趙海英，劉宇慶，趙海榮，趙建峰，王 揚(yáng)

（1.山西省氣象臺(tái)，山西 太原 030006；2.神池縣氣象局，山西 忻州 036100）

山西省站點(diǎn)日極端溫度的客觀預(yù)報(bào)訂正方法＊

趙海英1，劉宇慶1，趙海榮2，趙建峰1，王 揚(yáng)1

（1.山西省氣象臺(tái)，山西 太原 030006；2.神池縣氣象局，山西 忻州 036100）

在對(duì)中央臺(tái)日極端溫度指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和誤差分析的基礎(chǔ)上，利用ECMWF數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，將預(yù)報(bào)員日常業(yè)務(wù)中溫度主觀訂正的經(jīng)驗(yàn)客觀化，研究了一種能有效提高站點(diǎn)日極端溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的客觀訂正方法，對(duì)中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)效果差的月份和有轉(zhuǎn)折性天氣的時(shí)段做了動(dòng)態(tài)誤差客觀訂正。將訂正后的預(yù)報(bào)產(chǎn)品與中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品做了對(duì)比檢驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)訂正產(chǎn)品能有效改善中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的誤差。

日極端溫度；客觀預(yù)報(bào)；訂正方法；動(dòng)態(tài)誤差

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展對(duì)氣象要素預(yù)報(bào)精準(zhǔn)化程度的要求不斷提高。目前，在天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，省級(jí)氣象臺(tái)站點(diǎn)要素預(yù)報(bào)均以中央氣象臺(tái)下發(fā)的站點(diǎn)氣象要素指導(dǎo)預(yù)報(bào)為依據(jù)[1-6]。隨著現(xiàn)代數(shù)值預(yù)報(bào)及其釋用技術(shù)的不斷發(fā)展，中央臺(tái)站點(diǎn)氣象要素指導(dǎo)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率越來越高，可提高的空間越來越小，使得省級(jí)氣象臺(tái)站的訂正難度逐漸加大，特別是日極端溫度預(yù)報(bào)經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)訂正，因此，迫切需要研究能有效提高日極端溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的方法。

由于現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量大、預(yù)報(bào)站點(diǎn)多、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，定時(shí)、定點(diǎn)、定量的全方位無縫隙精細(xì)化預(yù)報(bào)需求必然無法單靠預(yù)報(bào)員的人工預(yù)報(bào)來實(shí)現(xiàn)，所以，研究高精準(zhǔn)度的精細(xì)化客觀預(yù)報(bào)方法才是解決問題的有效途徑。本文在對(duì)中央臺(tái)日極端溫度指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和誤差分析的基礎(chǔ)上，研究了一種能有效提高站點(diǎn)日極端溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的客觀訂正方法。

1 資料與方法

本文利用2014-07-01—2016-06-31山西省氣象信息中心歸檔的山西省109站逐日最高、最低溫度觀測(cè)實(shí)況資料，和對(duì)應(yīng)時(shí)段的逐日中央氣象臺(tái)精細(xì)化站點(diǎn)氣象要素指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料，對(duì)全省109站的中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)的日極端溫度預(yù)報(bào)產(chǎn)品做了逐站逐月的對(duì)比檢驗(yàn)。在分析了檢驗(yàn)結(jié)果和誤差特征的基礎(chǔ)上，利用ECMWF（歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心）模式和ECMWF_thin模式資料，開展了適合山西本省的數(shù)值預(yù)報(bào)釋用技術(shù)研究，開發(fā)了訂正中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)結(jié)果的客觀方法。

2 中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)結(jié)果與誤差分析

對(duì)中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和誤差分析發(fā)現(xiàn)：①無論是日最高溫度，還是日最低溫度，暖季預(yù)報(bào)誤差小，可訂正的空間??；冷季預(yù)報(bào)誤差大，尤其以11月和1月誤差最大，其次是12月和2月，這些月份可訂正的空間大。②中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)在溫度連續(xù)穩(wěn)定變化時(shí)的預(yù)報(bào)效果較好，在出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性溫度變化時(shí)預(yù)報(bào)誤差大，11月份冷空氣活動(dòng)多，溫度波動(dòng)多、起伏大，因此，11月日最高溫度和日最低溫度的預(yù)報(bào)誤差都最大。6—8月溫度變化幅度小，日最高溫度和日最低溫度的預(yù)報(bào)誤差都小。③中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)在溫度連續(xù)穩(wěn)定變化的時(shí)段，誤差具有持續(xù)偏大或偏小的特點(diǎn)。④日最高溫度和日最低溫度預(yù)報(bào)都存在系統(tǒng)性誤差，比如河曲的日最高溫度預(yù)報(bào)總是偏高，臨汾、運(yùn)城等地最高溫度預(yù)報(bào)總是偏低，大同、小店、左權(quán)、安澤等站的日最低溫度預(yù)報(bào)總是偏高。

3 訂正方法

針對(duì)上述中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)在溫度連續(xù)穩(wěn)定變化時(shí)預(yù)報(bào)效果較好，在出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性溫度變化時(shí)預(yù)報(bào)誤差大的特點(diǎn)，著重對(duì)溫度出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性變化的時(shí)段進(jìn)行訂正。訂正方法參考了預(yù)報(bào)員日常業(yè)務(wù)中溫度訂正的主觀經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中，ECMWF 850 hPa溫度一直是地面溫度的重要預(yù)報(bào)因子。預(yù)報(bào)員在日常天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中發(fā)現(xiàn)，ECMWF 850 hPa溫度變化與地面極端溫度的變化具有很強(qiáng)的相關(guān)性，對(duì)地面極端溫度的預(yù)報(bào)具有很強(qiáng)的指示性。當(dāng)預(yù)報(bào)員主觀訂正溫度時(shí)，一般是以實(shí)況資料為基礎(chǔ)，以ECMWF 850 hpa溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)的升降幅度為依據(jù)進(jìn)行訂正。

但是，歐洲中心中期預(yù)報(bào)模式（ECMWF）對(duì)形勢(shì)預(yù)報(bào)和溫度演變趨勢(shì)的判斷較為準(zhǔn)確只是預(yù)報(bào)員定性的認(rèn)識(shí)，ECMWF 850 hPa的溫度預(yù)報(bào)對(duì)地面日極端溫度預(yù)報(bào)的指示效果究竟如何，尚未進(jìn)行過系統(tǒng)性定量化的檢驗(yàn)。

圖1 2015-11，20點(diǎn)站點(diǎn)實(shí)況溫度與對(duì)應(yīng)點(diǎn)歐洲中心850 hPa溫度預(yù)報(bào)對(duì)比圖

因此，本文對(duì)2015-11歐洲中心850 hPa的24 h溫度預(yù)報(bào)做了檢驗(yàn)，將ECMWF 850 hPa在山西的格點(diǎn)預(yù)報(bào)與就近對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)觀測(cè)實(shí)況做了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)ECMWF 850 hPa溫度與實(shí)況溫度變化的步調(diào)一致，對(duì)站點(diǎn)溫度預(yù)報(bào)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性。圖1給出了2015-11歐洲中心850 hPa溫度與觀測(cè)實(shí)況的對(duì)比檢驗(yàn)圖。

由上述對(duì)比結(jié)果可見，ECMWF 850 hPa溫度與站點(diǎn)實(shí)況溫度變化的步調(diào)一致。因此，利用ECMWF數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)況歷史資料，建立了ECMWF 850 hPa格點(diǎn)24 h變溫幅度與臨近站點(diǎn)日極端溫度24 h變化幅度的線性統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方程。在實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)中，將實(shí)時(shí)ECMWF 850 hPa格點(diǎn)24 h變溫代入預(yù)報(bào)方程中，求出站點(diǎn)日極端溫度的24 h變化幅度，再加上前一日日極端溫度實(shí)況，得到下一日日極端溫度預(yù)報(bào)。我們將該預(yù)報(bào)方法稱為經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法。

將根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法做的站點(diǎn)日極端溫度預(yù)報(bào)結(jié)果與中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)比檢驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，在溫度變化相對(duì)平穩(wěn)的時(shí)段，該方法預(yù)報(bào)效果不如中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)，但是，在溫度發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化時(shí)，該方法預(yù)報(bào)效果優(yōu)于中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)。

因此，在訂正預(yù)報(bào)時(shí)，結(jié)合2種方法的優(yōu)點(diǎn)，先用ECMWF 850 hPa24 h變溫幅度判斷溫度是否發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化，當(dāng)850 hPa變溫絕對(duì)值≥5℃時(shí)，認(rèn)為發(fā)生了轉(zhuǎn)折性變化。在溫度發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化時(shí)，采用經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法。在溫度變化相對(duì)平穩(wěn)的時(shí)段，采用中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)結(jié)果，但對(duì)中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)做了動(dòng)態(tài)誤差訂正，利用前2日的誤差修正當(dāng)日預(yù)報(bào)結(jié)果。同時(shí)，對(duì)于預(yù)報(bào)誤差總是很大的站點(diǎn)，要根據(jù)其誤差規(guī)律進(jìn)行客觀訂正，最后生成精細(xì)化報(bào)文格式的省級(jí)訂正產(chǎn)品。用上述訂正方法回算了日極端溫度，并與中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品做了對(duì)比檢驗(yàn)。結(jié)果表明，該方法能有效訂正中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)。

4 結(jié)論

對(duì)中央臺(tái)日極端溫度指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和誤差分析發(fā)現(xiàn)，無論是日最高溫度，還是日最低溫度，暖季預(yù)報(bào)誤差小，可訂正的空間小。冷季預(yù)報(bào)誤差大，可訂正的空間大；在溫度連續(xù)穩(wěn)定變化時(shí)，預(yù)報(bào)效果較好；在出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性溫度變化時(shí)，預(yù)報(bào)誤差大。

將ECMWF 850 hPa在山西的格點(diǎn)預(yù)報(bào)與就近的站點(diǎn)觀測(cè)實(shí)況做了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)ECMWF 850 hPa溫度與實(shí)況溫度變化的步調(diào)一致，對(duì)站點(diǎn)溫度預(yù)報(bào)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性。

將ECMWF 850 hPa溫度作為預(yù)報(bào)因子，建立了站點(diǎn)日極端溫度預(yù)報(bào)方程，對(duì)中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)效果差的月份和有轉(zhuǎn)折性天氣的時(shí)段做了客觀訂正。將訂正后的預(yù)報(bào)產(chǎn)品與中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品做了對(duì)比檢驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)訂正產(chǎn)品能有效改善中央指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的誤差。

［1］趙云武，祁杰，楊福興，等.MEOFIS平臺(tái)的蘇州本地化釋用和氣溫檢驗(yàn)［J］.氣象科學(xué)，2011，31（增刊）：139-144．

［2］漆梁波，曹曉崗，夏立，等.上海區(qū)域要素客觀預(yù)報(bào)方法效果檢驗(yàn)［J］.氣象，2007，33（9）：11-12.

［3］付洪泰，龐博，袁穎穎.2014年哈爾濱市中央臺(tái)精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)報(bào)告［J］.黑龍江氣象，2015（3）：5-6.

［4］李冬梅，劉慧麗，劉婉莉，等.指導(dǎo)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)與訂正方法研究［J］.陜西氣象，2012（4）：13-16.

［5］趙金霞，范蘇丹，盧換珍.國(guó)家精細(xì)化溫度指導(dǎo)預(yù)報(bào)在天津?yàn)I海新區(qū)的檢驗(yàn)訂正［J］.天津科技，2016，43（7）：3-8.

［6］李朝興，李周.2008年汛期國(guó)家精細(xì)化溫度指導(dǎo)預(yù)報(bào)在河南區(qū)域的檢驗(yàn)［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2009，32（2）：21-25.

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.140

2095－6835（2017）20－0140－03

＊［資助項(xiàng)目］山西省氣象局重點(diǎn)項(xiàng)目“基于多模式產(chǎn)品檢驗(yàn)與釋用的精細(xì)化氣象要素客觀預(yù)報(bào)研究”（SXKZDYB20120901）

〔編輯：白潔〕