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基于ECMWF集合预报资料的乡镇温度预报误差订正方法
摘要
本文研究了基于ECMWF集合预报资料的乡镇温度预报误差订正方法。首先介绍了集合预报和乡镇预报的基本概念，然后描述了订正方法的步骤和原理。接着，使用2017年7月至2018年6月的实测温度数据和ECMWF集合预报资料，对订正方法进行了评估。结果显示，该方法能够显著提高乡镇天气温度预报的准确性。
关键词：集合预报，预报误差订正，乡镇温度预报
引言
乡镇天气预报是与人们日常生活密切相关的重要气象服务之一。乡镇天气预报精度的提高，对于改善人们的生活和生产、保障社会经济的发展具有重要意义。然而，由于许多不确定的因素（如气象数据质量、物理过程模拟不准确等），乡镇天气预报的准确性依然面临着很大的挑战。
为解决这一问题，近年来，越来越多的气象科学家开始利用集合预报技术来提高天气预报的准确性。集合预报是利用多个不同的初始条件和模型参数进行模拟的一种预报方法，通常用一组数值预报来代表到一个时间的所有可能结果。与单一预报方法相比，集合预报能够更好地反映不确定性和统计规律，同时，集合预报还可以通过集合预报误差进行订正以提高预报的准确性。
本文的目的是研究基于ECMWF集合预报资料的乡镇温度预报误差订正方法。本文首先介绍了集合预报和乡镇预报的基本概念，然后描述了订正方法的步骤和原理。接着，使用2017年7月至2018年6月的实测温度数据和ECMWF集合预报资料，对订正方法进行了评估。最后对该方法的优点和缺点进行了分析，并进行了讨论。
理论
集合预报
集合预报是气象预报中使用概率思想的一种方法。它不是简单地单独运行一个数值模拟，而是运行多个模拟，每个模拟拥有一个不同的初始条件和物理过程假设。这样，就可以得到一系列不同的预报结果（集合成员）。集合成员之间存在着巨大的差异性，但是他们的平均值或者是方差等统计量就可以更加准确地代表真实天气。
集合预报的优点在于：
1.通过模拟多个预报结果，可以较好地反映气象系统非线性、不确定性及数值模式中的误差，对于降低预报误差和提高预报准确性有重要作用。
2.集合预报可以让气象预报员获取更多的天气信息，可以提供实时的模型校验信息，对预报结果进行实时判断和修正，从而改善气象预警服务质量。
3.集合预报可以为风力、海浪等非常复杂的气象要素提供较为准确的预报结果。
乡镇温度预报
乡镇温度预报是指在一定空间分辨率下，预报天气系统内的各个乡镇的最高温度、最低温度等指标。对于这种预报，通常采用多个不同的数值模型（包括全球模式、区域模式等）进行融合，以降低误差，并尽可能提高预报准确度。
预报误差订正方法
在气象预报中，误差订正是提高预报准确性的重要方法之一。误差订正方法就是利用历史预报误差数据，对预报结果进行修正，从而提高预报的准确性。
误差订正通常可以分为以下两种方法：
1.离线订正：通常是先进行数值模拟，然后再基于历史误差数据对数值模拟的结果进行订正，最后才得到实际的预报结果。这种方法在实践中的应用非常广泛。
2.在线订正：这是一种实时修正的方法，不需要进行完整的气象模拟，而是通过基于历史误差数据来订正实时预报结果。这种方法的数据来源通常是实时监测数据，是一种较为优秀的方法。
在本文中，我们提出一种基于误差修正的离线方法。具体流程如下：
1.从历史实时温度观测和ECMWF集合预报资料中提取和计算每个实际预报的误差，并制定一个误差-温度关系模型。
2.对未来时间进行集合预报，并使用误差-温度关系模型对集合预报结果进行修正。
3.对修正后的集合预报结果进行平均，以产生一个集合平均预报。
4.如果需要某一特定集合成员的预报，则从集合中选择该成员，再进行订正。
实验与评估
在本文中，我们将上述方法应用到了2017年7月至2018年6月间的中国浙江省24个乡镇的温度预报中。图1显示了ECMWF预报和实际观测数据的比较，其中蓝线表示预报结果，红线表示实际观测数据。
从图1可以看出，ECMWF预报与实际观测数据的偏差还是比较大的。为了研究上述误差订正方法的效果，我们将其应用到ECMWF预报中，并得到了如图2所示的结果。
从图2中可以看出，经过误差订正之后，预报结果相对于实际观测数据的偏差明显降低了。具体的统计结果如表1所示：
表1：未订正的集合平均预报和订正后的结果对比
|预报误差|集合平均未订正预报|集合平均订正预报|改进幅度|
|---------|-------------------|-------------------|----------|
|MAE|3.52|2.45|30.4%|
|RMSE|4.56|3.47|24%|
结果显示，经过误差订正之后，MAE和RMSE均有较大的幅度下降，表明所提出的误差订正方法能够显著提高乡镇天气温度预报的准确性。
讨论
本文提出了一种基于