內(nèi)蒙古自治區(qū)智能網(wǎng)格實況產(chǎn)品基于三種地形的評估研究

王利亞

（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010051）

1 引言

隨著智能網(wǎng)格實況產(chǎn)品在全國的逐步推廣，各氣象行業(yè)對其應(yīng)用需求逐漸增加，因此對其準確性的評估是有必要的。國家氣象信息中心數(shù)據(jù)研究室對覆蓋全國范圍的實況分析產(chǎn)品與實況觀測產(chǎn)品進行過評估[1]，張德龍等人利用站點數(shù)據(jù)及歐洲中心資料評估了內(nèi)蒙古實況2m 氣溫產(chǎn)品，證明了該產(chǎn)品在內(nèi)蒙古自治區(qū)的可用性[2]，內(nèi)蒙古自治區(qū)的地形對智能網(wǎng)格實況產(chǎn)品質(zhì)量的影響，目前還沒有相關(guān)研究。本文利用處于三種不同地形的站點觀測數(shù)據(jù)對2020年7月1日至2020年12月31日的內(nèi)蒙古自治區(qū)智能網(wǎng)格實況融合分析產(chǎn)品進行評估，要素包括2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風(fēng)速和能見度，分析地形對各要素實況網(wǎng)格產(chǎn)品準確性的影響。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 網(wǎng)格產(chǎn)品與觀測數(shù)據(jù)

被評估產(chǎn)品為2020年7月1日至2020年12月31日內(nèi)蒙古自治區(qū)智能網(wǎng)格實況融合分析產(chǎn)品（V1.0），時間分辨率為1h，空間分辨率為5km*5km，要素包括2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風(fēng)和能見度。

觀測數(shù)據(jù)為經(jīng)過質(zhì)量控制的內(nèi)蒙古自治區(qū)119 個國家站、33 個無人站和885 個考核區(qū)域自動站的小時氣溫、小時相對濕度、2 分鐘平均風(fēng)速和水平能見度。

2.2 數(shù)據(jù)評估方法

喬淼等人分析了不同地貌條件下全國降水分布差異[3-4]，本文根據(jù)其地貌分類方法，利用DEM 高程數(shù)據(jù)計算了內(nèi)蒙古地區(qū)地形起伏度，將內(nèi)蒙古地區(qū)地貌劃分為平原、丘陵和山地三種，并提取了全區(qū)氣象觀測站點所處的地貌條件，并以觀測數(shù)據(jù)為真值，將實況產(chǎn)品用雙線性插值方法插值到站點，分析比較一段時間內(nèi)兩者的平均絕對誤差、均方根誤差和相關(guān)系數(shù)，具體公式如下：

平均絕對誤差：

均方根誤差：

圖1：不同地形下實況與站點觀測數(shù)據(jù)的平均絕對誤差、均方根誤差

圖2：不同地形下實況與站點觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)是：

其中，Oi 為站點觀測值，Gi 為實況網(wǎng)格分析產(chǎn)品插值到檢驗站點得到的數(shù)值，N 為參與檢驗的總樣本數(shù)（站次數(shù)）。

3 評估結(jié)果

按照三種不同地形（平原、丘陵、山地），分析2020年7月1日至2020年12月31日2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風(fēng)速和水平能見度內(nèi)蒙古自治區(qū)實況產(chǎn)品與站點觀測數(shù)據(jù)的平均絕對誤差、均方根誤差和相關(guān)系數(shù)。

當(dāng)?shù)匦畏謩e為平原、丘陵、山地時，2m 氣溫實況產(chǎn)品與站點觀測數(shù)據(jù)的平均絕對誤差為0.44℃、0.45℃、0.68℃，均方根誤差為0.82℃、0.93℃、1.11℃；2m 相對濕度的平均絕對誤差為2.54%、2.76%、3.83%，均方根誤差為4.97%、6.33%、6.99%；10m 風(fēng)速的平均絕對誤差為1.32m/s、1.48m/s、1.61m/s，均方根誤差為1.75 m/s、1.91 m/s、2.12m/s；能見度的平均絕對誤差為5.26 km、5.63 km、8.19km；均方根誤差為10.10km、10.22km、12.38km（表1、表2、圖1）。通過比較可知，地形對實況網(wǎng)格產(chǎn)品準確性有較大影響，對于不同地形，各要素實況產(chǎn)品的質(zhì)量從高到低依次為平原、丘陵、山地。

表1：不同地形下實況與站點觀測數(shù)據(jù)的平均絕對誤差

表2：實況與站點數(shù)據(jù)的均方根誤差

表3：實況與站點數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)

由表3和圖2可知，當(dāng)?shù)匦螢槠皆瓡r，氣溫、相對濕度、風(fēng)速和能見度實況產(chǎn)品與站點觀測值的相關(guān)系數(shù)分別為0.989、0.975、0.806、0.623，當(dāng)?shù)匦螢榍鹆陼r，氣溫、相對濕度、風(fēng)速和能見度實況產(chǎn)品與站點觀測值的相關(guān)系數(shù)分別為0.984、0.969、0.796、0.613，當(dāng)?shù)匦螢樯降貢r，氣溫、相對濕度、風(fēng)速和能見度實況產(chǎn)品與站點觀測值的相關(guān)系數(shù)分別為0.983、0.951、0.727、0.601。對于不同地形，各要素實況產(chǎn)品的質(zhì)量從高到低依次為平原、丘陵、山地。不論哪種地形，氣溫和相對濕度實況產(chǎn)品與站點的相關(guān)系數(shù)均大于0.9，質(zhì)量好，風(fēng)速產(chǎn)品的質(zhì)量次之，能見度產(chǎn)品的質(zhì)量相比較差。

4 結(jié)論

利用處于三種不同地形的站點觀測數(shù)據(jù)，對內(nèi)蒙古自治區(qū)2020年7月1日至2020年12月31日智能網(wǎng)格實況融合分析產(chǎn)品進行評估，要素包括2m 氣溫、2m 相對濕度、10m 風(fēng)速和能見度，對比分析觀測數(shù)據(jù)與實況產(chǎn)品的平均絕對誤差、均方根誤差和相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)地形對實況網(wǎng)格產(chǎn)品準確性有較大影響。對于不同地形，各要素實況產(chǎn)品的質(zhì)量從高到低依次為平原、丘陵、山地，對于相同地形，氣溫和相對濕度實況產(chǎn)品與站點數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)均大于0.9，質(zhì)量好，風(fēng)速產(chǎn)品的質(zhì)量次之，能見度產(chǎn)品的質(zhì)量相比較差，相關(guān)系數(shù)約為0.6。