内蒙古自治区智能网格实况产品基于三种地形的评估研究

王利亚

（内蒙古自治区气象信息中心 内蒙古自治区呼和浩特市 010051）

1 引言

随着智能网格实况产品在全国的逐步推广，各气象行业对其应用需求逐渐增加，因此对其准确性的评估是有必要的。国家气象信息中心数据研究室对覆盖全国范围的实况分析产品与实况观测产品进行过评估[1]，张德龙等人利用站点数据及欧洲中心资料评估了内蒙古实况2m 气温产品，证明了该产品在内蒙古自治区的可用性[2]，内蒙古自治区的地形对智能网格实况产品质量的影响，目前还没有相关研究。本文利用处于三种不同地形的站点观测数据对2020年7月1日至2020年12月31日的内蒙古自治区智能网格实况融合分析产品进行评估，要素包括2m 气温、2m 相对湿度、10m 风速和能见度，分析地形对各要素实况网格产品准确性的影响。

2 数据和方法

2.1 网格产品与观测数据

被评估产品为2020年7月1日至2020年12月31日内蒙古自治区智能网格实况融合分析产品（V1.0），时间分辨率为1h，空间分辨率为5km*5km，要素包括2m 气温、2m 相对湿度、10m 风和能见度。

观测数据为经过质量控制的内蒙古自治区119 个国家站、33 个无人站和885 个考核区域自动站的小时气温、小时相对湿度、2 分钟平均风速和水平能见度。

2.2 数据评估方法

乔淼等人分析了不同地貌条件下全国降水分布差异[3-4]，本文根据其地貌分类方法，利用DEM 高程数据计算了内蒙古地区地形起伏度，将内蒙古地区地貌划分为平原、丘陵和山地三种，并提取了全区气象观测站点所处的地貌条件，并以观测数据为真值，将实况产品用双线性插值方法插值到站点，分析比较一段时间内两者的平均绝对误差、均方根误差和相关系数，具体公式如下：

平均绝对误差：

均方根误差：

图1：不同地形下实况与站点观测数据的平均绝对误差、均方根误差

图2：不同地形下实况与站点观测数据的相关系数

相关系数是：

其中，Oi 为站点观测值，Gi 为实况网格分析产品插值到检验站点得到的数值，N 为参与检验的总样本数（站次数）。

3 评估结果

按照三种不同地形（平原、丘陵、山地），分析2020年7月1日至2020年12月31日2m 气温、2m 相对湿度、10m 风速和水平能见度内蒙古自治区实况产品与站点观测数据的平均绝对误差、均方根误差和相关系数。

当地形分别为平原、丘陵、山地时，2m 气温实况产品与站点观测数据的平均绝对误差为0.44℃、0.45℃、0.68℃，均方根误差为0.82℃、0.93℃、1.11℃；2m 相对湿度的平均绝对误差为2.54%、2.76%、3.83%，均方根误差为4.97%、6.33%、6.99%；10m 风速的平均绝对误差为1.32m/s、1.48m/s、1.61m/s，均方根误差为1.75 m/s、1.91 m/s、2.12m/s；能见度的平均绝对误差为5.26 km、5.63 km、8.19km；均方根误差为10.10km、10.22km、12.38km（表1、表2、图1）。通过比较可知，地形对实况网格产品准确性有较大影响，对于不同地形，各要素实况产品的质量从高到低依次为平原、丘陵、山地。

表1：不同地形下实况与站点观测数据的平均绝对误差

表2：实况与站点数据的均方根误差

表3：实况与站点数据的相关系数

由表3和图2可知，当地形为平原时，气温、相对湿度、风速和能见度实况产品与站点观测值的相关系数分别为0.989、0.975、0.806、0.623，当地形为丘陵时，气温、相对湿度、风速和能见度实况产品与站点观测值的相关系数分别为0.984、0.969、0.796、0.613，当地形为山地时，气温、相对湿度、风速和能见度实况产品与站点观测值的相关系数分别为0.983、0.951、0.727、0.601。对于不同地形，各要素实况产品的质量从高到低依次为平原、丘陵、山地。不论哪种地形，气温和相对湿度实况产品与站点的相关系数均大于0.9，质量好，风速产品的质量次之，能见度产品的质量相比较差。

4 结论

利用处于三种不同地形的站点观测数据，对内蒙古自治区2020年7月1日至2020年12月31日智能网格实况融合分析产品进行评估，要素包括2m 气温、2m 相对湿度、10m 风速和能见度，对比分析观测数据与实况产品的平均绝对误差、均方根误差和相关系数，发现地形对实况网格产品准确性有较大影响。对于不同地形，各要素实况产品的质量从高到低依次为平原、丘陵、山地，对于相同地形，气温和相对湿度实况产品与站点数据的相关系数均大于0.9，质量好，风速产品的质量次之，能见度产品的质量相比较差，相关系数约为0.6。