EC細網格模式對天津市氣溫預報的釋用分析

王 婧

(天津市東麗區氣象局 天津300300)

0 引 言

隨著數值模式的完善和發展以及分辨率的提高，實現數值模式的精細化預報成為當今數值預報模式發展的主要方向之一[1]。歐洲中心數值預報是預報員天氣預報業務和服務中一個重要參考依據[2-6]。然而，模式的不確定性導致預報產品存在一定誤差。對于預報員而言，開展數值預報檢驗有利于全面了解本地區模式產品預報性能，擇優選擇數值預報產品。而溫度作為最基本的預報要素，公眾對其準確性精細化的要求不斷提升。多位學者采用歐洲中心高分辨率模式 2m溫度產品進行本地產品釋用研究：王丹等[7]、萬明等[8]分別對陜西和江西國家站氣溫在不同季節預報性能進行評估；王強等[9]分析懷化最高氣溫預報準確率時空分布特征；陳茜茜等[10]對遵義高低溫在不同季節誤差變化特征進行研究；鞏憲偉等[11]、陳海鳳等[12]分別對氣溫明顯變化時四平和貴陽溫度預報能力進行檢驗；祁麗燕等[13]、張超等[14]、萬夫敬等[15]分別對不同季節、不同天氣系統影響下廣西、烏魯木齊和青島的高低溫預報能力進行研究。

鑒于以往的研究大多針對模式最高最低溫度及基于國家級自動站預報進行檢驗評估，未提供更為精細化時空檢驗，本文將采用EC細網格逐3h、水平分辨率 0.125×0.125的 2m 溫度產品對天津市溫度預報進行檢驗評估，為預報員提供更全面的模式性能參考依據。

1 資料與方法

1.1 資料介紹

模式資料采用 EC細網格 2015年 2月 1日—2015年 12月 28日每日 08∶00、20∶00時 2次起報，3～72h預報時效的逐3h的2m溫度預報產品。

觀測資料為天津市 277個地面自動站逐時 2m溫度，對觀測資料進行篩選(剔除缺測率＞10%的站點)后，得到 244個質量較高的地面自動站數據。采用雙線性插值法將EC細網格2m溫度預報產品插值到篩選后的觀測站點上。

1.2 2m檢驗方法

本文選用預報準確率(TT)、相對誤差(DIF)和均方根誤差(RMSE)對2m溫度進行評估和檢驗：預報準確率：

相對誤差公式：

均方根誤差公式：

2 模式預報性能檢驗

2.1 2m溫度整年誤差分析

計算EC模式2015年全年2個起報時間的不同預報時效2m溫度預報與實況的TT、DIF和RMSE。

圖1為2015年天津EC細網格資料08∶00時和20∶00時起報在 3～72h預報時效的 DIF、RMSE和TT曲線圖。如圖所示，兩組起報時間的不同預報時效預報效果不同。預報效果較好，平均 DIF較小，在0.4～-0.8℃，多數時次預報偏低。預報產品的RMSE在 1.0～2.5℃，TT1在 30%～55%，TT2比 TT1高 30%左右。隨著預報時效的增加，RMSE波動式增加，TT波動式降低，說明其有日變化規律。

圖1 天津 EC細網格不同起報時間、不同預報時效 2m預報溫度誤差和準確率曲線圖Fig.1 2m forecast temperature error，TT curve of Tianjin EC fine grid with different reporting time and forecast aging

圖2 為2組起報時間預報與實況的DIF、RMSE和 TT日變化曲線。可以看出，不同起報時間對同一時次的預報效果存在差異。對每日逐 3h預報 DIF在-0.8～0.4℃，RMSE在 1.5～2.5℃，TT1為 40%上下，TT2為 70%上下，而且對白天預報效果略好于夜間。對每日 08∶00預報，兩組起報時間的預報效果最為一致，且預報效果最好；對每日 11∶00、14∶00 兩個起報時間預報差異最大。每日 08∶00～17∶00時比20∶00～次日 05∶00時 DIF 更接近于 0℃，但其中14∶00、17∶00 的 RMSE 較大、TT 較低，說明對于這兩個時次的預報存在較大的離散度。相對每日 11∶00～20∶00時預報，08∶00起報有更好的預報效果，而對每日 23∶00～08∶00 預報則相反，20∶00 起報的預報效果更好。

天津地區EC細網格2m溫度產品誤差分布有如下特點：天津市區、濱海新區塘沽和薊州北部預報效果較差，RMSE超過2.25℃，TT1為30%左右，TT2為50%左右。平均DIF分布表明，天津市區和濱海新區塘沽預報溫度比實況明顯偏低，偏低幅度超過-1.5℃，考慮是城市熱島效應和海陸風的影響所致；而薊州北部山區平均 DIF特征不一致，有些站點預報偏高1℃左右，有些站點偏低 1℃左右，考慮薊州北部山區受地形影響，站點之間差異較大；其余地區平均DIF均在±1℃以內，RMSE較小，TT較高。模式預報效果最好的地區是寧河東部和濱海新區大港。市區周邊四區溫度預報較實況偏低站點較多，遠離市區預報偏高于實況的站點較多，也說明城市熱島效應的影響。綜合平均DIF和RMSE分布，天津市區、濱海新區塘沽模式2m溫度預報系統偏低，系統性誤差可以通過偏差訂正方法減小，而薊州部分站點絕對誤差較小但RMSE較大，并不是系統性誤差，預計采用偏差訂正方法改善效果有限。

圖2 天津 EC細網格不同起報時間 2m預報溫度誤差日變化曲線Fig.2 Daily variation curve of 2m forecast temperature error of Tianjin EC fine mesh with different reporting time

2.2 2m溫度月、季誤差分析

通過計算EC模式2015年2—12月和四季不同起報時間不同預報時效 2m 溫度預報與實況的 TT、DIF和RMSE，評估模式不同月份預報效果。

圖3 2015年2—12月模式不同起報時間2m溫度誤差曲線圖Fig.3 Curves of 2 m temperature error at different reporting time from February to December，2015

圖3為 2015年天津 EC模式兩組起報時間的DIF、RMSE 和 TT月變化曲線。如圖所示，08∶00和20∶00起報的預報產品在不同月份的預報效果略有不同，除 6月外兩個起報時間的預報效果差異均較小。各月DIF如圖3(a)所示，除6月和11月預報值偏高外其余月份均偏低，4月 DIF偏低幅度最大，低于-0.8℃；圖3(b)顯示 RMSE 較小的月份有 7、9、10月，較大的月份有 3、4、6、12月，其中 3月RMSE最大，超過 2.2℃；由圖3(c)可以看出，TT較大的月份有 5、7、8、10 月，TT 較小的月份有 3、4、11、12月，其中12月TT1低于35%，TT2低于60%，較其他月份明顯偏低，且 RMSE超過 2℃，但 DIF接近于0℃，說明該月預報與實況間的離散度較大。

天津市EC模式2m預報溫度不同季節的誤差如表1所示，比較4個季節誤差：春季DIF為-0.61℃，預報較實況偏低，RMSE超過2℃，TT與秋季相當。夏季的預報準確率最高，TT1為 42.75%，TT2為72.97%；秋季 DIF最趨近與 0℃(0.05℃)，RMSE最小(1.84℃)；冬季超過 2℃，預報準確率最低。綜上所述，夏秋誤差小，預報準確率高，預報效果較好；春冬誤差大，預報準確率低，預報效果較差。

表1 EC模式2m預報溫度不同季節誤差統計Tab.1 EC model 2 m forecast temperature different seasonal error statistics table

采用 RMSE和TT2評估EC細網格2m溫度產品對不同季節預報效果空間分布。薊州北部山區四季均存在較大誤差，RMSE高于 2.5℃，TT2低于60%；天津市區四季節也存在較大誤差，其中冬春最明顯，RMSE高于2.5℃，TT2低于60%；濱海新區塘沽春季誤差大，RMSE高于2.5℃，TT2低于60%。模式對武清區冬季的預報效果略差，RMSE高于 2℃，TT2低于 50%。其余地區四季無明顯差異，預報效果較好，大部分臺站RMSE低于2℃，TT2高于70%。

3 結 論

本文采用TT、DIF和RMSE對2015年EC細網格模式 2m溫度產品在天津市的預報性能進行評估和檢驗，結果表明：

①EC細網格2m溫度在天津市有較好的預報效果。08∶00和 20∶00兩組起報時間對 3～72h不同預報時效的預報效果不同。隨著預報時效的增加，預報效果變差。模式對白天預報效果略優于夜間，其中每日08時預報效果最好。對白天溫度預報，08∶00起報效果優于20∶00起報，對于夜間則相反，20∶00的預報效果更好。

②不同起報時間對預報產品在不同月份的預報效果略有不同，以 6月的預報差異最為明顯。夏秋預報效果優于冬春，其中 7月預報效果最好，12月最差。

③薊州北部四季誤差均較大，考慮山區地形原因；天津市區、濱海新區塘沽溫度預報系統性偏低，考慮城市熱島效應原因，市區春冬季誤差明顯，塘沽春季誤差明顯。