EC智能网格温度预报产品在宿迁地区的检验浅析

Analysis of the Inspection of EC Intelligent Grid Temperature Forecast Products in Suqian Area

摘要: 本文选取2022年2月~2024年1月宿迁地区10个气象自动站的日高低温数据和EC细网格模式2 m气温预报产品，通过计算预报准确率(forecast accuracy, FA)、平均误差(mean error, ME)和均方根误差(root mean square error, RMSE)验证EC细网格模式2 m气温预报产品在宿迁地区的表现，并分析了EC不同起报时次下，模式预报结果与实况的对比情况。得到以下结论：在EC高温预报检验中，国家基本站的预报准确率比区域站预报准确率更高，吴集镇高温预报表现较差；在EC低温预报检验中，区域站的预报准确率比国家基本站预报准确率更高，泗阳低温预报表现较差。EC低温平均预报准确率高于高温平均预报准确率，对预报员参考价值更高。

Abstract: This article selects daily high and low temperature data from 10 meteorological automatic stations in Suqian area from February 2022 to January 2024, as well as EC fine grid model 2 m temperature forecast products. The performance of EC fine grid model 2 m temperature forecast products in Suqian area is verified by calculating forecast accuracy (FA), mean error (ME), and root mean square error (RMSE), and the comparison between the model forecast results and the actual situation under different EC reporting times is analyzed. The following conclusion has been drawn: in the EC high temperature forecast test, the accuracy of the national basic station forecast is higher than that of the regional station forecast, and the high temperature forecast performance in Wuji Town is poor; In the EC low temperature forecast test, the accuracy of regional stations is higher than that of national basic stations, and the performance of Siyang low temperature forecast is poor. The accuracy of EC low temperature average forecast is higher than that of high temperature average forecast, which has higher reference value for forecasters.

1. 引言

随着数值预报模式的完善和发展进步，参考数值模式进行气象预报，是诸多预报员的首要选择，随着社会的发展进步，人们对于精细化预报的要求越来越高，实现数值模式的精细化预报成为当今数值预报模式发展的主要方向之一[1] [2] [3]。欧洲中心数值预报产品(EC)是预报员天气预报业务和服务中一个重要参考依据。然而，模式的不确定性导致预报产品存在一定误差。对于预报员而言，开展数值预报检验有利于全面了解模式产品在本地区的表现能力，进而对模式预报产品进行订正[4]-[15]。而温度作为最基本的预报要素，公众对其精准预报的要求不断提升。本文通过分析近2年EC的2 m气温预报产品，对宿迁地区的温度预报进行检验，找出模式预报特征，为预报员的主观订正提供一定依据，以做出更准确的温度预报为社会生产生活服务。

2. 数据和方法

2.1. 数据

本文使用2022年2月~2024年1月的EC模式2 m气温预报产品数据，模式资料为EC插值到经纬度点的数据，本文将2022年2月~2023年1月作为第一年，2023年2月~2024年1月作为第二年。EC共2个起报时次为20 h、08 h，其中20 h起报时次第一年356个数据，第二年349个；08 h起报时次第一年342个数据，第二年340个。为了检验EC模式的温度预报能力，本文采用宿迁地区10个气象自动站的日高低温数据，站点在宿迁中的位置见图1，时间同样为2022年2月~2024年1月，包含20~20 h和08~08 h的日高低温数据。

2.2. 方法

本文选择采用预报准确率(FA)、平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)等统计方法检验EC模式的2 m温度预报情况。具体公式如下：

$\begin{array}{l}FA=\frac{n}{N}\times 100\%\\ ME=\frac{1}{N}{\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\left(F_i-O_i\right)}\\ RMSE=\sqrt{\frac{1}{N}{\displaystyle {\sum }_{i=1}^N{\left(F_i-O_i\right)}^2}}\end{array}$

其中n为EC温度预报与实况站点误差≤±2℃的数量，N为预报的总数量。F_i为第i站(次)预报温度，O_i为第i站(次)实况温度。

Figure 1. Distribution of Suqian 10 stations

图1. 宿迁10站点分布图

3. 检验结果分析

3.1. 最高气温检验

表1、表2分别是宿迁近2年最高气温的误差分析(EC 20 h、08 h起报)。从平均误差来看，在表1、表2中，宿迁地区10站平均误差都为负值，表明EC的高温预报和实况相比整体偏低，其中吴集镇24 h、48 h时效高温偏低1℃左右，72h时效高温偏低0.8℃左右；王集镇南刘集社区、朱湖镇24 h、48 h时效高温偏低0.8℃~0.9℃。

在表1、表2中，从准确率两年变化来看，第二年的准确率较第一年基本都有所减少，表明EC模式在第二年的高温预报能力有所降低，大部分站点在3个预报时效内的准确率变化在5~6%以内，相对稳定。

在表1中，南蔡乡第二年与第一年相比，三个预报时效减少9%~13%；贤官镇在48 h时效下，第二年与第一年相比准确率减少10%；吴集镇第二年与第一年相比，三个预报时效减少11%~14%；泗阳和王集镇南刘集社区72 h时效第二年与第一年相比准确率减少9%~11%。在表2中，南蔡乡、贤官镇、吴集镇第二年与第一年相比，三个预报时效准确率减少8%~11%；泗阳第二年与第一年相比，三个预报时效减少7%~9%；王集镇南刘集社区72 h时效第二年与第一年相比准确率减少9%。

从24 h预报时效来看，在表1、表2中，两年预报准确率在80%以上居多，有较高的参考价值，吴集镇、王集镇南刘集社区、朱湖镇预报准确率基本在70%左右，参考价值降低；从48 h预报时效来看，在表1、表2中，两年预报准确率基本在70%~80%，仍有较高的参考价值，吴集镇准确率在55%~65%，王集镇南刘集社区、朱湖镇预报准确率在65%~70%，参考价值降低；从72 h预报时效来看，在表1、表2中，两年预报准确率基本在70%~75%，有一定的参考价值，吴集镇、王集镇南刘集社区、朱湖镇准确率基本在70%以下，参考价值进一步降低。在同一年中，随预报时效增加，预报准确率逐渐降低。

从均方根误差来看，两年相比，第二年的均方根误差基本都增加，同一年中，随预报时效增加，均方根误差增加。

综合来看，吴集镇准确率最低，且准确率减少较多，高温预报表现最差；王集镇南刘集社区、朱湖镇准确率低；南蔡乡、贤官镇准确率减少较多。对于各县区站点，国家基本站的预报准确率比区域站预报准确率更高。

Table 1. Error analysis of the highest temperature in Suqian in the past two years (EC 20 h)

表1. 宿迁近2年最高气温的误差分析(EC 20 h)

站点	平均误差(℃)			预报准确率(%)			均方根误差(℃)
	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h
宿迁	−0.71	−0.60	−0.47	85	79	76	1.50	1.67	1.80
	−0.59	−0.43	−0.28	85	79	74	1.48	1.70	1.96
蔡集镇	−0.67	−0.55	−0.41	87	78	78	1.45	1.63	1.77
	−0.67	−0.49	−0.35	83	75	72	1.54	1.77	1.99
南蔡乡	−0.41	−0.30	−0.19	88	81	76	1.40	1.59	1.84
	−0.65	−0.48	−0.33	78	72	63	1.64	1.89	2.18
沭阳	−0.40	−0.30	−0.17	87	82	76	1.41	1.54	1.77
	−0.52	−0.34	−0.17	86	81	73	1.42	1.66	1.96
贤官镇	−0.61	−0.52	−0.37	82	80	72	1.56	1.68	1.91
	−0.72	−0.58	−0.37	78	70	67	1.63	1.90	2.14
吴集镇	−1.02	−0.94	−0.81	71	65	61	1.93	2.07	2.27
	−1.23	−1.09	−0.86	57	54	50	2.18	2.39	2.60
泗阳	−0.59	−0.50	−0.38	85	78	73	1.42	1.62	1.83
	−0.76	−0.61	−0.45	79	74	64	1.61	1.86	2.15
王集镇南刘集社区	−0.95	−0.86	−0.73	73	68	68	1.76	1.91	2.08
	−0.90	−0.74	−0.58	70	66	57	1.80	2.02	2.30
泗洪	−0.28	−0.20	−0.08	88	83	73	1.41	1.58	1.88
	−0.41	−0.27	−0.18	85	78	73	1.42	1.72	1.95
朱湖镇	−0.84	−0.78	−0.65	75	70	66	1.72	1.83	2.07
	−0.90	−0.77	−0.65	71	70	62	1.80	2.03	2.23

注：对于同一站点，第一行为第一年的结果，第二行为第二年的结果。

Table 2. Error analysis of the highest temperature in Suqian in the past two years (EC 08 h)

表2. 宿迁近2年最高气温的误差分析(EC 08 h)

站点	平均误差(℃)			预报准确率(%)			均方根误差(℃)
	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h
宿迁	−0.68	−0.68	−0.53	82	75	75	1.57	1.71	1.84
	−0.54	−0.47	−0.37	81	76	69	1.57	1.77	2.08
蔡集镇	−0.58	−0.60	−0.44	82	75	73	1.51	1.65	1.81
	−0.57	−0.50	−0.42	80	74	67	1.61	1.80	2.12
南蔡乡	−0.36	−0.36	−0.20	84	80	75	1.46	1.64	1.86
	−0.55	−0.50	−0.36	76	69	65	1.76	1.97	2.26
沭阳	−0.36	−0.36	−0.27	85	82	77	1.44	1.58	1.79
	−0.44	−0.32	−0.18	84	76	72	1.54	1.82	2.14
贤官镇	−0.57	−0.55	−0.45	82	78	72	1.59	1.72	1.90
	−0.65	−0.53	−0.40	74	67	63	1.75	2.03	2.34
吴集镇	−0.96	−0.94	−0.83	68	63	59	1.98	2.13	2.27
	−1.14	−1.00	−0.87	60	53	48	2.22	2.44	2.75
泗阳	−0.59	−0.60	−0.47	84	77	75	1.50	1.70	1.85
	−0.69	−0.64	−0.45	77	68	67	1.75	1.93	2.19
王集镇南刘集社区	−0.90	−0.89	−0.75	71	67	67	1.82	1.98	2.13
	−0.82	−0.76	−0.60	71	62	58	1.88	2.12	2.37
泗洪	−0.27	−0.21	−0.11	85	79	74	1.48	1.72	1.91
	−0.38	−0.37	−0.24	82	79	72	1.58	1.77	1.97
朱湖镇	−0.78	−0.73	−0.63	71	69	66	1.77	1.94	2.13
	−0.78	−0.78	−0.64	72	67	64	1.90	2.07	2.25

注：对于同一站点，第一行为第一年的结果，第二行为第二年的结果。

3.2. 最低气温检验

表3、表4分别是宿迁近2年最低气温的误差分析(EC 20 h、08 h起报)。从平均误差来看，在表3、表4中，宿迁地区南蔡乡、朱湖镇基本为正值，南蔡乡24 h、48 h、72 h时效两年低温偏高0℃~0.2℃，朱湖镇24 h、48 h、72 h时效两年低温偏高0.3℃~0.7℃，表明这2站EC模式的低温预报结果和实况比偏高，且朱湖镇偏低更明显，更易出现较低温度，其它站平均误差基本都为负值，表明对于其它站而言，EC模式的低温和实况相比整体偏低，其中泗阳24 h、48 h、72 h时效两年低温偏低1℃以上；王集镇南刘集社区在24 h、48 h、72 h时效两年低温由第一年偏低0.3℃~0.5℃到第二年偏低0.7℃~0.9℃，增加近一倍。

在表3、表4中，从准确率两年变化来看，24 h、48 h、72 h时效大部分站点第二年的准确率较第一年减少，泗洪24 h、48 h、72 h时效预报准确率都有所增加，即EC模式对泗洪低温预报能力增加，基本上绝大部分站点在3个预报时效内的准确率变化在5%~6%以内，相对稳定。

从24 h、48 h、72 h预报时效来看，在表3、表4中，两年预报准确率基本在80%~90%，有极高的参考价值，其中泗阳预报准确率基本在65%~75%，参考价值有所降低。在同一年中，随预报时效增加，预报准确率逐渐降低。

从均方根误差来看，两年相比，泗洪、朱湖镇第二年的均方根误差和第一年比都减少，其它站点第二年的均方根误差和第一年比基本以增加为主。同一年中，随预报时效增加，均方根误差增加。

综合来看，泗阳低温预报准确率最低，平均误差偏低最多，低温预报表现最差。对于各县区站点，区域站的预报准确率比国家基本站预报准确率更高。

Table 3. Error analysis of the lowest temperature in Suqian in the past two years (EC 20 h)

表3. 宿迁近2年最低气温的误差分析(EC 20 h)

站点	平均误差(℃)			预报准确率(%)			均方根误差(℃)
	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h
宿迁	−0.45	−0.42	−0.34	86	86	78	1.38	1.50	1.63
	−0.47	−0.40	−0.32	83	82	81	1.48	1.53	1.64
蔡集镇	−0.23	−0.17	−0.10	94	91	83	1.11	1.26	1.42
	−0.22	−0.14	−0.04	93	90	86	1.19	1.25	1.39
南蔡乡	0.06	0.12	0.19	90	86	80	1.34	1.45	1.61
	−0.01	0.09	0.20	87	87	83	1.41	1.45	1.55
沭阳	−0.73	−0.71	−0.64	88	86	83	1.36	1.43	1.55
	−0.89	−0.76	−0.69	84	85	80	1.51	1.47	1.59
贤官镇	−0.57	−0.53	−0.48	89	88	82	1.30	1.39	1.53
	−0.75	−0.62	−0.53	87	86	83	1.40	1.40	1.55
吴集镇	−0.27	−0.22	−0.18	92	88	85	1.20	1.34	1.51
	−0.45	−0.30	−0.24	91	87	85	1.30	1.35	1.52
泗阳	−1.04	−0.94	−0.89	78	75	72	1.67	1.74	1.89
	−1.27	−1.18	−1.06	75	72	71	1.84	1.90	1.94
王集镇南刘集社区	−0.50	−0.43	−0.34	92	91	86	1.22	1.32	1.48
	−0.93	−0.80	−0.67	86	83	84	1.50	1.50	1.56
泗洪	−0.09	0.02	0.08	80	76	72	1.59	1.84	1.96
	−0.29	−0.14	−0.01	83	80	81	1.56	1.66	1.80
朱湖镇	0.50	0.63	0.69	92	86	83	1.24	1.47	1.60
	0.27	0.44	0.55	89	85	83	1.22	1.33	1.49

注：对于同一站点，第一行为第一年的结果，第二行为第二年的结果。

3.3. 最高气温和最低气温对比

综合对比EC模式最高气温和最低气温的预报检验结果来看，EC高温预报平均误差都为负值，EC低温预报南蔡乡、朱湖镇基本为正值，其余站点基本为负值。对于高温，EC预报整体较实况偏低，而对于低温，大部分站点预报较实况偏低。

EC高温预报24 h时效基本在80%以上，随预报时效增加，准确率不断降低，而EC低温预报准确率在24 h、48 h、72 h预报时效来看，两年预报准确率基本在80%~90%，只有泗阳预报准确率基本在65%~75%，准确率较低，EC低温平均预报准确率比高温预报准确率更高；EC低温预报两年的准确率变化基本上绝大部分在5%~6%以内，EC高温预报多次出现准确率减少超过8%以上的情况。对于高温预报，国家基本站表现更好，对于低温预报，区域站表现更好。

从均方根误差来看，EC高低温预报在同一年中，随预报时效增加，均方根误差都增加。两年相比，高温预报第二年的均方根误差基本都增加，低温预报第二年的均方根误差绝大部分增加，泗洪、朱湖镇减小。

Table 4. Error analysis of the lowest temperature in Suqian in the past two years (EC 08 h)

表4. 宿迁近2年最低气温的误差分析(EC 08 h)

站点	平均误差(℃)			预报准确率(%)			均方根误差(℃)
	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h	24 h	48 h	72 h
宿迁	−0.47	−0.50	−0.37	85	83	80	1.42	1.56	1.68
	−0.49	−0.48	−0.35	86	80	76	1.50	1.69	1.81
蔡集镇	−0.17	−0.19	−0.04	95	91	87	1.10	1.22	1.38
	−0.17	−0.15	−0.03	93	90	84	1.13	1.33	1.47
南蔡乡	0.02	0.04	0.18	89	84	82	1.35	1.44	1.52
	0.03	0.06	0.20	87	83	81	1.39	1.57	1.64
沭阳	−0.81	−0.78	−0.63	86	85	81	1.43	1.48	1.51
	−0.77	−0.74	−0.58	86	82	81	1.42	1.57	1.63
贤官镇	−0.70	−0.66	−0.52	89	83	81	1.33	1.47	1.52
	−0.67	−0.67	−0.53	89	82	83	1.33	1.52	1.61
吴集镇	−0.31	−0.26	−0.13	90	87	85	1.21	1.34	1.44
	−0.39	−0.40	−0.23	91	83	84	1.27	1.48	1.57
泗阳	−1.00	−1.01	−0.89	76	69	71	1.68	1.85	1.86
	−1.25	−1.24	−1.06	74	66	64	1.82	2.04	2.13
王集镇南刘集社区	−0.55	−0.54	−0.39	91	85	85	1.24	1.38	1.43
	−0.93	−0.87	−0.72	84	80	77	1.49	1.65	1.75
泗洪	−0.09	−0.02	0.11	81	73	73	1.60	1.79	1.89
	−0.21	−0.25	−0.08	87	80	75	1.45	1.71	1.85
朱湖镇	0.44	0.57	0.68	92	86	85	1.25	1.42	1.50
	0.31	0.32	0.50	89	86	83	1.20	1.38	1.50

注：对于同一站点，第一行为第一年的结果，第二行为第二年的结果。

4. 结论与讨论

本文采用预报准确率(FA)、平均误差(ME)和均方根误差(RMSE)对2022年2月~2024年1月的EC细网格模式2 m温度产品在宿迁的高低温预报性能进行检验，结果表明：

在EC高温预报检验中，吴集镇高温预报表现最差，容易出现实况比模式预报高很多的情况；王集镇南刘集社区、朱湖镇、南蔡乡、贤官镇次之。国家基本站的预报准确率比区域站预报准确率高。

在EC低温预报检验中，泗阳低温预报表现最差。南蔡乡、朱湖镇平均误差为正，容易出现实况比模式预报偏低的情况，需在人工订正时加以注意。区域站的预报准确率比国家基本站预报准确率高。

两年相比，EC对宿迁地区高低温预报能力有所降低。EC低温平均预报准确率高于高温平均预报准确率；从EC模式两年准确率变化来看，低温预报更为稳定，整体参考价值比高温预报更高。因此，低温预报可更多参考模式结果，高温预报需要发挥预报员的主观经验进行人工订正。