EC细网格模式对天津市气温预报的释用分析

王 婧

(天津市东丽区气象局 天津300300)

0 引 言

随着数值模式的完善和发展以及分辨率的提高，实现数值模式的精细化预报成为当今数值预报模式发展的主要方向之一[1]。欧洲中心数值预报是预报员天气预报业务和服务中一个重要参考依据[2-6]。然而，模式的不确定性导致预报产品存在一定误差。对于预报员而言，开展数值预报检验有利于全面了解本地区模式产品预报性能，择优选择数值预报产品。而温度作为最基本的预报要素，公众对其准确性精细化的要求不断提升。多位学者采用欧洲中心高分辨率模式 2m温度产品进行本地产品释用研究：王丹等[7]、万明等[8]分别对陕西和江西国家站气温在不同季节预报性能进行评估；王强等[9]分析怀化最高气温预报准确率时空分布特征；陈茜茜等[10]对遵义高低温在不同季节误差变化特征进行研究；巩宪伟等[11]、陈海凤等[12]分别对气温明显变化时四平和贵阳温度预报能力进行检验；祁丽燕等[13]、张超等[14]、万夫敬等[15]分别对不同季节、不同天气系统影响下广西、乌鲁木齐和青岛的高低温预报能力进行研究。

鉴于以往的研究大多针对模式最高最低温度及基于国家级自动站预报进行检验评估，未提供更为精细化时空检验，本文将采用EC细网格逐3h、水平分辨率 0.125×0.125的 2m 温度产品对天津市温度预报进行检验评估，为预报员提供更全面的模式性能参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料介绍

模式资料采用 EC细网格 2015年 2月 1日—2015年 12月 28日每日 08∶00、20∶00时 2次起报，3～72h预报时效的逐3h的2m温度预报产品。

观测资料为天津市 277个地面自动站逐时 2m温度，对观测资料进行筛选(剔除缺测率＞10%的站点)后，得到 244个质量较高的地面自动站数据。采用双线性插值法将EC细网格2m温度预报产品插值到筛选后的观测站点上。

1.2 2m检验方法

本文选用预报准确率(TT)、相对误差(DIF)和均方根误差(RMSE)对2m温度进行评估和检验：预报准确率：

相对误差公式：

均方根误差公式：

2 模式预报性能检验

2.1 2m温度整年误差分析

计算EC模式2015年全年2个起报时间的不同预报时效2m温度预报与实况的TT、DIF和RMSE。

图1为2015年天津EC细网格资料08∶00时和20∶00时起报在 3～72h预报时效的 DIF、RMSE和TT曲线图。如图所示，两组起报时间的不同预报时效预报效果不同。预报效果较好，平均 DIF较小，在0.4～-0.8℃，多数时次预报偏低。预报产品的RMSE在 1.0～2.5℃，TT1在 30%～55%，TT2比 TT1高 30%左右。随着预报时效的增加，RMSE波动式增加，TT波动式降低，说明其有日变化规律。

图1 天津 EC细网格不同起报时间、不同预报时效 2m预报温度误差和准确率曲线图Fig.1 2m forecast temperature error，TT curve of Tianjin EC fine grid with different reporting time and forecast aging

图2 为2组起报时间预报与实况的DIF、RMSE和 TT日变化曲线。可以看出，不同起报时间对同一时次的预报效果存在差异。对每日逐 3h预报 DIF在-0.8～0.4℃，RMSE在 1.5～2.5℃，TT1为 40%上下，TT2为 70%上下，而且对白天预报效果略好于夜间。对每日 08∶00预报，两组起报时间的预报效果最为一致，且预报效果最好；对每日 11∶00、14∶00 两个起报时间预报差异最大。每日 08∶00～17∶00时比20∶00～次日 05∶00时 DIF 更接近于 0℃，但其中14∶00、17∶00 的 RMSE 较大、TT 较低，说明对于这两个时次的预报存在较大的离散度。相对每日 11∶00～20∶00时预报，08∶00起报有更好的预报效果，而对每日 23∶00～08∶00 预报则相反，20∶00 起报的预报效果更好。

天津地区EC细网格2m温度产品误差分布有如下特点：天津市区、滨海新区塘沽和蓟州北部预报效果较差，RMSE超过2.25℃，TT1为30%左右，TT2为50%左右。平均DIF分布表明，天津市区和滨海新区塘沽预报温度比实况明显偏低，偏低幅度超过-1.5℃，考虑是城市热岛效应和海陆风的影响所致；而蓟州北部山区平均 DIF特征不一致，有些站点预报偏高1℃左右，有些站点偏低 1℃左右，考虑蓟州北部山区受地形影响，站点之间差异较大；其余地区平均DIF均在±1℃以内，RMSE较小，TT较高。模式预报效果最好的地区是宁河东部和滨海新区大港。市区周边四区温度预报较实况偏低站点较多，远离市区预报偏高于实况的站点较多，也说明城市热岛效应的影响。综合平均DIF和RMSE分布，天津市区、滨海新区塘沽模式2m温度预报系统偏低，系统性误差可以通过偏差订正方法减小，而蓟州部分站点绝对误差较小但RMSE较大，并不是系统性误差，预计采用偏差订正方法改善效果有限。

图2 天津 EC细网格不同起报时间 2m预报温度误差日变化曲线Fig.2 Daily variation curve of 2m forecast temperature error of Tianjin EC fine mesh with different reporting time

2.2 2m温度月、季误差分析

通过计算EC模式2015年2—12月和四季不同起报时间不同预报时效 2m 温度预报与实况的 TT、DIF和RMSE，评估模式不同月份预报效果。

图3 2015年2—12月模式不同起报时间2m温度误差曲线图Fig.3 Curves of 2 m temperature error at different reporting time from February to December，2015

图3为 2015年天津 EC模式两组起报时间的DIF、RMSE 和 TT月变化曲线。如图所示，08∶00和20∶00起报的预报产品在不同月份的预报效果略有不同，除 6月外两个起报时间的预报效果差异均较小。各月DIF如图3(a)所示，除6月和11月预报值偏高外其余月份均偏低，4月 DIF偏低幅度最大，低于-0.8℃；图3(b)显示 RMSE 较小的月份有 7、9、10月，较大的月份有 3、4、6、12月，其中 3月RMSE最大，超过 2.2℃；由图3(c)可以看出，TT较大的月份有 5、7、8、10 月，TT 较小的月份有 3、4、11、12月，其中12月TT1低于35%，TT2低于60%，较其他月份明显偏低，且 RMSE超过 2℃，但 DIF接近于0℃，说明该月预报与实况间的离散度较大。

天津市EC模式2m预报温度不同季节的误差如表1所示，比较4个季节误差：春季DIF为-0.61℃，预报较实况偏低，RMSE超过2℃，TT与秋季相当。夏季的预报准确率最高，TT1为 42.75%，TT2为72.97%；秋季 DIF最趋近与 0℃(0.05℃)，RMSE最小(1.84℃)；冬季超过 2℃，预报准确率最低。综上所述，夏秋误差小，预报准确率高，预报效果较好；春冬误差大，预报准确率低，预报效果较差。

表1 EC模式2m预报温度不同季节误差统计Tab.1 EC model 2 m forecast temperature different seasonal error statistics table

采用 RMSE和TT2评估EC细网格2m温度产品对不同季节预报效果空间分布。蓟州北部山区四季均存在较大误差，RMSE高于 2.5℃，TT2低于60%；天津市区四季节也存在较大误差，其中冬春最明显，RMSE高于2.5℃，TT2低于60%；滨海新区塘沽春季误差大，RMSE高于2.5℃，TT2低于60%。模式对武清区冬季的预报效果略差，RMSE高于 2℃，TT2低于 50%。其余地区四季无明显差异，预报效果较好，大部分台站RMSE低于2℃，TT2高于70%。

3 结 论

本文采用TT、DIF和RMSE对2015年EC细网格模式 2m温度产品在天津市的预报性能进行评估和检验，结果表明：

①EC细网格2m温度在天津市有较好的预报效果。08∶00和 20∶00两组起报时间对 3～72h不同预报时效的预报效果不同。随着预报时效的增加，预报效果变差。模式对白天预报效果略优于夜间，其中每日08时预报效果最好。对白天温度预报，08∶00起报效果优于20∶00起报，对于夜间则相反，20∶00的预报效果更好。

②不同起报时间对预报产品在不同月份的预报效果略有不同，以 6月的预报差异最为明显。夏秋预报效果优于冬春，其中 7月预报效果最好，12月最差。

③蓟州北部四季误差均较大，考虑山区地形原因；天津市区、滨海新区塘沽温度预报系统性偏低，考虑城市热岛效应原因，市区春冬季误差明显，塘沽春季误差明显。