预报平均误差略大于平稳天气，升温天气过程平均绝对误差最大。

2.2.2.2 不同天气过程预报绝对误差分析 从升温天气过程中1～5 d预报时效内02时(4a)、14时(4b)预报绝对误差在不同区间所占比例的数理统计结果来看，升温天气过程中02时、14时的温度预报绝对误差呈负误差更大的不对称结构，预报值大多偏低约0～4 ℃；分析温度绝对误差在不同区间的具体分布特征，02时温度绝对误差在-2≤ΔT<0区间比重最大，其次分别是-4≤ΔT<-2、0≤ΔT≤2、ΔT<-4、2<ΔT≤4，ΔT>4区间；14时温度绝对误差在-4≤ΔT<-2区间次数最多，其次分别是-2≤ΔT<0、ΔT<-4、0≤ΔT≤2、2<ΔT≤4、ΔT>4区间。在温度考核的标准下，在升温天气过程中可以考虑对02时温度预报订正2～3 ℃，对14时温度预报订正4 ℃。降温天气过程中1～5 d预报时效内02时(4c)、14时(4d)的预报误差在不同区间所占比例的数理统计结果表明，02时的预报值总体偏低0～4 ℃，14时的预报值偏高0～4 ℃。02时温度误差各区间所占次数从多到少分别-2≤ΔT<0、-4≤ΔT<-2、0≤ΔT≤2、ΔT<-4、2<ΔT≤4、ΔT>4；14时各温度误差区间所占比例从多到少分别为0≤ΔT≤2、-2≤ΔT<0、2<ΔT≤4、ΔT>4、-4≤ΔT<-2、ΔT<-4区间。综合考虑分析结果可对降温天气过程02时温度预报订正4 ℃，14时温度预报订正-4 ℃。

3 结论

本文对2016—2018年冬季毕节地区EC 2 m温度预报的检验和分析发现：

①对于毕节地区冬季EC 2 m温度预报总体预报效果，不同时次的预报，02时的预报准确率比14时高约10%，不同预报时效内，02、14时的预报准确率波动不大；不同站点的预报，赫章站的预报质量异常偏低，其余站点预报质量相对分布均匀。

②从准确率方面分析毕节地区冬季EC 2 m温度不同天气过程预报效果，平稳天气和降温天气EC 2 m温度对02、14时的预报效果都比较好，两个天气过程预报准确率相差不大，升温过程02、14时温度预报效果远不如平稳天气和升温天气。

图4 升温天气02时(a)、14时(b)的1～5 d预报时效绝对误差统计；降温天气02时(c)、14时(d)的1～5 d预报时效绝对误差统计Fig.4 Absolute Error Statistics of Temperature Prediction in Warming Weather within 1～5 Days at 02∶00 (a) and 14∶00 (b);Absolute Error Statistics of Temperature Prediction in Cooling Weather within 1～5 Days at 02∶00 (c) and 14∶00 (d)

③从平均绝对误差分析方面讨论毕节地区冬季EC 2 m温度不同天气过程预报效果，平稳天气过程中02、14时的温度预报平均绝对误差最小，其次预报效果较好的是降温天气过程、升温天气过程。

④从绝对误差分析方面讨论毕节地区冬季EC 2 m温度不同天气过程预报效果，升温天气过程02、14时的温度预报绝对误差呈负误差更大的不对称结构，预报值大多偏低0～4 ℃；降温天气过程02时温度预报总体偏低0～4 ℃，14时偏高0～4 ℃。