多種細(xì)網(wǎng)格模式在長沙定量降水預(yù)報(bào)中的檢驗(yàn)

黃柱堅(jiān)，何登科，匡方毅，吳 鏈

（長沙市氣象局，湖南 長沙 410205）

2011年中國氣象局下發(fā)歐洲高分辨細(xì)網(wǎng)格(0.25°×0.25°) 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、日本細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品及T639 細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，已經(jīng)成為廣大預(yù)報(bào)員在日常天氣預(yù)報(bào)中必不可少的主要參考依據(jù)[1-2]。為此，國內(nèi)外專家對歐洲ECMWF、日本和T639 數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品性能優(yōu)劣做了許多卓有成效的研究工作[3-6]。以往的研究主要是針對12～72 h 時次預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行的，對地區(qū)一級全部預(yù)報(bào)時效產(chǎn)品檢驗(yàn)較少[7-13]。長沙位于湖南省東部偏北,湘江下游東岸，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，呈東西向長條形狀，地勢東西高峻，東部地形復(fù)雜多樣，地勢高低懸殊，東西天氣差異較大。長沙2013年夏季極不平凡。6月26～29日出現(xiàn)連續(xù)暴雨，局地特大暴雨過程，大部分站點(diǎn)達(dá)到輕度洪澇標(biāo)準(zhǔn)，局地達(dá)到重度洪澇標(biāo)準(zhǔn)；6月底～8月初出現(xiàn)有資料記錄以來的最嚴(yán)重的重度高溫?zé)岷Γ?月22～23日，受12 號臺風(fēng)“潭美”影響，全市普降大到暴雨，局地大暴雨，大圍山降特大暴雨。為了認(rèn)識和了解歐洲、日本及T639 三種高分辨細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品定量降水的預(yù)報(bào)性能及準(zhǔn)確度差異，以便更好地開展產(chǎn)品的解釋應(yīng)用，筆者通過2013年6月1日～8月31日，歐洲、日本及T639 高分辨細(xì)網(wǎng)格(0.25°×0.25°)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對長沙地區(qū)不同時效定量降水預(yù)報(bào)和同期實(shí)況資料進(jìn)行檢驗(yàn)評估，為擇優(yōu)使用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品及提高降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供技術(shù)支撐。

1 資料與方法

1.1 資料處理

將歐洲高分辨細(xì)網(wǎng)格(0.25°×0.25°) 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、日本及T639 細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的降水預(yù)報(bào)值插值到長沙市258個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)上，插值方法是取站點(diǎn)周圍最近的4個格點(diǎn)，利用反距離法求取各格點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)，最后對格點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)平均，得到全市258個站點(diǎn)的降水預(yù)報(bào)值。本研究設(shè)檢驗(yàn)站點(diǎn)：長沙市寧鄉(xiāng)站、蓮花站、望城坡站、馬坡嶺站、瀏陽站、瀏陽大圍山站、長沙縣金井站共7 站。起報(bào)時間及預(yù)報(bào)時效：8 時（12～84 h）、20 時（12～240 h）逐12 小時預(yù)報(bào)；檢驗(yàn)時段：2013年6月1日～8月31日。

2.2 檢驗(yàn)分析方法

根據(jù)《中短期預(yù)報(bào)質(zhì)量評分辦法》對三種模式預(yù)報(bào)的12 h 累計(jì)降水量按照≥0.1 mm（小雨以上）、≥10 mm（中雨以上）、≥25 mm（大雨以上）及≥50 mm（暴雨以上）4個等級，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)各降水等級、各預(yù)報(bào)時效（12 h、24 h、36～240 h）、8 時和20 時不同起報(bào)時間的TS 評分、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率EH、漏報(bào)率PO、空報(bào)率NH及預(yù)報(bào)偏差B 5 項(xiàng)指標(biāo)。重點(diǎn)分析不同時段內(nèi)各個檢驗(yàn)量的7 站平均值。同時，進(jìn)行單站空間分布檢驗(yàn)評估分析。

3 數(shù)值預(yù)報(bào)定量降水整體檢驗(yàn)分析

3.1 20 時起報(bào)

3.1.1 TS 評分 TS 反映模式有效預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確程度。圖1 表明，歐洲、日本及T639 三種模式在不同預(yù)報(bào)時效對晴雨預(yù)報(bào)的TS 評分最高[圖1(a)]，對中雨以上[圖1(b)]、大雨[圖1(c)]及暴雨(圖略)以上的TS 評分依次降低，且隨預(yù)報(bào)時效延長，預(yù)報(bào)評分均呈下降趨勢。小雨預(yù)報(bào)中，日本24、48、72、96、120、144、168 h TS 評分最高，歐洲在36、60、108 及180 h 以后最高，T639 在84、132 h 最高[圖1(a)]；中雨預(yù)報(bào)中歐洲TS評分最高、日本次之，T639 最低[圖1(b)]；大雨預(yù)報(bào)中，日本36、60、108、180 h TS 評分最高, 歐洲在84、120、132、144、156 h 最高，T639 在24、48、96 h 最高[圖1(c)]；暴雨預(yù)報(bào)中，歐洲和T639 沒有做出一次準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，各時效TS 評分均為0，日本僅84 h 瀏陽TS=0.5。

3.1.2 預(yù)報(bào)正確率（EH） 預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（EH）既反映了預(yù)報(bào)有雨的能力，又反映更多預(yù)報(bào)無雨的能力，彌補(bǔ)了TS 評分的不足，是反映總體性質(zhì)的一個參數(shù)。分析得知，歐洲、日本及T639 三種模式對小雨、中雨以上、大雨以上及暴雨以上的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率依次升高。小雨正確率日本模式相對較高，且最穩(wěn)定，歐洲、T639 波動較大。中雨正確率歐洲、日本及T639 三種模式變化完全同步，上下波動較大，歐洲相對較高、T639 較低。大雨EH 都在94%～98%，暴雨EH 都在96%～100%。

圖1 歐洲、日本及T639 三種模式晴雨（a）、中雨（b）、大雨（c）各預(yù)報(bào)時效TS 變化曲線

3.1.3 漏報(bào)率（PO）、空報(bào)率（NH） 漏報(bào)率（PO）與空報(bào)率（NH）為漏報(bào)或空報(bào)站數(shù)分別與實(shí)際降水站數(shù)之比，值越小，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率越高。歐洲、日本及T639 三種模式的漏報(bào)率和空報(bào)率隨預(yù)報(bào)時效的增加以及預(yù)報(bào)量級的增大呈明顯增長趨勢。小雨漏報(bào)率歐洲、日本模式整體較低，T639 較高，且隨著預(yù)報(bào)時效的增加6 d 后漏報(bào)率呈階梯式增長。中雨漏報(bào)率歐洲模式低，但預(yù)報(bào)時效的增加7 d 后漏報(bào)率呈增高趨勢，T639 和日本模式高。大雨漏報(bào)率歐洲、日本及T639 三種模式都很高，歐洲、日本模式相對較低，T639 模式最高，隨著預(yù)報(bào)時效的增加7 d 后漏報(bào)率接近100%；歐洲、T639兩種模式暴雨漏報(bào)率為100%，日本模式僅84 小時漏報(bào)率為50%，其他時效均為100%。

小雨空報(bào)率歐洲、日本及T639 三種模式都高，日本模式相對較低，T639 模式最高。中雨空報(bào)率歐洲模式較低，除較少預(yù)報(bào)時段外，均低于60%；T639、日本模式較高，在120 時效開始空報(bào)率明顯升高接近100%。大雨空報(bào)率歐洲模式較低，日本模式次之，T639 模式高。歐洲、T639 模式暴雨空報(bào)率為100%，日本模式只84 小時空報(bào)率為0，其他時效均為100%。中雨漏報(bào)率與空報(bào)率水平相當(dāng)，大雨漏報(bào)率明顯高于空報(bào)率。

3.1.4 預(yù)報(bào)偏差（B） 偏差為預(yù)報(bào)降水站數(shù)與實(shí)況降水站數(shù)之比，當(dāng)預(yù)報(bào)降水站數(shù)偏多而實(shí)際降水站數(shù)偏少，B>1，表明該模式有多報(bào)降水的偏差；反之，B<1則說明降水報(bào)的偏少。分析得知，歐洲、日本及T639三種模式的預(yù)報(bào)偏差隨預(yù)報(bào)量級的增大呈明顯減小趨勢，日本及T639 兩種模式隨預(yù)報(bào)時效的增加而減小。預(yù)報(bào)偏差在晴雨預(yù)報(bào)的評分中歐洲、日本模式大于2，T639 模式接近2，表明歐洲、日本及T639 三種模式預(yù)報(bào)小雨的降水預(yù)報(bào)有偏大的趨勢，歐洲、日本模式偏大趨勢強(qiáng)于T639 模式；在中雨以上量級的降水預(yù)報(bào)中，偏差值小于1 或略大于1，表明日本和T639 兩種模式在中雨以上量級的降水預(yù)報(bào)中對長沙有偏少的趨勢，歐洲模式偏差值最小，歐洲中心細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)具有可信度；而在大雨以上量級的降水預(yù)報(bào)中，偏差值小于1，表明歐洲、日本及T639 三種模式在大雨以上量級的降水預(yù)報(bào)中對長沙有偏少的趨勢，在有明顯降水的天氣中，參考三種模式降水產(chǎn)品時應(yīng)做出相應(yīng)的主觀訂正，如調(diào)大量級或擴(kuò)大范圍等。

3.2 8 時起報(bào)

3.2.1 TS 評分 從圖2 看出，歐洲、日本及T639 三種模式在所有不同預(yù)報(bào)時效對晴雨和中雨預(yù)報(bào)的TS評分最高，對大雨以上、暴雨以上的TS 評分依次降低，隨預(yù)報(bào)時效延長，三種模式TS 評分變化不明顯；晴雨預(yù)報(bào)中，日本細(xì)網(wǎng)格12、36、60、84 h TS 評分最高，歐洲中心細(xì)網(wǎng)格在48、72 h 最高，T639 細(xì)網(wǎng)格在24 h 最高。中雨預(yù)報(bào)中歐洲TS 評分最高，日本TS 評分次之，T639TS 評分最低。大雨預(yù)報(bào)中，日本12、24、48 h TS 評分最高,歐洲模式在36、72、84 h 最高，T639模式在60 h 最高；84 h TS 三模式均明顯下降。暴雨預(yù)報(bào)中，日本TS 評分最高，24、36、48 h TS 評分為0.46、0.11、0.36；、T639 模式的60 h TS 評分為0.13，歐洲模式同樣未做出任何一次準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，各時效TS 評分均為0。

圖2 歐洲、日本及T639 三種模式晴雨、中雨、大雨、暴雨各預(yù)報(bào)時效TS 變化圖

3.2.2 預(yù)報(bào)正確率（EH） 與20 時起報(bào)的結(jié)論一致，歐洲、日本及T639 三種模式對晴雨、中雨以上、大雨以上及暴雨以上的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率EH 依次升高。小雨正確率日本模式相對較高，歐洲、T639 模式波動較大，中雨、大雨、暴雨EH 都在98%～99%；歐洲、日本及T639 三種模式正確率相當(dāng)，變化完全同步。

3.2.3 漏報(bào)率（PO）、空報(bào)率（NH） 歐洲、日本及T639 三種模式的漏報(bào)率隨預(yù)報(bào)時效的增加以及預(yù)報(bào)量級的增大呈明顯增長趨勢；空報(bào)率隨著預(yù)報(bào)量級的增大呈明顯下降趨勢；歐洲、日本及T639 三種模式小雨、中雨的空報(bào)率高于漏報(bào)率，大雨的漏報(bào)率高于空報(bào)率。三種模式晴雨、中雨的漏報(bào)率較低，歐洲模式最低，日本模式次之，T639 模式最高；大雨的漏報(bào)率較高；三種模式晴雨、中雨的空報(bào)率接近，大雨空報(bào)率日本模式明顯偏低，歐洲模式次之，T639 模式最高。小雨、中雨、大雨的漏報(bào)率8 時起報(bào)模式明顯低于20時。

3.2.4 預(yù)報(bào)偏差（B） 與20 時起報(bào)的結(jié)論一致，三種模式的預(yù)報(bào)偏差隨預(yù)報(bào)量級的增大呈明顯減小趨勢。預(yù)報(bào)偏差在晴雨預(yù)報(bào)的評分中，歐洲、T639 兩種模式預(yù)報(bào)小雨的降水預(yù)報(bào)有明顯偏大的趨勢，歐洲模式偏大幅度強(qiáng)于T639 模式，而日本模式正常；在中雨以上及大雨以上量級的降水預(yù)報(bào)中日本及T639 模式都有偏少的趨勢，歐洲模式則有偏大的趨勢。日本、T639兩種模式與預(yù)報(bào)量級報(bào)得小，而歐洲模式則與預(yù)報(bào)量級落區(qū)不準(zhǔn)有關(guān)；在有中雨以上降水的天氣中，參考三種模式降水產(chǎn)品時日本及T639 模式應(yīng)調(diào)大量級或擴(kuò)大范圍，歐洲模式可直接應(yīng)用。

4 數(shù)值預(yù)報(bào)定量降水空間檢驗(yàn)結(jié)果

20 時起報(bào)的歐洲、日本及T639 三種模式全市7個站點(diǎn)評分的空間分布特征分析結(jié)果，三種模式在小雨、中雨以上及大雨以上量級的預(yù)報(bào)中表現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異。在小雨預(yù)報(bào)TS 檢驗(yàn)評分中，對長沙東部的預(yù)報(bào)效果要好于中部、南部及西部地區(qū)，TS 平均歐洲模式達(dá)0.38、日本模式0.39、T639 模式0.31，絕大部分時次TS 值東部明顯高出中西南部5%，東部站漏報(bào)率和空報(bào)率最低，偏差最接近1，在西部地區(qū)的預(yù)報(bào)效果要略差于其他地區(qū)；中部次之，略差于東部。在中雨以上降水的評分中，南部站點(diǎn)預(yù)報(bào)效果最好，TS 平均歐洲模式0.39、日本模式0.27、T639 模式0.15，南部高于中、東、西部5%，西部略低于南部。在大雨以上降水的評分中，東部站絕大部分時次預(yù)報(bào)效果要好于西、中、南部站，TS 平均歐洲模式0.18、日本模式0.20、T639 模式0.09，分別高7%～2%，西部略低于東部。表明歐洲、日本及T639 細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)對長沙市西部和中部站點(diǎn)的明顯降水預(yù)報(bào)效果存在偏差，但東部、南部一線站點(diǎn)的明顯降水預(yù)報(bào)更具有參考價(jià)值。

8 時起報(bào)與20 時起報(bào)的結(jié)論基本一致。

4 結(jié)論

(1)20 時起報(bào)的歐洲、日本及T639 三種模式在不同預(yù)報(bào)時效對小雨預(yù)報(bào)的TS 評分最高，對中雨以上、大雨及暴雨以上的TS 評分依次降低，且隨預(yù)報(bào)時效延長，TS 評分呈下降趨勢。晴雨預(yù)報(bào)TS 值，24、48、72、96、120、144、168 h，日本模式明顯高于歐洲和T639 模式，36、60、108、132、156、180～204 h，歐洲模式明顯高于日本和T639 模式；中雨TS 評分,歐洲模式明顯高于日本和T639 模式，大雨TS 評分,72 h 前日本模式明顯高于歐洲和T639 模式，72～168 h 歐洲模式高于日本和T639 模式；對暴雨的預(yù)報(bào)能力差，歐洲、T639 模式TS 為0，僅日本模式的84 小時預(yù)報(bào)單站TS 為0.5。

(2)歐洲、日本及T639 三種模式對小雨、中雨以上、大雨以上及暴雨以上的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率依次升高。漏報(bào)率和空報(bào)率隨預(yù)報(bào)時效增加及預(yù)報(bào)量級增大呈明顯增長趨勢；中雨漏報(bào)率與空報(bào)率水平相當(dāng)，大雨漏報(bào)率明顯高于空報(bào)率；晴雨漏報(bào)率歐洲、日本模式低，T639 模式高；中雨漏報(bào)率歐洲模式低；大雨漏報(bào)率歐洲、日本及T639 三種模式都高；歐洲、T639 兩模式暴雨漏報(bào)率和空報(bào)率為100%，日本模式僅84 小時漏報(bào)率為50%。小雨空報(bào)率歐洲、日本及T639 模式都高，中雨、大雨空報(bào)率歐洲較低，T639、日本模式較高。

(3)歐洲、日本及T639 三種模式對小雨降水預(yù)報(bào)有偏大的趨勢，歐洲、日本模式偏大趨勢強(qiáng)于T639 模式，對中雨以上量級的降水預(yù)報(bào)有偏少的趨勢，歐洲模式偏差值最小，預(yù)報(bào)可信度最高；對大雨以上量級的降水預(yù)報(bào)有明顯偏少的趨勢，在有明顯降水的天氣中，三種模式降水產(chǎn)品都要做出相應(yīng)的主觀訂正，調(diào)大量級或擴(kuò)大范圍等。

(4)三種模式在小雨、中雨及大雨以上量級的預(yù)報(bào)中表現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異。在小雨預(yù)報(bào)、大雨以上量級預(yù)報(bào)中三種模式對長沙市東部地區(qū)的的預(yù)報(bào)能力明顯高于中部、西部及南部預(yù)報(bào)能力；南部站點(diǎn)在中雨以上量級降水預(yù)報(bào)更具有參考價(jià)值。

(5)8 時起報(bào)的歐洲、日本及T639 三種模式在不同預(yù)報(bào)時效對小雨和中雨預(yù)報(bào)的TS 評分最高；小雨、中雨、大雨的漏報(bào)率明顯低于20 時起報(bào)模式；對暴雨有一定預(yù)報(bào)能力，日本模式的TS 評分最高，24、36、48 h TS 評分為0.46、0.11、0.36，T639 模式的60 h TS 評分為0.13，歐洲模式各時效TS 評分均為0；其他均與20 時起報(bào)模式預(yù)報(bào)水平相當(dāng)。

(6)預(yù)報(bào)員在綜合應(yīng)用各種數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品時，不能簡單的做加權(quán)平均，須取各模式之長，去各模式之短，做多模式集合預(yù)報(bào)時切記建立該思路。

[1]李 勇.2007年6—8月T213、ECMWF及日本模式中期預(yù)報(bào)檢驗(yàn)[J].氣象,2007,33(11):93-100.

[2]于 超.2010年6—8月年T639、ECMWF及日本模式中期預(yù)報(bào)檢驗(yàn)[J].氣象,2010,36(11):104-108.

[3]蔡薌寧.2011年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期預(yù)報(bào)檢驗(yàn)[J].氣象,2011,37(8):1026-1030.

[4]蔣 星，蔡薌寧.2011年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期預(yù)報(bào)檢驗(yàn)[J].氣象,2011,37(11):1448-1452.

[5]肖紅茹，王燦偉，周秋雪，等.T639、ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式對2012年5-8月四川盆地降水預(yù)報(bào)氣象學(xué)檢驗(yàn)[J].高原山地氣象研究,2013,33(1):80-85.

[6]萬 瑜，曹 興，竇新英，等.ECMWF細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在烏魯木齊東南大風(fēng)預(yù)報(bào)中的釋用[J].沙漠與瀘州氣象,2014,8(1):32-36.

[7]陳曉紅，朱佳寧，周揚(yáng)帆，等.EC細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在一次大霧預(yù)報(bào)中的釋用[J].大氣科學(xué)研究與應(yīng)用,2012,2(2):26-32.

[8]熊 偉，汪 超，周明飛，等.多種數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在貴州定量降水預(yù)報(bào)中的檢驗(yàn)[J].貴州氣象,2013,37(4):15-18.

[9]劉貴萍，李躍春.T639和WAFS產(chǎn)品對貴陽機(jī)場輻射霧預(yù)報(bào)能力的對比分析[J].貴州氣象,2011,35(6):14-17.

[10]劉建粵，陶飛旋，秦順標(biāo)，等.2011-05-01強(qiáng)對流天氣過程中數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用[J].貴州氣象,2011,35(4):20-22.