新疆15個(gè)地州首府城市最高、最低溫度預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

賈麗紅 ，盧新玉，崔彩霞，唐 冶，王 毅

（1.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002；2.新疆氣象信息中心，新疆 烏魯木齊830002）

最高、最低溫度預(yù)報(bào)是氣象臺(tái)對(duì)公眾發(fā)布的基本氣象要素，也是電視天氣預(yù)報(bào)節(jié)目最受關(guān)注的氣象要素之一。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們?cè)陉P(guān)注天氣預(yù)報(bào)的同時(shí)，也對(duì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和精細(xì)度提出了更高要求。

從2008年8月開始，全國各省每天分3個(gè)時(shí)次（北京時(shí)間 6：45、10：30 和 16：30） 給中國氣象局上傳城鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)，內(nèi)容包括 0～24 h、24～48 h、48～72 h預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)天氣現(xiàn)象、降水量及最高最低溫度預(yù)報(bào)。這項(xiàng)業(yè)務(wù)運(yùn)行已經(jīng)有3 a多的時(shí)間。中國氣象局每年對(duì)各省的預(yù)報(bào)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估并根據(jù)評(píng)分成績(jī)進(jìn)行排序。盡管新疆氣象局多年來開發(fā)了MOS統(tǒng)計(jì)、多級(jí)相似、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等多種溫度預(yù)報(bào)工具和方法[1-2]，在溫度預(yù)報(bào)方面取得了一定經(jīng)驗(yàn)和成效[3-11]，但城鎮(zhèn)最高最低溫度預(yù)報(bào)的成績(jī)?cè)谌珖琶浜?，已引起各?jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。本文對(duì)近3 a新疆15個(gè)地州首府城市最高最低溫度的預(yù)報(bào)成績(jī)做全方位的客觀統(tǒng)計(jì)分析，提供檢驗(yàn)結(jié)果，使預(yù)報(bào)員能針對(duì)檢驗(yàn)誤差，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌孛惨约皩?duì)氣溫影響較大的因素加以深入分析，探尋失誤原因。

1 溫度檢驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)及方法

1.1 使用的數(shù)據(jù)

新疆城鎮(zhèn)72 h內(nèi)天氣預(yù)報(bào)報(bào)文從2008年8月開始給中國氣象局發(fā)送，因初期報(bào)文質(zhì)量不是很穩(wěn)定，也考慮全年及季節(jié)因素，溫度檢驗(yàn)使用的報(bào)文時(shí)間為2008年12月—2012年2月。文中2009—2011年的時(shí)間段是指2008年12月—2011年11月，2011年的時(shí)間段是指2010年12月—2011年11月，2012年冬季是指2011年12月—2012年2月。本文檢驗(yàn)的要素為最高溫度和最低溫度，對(duì)降水量和天氣現(xiàn)象不考慮。

城鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)報(bào)文每天有3個(gè)時(shí)次，中國氣象局重點(diǎn)檢驗(yàn)的是每天早晨6：45發(fā)布的08時(shí)起報(bào)的報(bào)文，本文使用的所有報(bào)文資料均是早晨這份報(bào)文。

參加檢驗(yàn)的新疆15個(gè)地州首府站點(diǎn)分別是：烏魯木齊、阿勒泰、塔城、博樂、克拉瑪依、石河子、昌吉、伊寧、吐魯番、阿克蘇、庫爾勒、阿圖什、喀什、和田、哈密。

實(shí)況數(shù)據(jù)使用9210下發(fā)的15個(gè)站點(diǎn)14時(shí)所發(fā)的最低溫度報(bào)文和02時(shí)所發(fā)的最高溫度報(bào)文，時(shí)間序列為2008年12月—2012年2月。

1.2 檢驗(yàn)方法

最高最低溫度檢驗(yàn)采用中短期預(yù)報(bào)質(zhì)量評(píng)定辦法中溫度預(yù)報(bào)的定量檢驗(yàn)方法，具體公式如下：

其中，F(xiàn)i為第i站（次）預(yù)報(bào)溫度，Oi為第i站（次）實(shí)況溫度，K為2、10，分別代表≤2℃、10℃，NrK為預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)，NfK為預(yù)報(bào)的總站（次）數(shù)。溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的實(shí)際含義是溫度預(yù)報(bào)誤差≤2℃、10℃的百分率。

技巧評(píng)分是指各省上傳城市天氣預(yù)報(bào)的最高、最低溫度預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差相對(duì)于國家氣象中心指導(dǎo)預(yù)報(bào)的提高率。式中TMAEN為國家氣象中心指導(dǎo)預(yù)報(bào)的最高、最低溫度預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差，TMAEF為各省上傳城市預(yù)報(bào)的最高、最低溫度預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差。當(dāng) TMAEN=0時(shí)，SST=1.01×100%。

2 檢驗(yàn)結(jié)果分析

本文根據(jù)最高最低溫度預(yù)報(bào)報(bào)文的時(shí)間序列長(zhǎng)度及年際變化、季節(jié)變化、預(yù)報(bào)時(shí)效變化等特征，分別從2009—2011年、2011年、2012年冬季3個(gè)層次對(duì)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果深入分析。

2.1 2009—2011年統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 2℃預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

根據(jù)中國氣象局對(duì)溫度預(yù)報(bào)的要求，誤差≤2℃為預(yù)報(bào)正確。表1是2009—2011年新疆15個(gè)站點(diǎn)最高、最低溫度≤2℃的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，分別按照最高溫度或最低溫度3 a準(zhǔn)確率從高到低排序。左側(cè)為最高溫度，右側(cè)為最低溫度?？梢钥闯觯鹤罡邷囟取?℃預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率平均值在68.9%，最高的是克拉瑪依為77.3%，比最低的博樂高出20%；最低溫度準(zhǔn)確率平均值為57.2%，比最高溫度的均值低了12%，與中國氣象局下發(fā)的全國平均水平相比，最低溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯偏低。

綜合最高最低溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率排名，有些站最高最低溫度預(yù)報(bào)都比較好，如克拉瑪依；有些站排名都居中，沒有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，如喀什；有些站兩項(xiàng)排名都比較落后，如塔城；有些站某一項(xiàng)預(yù)報(bào)較差，例如庫爾勒。從3 a的時(shí)間序列來看，最高溫度和最低溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率各站都是逐年在提升，2011年的準(zhǔn)確率為3 a最高值，與2010年相比最高和最低溫度準(zhǔn)確率分別提高了8.8%和8.5%。

2.1.2 平均絕對(duì)誤差和均方根誤差

表1 2009—2011年15個(gè)站點(diǎn)最高最低溫度≤2℃預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

平均絕對(duì)誤差用來表示誤差的平均狀態(tài)，值越小表示準(zhǔn)確率越高；均方根誤差能反映一個(gè)數(shù)據(jù)集的離散程度，值越小表示誤差的幅度變化小。圖1是2009—2011年15個(gè)站點(diǎn)最高最低溫度的平均絕對(duì)誤差、均方根誤差及15個(gè)站的平均情況?？梢钥闯觯?5個(gè)站最高、最低溫度的平均絕對(duì)誤差平均值分別為1.7℃和2.2℃，均方根誤差均值為1.5℃和1.8℃。其中克拉瑪依、吐魯番、和田、阿圖什和喀什5個(gè)站的4個(gè)誤差值都小于平均值，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較好；阿勒泰、塔城、博樂、昌吉、伊寧和石河子6個(gè)站的4個(gè)誤差值都大于平均值，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較差；而烏魯木齊、庫爾勒、阿克蘇及哈密4個(gè)站高溫和低溫各有好壞，預(yù)報(bào)不穩(wěn)定。

2.1.3 預(yù)報(bào)時(shí)效誤差

圖2為2009—2011年15個(gè)站點(diǎn)24 h、48 h和72 h最高最低溫度≤2℃預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率?？梢钥闯觯簻囟阮A(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)而降低。15個(gè)站最高最低溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率平均值48 h比24 h分別降低了13.5%和8.5%，72 h比 48 h又分別降低了7.9%和5.1%。3個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效最高最低溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都高于平均值的站點(diǎn)有：克拉瑪依、吐魯番、和田、阿圖什、喀什和哈密6個(gè)站。與2.1.2檢驗(yàn)結(jié)果相比對(duì)，說明預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率比較高的這幾個(gè)站，在不同預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都比較高。

2.2 2011年檢驗(yàn)結(jié)果分析

由表1分析得出，2011年最高、最低溫度≤2℃預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為3 a中最高，本文就針對(duì)2011年24 h不同季節(jié)溫度誤差及誤差日數(shù)做詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)氣象四季定義，2011年冬季是2010年12月—2011年2月，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季。

2.2.1 最高溫度四季準(zhǔn)確率

圖3是2011年15個(gè)站點(diǎn)24 h最高溫度預(yù)報(bào)≤2℃預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的四季分布及平均狀況?？梢钥闯觯?4 h最高溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率在夏秋季比較高、冬春較差。其中夏季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高的站點(diǎn)有8個(gè)站占53%，秋季最高的站點(diǎn)有7個(gè)站占47%；冬季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最低的站點(diǎn)有7個(gè)站占47%，春季最低有6個(gè)站占40%，有2個(gè)站為夏季最低占13%。

2.2.2 最低溫度四季準(zhǔn)確率

24 h最低溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率與最高溫度預(yù)報(bào)相似，在夏秋季節(jié)比較高、冬春較差。其中秋季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高的站點(diǎn)有9個(gè)，占60%，夏季最高的站點(diǎn)有5個(gè)，占33%，吐魯番為春季最高；冬季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最低的有6個(gè)站，占40%，春季最低有6個(gè)站，占40%，有3個(gè)站為夏季最低，占20%。

綜合最高、最低溫度預(yù)報(bào)的四季分布，全疆15個(gè)站總體來講夏秋季優(yōu)于冬春季，其中最高溫度預(yù)報(bào)以夏季最好，冬季最差；最低溫度預(yù)報(bào)以秋季最好，春季最差。

2.2.3 最高最低溫度預(yù)報(bào)誤差≥10℃日數(shù)

對(duì)2011年最高、最低溫度24 h預(yù)報(bào)誤差≥10℃日數(shù)（表2）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有10個(gè)站出現(xiàn)了預(yù)報(bào)誤差≥10℃的現(xiàn)象。由表2看出，最低溫度預(yù)報(bào)誤差日數(shù)明顯高于最高溫度誤差日數(shù)，高溫誤差日數(shù)全年有10 d，低溫誤差日數(shù)24 d。綜合最高最低溫度來看，冬季誤差日數(shù)20 d，占全年34 d的59%，春季誤差日數(shù)7 d，占全年的21%。最高溫度預(yù)報(bào)在夏季、最低溫度預(yù)報(bào)在秋季沒有出現(xiàn)≥10℃的預(yù)報(bào)誤差，可以說明大誤差基本上來源于冬春兩季。

表2 2011年最高、最低溫度24 h預(yù)報(bào)誤差≥10℃日數(shù)

2.3 2012年冬季檢驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述分析，冬季的最高、最低溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率相對(duì)較低，本文對(duì)2012年冬季的溫度預(yù)報(bào)與中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)進(jìn)行對(duì)比，使用相對(duì)于溫度指導(dǎo)預(yù)報(bào)的技巧評(píng)分，分析新疆15個(gè)站在技巧預(yù)報(bào)上的誤差。

2.3.1 最高溫度預(yù)報(bào)

圖4是新疆15個(gè)站2012年冬季最高溫度24 h預(yù)報(bào)的SST技巧評(píng)分和地州15個(gè)站、中央臺(tái)最高溫度預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差?？梢钥闯觯旱刂?5個(gè)站主觀預(yù)報(bào)和中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)24 h最高溫度預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差平均值基本相同，分別為1.63℃和1.64℃，誤差在2.0℃以上的站點(diǎn)有3個(gè)。與指導(dǎo)預(yù)報(bào)相比較，阿圖什、克拉瑪依和哈密平均絕對(duì)誤差明顯小于指導(dǎo)預(yù)報(bào)，最大差值是阿圖什站為-0.6℃；阿勒泰、烏魯木齊、喀什和阿克蘇平均絕對(duì)誤差大于指導(dǎo)預(yù)報(bào)，最大差值是喀什站為0.4℃。平均絕對(duì)誤差對(duì)應(yīng)技巧評(píng)分SST。SST為正說明地州預(yù)報(bào)好于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)，SST為負(fù)說明地州預(yù)報(bào)差于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)。圖4中正技巧有8站，負(fù)技巧有7站，SST平均值基本為零。

2.3.2 最低溫度預(yù)報(bào)

最低溫度預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差地州與中央臺(tái)基本相同，都為2.0℃，與最高溫度相比明顯增加，地州平均絕對(duì)誤差在2.0℃以上的站點(diǎn)有5個(gè)，指導(dǎo)預(yù)報(bào)有8個(gè)，昌吉、阿勒泰誤差值都在2.5℃以上。與指導(dǎo)預(yù)報(bào)相比較，克拉瑪依、喀什、石河子和阿圖什平均絕對(duì)誤差小于指導(dǎo)預(yù)報(bào)，最大差值是克拉瑪依站為-0.6℃；哈密、阿克蘇、吐魯番和阿勒泰平均絕對(duì)誤差大于指導(dǎo)預(yù)報(bào)，最大差值是阿勒泰站為0.6℃。

對(duì)應(yīng)的技巧評(píng)分SST，正技巧有8站，負(fù)技巧有7站，SST平均值幾乎為零。

綜合最高、最低溫度SST技巧評(píng)分，2012年冬季地州15個(gè)站與中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)的SST平均值基本相同，正負(fù)技巧的站點(diǎn)數(shù)基本持平，但站點(diǎn)差異比較大?？死斠?、阿圖什最高、最低溫度都為大的正技巧，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)；阿勒泰、阿克蘇都為大的負(fù)技巧，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率低于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)；喀什站最高溫度預(yù)報(bào)為大的負(fù)技巧，最低溫度為大的正技巧，高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率需要加強(qiáng)；哈密站最高溫度預(yù)報(bào)為大的正技巧，最低溫度為大的負(fù)技巧，低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率需要加強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

（1）全疆15個(gè)站最高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于最低溫度。從2009—2012年3 a的時(shí)間序列來看，最高溫度和最低溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率逐年在提升。2011年預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是3 a中最高的，最高和最低溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率與2010年相比分別提高了8.8%和8.5%。其中克拉瑪依、吐魯番、和田、阿圖什和喀什5個(gè)站預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較好；阿勒泰、塔城、博樂、昌吉、伊寧和石河子6個(gè)站預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較差；而烏魯木齊、庫爾勒、阿克蘇及哈密4個(gè)站高溫和低溫各有好壞，預(yù)報(bào)不穩(wěn)定。

（2）溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)而降低。15個(gè)站最高最低溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率平均值48 h比24 h分別降低了13.5%和8.5%，72 h比48 h又分別降低了7.9%和5.1%。其中克拉瑪依、吐魯番、和田、阿圖什、喀什和哈密6個(gè)站3個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都高于平均值。

（3）全疆15個(gè)站最高、最低溫度預(yù)報(bào)總體來講夏秋季優(yōu)于冬春季，其中最高溫度預(yù)報(bào)以夏季最好，冬季最差；最低溫度預(yù)報(bào)以秋季最好，春季最差。

（4）最高、最低溫度預(yù)報(bào)誤差大于10℃的日數(shù)，冬季占全年59%，春季占全年的21%。最高溫度預(yù)報(bào)在夏季、最低溫度預(yù)報(bào)在秋季沒有出現(xiàn)大于10℃的預(yù)報(bào)誤差，可以說明大誤差基本上來源于冬春兩季。

（5）SST技巧評(píng)分可以衡量各地州臺(tái)站主觀預(yù)報(bào)對(duì)中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)的訂正能力。對(duì)2012年冬季而言，地州15個(gè)站與中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)的最高最低溫度SST平均值幾乎相同，正負(fù)技巧的站點(diǎn)數(shù)基本持平，但站點(diǎn)差異比較大?？死斠?、阿圖什最高最低溫度都為大的正技巧，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)；阿勒泰、阿克蘇都為大的負(fù)技巧，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率低于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)；喀什站最高溫度預(yù)報(bào)為大的負(fù)技巧，最低溫度為大的正技巧，高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率需要加強(qiáng)；哈密站最高溫度預(yù)報(bào)為大的正技巧，最低溫度為大的負(fù)技巧，低溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率需要加強(qiáng)。

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