河北省智能网格预报在张家口最高、最低气温中的检验

2023-12-08郭旭晖石文伯张曦丹

科技创新与应用 2023年35期

郭旭晖，石文伯，张曦丹

（张家口市气象局，河北张家口 075000）

智能网格预报作为适应当前信息技术快速发展，满足人民群众日益增长的气象预报服务需求的技术方法正成为国内气象部门的研究热点。中国气象局提出了构建智慧气象、改进气象服务供给的气象现代化目标，编织更高分辨率、更高准确率、更高更新频率和更敏捷适应需求的智能网格预报“一张网”。自2019 年起，河北省正式下发的72 h 内分辨率为1 h、经纬度分辨率为0.01°的高时空分辨率的智能网格预报产品，成了提供精细化预报服务的数据支撑。智能网格预报产品的核心是利用人工智能和大数据技术，提高多源气象数据的融合应用能力、预警预报关键信息的综合提炼能力、预报技术的自主积累能力、预报与服务需求的双向互动能力，全面提升气象预报客观化、精准化、智能化水平。随着省局对智能网格预报产品业务化的推进，智能网格预报的结果也需要进行大量的检验工作以适应本地预报服务需求，通过预报检验改进本地预报方法以提高预报准确性，并逐步将智能网格预报产品应用到本地区的精细化预报中，为做好专业化气象服务打下基础。

1 研究内容及主要方法

通过对2020 年7 月到2021 年7 月河北省最高、最低气温智能网格24 h 预报及实况数据，按“邻近距离最短优先原则”，读取张家口市14 个国家站和18 个冬奥区域站智能网格预报产品，运用统计学方法对智能网格预报进行预报准确率及误差分析。同时选取天气个例分析最高、最低气温格点预报在重大天气过程中的预报表现。

2 最高、最低气温准确率分析

以温度预报绝对误差上下浮动2 ℃以内（包含2 ℃）作为预报正确标准，对32 个气象观测站的预报结果进行检验。

2.1 逐月检验

统计13 个月国家站与区域站格点预报与实况数据得知（图1），国家站与区域站最高气温预报准确率都整体呈上升趋势，但夏季和冬季最高气温预报准确率相对较低，国家站不到60%、区域站不到50%。国家站最高气温预报准确率高于区域站，国家站、区域站最高气温平均预报准确率分别为64.2%、52.4%。11 月最高气温平均预报准确率达检验时段内最低（国家站54.2%、区域站38.6%），分析原因可能是11 月冷空气活动较频繁，风力较大，对气温预报影响较大；国家站4 月最高气温平均预报准确率达检验时段内最高，为78.4%，区域站7 月最高为61.2%；最高气温预报在春秋具有较好的指导意义。国家站最低气温预报准确率经历高-低-高的过程，呈冬季较低，夏季较高的趋势；区域站最低气温预报准确率整体呈上升趋势，同时也呈现冬季较低，夏季较高的趋势。国家站最低气温预报准确率低于区域站，国家站、区域站最低气温平均准确率分别为49.7%、53.3%。国家站2 月最低气温平均预报准确率达检验时段内最低，为40.5%，8 月最高为65.9%，区域站11 月最低为40.9%，2021 年7 月最高为65.2%。最低气温预报在夏季具有较好的指导意义。

图1 最高、最低气温逐月预报准确率

2.2 分站检验

从国家站和区域站最高、最低气温预报准确率来看（图2），国家站最高气温平均预报准确率在55%～70%，涿鹿最高为68.5%、万全最低为57.8%；最低气温平均预报准确率在45%～55%，张北最高为54.3%、尚义最低为45.18%。坝上（康保、沽源、尚义和张北）平均气温预报准确率（64.3%）略高于坝下（63.0%）。冬奥区域站最高气温平均预报准确率在50%～57%，最低气温平均预报准确率在50%～55%。云顶、冬两、越野和太舞最高气温平均预报准确率分别为52.0%、52.9%、52.7%和51.5%，最高气温预报准确率相差不大。云顶、冬两、越野和太舞最低气温平均预报准确率分别为54.1%、52.7%、52.1%和52.9%，最低气温预报准确率云顶较好。

图2 国家站和区域站最高、最低气温预报准确率

3 误差评估

误差是一个量的预测值或计算值与其真值之差，能反映预测值误差的实际情况。误差为正，表明预测结果偏高；反之，偏低。

检验时段内，国家站最高、最低气温格点预报整体良好，平均误差在-1～1 ℃；最高气温预报误差低于最低气温预报误差，且最高气温预报值偏高，最低气温预报值偏低；2021 年1 月、2 月、3 月和4 月最低预报平均误差达-2 ℃，其余时段预报平均误差较小，且最高气温预报值偏高，最低气温预报值偏低。冬奥区域站最高、最低格点预报平均误差整体呈下降趋势（图3）。河北省智能网格对最高气温预报的指导高于对最低气温预报的指导。

图3 国家站和区域站最高、最低气温预报误差

4 典型个例分析

4.1 降水

选取了2020 年8 月12 日强降水和2021 年6 月8 日弱降水天气过程进行最高、最低气温预报检验。

分析2 次过程可以看出（图4），2020 年8 月12 日最高、最低气温预报平均准确率均为28.6%；最高、最低气温预报平均误差分别为2.78 ℃、2.59 ℃。最高气温张家口、沽源、崇礼和阳原预报较好、误差小于2℃，尚义、涿鹿预报较差、误差达6 ℃以上。最低气温张家口、康保、赤城和怀来预报较好、误差小于2 ℃，涿鹿预报较差，误差达5 ℃以上。此次过程智能网格产品对张家口城区温度预报具有较好的指导意义。2021 年6 月8 日最高、最低气温预报平均准确率为85.7%、78.6%，最高气温预报准确率高于最低气温；最高、最低气温预报误差分别为-0.16 ℃、1.25 ℃，沽源、万全最低气温预报误差在4 ℃左右，其余地区误差值在2 ℃以内。此次过程智能网格产品对张家口地区温度预报具有较好的指导意义。

图4 2020 年8 月12 日和2021 年6 月8 日最高、最低气温预报误差

分析表明，弱降水时段格点预报最高、最低气温预报准确率较高，而在较大过程降水时段智能网格温度预报准确率较差。

4.2 降雪

选取了2021 年2 月27—3 月1 日降雪天气过程进行最高、最低气温预报检验。

2 月27 日最高、最低气温预报平均准确率为64.3%、35.7%，2 月28 日最高、最低气温预报平均准确率为42.9%、21.4%。27 日过程开始前，最高气温预报准确率较高，降水时段最高气温预报准确率有所下降；最低气温预报准确率较低。27 日最高、最低气温预报误差分别为0.09 ℃、-1.62 ℃；28 日最高、最低气温预报误差分别为1.48 ℃、-3.34 ℃；最高气温预报值偏高，最低气温预报值偏低（图5）。

图5 2021 年2 月27—28 日最高、最低气温预报误差

分析表明，降雪过程格点最高预报准确率较高，最低气温预报准确率较差，且在降雪较大时段智能网格温度预报准确率有所下降。

4.3 寒潮、大风

选取了2021 年1 月5—7 日大风天气过程进行最高、最低气温预报检验。

1 月5—7 日过程期间最高气温预报平均准确率可达85.7%，最低气温预报平均准确率3 天分别为35.7%、42.9%、7.1%。从预报准确率可以看出最低气温预报较差，因此选取3 天最低气温格点预报进行误差分析（图6），最低气温3 天相预报误差分别为-2.61 ℃、-1.64 ℃、-4.40 ℃，最低气温预报值与实况值相比偏低。