2020年吉林省智能网格最高最低温度预报产品检验评估

姚 凯 朱晓彤 周冬雪 慕秀香

（1.吉林省气象台，吉林长春 130062；2.吉林省气象科学研究所，吉林长春 130062；3.长白山气象与气候变化吉林省重点实验室，吉林长春 130062）

1 引言

预报产品的检验对于了解产品的性能与表现有十分重要的作用， 同时检验也是衡量预报能力业务水平的重要指标[1]。 对于预报员来说，不同预报产品检验结果的横向对比可以让预报员更加清晰地了解产品的长处与不足， 提升预报能力与信心， 同时这也是研究型业务的重点工作之一。 目前， 吉林省气象工作者针对各种预报产品开展了一定的检验并且取得了较好的认识[2-4]。

近年来随着智能网格业务的建设，全国“一张网”的智能网格预报链条已经趋于成熟，无缝隙、全覆盖、精细化的网格产品使定时、定点、定量的预报成为可能， 更加适应社会大众和经济发展的需求[5]。 吉林省气象台自2019年底开始智能网格预报单轨试运行， 至2020年4月施行完全单轨化， 目前吉林省智能网格业务已经稳定运行一年有余， 但是针对智能网格主观订正产品并没有进行系统的检验， 预报员不能很好地把握各种主观产品的预报效果。 因此，本文针对2020年全年业务运行的智能网格最高最低温度主观订正产品（国家指导报、省级指导报与市州订正报）以及吉林省气象台开发的最高最低温度客观预报产品[6]进行了检验， 并将结果与EC 细网格模式进行对比， 以期加强对于智能网格主客观产品最高最低温度预报效果的认识。

2 数据与方法

本文使用本地化后的全流程检验包meteva（https://www.showdoc.com.cn/meteva） 进行最高最低温度的检验，meteva 由国家气象中心预报技术研发室开发， 经本地化后可以灵活地实现吉林省内任意时段、任意站点的气温、降水检验。

检验的智能网格主观订正产品有国家指导报（以下简称SCMOC）、 省级指导报 （以下简称ZDYB）与市州订正报（以下简称SPCC），三者均取自国家智能网格数据池（ftp://10.1.72.215），检验要素为每日08 时与20 时起报产品的0—72h 最高最低温度预报。 其中由于SCMOC 更新频数高，在ZDYB 下发、SPCC 上传后仍会更新， 根据实际业务流程，在检验过程中，以4:30 与14:30 为节点，取该产品在节点时刻之前最近的数据进行检验。

检验的智能网格客观产品为基于欧洲区域中心高分辨率数值模式 （ECMWF-HR， 以下简称EC）地形订正的最高最低温度预报产品（以下简称GDDZ）。 该产品为吉林省气象台开发，在实际业务中作为预报员制作ZDYB 的客观背景场[6]。

检验的实况数据为吉林省参与国家预报质量评分的381 站（其中国家站55 站，非国家站326站）观测数据。检验时段为2020年全年，并将其分为汛期（5—9月）与非汛期（1—4月与10—12月）分别进行检验， 检验时使用双线性插值将格点数据插值到站点上。

3 检验结果分析

3.1 汛期检验结果

3.1.1 最高温度

对于汛期最高温度来说，GDDZ 的准确率最高、平均绝对误差最低，3 个时效内准确率分别达到了76%、68%、64%，远高于其他产品；在主观产品中， 预报效果最好的为SPCC，3 个时效的准确率分别为61%、59%、58%；ZDYB 的预报效果略好于SCMOC（图1a）。 从技巧来看，SPCC 对于ZDYB的订正，以及ZDYB 对于SCMOC 的订正均为正技巧，除0—24 h 的最高温度外，ZDYB 对于SCMOC的订正技巧要高于SPCC 对于ZDYB 的订正效果（图1e）。

图1 汛期0—72 h 最高温度准确率（a，单位：%）、最低温度准确率（b，单位：%）、最高温度平均绝对误差（c，单位：℃）、最低温度平均绝对误差（d，单位：℃）、最高温度相对技巧（e）、最低温度相对技巧（f）预报检验结果

从3 种主观产品预报效果的空间分布来看，均表现为东部复杂地形处准确率低、 平均绝对误差高，ZDYB 在此地区的平均绝对误差要小于SCMOC 与SPCC，3 种产品误差主要表现为对实况温度的预报值偏低。相对于ZDYB，SPCC 在全省范围内为正订正，负订正范围较小（图2a、图2c、图2e）；相对于SCMOC，ZDYB 在0—24h 中西部存在一定范围的负订正， 随着时效延长负订正范围逐渐缩小，至48—72h，全省基本为正订正（图2b、图2d、图2f）。 值得注意的是， 在3 个时效内，ZDYB 较SCMOC 在南部与东部地形复杂处的订正较为出色，大部分地区订正技巧大于0.1，部分地区高于0.15。

图2 汛期最高温度SPCC 相对于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相对于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的订正技巧检验结果

3.1.2 最低温度

从汛期最低温度的检验结果看， 各种订正产品的准确率相差无几，GDDZ 相较于主观产品并没有明显优势，并且对于EC 的订正效果也不再显著。 根据准确率和平均绝对误差可以看出（图1b、 图1d）， 效果最好的为SPCC； 其次为ZDYB； 之后为SCMOC 和GDDZ。 从订正情况来看，SPCC 对于ZDYB 的订 正， 以及ZDYB 对于SCMOC 的订正均为正订正，并且后者的订正技巧略高于前者（图1f）。

从主观产品最低温度准确率空间分布来看，SCMOC 的准确率随着时效延长有明显的降低，但总体分布趋势仍是非复杂地形区的准确率要高于复杂地形区， 低值区主要位于敦化与长白山保护区附近，平均绝对误差大值区位于长白、二道与松江附近，其他地区平均绝对误差较小，基本在1.5～2.0℃）。ZDYB 对于SCMOC 的准确率略有提升，通过订正，明显降低了长白、二道与松江附近的平均绝对误差。 SPCC 的准确率在长白、二道与松江较低；通过分析平均误差可以得知，3 种主观产品在此地区存在正误差。 说明预报产品对于最低温度的极端性把握略有不足。 从SPCC 对ZDYB 的订正来看（图3a、图3c、图3e），0—24h 东部地形复杂区略有负订正， 后2 个时段的正订正区域主要为吉林地区以及白山、 延边地区。 ZDYB 相对于SCMOC 在西部以及延边东部有较好的订正效果（图3b、图3d、图3f），特别是延边东部盆地部分站点订正技巧达到0.2 以上， 但在中部地区存在较大范围的负订正。

图3 汛期最低温度SPCC 相对于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相对于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的订正技巧检验结果

3.2 非汛期检验结果

3.2.1 最高温度

对于非汛期最高温度，从准确率来看，最高的为GDDZ，在0—24h、24—48h、48—72h 的预报准确率均远高于其他产品，分别为76%、73%、69%，GDDZ 虽基于EC 模式， 但其预报质量相对于EC模式有明显的提升。 SCMOC 准确率高于SPCC，ZDYB 的准确率最低。 最高温度的平均绝对误差呈现的结果与准确率类似， 均为GDDZ 最优，ZDYB 最差。 从预报技巧来看，SPCC 对ZDYB 有较好的正订正， 但是ZDYB 和SPCC 对于SCMOC均为负订正，预报效果并不理想。

从空间分布来看， 各主观产品的最高温度准确率各地差异不大。SCMOC 的准确率低值区与高平均绝对误差区主要位于蛟河、长白、二道一带，与实况相比表现为预报值偏低；ZDYB 与SCMOC准确率空间分布类似， 但平均绝对误差在东部的表现要略优于SCMOC；SPCC 的最高温度准确率全省分布也较为均匀， 没有特别明显的东西部差异。 从SPCC 对于ZDYB 的订正效果来看（图4a、图4c、图4e），全省大部分地区为明显的正订正，多地在0—72h 时效内的订正技巧高于0.02；0—24h 时效内， 吉林省北部地区订正效果不明显；24—48h 与48—72h 时效白山东部和长白山保护区订正效果不明显。从ZDYB 对SCMOC 的订正效果看（图4b、图4d、图4f），全省大范围表现为高数值的负订正， 特别是中西部大部分地区负订正超过1.5，仅在东部地形复杂区，即吉林地区、白山南部、延边有比较明显的正订正，部分地方的订正技巧大于0.15，说明相较于SCMOC，ZDYB 在东部地形区有一定的订正预报能力。

图4 非汛期最高温度SPCC 相对于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相对于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的订正技巧检验结果

3.2.2 最低温度

非汛期各类预报产品对最低温度预报能力排序与最高温度类似， 但其准确率整体要低于最高温度， 说明非汛期最低温度的预报仍存在短板。GDDZ 对于EC 模式的预报虽有明显的提升，但是相比于主观产品优势并不十分明显， 在0—24h、24—48h、48—72h 准确率分别仅为45%、45%、44%。 总体上看，主观产品中SCMOC 最优，SPCC次之， 最差的为ZDYB。 尽管在24—48h 时效ZDYB 的准确率 （41%） 略高于SPCC 的准确率（40%），但其平均绝对误差（3.32℃）要高于SPCC的平均绝对误差（3.27℃）。 从预报技巧来看，SPCC和ZDYB 对于SCMOC 的订正均为负订正，SPCC对于ZDYB 略有正订正，但是并不明显。

从空间分布来看， 非汛期最低温度的各主观产品均存在比较明显的东西差异， 即西部地区准确率要高于东部地区， 且准确率分布特征与地形呈现十分密切的关系。SCMOC 在0—72h 时效内，白城、松原、长春、四平有较高的准确率，白山东部、延边和长白山保护区准确率低（最高仅为40%左右）；从平均绝对误差看，误差高值区主要集中在舒兰、蛟河、敦化以及白山东部、长白山保护区、珲春附近； 与实况相比，SCMOC 的结果在上述地区附近存在十分明显的正偏差， 最低温度预报值明显偏高。 ZDYB 的准确率较SCMOC 有所下降，特别是在吉林西部、通化、白山等地形复杂处出现了大范围的准确率低值区与平均绝对误差大值区， 仅仅在延边盆地附近存在较大范围的准确率大于50%的区域；从误差分析看，平均绝对误差大值区中通化南部、白山西部、延边盆地为负误差，其他地区为正误差。 从SPCC 的准确率可以看出，0—72h 准确率低值区主要分布在东部地区，特别是吉林东部、 延边北部和西部、 长白山保护区附近。另外值得注意的是，SPCC 准确率在55 个国家站附近都较高， 在图中表现为以国家站为中心的闭合高值区，其他非国家站点的准确率普遍较低。从预报技巧来看， 相对于ZDYB，SPCC 在0—24h时效中南部地区有较好的订正效果，24—48h 东部有较大范围的负订正，48—72h 中西部基本为正技巧，但整体订正效果并不明显，全省各地技巧均不足0.1（图5a、图5c、图5e）。 ZDYB 对于SCMOC 的订正在0—72h 表现为中西部大范围的负订正，并且负订正幅度较大，部分地方负订正超过1.5，仅在白山东部、长白山保护区附近有一定的正订正（图5b、图5d、图5f）。 总体来看，各种主观模式对于东部地区最低温度准确率存在较为明显的短板。

图5 非汛期最低温度SPCC 相对于ZDYB 在0—24h（a）、24—48h（c）、48—72h（e），以及ZDYB 相对于SCMOC在0—24h（b）、24—48h（d）、48—72h（f）的订正技巧检验结果

4 结语

（1）对于非汛期最高、最低温度和汛期最高温度，GDDZ 的准确率要远高于主观产品；3 种主观产品中，非汛期最高最低温度预报SCMOC 表现最优，其次为SPCC，最差为ZDYB；汛期最高最低温度预报SPCC 最优， 其次为ZDYB， 最差为SCMOC。

（2）从预报效果看，主客观产品对于非汛期最低温度的预报效果都较差， 在预报中存在较为明显的短板， 特别是东部地区的预报准确率仍待提升。 3 种主观产品在全年最高最低温度的预报中都存在比较明显的东西分布差异， 即中西部的预报准确率与平均绝对误差要优于东部地形复杂区。 3 种产品对于极端性温度的把握不够，表现为最低温度的预报较高，最高温度的预报偏低。另外需要指出的是，ZDYB 与SPCC 的全年预报都存在国家站的准确率高于非国家站的现象， 具体表现为准确率平面图上一个个以国家站为中心的闭合大值区， 这说明ZDYB 和SPCC 需要进一步加强把握对非国家站点的最高最低温度预报。

（3）从非汛期订正效果来看，在东部复杂地形区的最高最低温度预报方面，ZDYB 对SCMOC 有一定的正订正能力，SPCC 对ZDYB 的订正效果一般或无明显订正； 在中西部最高最低温度预报方面，ZDYB 相对于SCMOC 为十分明显的负订正，SPCC 相对于ZDYB 在最高温度方面全省为明显的正订正，在最低温度方面订正不明显。

（4）从汛期订正效果来看，在最低温度方面，ZDYB 对SCMOC 的订正在南部和东部有明显的正订正； 而SPCC 相较于ZDYB 为全省范围的比较明显的正订正。 在最高温度方面，ZDYB 相对于SCMOC 在吉林省西部与东部有十分明显的正订正，订正的效果比较明显，而在上述地区SPCC 相对于ZDYB 无明显订正效果。

（5）总体来看，相对于SCMOC，ZDYB 在汛期的订正效果要远远好于非汛期的订正效果， 并且在东部地形复杂处都有较明显的正订正， 说明预报员对于东部地形复杂区的极端温度有一定的把握。SPCC 对于ZDYB 的最高温度有比较好的订正效果，除东部地形复杂区外全省基本均为正订正，但是市州对于省台最低温度的订正效果不明显。