ECMWF模式对2020年冬季广东气温预报的时空检验

瓦力江·瓦黑提，纪忠萍，黄晓莹，蔡景就

（广东省气象台，广东广州 510640）

随着各种数值预报模式的不断发展，高分辨率的数值预报产品在中短期天气预报中发挥着越来越重要的作用，做好数值预报模式的检验和应用有重要的意义。欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）每年均对其数值预报产品过去一年的表现进行相应的检验［1-3］。广东省业务人员也针对ECMWF开展的温度、降水、风等要素预报效果进行检验和分析［4-6］，并适时进行人工订正。本研究主要针对2020年冬季（2020年12月—2021年2月）ECMWF模式对广东省逐日24 h的气温预报进行评估，以了解ECMWF模式对广东省冬季气温预报的时空误差，寻找ECMWF数值模式对广东省冬季逐日气温预报的偏差规律，为预报员的主观订正提供合理的依据，为气象防灾减灾提供更准确的服务。

1 资料与方法

本研究所用资料来自2020年11月29日—2021年2月26日ECMWF细网格逐日24 h气温预报格点产品，水平分辨率0.125°×0.125°，起报时刻为20：00（北京时，下同），预报时效为24～48 h；2020年12月1日—2021年2月28日广东省86个国家级观测站的逐日气温观测数据和广州萝岗站的日平均气压、日平均气温、日平均比湿等资料。最高、最低气温预报值取对应时效内所有预报时次中气温预报的最大和最小值。采用最近法将网格预报和站点实况进行匹配［7］。

2 预报误差分析

为了解2020年冬季冷空气的活动次数，统计广州单站（萝岗站）气压（p）、气温（t）、比湿（q）共3个要素的变化情况，同时参考广东省气象台中期关于“冷空气记载的规定”对冷空气强度的定义［8］，发现p、t、q的24 h变量在2020年12月14—20日、12月29日—2021年1月2日、1月6—11日存在明显上升、下降、下降（即＋Δp、-Δt、-Δq）（图1）。

图1 2020年冬季广州逐日平均气压、日平均温度、日平均比湿分布

对照广东省寒潮、强冷空气标准［8］，本研究定义2020年12月29—2021年1月2日为寒潮过程，2020年12月14—20日、2021年1月6—11日为强冷空气过程，另外，还出现两次中等强度冷空气和8次弱冷空气过程。

2.1 最高、最低气温预报误差的时间检验

1）月平均分布。

从表1可以看出，2020年冬季ECWMF模式最高、最低气温预报平均绝对误差分别为1.95、1.42℃，最高温度2月份预报误差最大，为2.07℃；1月份预报误差最小，为1.86℃。最低温度1月份预报误差最大，为1.5℃；2月份预报误差最小，为1.32℃。

表1 2020年冬季ECWMF模式最高、最低气温预报绝对误差1） ℃

2）相对误差分布。

从图2可以看出，ECWMF模式对最高气温普遍预报偏低，其中，有4次明显预报误差较大的过程，包括2020年12月15—16日强冷空气的模式预报偏高3.9和3.7℃；12月29日寒潮的模式预报偏低5.2℃；2021年1月7日强冷空气的模式预报偏高2.7℃；2月12—14日冷空气回温的模式预报偏低3.0、3.1、3.4℃。

图2 2020年12月—2021年2月全省逐日最高气温观测值、ECWMF模式预报值、相对误差的分布

从图3可以看出，ECWMF模式最低气温预报相对误差普遍在2℃范围以内，有4次相对误差较大的过程，其中两次冷空气回温预报偏低，分别是2020年12月10日（模式预报偏低2.2℃）、12月24日（模式预报偏低2.1℃）；一次强冷空气降温导致预报偏高，2021年1月10日（模式预报偏高2.9℃）；一次弱冷空气，云量预报偏差导致最低气温预报偏低，1月26日（模式预报偏低2℃）。

图3 2020年12月—2021年2月全省逐日最低气温观测值、ECWMF模式预报值、相对误差的分布

2.2 最高、最低气温预报误差空间检验

1）最高气温预报绝对误差空间分布。

图4和表2是广东省2020年冬季ECMWF模式最高气温绝对误差空间分布，可以看出，冬季广东省西北部绝对误差最大，平均误差为2.43℃，各月误差也都在2℃以上，其中2月绝对误差高达2.81℃；东北部12月的绝对误差在所有地区里最大，为2.38℃；中部1月的绝对误差在所有地区里最小，为1.66℃；西南部绝对误差基本最小，平均绝对误差为1.62℃。

表2 广东省2020年冬季ECMWF模式最高气温绝对误差空间分布1） ℃

图4 广东省2020年冬季ECMWF模式最高气温绝对误差空间分布

可以看出，冬季ECMWF模式对广东省各个片区的预报误差差异明显，北部受冷空气影响较大，导致ECMWF模式对北部的温度预报误差较大；相反，中南部受冷空气影响相对北部较小，特别是寒潮和强冷空气对中南部的影响不如北部片区。ECMWF模式对中南部的最高气温预报相对较好，绝对误差基本都在2℃范围以内，而北部的绝对误差则基本都在2℃以上。

2）最低气温预报绝对误差空间分布。

图5和表3是广东省2020年冬季ECMWF模式最低气温绝对误差空间分布，可以看出，冬季，广东省西北部的平均绝对误差最大，为1.93℃，并且西北部1和2月的绝对误差在所有区域里最大，分别为2.37和1.62℃，东北部12月绝对误差（1.90℃）大于西北部（1.81℃），说明北部片区的最低气温绝对误差是所有区域里最大的；中部地区绝对误差小于北部地区，但1月绝对误差超过了2℃，为2.10℃；东南部平均和各月绝对误差都最小，西南部的绝对误差也很小，说明ECMWF模式对南部沿海地区在冬季的最低气温预报比较准确。

图5 广东省2020年冬季ECMWF模式最低气温绝对误差空间分布

表3 广东省2020年冬季ECMWF模式最低气温绝对误差空间分布1） ℃

3 结论

利用2020年广东省冬季气温观测资料、业务常用评分方法对ECMWF模式24～48 h预报时效内的最高气温、最低气温预报进行检验评估，得到以下结论：

1）ECMWF模式较好预报了气温的时间变化趋势，日最高、最低气温预报平均绝对误差分别为1.95和1.42℃，最高温度2月预报误差最大；1月预报误差最小；最低温度1月预报误差最大；2月预报误差最小。

2）ECWMF模式最高气温预报普遍偏低，最低气温预报误差普遍在2℃以内；最高、最低气温预报的较大偏差主要来自强冷空气及以上强度过程的降温和回温预报。

3）ECMWF模式对广东省北部的最高温度和最低温度的绝对误差都是最大的，中南部地区的气温预报绝对误差较小。ECMWF模式对中南部的最高气温预报相对较好，绝对误差基本都在2℃范围以内，而北部的绝对误差则基本都在2℃以上。ECMWF模式对南部沿海地区的最低气温预报较好，中北部地区绝对误差明显大于南部沿海地区。