摘 要：利用2019年1月—2021年12月ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m溫度預(yù)報(bào)產(chǎn)品及通河國(guó)家基本氣象站逐日最高、最低氣溫實(shí)況資料，以ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式為研究對(duì)象，利用預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（TTK）、平均誤差（TE）、平均絕對(duì)誤差（TMAE）和技巧評(píng)分（SST）等手段，研究ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式在不同月份、不同天氣條件下的氣溫預(yù)測(cè)能力。研究發(fā)現(xiàn)，ECMWF細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)產(chǎn)品能夠有效對(duì)通河縣未來(lái)1～2 d的氣溫進(jìn)行預(yù)報(bào)，全年最高氣溫預(yù)報(bào)精度達(dá)59%，氣溫預(yù)測(cè)精度最高溫情況下產(chǎn)品性能略高于最低氣溫；結(jié)果表明，該產(chǎn)品具有較強(qiáng)的季節(jié)性特征，其預(yù)測(cè)精度在夏季大于冬季；該模式對(duì)降雨和大風(fēng)天氣的預(yù)測(cè)效果較好，在有雪和霧的情況下該產(chǎn)品預(yù)報(bào)的最低溫度要遠(yuǎn)高于實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：ECMWF細(xì)網(wǎng)格；2 m溫度；檢驗(yàn)；通河

中圖分類號(hào)：P456.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）09–0-03

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，公眾對(duì)氣溫預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度提出了更高的要求，而作為天氣預(yù)報(bào)的重要內(nèi)容，氣溫預(yù)報(bào)也對(duì)人們的生活具有重要影響。數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的快速發(fā)展、預(yù)報(bào)精度的不斷提高，給精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)提供了重要的科技支撐。但數(shù)值模式的初值過(guò)程存在一定誤差，為了更好地使用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，必須對(duì)其預(yù)報(bào)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，為精準(zhǔn)預(yù)報(bào)提供訂正的依據(jù)。

通河縣位于黑龍江省中部，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。低溫冷害、霜凍災(zāi)害是通河縣主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，經(jīng)常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)造成比較嚴(yán)重的損失[1]。

氣溫預(yù)報(bào)對(duì)預(yù)防低溫冷害、霜凍等災(zāi)害性具有重要作用[2]。準(zhǔn)確的溫度預(yù)報(bào)可以為通河農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)提供更加科學(xué)的指導(dǎo)，為農(nóng)民增產(chǎn)增收提供保障。

1 資料與研究方法

以通河縣為研究對(duì)象，結(jié)合國(guó)家基本氣象站提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選擇該地2019年1月—2021年12月的最高溫度和最低溫度實(shí)況數(shù)據(jù)。ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m溫度預(yù)報(bào)資料使用2019年1月—2021年12月共3年的預(yù)報(bào)產(chǎn)品。針對(duì)每日20：00起報(bào)未來(lái)24～48 h的溫度預(yù)報(bào)資料進(jìn)行檢驗(yàn)，從預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)的8個(gè)時(shí)次數(shù)據(jù)中選取最高、最低與第二天的實(shí)況最高、最低值做對(duì)比。依托TTK、TE、TMAE、SST等手段，對(duì)ECMWF模式2 m溫度預(yù)報(bào)值按月、季、晴雨類型分別進(jìn)行檢驗(yàn)[3]。

預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率：TTK=×100%

平均誤差：

平均絕對(duì)誤差：

Fi代表第i站的預(yù)報(bào)溫度；Oi代表第i站的實(shí)況溫度；K為1、2，分別代表|Fi－Oi|≤1 ℃、|Fi－Oi|≤2 ℃的條件。在此評(píng)估體系中，Mrk和Mfk是2個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。Mrk表示預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的站（次）數(shù)，即滿足K=1或K=2的站（次）數(shù)。Mfk則表示預(yù)報(bào)的總站（次）數(shù)，包括所有預(yù)報(bào)的站（次）。

預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

準(zhǔn)確率=Mrk/Mfk×100%

技巧評(píng)分：SST=×100%

SST代表ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m氣溫預(yù)測(cè)產(chǎn)品最高與最低氣溫預(yù)測(cè)值的平均絕對(duì)誤差與國(guó)家氣象臺(tái)的引導(dǎo)預(yù)報(bào)相比；TMAEN為中央氣象臺(tái)的最高和最低氣溫預(yù)測(cè)值的平均絕對(duì)誤差；TMAEF則為該產(chǎn)品的最高與最低氣溫預(yù)測(cè)值的平均絕對(duì)誤差。

2 結(jié)果分析

2.1 年預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

根據(jù)中國(guó)氣象局對(duì)各省區(qū)及地級(jí)市的要求，以絕對(duì)誤差＜2 ℃作為預(yù)測(cè)精度的臨界值。

表1為2019—2021年通河縣ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式不同預(yù)報(bào)時(shí)效2 m最高氣溫和最低氣溫預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確率。結(jié)果表明：對(duì)最高氣溫與最低氣溫的預(yù)測(cè)精度均值為59%，最高氣溫與最低氣溫的預(yù)測(cè)精度分別達(dá)到64%和54%，表明該產(chǎn)品在最高溫狀態(tài)下的預(yù)測(cè)精度要優(yōu)于最低氣溫的預(yù)測(cè)狀態(tài)。在48 h內(nèi)，產(chǎn)品的預(yù)測(cè)精度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而有所降低，24 h最高氣溫與最低氣溫的預(yù)測(cè)精度分別為66%和54%，而48 h最高氣溫與最低氣溫的預(yù)測(cè)精度分別為62%和53%。由此可知，該產(chǎn)品的氣溫預(yù)測(cè)對(duì)通河縣的最高與最低氣溫預(yù)測(cè)值具有一定的參考價(jià)值。

2.2 高、低溫預(yù)報(bào)季度檢驗(yàn)

2.2.1 各季溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

針對(duì)各季溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，按季度劃分進(jìn)行檢驗(yàn)，3—5月為第一季度，6—8月為第二季度，9—11日為第三季度，12月—翌年2月為第四季度。著重對(duì)ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m溫度未來(lái)24 h預(yù)報(bào)產(chǎn)品各季準(zhǔn)確率進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該產(chǎn)品在夏季即（第二季度）的氣溫預(yù)測(cè)精度要顯著優(yōu)于冬季[4]。最高、最低氣溫準(zhǔn)確率均在夏季最高，分別達(dá)79%、94%；冬季最低，分別為39%、3%。除第二季度外，該產(chǎn)品在各個(gè)季度均表現(xiàn)為當(dāng)季最高溫氣溫預(yù)測(cè)精度比最低溫氣溫預(yù)測(cè)精度更優(yōu)。

2.2.2 各季誤差檢驗(yàn)

最高氣溫預(yù)報(bào)在第一到第三季度偏離實(shí)況程度小，平均偏離值為1.4～1.5 ℃，而第四季度（12月至翌年2月）與實(shí)際值偏差最大，其均值與實(shí)際值相差臨近2.8 ℃的閾值，第二季度的平均絕對(duì)誤差最小為1 ℃左右，最大值為第四季度，其平均誤差值臨近6.5 ℃閾值。第一、第二與第四季度最低氣溫預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差均小于同期最高氣溫預(yù)報(bào)的平均誤差，第二季度比最高氣溫預(yù)報(bào)的平均值要高，第四季度則與實(shí)際氣溫偏差最大。

2.3 高、低溫預(yù)報(bào)逐月檢驗(yàn)

2.3.1 預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率檢驗(yàn)

從圖1可以看出，通河縣最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在4月最高，達(dá)88%，而在12月準(zhǔn)確率最低為27%。3—11月最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率＞60%。1—2月最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率＜50%，說(shuō)明冬季的預(yù)測(cè)精度不佳，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為20%～50%。6—8月最低溫度的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率在90%以上，6、7月最高，均為95%，1月、2月、11月和12月的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率都在40%以下，1月的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率只有6%。最高溫度的預(yù)測(cè)精度比最低溫度的預(yù)測(cè)精度要高，最低溫度的預(yù)測(cè)能力存在較大的季節(jié)性差異。

2.3.2 誤差檢驗(yàn)

圖2為2019年1月—2021年12月ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m溫度未來(lái)24 h的最高氣溫和最低溫度的誤差，檢驗(yàn)ECMWF細(xì)網(wǎng)格2 m產(chǎn)品預(yù)測(cè)的平均誤差和平均絕對(duì)誤差，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的整體偏差進(jìn)行定量分析，從而更直觀地了解產(chǎn)品氣溫預(yù)測(cè)與實(shí)際數(shù)據(jù)的整體偏差度。

由圖2a可知，最高溫度的平均誤差在季節(jié)上也存在顯著差異，4—10月的產(chǎn)品平均誤差值為負(fù)值，11月至翌年3月產(chǎn)品的平均誤差值為正，這一轉(zhuǎn)變的時(shí)段正好是第四、第一季度向第三、第四季度的轉(zhuǎn)折期。由圖2c可知，3—11月的最高溫度預(yù)測(cè)值與實(shí)際的偏差不大，均在1.9 ℃以下，而第四季度的偏差則快速增加，達(dá)到2.5～2.0 ℃。

由圖2b可以看出，下半年的氣溫預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相近，而在第四季度則快速變暖，1月的升幅最大，達(dá)到6～7 ℃，這一轉(zhuǎn)變的時(shí)間點(diǎn)，正好是第四、第一與第三季度之間的過(guò)渡期。

由圖2d可知，最低氣溫的平均絕對(duì)誤差在4—10月較實(shí)況偏離程度較小，均在2.0 ℃以下，而11—翌年3月的偏差則急劇上升，達(dá)到3.0～6.8 ℃。

綜上所述，該產(chǎn)品對(duì)通河縣未來(lái)1～2d的氣溫預(yù)測(cè)具有較高的參考價(jià)值，通河縣的溫預(yù)報(bào)能力受季節(jié)變化影響顯著，在第四、第一季度和第三、第四季度的過(guò)渡時(shí)期，產(chǎn)品的氣溫預(yù)測(cè)誤差值顯著提升。

2.4 典型天氣過(guò)程溫度檢驗(yàn)

在日常氣溫預(yù)測(cè)中，預(yù)報(bào)員對(duì)相對(duì)穩(wěn)定天氣的把握度較高，而轉(zhuǎn)折性天氣則對(duì)天氣預(yù)報(bào)的預(yù)測(cè)精度產(chǎn)生較大的考驗(yàn)。結(jié)合通河本地氣候特點(diǎn)和預(yù)報(bào)難點(diǎn)，選取2019年1月—2021年12月降雨、降雪、大風(fēng)、大霧天氣類型（表2），鑒于第一、第三季度是雨雪天氣的轉(zhuǎn)換時(shí)期，天氣對(duì)雨、雪的狀況難以分辨。為了便于研究，將4—10月08：00至翌日08：00連續(xù)0.1 mm的降水量作為雨天；11月至翌年3月08：00至翌日08：00，降水量＞0.1 mm作為雪天；全年08：00至翌日08：00出現(xiàn)極大風(fēng)速超過(guò)17.2 m/s的風(fēng)定義為大風(fēng)日；全年08：00至翌日08：00出現(xiàn)能見(jiàn)度＜1 kW的霧，定義為大霧日，并分析了4種類型氣象條件下的氣溫預(yù)測(cè)效果。

其中，降水日最高溫度和最低溫度的預(yù)測(cè)精度比較高，分別達(dá)到75.9%和82.8%，均高于全年平均值，并且具有良好的穩(wěn)定性，平均絕對(duì)誤差＜1.5 ℃。在261 d中，9次最高溫度預(yù)測(cè)偏差＞4 ℃，其中，2個(gè)為正誤差，7個(gè)為負(fù)誤差；在預(yù)測(cè)中，有6次最低溫度預(yù)報(bào)偏差＞4 ℃，有2個(gè)正誤差、4個(gè)負(fù)誤差。

在各類天氣變化中，ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m溫度產(chǎn)品受積雪對(duì)氣溫的影響最為顯著，最高氣溫和最低氣溫的預(yù)測(cè)精度分別為58.7%、33.9%，在所有類型的天氣過(guò)程中是最低的，預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性也不高。主要原因在于積雪期間逆溫的破壞和維持都會(huì)對(duì)氣溫預(yù)報(bào)產(chǎn)生影響。最高溫度預(yù)測(cè)的平均絕對(duì)誤差為2.0、3.9 ℃，最高溫度預(yù)測(cè)最大誤差為9.2 ℃，其中，9次偏差＞4 ℃，且全部為正誤差；最低溫度預(yù)測(cè)最大偏差值為14.2 ℃，其中50次與4 ℃以上偏差＞45%，其中45次為正誤差，5次為負(fù)誤差。

ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m產(chǎn)品在大風(fēng)日天氣預(yù)報(bào)中，最高氣溫預(yù)報(bào)精度為86.4%，最低溫度預(yù)報(bào)精度為71.2%。最高溫度和最低溫度的預(yù)測(cè)比較平穩(wěn)，平均絕對(duì)偏差分別為1.1 ℃和1.6 ℃。最高溫度預(yù)測(cè)值最大值為5.7 ℃，其中一個(gè)值偏差＞4 ℃。對(duì)最低溫度的最大預(yù)測(cè)偏差為7.2 ℃，其中，6次偏差＞4 ℃，4次為正誤差，2次為負(fù)誤差。

ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m溫度產(chǎn)品受大霧影響也較大，其中，最高溫度預(yù)報(bào)精度為62.1%，最低溫度預(yù)測(cè)精度為51.5%，最高溫度預(yù)測(cè)精度比最低溫度預(yù)測(cè)精度稍好，平均絕對(duì)偏差均在2 ℃以上。最高溫度預(yù)測(cè)最大偏差為8 ℃，其中，11次偏差＞4 ℃，全部為正值；最低溫度預(yù)測(cè)最大偏差達(dá)到14 ℃，其中，24次偏差＞4 ℃，發(fā)生概率＞36%，全部為正值?？梢?jiàn)產(chǎn)品在大霧的情況下最低溫度預(yù)測(cè)值要比實(shí)際值高得多。

3 結(jié)論與討論

（1）ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式2 m氣溫預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)通河縣的氣溫預(yù)報(bào)具有參考意義。該產(chǎn)品全年各預(yù)報(bào)時(shí)效平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為59%，該產(chǎn)品在最高氣溫的預(yù)報(bào)水平要高于最低氣溫，同時(shí)該產(chǎn)品的預(yù)報(bào)時(shí)效與準(zhǔn)確率存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）該產(chǎn)品存在顯著的季節(jié)差異性，該產(chǎn)品在夏季的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性上要顯著高于冬季的平均水平，第四季度最高氣溫、最低氣溫偏離值較大，同時(shí)第四季度是影響年度氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的主要原因。

（3）模式最高氣溫3—11月預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高，在60%以上，4月最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，達(dá)88%，12月準(zhǔn)確率最低。第四季度的氣溫預(yù)測(cè)值與實(shí)際情況相比偏離較大。最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在1月最低，6—8月最高。

（4）該產(chǎn)品在一定程度上受天氣類型影響，受雪天、霧天的影響較大，受雨天、大風(fēng)天的影響較小，同時(shí)天氣類型的變化會(huì)導(dǎo)致該產(chǎn)品模型最低氣溫預(yù)報(bào)高于實(shí)際情況。

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收稿日期：2024-05-11

作者簡(jiǎn)介：譚雪玥（1987—），女，黑龍江通河人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)轭A(yù)報(bào)預(yù)測(cè)。