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2 m气温集成订正方法及在冬奥延庆赛区的应用

邱贵强 时少英 王洪霞 荆浩 张磊

邱贵强, 时少英, 王洪霞, 等. 2 m气温集成订正方法及在冬奥延庆赛区的应用. 应用气象学报, 2023, 34(4): 400-412. DOI:  10.11898/1001-7313.20230402..
引用本文: 邱贵强, 时少英, 王洪霞, 等. 2 m气温集成订正方法及在冬奥延庆赛区的应用. 应用气象学报, 2023, 34(4): 400-412. DOI:  10.11898/1001-7313.20230402.
Qiu Guiqiang, Shi Shaoying, Wang Hongxia, et al. An integrated correction method for 2 m temperature and its application to Yanqing competition zone of Olympic Winter Games. J Appl Meteor Sci, 2023, 34(4): 400-412. DOI:  10.11898/1001-7313.20230402.
Citation: Qiu Guiqiang, Shi Shaoying, Wang Hongxia, et al. An integrated correction method for 2 m temperature and its application to Yanqing competition zone of Olympic Winter Games. J Appl Meteor Sci, 2023, 34(4): 400-412. DOI:  10.11898/1001-7313.20230402.

2 m气温集成订正方法及在冬奥延庆赛区的应用

DOI: 10.11898/1001-7313.20230402
资助项目: 

国家重点研发计划 2018YFF0300104

山西省基础研究计划 202203021211080

山西省气象局重点项目 SXKZDTQ20185101

山西省气象局重点项目 SXKZDTQ20236301

详细信息
    通信作者:

    邱贵强, 邮箱:qiugq06@lzb.ac.cn

An Integrated Correction Method for 2 m Temperature and Its Application to Yanqing Competition Zone of Olympic Winter Games

  • 摘要: 为提升北京冬(残)奥会气象服务保障能力,利用2018—2021年1月1日—3月28日欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式预报产品以及冬奥延庆赛区8个自动气象站的2 m气温实况,通过基于地形修正的模式偏差订正和支持向量机算法,构建赛区不同海拔高度站点72 h预报时效内逐3 h的2 m气温集成订正方法。2022年北京冬(残)奥会前夕及赛事期间应用评估表明:集成订正方法对延庆赛区2 m气温的预报准确率为0.856,平均绝对偏差为1.08℃,订正效果较单一订正方法更优,尤其针对海拔高度高出模式地形高度的站点订正性能更为突出,同时,对超阈值及关键过程的气温订正效果也表现较好。对于延庆赛区大多数站点而言,该方法订正的72 h预报时效内逐3 h的2 m气温平均绝对偏差总体上表现出一定的日变化特征,且0~24 h, 24~48 h, 48~72 h预报时效之间偏差变化相对平稳,但不同站点的日变化趋势存在差异。随着预报时效增加,该方法订正的2 m气温平均绝对偏差的变化趋势表现出海拔依赖性。
  • 图  1  北京冬奥延庆赛区地形高度(阴影) 及主要自动气象站点(空心三角) 分布

    Fig. 1  Terrain height (the shaded) of Yanqing competition zone of Beijing Winter Olympics and main automatic weather stations (hollow triangles)

    图  2  利用模式不同高度层温度基于地形订正方法的2 m气温效果评估

    Fig. 2  Evaluation of 2 m temperature predicted by the terrain correction method using temperatures at different model levels

    图  3  2022年1月1日—3月15日不同方法的2 m气温订正效果评估

    Fig. 3  Evaluation of 2 m temperature corrected by different methods from 1 Jan to 15 Mar in 2022

    图  4  2022年1月1日—3月15日基于不同订正方法的2 m气温平均绝对偏差随预报时效变化

    Fig. 4  Mean absolute error of 2 m temperature corrected by different methods varing with different lead times from 1 Jan to 15 Mar in 2022

    图  5  2022年1月1日—3月15日不同方法对超阈值2 m气温订正的平均绝对偏差

    Fig. 5  Mean absolute errors of 2 m temperature exceeding the threshold corrected by different methods from 1 Jan to 15 Mar in 2022

    图  6  不同方法订正的2022年2月11日20:00— 2月14日20:00的2 m气温与实况对比

    Fig. 6  Comparison of 2 m temperature corrected by different methods to observation from 2000 BT 11 Feb to 2000 BT 14 Feb in 2022

    图  7  不同方法订正的2022年3月7日08:00—8日20:00的2 m气温与实况对比

    Fig. 7  Comparison of 2 m temperature corrected by different methods to observation from 0800 BT 7 Mar to 2000 BT 8 Mar in 2022

    表  1  最优的支持向量机模型参数及其性能

    Table  1  Optimal parameters of support vector machine model and corresponding performance

    站号 参数 评估指标
    C γ 准确率 平均绝对偏差/℃
    A1701 0.09 100 0.858 1.07
    A1703 0.10 1000 0.823 1.20
    A1705 0.02 100 0.857 1.10
    A1708 0.06 1000 0.806 1.23
    A1710 0.02 1000 0.873 1.01
    A1711 0.05 1000 0.866 1.07
    A1712 0.02 1 0.864 1.07
    A1489 0.10 100 0.713 1.53
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    表  2  2022年1月1日—3月15日不同方法不同预报时效内2 m气温订正的平均绝对偏差(单位:℃)

    Table  2  Mean absolute errors of 2 m temperature corrected by different methods within different lead times from 1 Jan to 15 Mar in 2022 (unit:℃)

    站号 方法 预报时效
    0~24 h 24~48 h 48~72 h
    A1701 地形订正 1.22 1.20 1.36
    支持向量机 1.27 1.16 1.23
    集成订正 1.14* 1.11* 1.23*
    A1703 地形订正 1.25 1.21 1.38
    支持向量机 1.27 1.17 1.32
    集成订正 1.11* 1.05* 1.19*
    A1705 地形订正 0.81 0.95 1.16
    支持向量机 0.85 0.91 1.13
    集成订正 0.77* 0.89* 1.10*
    A1708 地形订正 0.93 1.09 1.26
    支持向量机 1.06 1.08 1.15
    集成订正 0.96 1.06* 1.17
    A1710 地形订正 1.07 1.05 1.26
    支持向量机 1.12 1.06 1.23
    集成订正 0.95* 0.92* 1.10*
    A1711 地形订正 1.20 1.20 1.37
    支持向量机 1.07 0.95 1.11
    集成订正 1.01* 0.96 1.10*
    A1712 地形订正 0.75 0.89 1.06
    支持向量机 0.83 0.86 1.02
    集成订正 0.75* 0.88 1.05
    A1489 地形订正 1.49 1.54 1.64
    支持向量机 1.30 1.33 1.38
    集成订正 1.34 1.40 1.45
    注:*表示集成订正方法不高于地形订正方法和支持向量机方法。
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    表  3  不同站点2 m气温阈值(单位:℃)

    Table  3  Thresholds of 2 m temperature at different stations (unit:℃)

    站号 超低温阈值 超高温阈值
    A1701 -15.8 -4.9
    A1703 -13.6 -2.7
    A1705 -10.6 -0.6
    A1708 -9.1 0.7
    A1710 -12.6 -2.9
    A1711 -12.0 -1.5
    A1712 -10.2 -0.3
    A1489 -8.0 2.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-30
  • 修回日期:  2023-05-16
  • 刊出日期:  2023-07-31

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