黔西市各乡镇精细化气温预报订正研究

摘 要：选取2020—2022年黔西市国家基本气象站和27个乡镇区域自动站日最高气温和日最低气温资料，利用最小二乘法得出各乡镇观测站点与黔西国家基本站气温关系式，建立预报方法，采取2023年实况数据分别对方程组预报效果和经验订正预报效果进行检验。结果显示，精细化气温预报订正后的预报效果总体较好，对黔西市各乡镇气温预报有较好的指导意义。

关键词：气温预报；预报效果；最小二乘法

中图分类号：P45 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）10–0-03

随着我国经济社会的发展，社会各界对天气预报的准确率和精细化程度的要求越来越高。随之而来对气象预报精细化的需求日益增长，其中乡镇气温的预报是重点之一。以贵州省毕节市黔西市为例，以国家站为基准的城区气温预报准确率较高，但在开展乡镇预报时，通常以基本站为基准，采用经验订正的方式开展气象服务，此方法无法满足当前社会需求。近年来，乡镇区域站网布局越发完善，气象数据更加全面准确，为更好地开展乡镇气象服务，基于陈云飞等[1]、黄治勇等[2]、邱学兴等[3]对乡镇气温订正预报方法的研究，采用SPSS软件，对2020—2022年黔西国家站和各乡镇区域站日最高气温和日最低气温相关数据进行分析和回归计算，建立各乡镇区域站与国家基本气象站相关联的气温预报回归方程，形成黔西市各乡镇气温精细化预报的订正客观方法，以提高黔西市各乡镇气温预报准确率，为农业生产和人民生活提供帮助。

1 资料和方法

2020—2022年黔西市27个乡镇区域自动站资料，

来源于贵州省气象局提供的区域自动站数据文件，黔西国家基本站资料来源于本站月报表数据文件。以下使用的气象资料在计算前进行了严格的质量控制及均一性检查，同时对缺测资料进行了插补订正。

选取2020—2022年黔西市27个乡镇区域自动站和黔西国家基本气象站的日最高气温及日最低气温资料，并通过统计分析各乡镇及黔西国家站的年平均温度、年平均最高气温、年平均最低气温、月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温等气象指标的分布区域情况及变化趋势，发现乡镇气温与黔西国家站气温之间存在线性关系，并运用最小二乘法拟合各乡镇区域自动站与黔西国家站的最佳趋势预报方程，形成不同乡镇的气温回归模型，从数理统计的角度上客观订正各乡镇气温预报。

根据中国气象局于2005年7月1日下发的《中短期天气预报质量检验办法（试行）》，温度预报检验内容包括最高气温和最低气温的预报误差[4-5]。主要有以下3种公式：

平均绝对误差：TMAE=|Fi-Oi|（1）

均方根误差：TRMSE=（2）

预报准确率：TTK=×100%（3）

在式（1）～式（3）中，Fi为第i站（次）预报温度，Oi为第i站（次）实况温度。K值为预报准确率检验误差值，K为1代表|Fi-Oi|≤1 ℃；K为2代表|Fi-Oi|≤2 ℃。NrK为预报正确的站（次）数，NfK为预报的总站（次）数。

2 结果与分析

2.1 气温预报的订正方法

利用2020—2022年共3年数据作为预报方程建立样本。以黔西国家基本站为代表，采用最小二乘法拟合各乡镇区域站点与黔西站的每日最高气温和最低气温的关系式。设各乡镇的气温为因变量（ y），黔西站的气温为自变量（x），建立了各乡镇区域站和黔西国家站的趋势预报方程，所有趋势预报方程的复相关系数均在0.970以上，回归效果明显。在实际运用中发现，使用趋势方程对各乡镇气温订正预报效果良好，这表明此方法建立的趋势方程在预报乡镇气温时具有良好的实用性，对提高乡镇最低气温、最高气温预报质量具有重大意义。各乡镇与黔西站的趋势预报方程具体见表1。

2.2 乡镇气温预报的效果检验

通过2023年黔西市各乡镇逐日气温预报资料与同期实况气温进行对比评估，选取的有效样本数共计365 d，根据《中短期天气预报质量检验办法（试行）》的评分方法，统计得出黔西市各乡镇2023年每日气温预报的平均绝对方差、均方根误差和预报准确率。

从表2可以看出，黔西市各乡镇最高气温和最低气温的平均绝对误差均≤3.1 ℃，均方根误差≤4.1 ℃，

其中最高气温平均绝对误差≤3 ℃的预报准确率高于90%，最低气温平均绝对误差≤2℃的预报准确率高于60%，这一结果表明黔西市各乡镇气温预报总体较为准确。通过对比可发现，最低气温预报准确率明显高于最高气温预报准确率，最低气温的平均绝对误差、均方根误差等普遍低于最高气温，最高气温出现大值预报偏差的概率普遍高于最低气温。

一般情况下，当实况气温与预报气温相近时，公众会认为预报是准确可信的。但当实况气温与预报气温存在差异，且超过一定阈值时，易损害气象部门公信力[6-8]。根据天气预报质量评定相关办法，温度预报绝对误差＞4.5 ℃，即温度预报评分60分作为大值的阈值[9-11]。从表2中可以发现，黔西市气温预报≤4.5 ℃的预报准确率高于75%，最高可达94.8%，表明黔西市各乡镇的气温趋势预报方程可用性较高。

通过对2023年全年的各乡镇气温预报效果检验可以看出，此趋势预报方程的建立，对黔西市各乡镇气温预报具有一定的指导作用，对黔西市开展精细化气象服务，提高预报服务质量具有重要意义。

表1" 各乡镇最高、最低气温预报方程

乡镇 日最高气温预报方程 复相关系数 日最低气温预报方程 复相关系数

甘棠 y=1.040 7x+0.751 8 0.970 y=0.971 5x+0.527 2 0.969

大关 y=0.997 1x+0.725 8 0.990 y=0.983 3x+0.726 6 0.993

定新 y=1.045 3x+0.562 9 0.972 y=0.960 6x+1.189 2 0.981

谷里 y=1.017 1x+0.530 5 0.991 y=1.002 7x+0.748 3 0.993

观音洞 y=0.989 8x-0.420 1 0.986 y=0.993 9x-0.207 2 0.987

红林 y=1.031 5x-0.787 6 0.984 y=0.939x-0.448 6 0.979

花溪 y=1.047x+0.048 4 0.973 y=0.978 2x+0.687 8 0.988

金碧 y=1.007 4x+0.599 1 0.991 y=0.985x+0.249 3 0.994

金兰 y=0.990 7x+0.211 3 0.985 y=0.977x-0.001 1 0.988

金坡 y=1.001 4x-0.833 9 0.978 y=0.941 5x-0.704 7 0.964

锦星 y=1.028 7x+1.1 0.990 y=0.969 7x+0.678 0.974

林泉 y=1.006 2x-0.3364 0.992 y=0.965x-0.224 7 0.987

绿化 y=0.983 5x-0.05 0.992 y=0.966x+0.042 4 0.990

仁和 y=1.041 9x+0.063 9 0.985 y=0.963 4x+0.341 0.977

素朴 y=1.023 1x-0.040 2 0.986 y=1.004x-0.232 1 0.973

太来 y=1.042 9x-0.345 8 0.983 y=1.002 2x+0.156 0.991

铁石 y=1.014 4x+0.751 9 0.987 y=1.009 9x+0.663 7 0.987

五里 y=0.986 3x-0.414 6 0.985 y=0.989 9x-0.277 4 0.994

协和 y=1.014 8x+0.795 5 0.971 y=0.979 9x-0.150 5 0.971

新仁 y=0.988 7x+0.050 9 0.985 y=0.965 1x+0.591 4 0.979

永兴 y=1.033 6x+0.597 6 0.988 y=0.974 3x+0.841 7 0.978

雨朵 y=0.991x+0.701 8 0.991 y=0.976 9x+0.566 1 0.987

长堰 y=0.988 8x+0.460 8 0.993 y=0.940 7x+0.502 2 0.974

中建 y=1.039 9x+0.983 5 0.971 y=0.965 3x+0.879 8 0.968

中坪 y=1.020 4x+1.945 4 0.978 y=0.952 6x+2.104 5 0.971

钟山 y=1.015 6x+0.441 1 0.989 y=0.981 8x-0.096 7 0.970

重新 y=1.006 3x-0.220 4 0.978 y=1.014 1x-0.562 9 0.967

表2" 黔西市各乡镇气温预报评分

乡镇 平均绝对误差/℃ 均方根误差/℃ ≤2 ℃预报准确率/% ≤4.5 ℃预报准确率/%

最高气温 最低气温 最高气温 最低气温 最高气温 最低气温 最高气温 最低气温

甘棠 3.1 2.0 4.1 2.8 42.2 64.4 75.3 87.9

大关 2.8 1.8 3.7 3.9 46.3 66.3 78.6 92.3

定新 3.0 1.9 3.9 3.7 41.4 64.1 76.7 90.7

谷里 2.8 1.8 3.7 3.7 47.4 66.0 78.9 92.1

观音洞 2.8 1.5 3.7 3.9 50.7 72.3 77.5 94.8

红林 2.9 1.8 3.9 3.8 47.9 65.8 75.9 92.1

乡镇 平均绝对误差/℃ 均方根误差/℃ ≤2 ℃预报准确率/% ≤4.5 ℃预报准确率/%

最高气温 最低气温 最高气温 最低气温 最高气温 最低气温 最高气温 最低气温

花溪 2.9 1.8 3.8 3.7 44.4 66.3 79.2 92.3

金碧 2.8 1.8 3.7 3.7 50.1 66.0 79.5 92.1

金兰 2.7 2.0 3.7 3.6 50.4 62.5 78.9 90.1

金坡 2.7 2.0 3.6 3.8 47.9 63.0 80.3 91.5

锦星 2.8 2.1 3.8 3.7 47.4 61.1 80.3 88.5

林泉 2.8 1.8 3.7 3.6 49.0 66.0 77.8 92.3

绿化 2.7 1.8 3.6 3.9 48.2 67.7 78.6 93.2

仁和 2.9 2.0 3.9 3.8 47.9 61.4 77.3 90.1

素朴 2.8 2.1 3.8 3.9 47.7 62.2 79.5 87.7

太来 2.8 1.8 3.9 3.8 48.8 66.6 80.0 92.3

铁石 2.8 1.9 3.8 3.6 46.0 64.1 80.0 91.2

五里 2.7 1.7 3.6 3.8 50.4 67.7 79.2 94.0

协和 2.9 1.7 3.8 3.6 46.0 68.5 78.9 93.4

新仁 2.8 1.9 3.6 3.8 46.6 64.9 79.5 92.1

永兴 2.8 2.0 3.8 3.6 48.5 63.6 78.1 90.1

雨朵 2.7 1.9 3.6 3.6 49.6 64.9 78.1 91.2

长堰 2.7 2.0 3.6 3.9 49.9 63.6 79.2 90.1

中建 2.9 2.1 3.9 3.7 45.8 61.4 77.3 88.5

中坪 2.8 2.1 3.7 3.7 47.1 62.5 79.7 89.9

钟山 2.7 2.1 3.7 3.8 49.9 62.5 79.7 86.8

重新 2.8 2.3 3.8 3.1 50.1 59.7 79.5 85.8

3 结论

（1）黔西市各乡镇区域自动站与国家站气温的差值绝对值最大值均＞2.0 ℃，由此可见，各乡镇区域自动站与国家站气温存在差异，单纯用黔西国家站的气温预报代表乡镇温度预报，其准确率较低。

（2）各乡镇最低气温预报准确率明显高于最高气温预报准确率，意味着最高气温出现大值偏差的概率较大。通过对预报效果检验可以发现，各乡镇最高气温预报的绝对误差≤2 ℃的预报准确率为41.1%

～50.7%，最低气温预报的绝对误差≤2 ℃的预报准确率为59.7%～66.6%。

（3）因气温预报存在大值偏差，故采用温度预报绝对误差＞4.5 ℃为大值预报误差阈值。黔西市各乡镇最高气温绝对值误差≤4.5 ℃的预报准确率为75.3%～80.3%，最低气温绝对值误差≤4.5 ℃的预报准确率为85.8%～94.0%。

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收稿日期：2024-07-10

作者简介：姜军志（1996—），男，山东梁山人，助理工程师，研究方向为综合气象业务。