國家精細化指導預報產品在德州區域的檢驗及誤差分析

周成 高雷娜 王逸鵬 劉春紅

摘要 ? ?本文收集處理了2014年9月到2015年9月國家精細化指導預報產品（以下簡稱SCMOC）;利用德州11個站的實況資料對其20：00起報的日最低氣溫、日最高氣溫、晴雨、一般性降水和逐日3 h預報氣溫進行對比分析并檢驗預報質量。結果表明，日最低氣溫預報質量較好，無須訂正;日最高氣溫預報質量較差，需訂正后作參考;二者都具有明顯的季節變化特征。通過誤差分析總結了誤差特點，并算得平均絕對誤差;逐3 h氣溫預報有明顯的日變化以及季節變化特征;一般性降水預報質量不穩定，其中的48 h預報質量高于24 h預報質量，降水預報空報率較高。研究結果可為提高預報準確率提供參考。

關鍵詞 ? ?國家精細化指導預報產品;預報質量;誤差;溫度;降水;山東德州

中圖分類號 ? ?P451 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）22-0154-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?This paper collected and processed SCMOC from September 2014 to September 2015， according to the actual datas from 11 stations in Dezhou， it compared and analyzed the daily minimum and maximum temperature， the shine and rain， the general precipitation and 3 h temperature forecast （started at 20： 00） to inspect the forecast quality. The results showed that the quality of daily minimum temperature forecast was good， which was no need to correct. The quality of daily maximum temperature forecast was poor， which should be correct for reference. Both of them had obvious seasonal change characteristics. Through the error analysis， the error characteristics were summarized and average absolute errors were calculated. The 3 h temperature forecast had obvious diurnal and seasonal change characteristics. The general precipitation forecast quality was not stable， the quality of 48 h forecast was higher than that of 24 h forecast， and the precipitation forecast vacancy rate was relatively higher. The research results can provide references for improving the forecast accuracy in the future.

Keywords ? ?SCMOC; forecast quality; error; temperature; precipitation; Dezhou Shandong

目前，德州市已經開始利用國家發布的精細化指導預報產品（SCMOC），其預報時次的高密度、預報項目的多元素等特點是常規預報產品所不能代替的，但其預報質量還需要進一步確認。對預報產品應該有客觀的認識[1]，特別是日最高與最低氣溫、晴雨、一般性降水、精細化3 h氣溫等都是常規業務中重點考核的預報要素。隨著現代化的發展，未來預報的趨勢必將是推行精細化預報，其中包括氣象要素的精細化、預報時間的精細化等[2]。通過對預報數據的收集和實況對比驗證其預報質量，了解誤差特征，使其在今后的精細化預報工作以及常規預報業務工作中發揮更大的作用。

1 ? ?資料與方法

利用VB.NET軟件編寫程序收集并處理國家精細化指導預報資料[3]，編寫相應程序并處理2014年9月到2015年9月共347 d全部預報數據，利用相應時間德州全市11個站的逐3 h氣溫、日最高（低）氣溫、日降水量等實況數據對SCMOC指導報20：00起報的3 h氣溫、最高（低）氣溫、一般性降水進行質量檢驗，其中包括0～48 h的逐3 h溫度預報、0～48 h的一般性降水預報和0～72 h的最高（低）氣溫預報。

1.1 ? ?降水檢驗

式中，FARk為空報率、POk為漏報率、TSk為一般性降水正確率、NAk為預報正確站（次）數、NBk為空報站（次）數、NCk為漏報站（次）數，PC為晴雨預報準確率、NA為有降水預報正確站（次）數，NB為空報站（次）數、NC為漏報站（次）數、ND為無降水預報正確的站（次）數。

1.2 ? ?氣溫檢驗

式中，TAEi為第i站（站）的絕對誤差，TMAE為平均絕對誤差，Fi為第i站（次）的預報溫度，Oi為第i站次的實況溫度，N為預報的總站次，Nr為氣溫預報正確的次數，TTr為預報準確率，TTf+為正誤差比例，TTf-為負誤差比例，TRMSE為均方根誤差。氣溫預報質量是|Fi-Oi|≤2的出現次數的百分率，正（負）誤差比例指Fi-Oi>2 ℃（Fi-Oi<-2 ℃）的出現次數占總次數的百分率，Nf+、Nf-分別為Fi-Oi>2 ℃、Fi-Oi<-2 ℃的站的預報站（次）數。

由于一般性降水、晴雨和逐3 h氣溫的72 h預報質量較差，參考意義不大，故本文只分析72 h高低溫預報，以及48 h內的一般性降水、晴雨和逐3 h氣溫預報質量。

2 ? ?日最低、日最高氣溫預報檢驗

2.1 ? ?72 h內日最低氣溫預報準確率和誤差特征分析

由表1可知，全年日最低氣溫預報質量與預報時效成反比，24 h平均預報準確率達76%，其中德城區可達81%，參考意義比較大;48 h和72 h預報質量下降比較明顯，分別為72%和69%;年平均絕對誤差和預報時效成正比，24、48、72 h全市年平均絕對誤差分別為1.3、1.4、1.5 ℃，均小于2 ℃;均方根誤差和時效成正比，全市均方根誤差都小于2 ℃，因而預報偏差比較小[8-10]。

正負溫度誤差特征明顯，其中德城區（54714）、寧津（54716）、樂陵（54726）、夏津（54803）、禹城（54811）多負誤差及氣溫預報偏低次數比較多，慶云（54728）、武城（54709）、平原（54718）、陵城區（54715）多正誤差及低溫報錯時，氣溫偏高比較多。從整體來看，低溫質量較為穩定，特別是24 h德城區預報結論基本無須訂正。

2.2 ? ?72 h內日最高氣溫預報準確率和誤差特征分析

全年日最高氣溫預報質量與預報時效成反比，整體預報質量較差，均在65%以下;年平均絕對誤差和預報時效成正比，24、48、72 h分別為1.7、1.9、2.1 ℃，誤差較大，均方根誤差和預報時效成正比，誤差在2～3 ℃之間，預報偏差較大;正負誤差比例特征明顯，正誤差各縣站隨預報時效增加變化不大，負誤差與預報時效成正比，72 h預報遠大于24 h預報偏差，并且所有站點負誤差遠大于正誤差，表明高溫預報錯誤時，氣溫偏低次數非常多，高溫預報明顯偏低，需要人工訂正。

3 ? ?48 h內逐3 h氣溫預報準確率和誤差特征分析

各站對于逐3 h氣溫整體預報質量變化幅度比較小，最低在寧津縣，為64%，最高在臨邑縣，為67%， 24 h預報準確率高于48 h預報準確率;24 h預報質量和48 h預報質量都有明顯的日變化特征，夜間氣溫預報質量高、白天氣溫預報質量低，平均絕對誤差與日變化趨勢相反，夜間誤差較小，白天誤差增大;凌晨2：00—5：00正負誤差比例接近，而14：00—20：00正誤差比例明顯大于負誤差比例;說明夜間氣溫預報質量相對較為穩定，而預報白天氣溫不穩定，預報偏低次數比較多;通過均方根誤差（圖1），夜間平均為2 ℃左右，白天在3 ℃以上，個別站點達到了4 ℃，具有明顯的日變化，說明白天預報氣溫偏差比較大，而夜間預報氣溫偏差比較小。整體來看，白天氣溫預報很不穩定，預報偏低次數較多需要結合實際情況進行合理訂正。

4 ? ?48 h逐3 h氣溫預報、日最高最低氣溫季節性變化分析

4.1 ? ?季節性分析

通過研究分析發現，日最低氣溫秋季、冬季、春季預報質量總體偏差不大，冬季略低，而夏季預報質量明顯較好;日最高氣溫整體預報質量較差，秋季預報質量略好、冬季質量明顯偏差，春季、夏季預報質量大致相同。

季節性分析中逐3 h氣溫的預報質量、平均絕對誤差、正誤差比例、負誤差比例不僅與預報時效成反比外，還都有各自的季節性變化特征。預報質量整體起伏較小，冬季預報質量較好，略高于其他季節（圖2），春季質量最差;平均絕對誤差除冬季外（冬季誤差各時次都比較平均），都具有明顯的日變化特征，即夜間減小、白天增大，春、秋兩季平均絕對誤差明顯高于夏、冬兩季。

4.2 ? ?正負誤差分析

在秋季負誤差比例夜間較高，說明秋季夜間預報氣溫偏低較多，冬季負誤差很明顯大于正誤差，而且沒有明顯的日變化，說明冬季氣溫預報普遍偏低[11];春季與冬季相反，正誤差比例明顯大于負誤差比例，但夜間比例差距小，說明春季氣溫預報明顯偏高較多;夏季特征比較復雜，夜間到次日上午正誤差明顯高于負誤差比例，而中午到下午負誤差比例明顯大于正誤差比例，說明夜間氣溫預報偏高較多，白天氣溫預報偏低較多（圖3）。

5 ? ?48 h晴雨、降水預報質量統計分析

5.1 ? ?全年質量統計

從整年的統計數據可以看出，各站的晴雨預報準確率比較好，24 h都接近85%，在一般性降水預報質量方面，24～48 h質量較為穩定，都接近40%，48 h質量還高于24 h質量，漏報比較少但是空報率太高，質量不穩定。

5.2 ? ?季節性變化分析

通過季節性分析（表2）發現，春季和冬季晴雨預報質量較好、夏季最差，初步分析是由于夏季天氣復雜多變;一般性降水預報質量48 h預報質量高于24 h預報質量，夏季一般性降水質量最差，春季預報質量較好;空報次數4個季節都很多，夏季最多，24 h和48 h都在60%以上;漏報相對較少，冬季最多，24 h和48 h漏報率都在30%以上，春季最少。

6 ? ?結語

（1）日最低氣溫24 h預報質量比較好，均方根誤差、平均絕對誤差比較小，不用訂正;正負誤差特征明顯，其中德城、寧津、樂陵、夏津、禹城多負誤差，慶云、武城、平原、陵城多正誤差;冬季質量略低，夏季質量比較好。

（2）日最高氣溫質量比較差，都在65%以下，平均絕對誤差、均方根誤差比較大，需要訂正之后使用，正誤差比例變化不大，多為負誤差，高溫預報偏低;秋季質量相對比較好，冬季質量偏差，春季質量與夏季質量接近。

（3）逐3 h氣溫預報質量日變化幅度比較小，均在64%～67%之間，夜間質量略高于白天質量;24 h預報質量高于48 h預報質量，具有明顯的日變化，夜間預報質量高、白天預報質量低，平均絕對誤差夜間小，而白天增大;夜間多負誤差，白天多正誤差;在均方根誤差方面，夜間為2 ℃，白天達到3 ℃以上，日變化比較明顯，白天氣溫預報偏差比較大，夜間預報偏差比較小。

（4）逐3 h氣溫預報質量季節性分析發現，冬季預報質量好，春季最差;平均絕對誤差除冬季外都具有明顯的日變化特征，夏、冬兩季平均絕對誤差較小;秋季夜間和冬季氣溫預報偏低;春季氣溫預報偏高;夏季夜間到上午氣溫預報偏高，而中午到下午氣溫預報偏低。

（5）晴雨預報質量比較好，一般性降水預報質量一般，24～48 h質量較為穩定，都接近40%，48 h質量高于24 h質量，整體漏報比較少，但是空報率太高，質量不穩定，需要參考其他模式降水，其中春季、冬季的晴雨質量高，夏季質量最差，究其原因可能是夏季天氣復雜多變，形勢調整慢;夏季一般性降水質量最差，春季一般性降水質量比較好;空報4個季節都比較多，其中夏季最多;而漏報相對比較少，其中冬季最多，春季最少。

7 ? ?參考文獻

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