多模式溫度預報在佳木斯地區檢驗分析

張 鑫，孫洪偉，張 宇，王吉豪，王京京

(佳木斯市氣象局，黑龍江 佳木斯 154000)

1 引言

隨著數值預報發展， 模式預報產品的時效性和準確率不斷提高。 預報員已從對天氣系統實況分析轉變為對數值預報產品的分析和應用[1]，數值預報產品成為預報工作重要的參考依據。 預報員需要對模式預報產品進行檢驗，分析特點和規律[2]，通過主客觀訂正，做出準確的預報[3-5]。 本文利用天氣預報業務中常用的歐洲中心細網格預報（以下簡稱EC）、中央臺指導預報（以下簡稱SCMOC）、歐洲中心集合預報（以下簡稱集合預報）、黑龍江省網格融合預報（以下簡稱FUSE）4 種模式與城鎮精細化預報 （以下簡稱城鎮報），結合實況氣溫資料進行檢驗，分析各模式產品對佳木斯地區溫度預報的適用性， 更好地將數值模式應用于本地氣溫預報。

2 資料方法

2.1 資料來源

模式產品選取 2020年9月1日-2021年8月31日 EC、SCMOC、集合預報、FUSE 模式的溫度預報及本地城鎮預報。

實況資料使用佳木斯、湯原、樺川、樺南、富錦、同江、撫遠7個國家站逐日最低、最高溫度實況。

2.2 檢驗方法

本文主要采用預報準確率 （預報誤差的絕對值≤2 ℃的百分率）、平均絕對誤差、均方根誤差等分析方法對各模式溫度預報進行檢驗。

其中，Nr為氣溫正確預報的站（次）數，Nf為預報的總站（次）數。 G 為數值預報插值到觀測站點得到的數值，O 為佳木斯地區觀測站點觀測值。

3 檢驗結果

3.1日最高（低）溫度檢驗

四種數值預報模式與城鎮報的日最高、 最低準確率對比，72 h時內，日最高氣溫預報效果均優于日最低氣溫。 24 h日最高氣溫準確率分析，四種數值預報模式均優于城鎮報，準確率最高為EC（81.29 %），24 -144 h 內，EC 模式均優于其它模式，參考價值最大(圖 1)。

圖1 (a)日最高溫度和(b)日最低溫度預報準確率

日最低溫預報分析顯示， 各模式準確率整體偏低。24 h 城鎮報表現最優，準確率為 72.88 %，48-72 h 集合預報表現最優，96-168 h 城鎮報表現最優。

日最高氣溫平均絕對誤差分析顯示：24-144 h EC 平均絕對誤差最低， 整體優于其他模式，24 h 絕對誤差值低至1.28 ℃；168 h 集合預報產品絕對誤差最低。

日最低氣溫平均絕對誤差分析顯示：24-72 h FUSE 表現最優， 其次為城鎮報，96-144 h 城鎮報最優，24 h 絕對誤差最低值為 1.57 ℃；168 h 集合預報表現最優(圖 2)。

均方根誤差分析顯示：日最高氣溫預報，24-120 h EC 整體表現最優， 其次為集合預報，FUSE 整體表現最差；144-168 h 集合預報最優。日最低溫均方根誤差：24-144 h 城鎮報整體表現最優。 對于數值預報 ，24-72 h，FUSE 較 優 ；96-120 h，SCMOC 較 優 ；144-168 h，集合預報較優(圖 3)。

圖3 (a)日最高溫度和(b)日最低溫度均方根誤差

3.2 72 h 逐月日最高（低）氣溫檢驗

逐月日最高氣溫準確率檢驗分析顯示：24 h，EC在11月-次年3月整體表現最優；4月份除 FUSE外，其它各模式表現都較好；5月集合預報表現最優，其次為SCMOC和城鎮報；6-10月各模式準確率都較高。

48 h，EC 在 11月-次年2月均表現良好；3-4月分別是城鎮報、SCMOC 最優；5-9月各模式準確率接近；10月FUSE 最優，SCMOC、 城鎮報表現較好；FUSE 準確率全年波動較大，3-4月準確率最低，3月份低至 53.16%。

72 h 整體趨勢與24 h 準確率趨勢相似，EC 整體表現較高；FUSE 模式準確率較低， 且波動性大；5-9月各模式準確率相近，均有較好的參考意義。

逐月日最低氣溫準確率檢驗分析顯示：24-72 h各模式變化相似，11月-次年2月城鎮報、FUSE、SCMOC 整體表現較好，EC、 集合預報波動較大；3-5月集合預報、EC 準確率最高；6-10月各模式準確率相近，均具有參考意義。

對比逐日最高氣溫與最低氣溫準確率， 冬半年各模式準確率均低于夏半年， 各模式夏季準確率都較高，可作為預報依據。 冬季EC、集合預報日最高溫準確率高、日最低溫準確率較低。

逐月日最高氣溫平均絕對誤差分析顯示：24 h，11月-次年3月EC 絕對誤差最低， 檢驗結果最好，4-10月，FUSE 絕對誤差波動較大， 其它各模式誤差均不大，有較好的參考意義。 24-72 h 檢驗，EC 表現最好。

逐月日最低氣溫平均絕對誤差分析顯示：24-72 h 各模式整體變化趨勢相近；3-10月，各模式平均絕對誤差較小；11月-次年2月FUSE 最優，SCMOC、城鎮報整體效果也較好。

3.3 72 h 市縣日最高（低）氣溫檢驗

全區日最高氣溫預報準確率分析顯示： 24 h 佳木斯地區東部、 樺川EC 表現最優； 佳木斯市、 湯原、 樺南分別是SCMOC、 城鎮報和 FUSE 表現最優； 城鎮報表現除佳木斯市、 湯原外， 均不理想，準確率較低；

48 h 佳木斯市、樺南是SCMOC 表現最優；湯原城鎮報最優，其它地區EC 準確率最高。

72 h 佳木斯市城鎮報最優， 其它地區均EC 最優。

整體分析，24-72 h，EC 在樺川、富錦、同江、撫遠地區準確率最高；24-48 h，佳木斯、湯原分別為SCMOC和城鎮報準確率高。

全區日最低氣溫準確率檢驗分析顯示：24 h 佳木斯、湯原、同江集合預報準確率表現最優；樺川、富錦城鎮報表現最優；樺南、撫遠SCMOC、FUSE 表現最優。

48 h 佳木斯、湯原是集合預報準確率表現最優；樺川、樺南SCMOC 表現最優；同江、撫遠FUSE 表現最優。

72 h 佳木斯、湯原、富錦、同江均為集合預報表現最優。

整體分析，24-72 h 佳木斯、湯原集合預報最優；樺南SCMOC 最優。24-48 h 富錦、撫遠分別為城鎮報和FUSE 最優。在最低溫預報中，EC 在全區表現均不理想，預報準確率較低。

4 結論

（1）各預報模式最高氣溫預報均好于最低氣溫；隨著預報時效的延長，預報的誤差增大，預報準確率降低。日最高氣溫準確率檢驗，EC 表現最優，FUSE表現較差。日最低溫檢驗中，城鎮報、集合預報表現相對較好。

（2）平均絕對誤差、均方根誤差分析，日最高氣溫誤差均低于日最低溫預報。24-120 h，日最高氣溫，EC 模式誤差最低。 24-96 h日最低溫預報，城鎮報、FUSE 誤差最低。

（3）逐月日最低、日最高氣溫預報在5-10月均表現較好，有較好的參考意義。日最高氣溫顯示，11-次年3月，EC 表現最優。 逐月最低溫預報準確率分析，11月-次年2月SCMOC、FUSE、城鎮報表現相對較好。

（4）數值模式預報準確率全區檢驗分析：24-72 h日最高氣溫準確率檢驗，樺川、富錦、同江、撫遠EC表現最優；24-48 h，佳木斯、湯原分別是SCMOC和城鎮報表現最優。 全區日最低氣溫檢驗：24-72 h，佳木斯、湯原集合預報表現最優；樺南SCMOC 準確率最高。