賈 健，蔣慧敏，王 健

(烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830000)

近年來(lái)，隨著數(shù)值模式產(chǎn)品的下發(fā),國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)對(duì)氣溫、降水、大風(fēng)等氣象要素的檢驗(yàn)評(píng)估[1-9]，很好地掌握了數(shù)值預(yù)報(bào)模式的預(yù)報(bào)能力、預(yù)報(bào)質(zhì)量及可能的變化趨勢(shì)。新疆氣象工作者也對(duì)數(shù)值模式進(jìn)行了檢驗(yàn)評(píng)估工作，特別是ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“EC細(xì)網(wǎng)格”)產(chǎn)品出現(xiàn)后，對(duì)EC細(xì)網(wǎng)格做了大量的檢驗(yàn)工作，萬(wàn)瑜等[10]利用該模式對(duì)烏魯木齊一次東南大風(fēng)過(guò)程的風(fēng)場(chǎng)做了釋用分析，張俊蘭等[11]針對(duì)2012年前冬季3場(chǎng)暴雪天氣過(guò)程中細(xì)網(wǎng)格模式大尺度降水產(chǎn)品的預(yù)報(bào)能力進(jìn)行了檢驗(yàn)，劉春風(fēng)等[12]對(duì)ECWMF細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報(bào)在新疆區(qū)域的準(zhǔn)確率進(jìn)行了檢驗(yàn)分析，萬(wàn)瑜等[13]通過(guò)ECMWF細(xì)網(wǎng)格風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)資料對(duì)烏魯木齊9次典型東南大風(fēng)天氣過(guò)程進(jìn)行分型檢驗(yàn)。從上述數(shù)值模式預(yù)報(bào)性能的檢驗(yàn)來(lái)看，多為針對(duì)天氣系統(tǒng)或區(qū)域性預(yù)報(bào)能力方面的檢驗(yàn)，但區(qū)域性預(yù)報(bào)能力的檢驗(yàn)及個(gè)例分析中的應(yīng)用對(duì)于單站精細(xì)化預(yù)報(bào)要素產(chǎn)品的制作發(fā)布，指導(dǎo)能力較為有限。

2015年1月15日EC細(xì)網(wǎng)格調(diào)整升級(jí)后，在新疆維吾爾自治區(qū)各級(jí)氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作中開(kāi)始釋用，調(diào)整后的EC細(xì)網(wǎng)格溫度和降水要素產(chǎn)品的空間分辨率提高至0.125°×0.125°，時(shí)間分辨率為3 h，為短期臨近預(yù)報(bào)提供了更精細(xì)的參考依據(jù)。本文基于升級(jí)后的EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度、大尺度降水量(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“LSP”)、累計(jì)降水量(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“TP”)及850 hPa風(fēng)速場(chǎng)，對(duì)烏魯木齊米東區(qū)2015年2月至2017年1月的最高氣溫、最低氣溫、降水、極大風(fēng)速等進(jìn)行檢驗(yàn)，并與中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“指導(dǎo)預(yù)報(bào)”)進(jìn)行對(duì)比，為日后單站氣象要素的預(yù)報(bào)提供有利參考依據(jù)。

2 資料和方法

2.1 資料選取

選取烏魯木齊市米東區(qū)國(guó)家氣象觀測(cè)站2015年2月1日至2017年1月31日逐日(北京時(shí)，前日20：00—當(dāng)日20：00)最高氣溫、最低氣溫、降水量、極大風(fēng)速實(shí)況資料，模式資料為EC細(xì)網(wǎng)格逐日08時(shí)起報(bào)的24 h(當(dāng)日20：00—次日20：00，北京時(shí))、時(shí)間分辨率為3 h的2 m溫度(與站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的4個(gè)格點(diǎn)數(shù)據(jù)，分別定義為T(mén)左上、T左下、T右上、T右下)、大尺度降水量(LSP)、累計(jì)降水量(TP)、850 hPa風(fēng)速場(chǎng)四類(lèi)氣象要素產(chǎn)品及中央指導(dǎo)產(chǎn)品(包括24 h最高氣溫、最低氣溫、降水量)。

2.2 檢驗(yàn)方法

參考《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》[14]規(guī)定，對(duì)于最高氣溫、最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，若逐日最高(最低)氣溫的模式預(yù)報(bào)值與實(shí)況值之差的絕對(duì)值≤2 ℃，則記當(dāng)日最高(最低)氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為T(mén)=(R/F)×100%，其中R為預(yù)報(bào)正確次數(shù)，F(xiàn)為預(yù)報(bào)總次數(shù)。對(duì)于降水量級(jí)，參照新疆地區(qū)24 h降水量，進(jìn)行TS評(píng)分檢驗(yàn)。TS=NA/(NA+NB+NC)×100%，其中NA為預(yù)報(bào)正確次數(shù)，NB為漏報(bào)次數(shù)，NC為空?qǐng)?bào)次數(shù)。

晴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)：當(dāng)預(yù)報(bào)有雨，若實(shí)況降水量≥0.1 mm評(píng)定為正確，若實(shí)況無(wú)雨或降水量為0.0 mm則評(píng)定為空?qǐng)?bào)；當(dāng)預(yù)報(bào)無(wú)雨，若實(shí)況無(wú)雨或降水量為0.0 mm不做評(píng)定，若實(shí)況降水量≥0.1 mm評(píng)定為漏報(bào)。當(dāng)測(cè)站出現(xiàn)降水，若模式預(yù)報(bào)有降水，則評(píng)定為正確；若測(cè)站無(wú)降水，模式預(yù)報(bào)有降水，則算空?qǐng)?bào)；若測(cè)站有有量降水，模式預(yù)報(bào)無(wú)降水，則算漏報(bào)；微量降水(0.0 mm)無(wú)論模式有無(wú)預(yù)報(bào)降水均為正確。

對(duì)于風(fēng)速場(chǎng)，將烏魯木齊米東區(qū)站點(diǎn)周?chē)?個(gè)格點(diǎn)(分別定義為f左上、f左下、f右上、f右下)的逐日(24 h、分辨率3 h)850 hPa風(fēng)速預(yù)報(bào)場(chǎng)最大值與當(dāng)日極大風(fēng)速實(shí)況場(chǎng)做相關(guān)性分析，選出相關(guān)性最好的點(diǎn)，并給出線(xiàn)性回歸方程。

3 檢驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 溫度預(yù)報(bào)

3.1.1 最高氣溫 表1為EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)最高氣溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，從最高氣溫預(yù)報(bào)年均準(zhǔn)確率分析，米東區(qū)站點(diǎn)周?chē)植嫉?個(gè)格點(diǎn)中，T左上的年均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，T右上次之，年均準(zhǔn)確率分別為69.1%和61.3%，這2個(gè)格點(diǎn)對(duì)最高氣溫預(yù)報(bào)的參考意義大，而T左下和T右下格點(diǎn)最高溫度預(yù)報(bào)的年均準(zhǔn)確率低，分別為43.8%和26.0%，對(duì)最高氣溫預(yù)報(bào)的參考意義不大。指導(dǎo)預(yù)報(bào)的年均準(zhǔn)確率為61.2%，低于T左上和T右上的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，且低于T左上近8個(gè)百分點(diǎn)。從最高氣溫預(yù)報(bào)逐月準(zhǔn)確率分析，T右上3月的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)80%，為逐月預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率中最高值，T左上除了11月和12月準(zhǔn)確率較低外，其余月份均高于60%，3、5、6、7、8、10月的準(zhǔn)確率均在70%以上，5月和10月最高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)78.7%。同樣地， 5—9月指導(dǎo)預(yù)報(bào)最高氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在70%以上，且8—9月的參考意義大于EC細(xì)網(wǎng)格。從季節(jié)來(lái)看，夏季最高溫度準(zhǔn)確率指導(dǎo)預(yù)報(bào)明顯高于EC細(xì)網(wǎng)格，其余季節(jié)EC細(xì)網(wǎng)格的參考意義均大于指導(dǎo)預(yù)報(bào)。

表1 EC細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)及中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率 %

3.1.2 最低氣溫 表2為EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)最低氣溫預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，可以看出最低氣溫年均準(zhǔn)確率4個(gè)格點(diǎn)高低排序依次為T(mén)右上、T左上、T左下、T右下，準(zhǔn)確率分別為73.8%、66.1%、59.4%、47.4%，指導(dǎo)預(yù)報(bào)年均準(zhǔn)確率為68.3%，T右上的準(zhǔn)確率明顯高于其它格點(diǎn)和指導(dǎo)預(yù)報(bào)。從逐月預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率上看，4個(gè)格點(diǎn)1月、2月、11月、12月預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均較差，3—10月T右上準(zhǔn)確率均高于其它格點(diǎn)準(zhǔn)確率，且除4月準(zhǔn)確率為69.0%外，其余月份均在75%以上，尤其是9月預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更是達(dá)91.1%。指導(dǎo)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率除11月高于T右上外，其余各月準(zhǔn)確率均低于T右上。從季節(jié)上來(lái)分析，T右上和指導(dǎo)預(yù)報(bào)冬季最低溫度預(yù)報(bào)能力較差，其它季節(jié)準(zhǔn)確率均較高，夏季6—8月最高，平均準(zhǔn)確率達(dá)84.5%。

表2 EC細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)及中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率 %

3.1.3 霧、降水情況下 受地形和氣候條件影響，烏魯木齊米東區(qū)11月至次年2月多大霧天氣，大霧的出現(xiàn)對(duì)日最高、最低氣溫的預(yù)報(bào)造成較大困難，選取2015年2月—2017年1月大霧日和降雨(雪)日兩種天氣條件下，EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。因最高氣溫準(zhǔn)確率T左上最高，最低氣溫準(zhǔn)確率T右上最高，故最高氣溫檢驗(yàn)時(shí)挑選T左上預(yù)報(bào)數(shù)值，最低氣溫檢驗(yàn)時(shí)挑選T右上預(yù)報(bào)數(shù)值。

表3為大霧日、降雨(雪)日EC細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)及指導(dǎo)預(yù)報(bào)氣溫準(zhǔn)確率。可以看出，大霧日、降雨(雪)日EC細(xì)網(wǎng)格最高氣溫和最低氣溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均高于指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，其中大霧日最高氣溫、最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別為50.8%和55.1%，均低于60.0%，參考意義不大；但降雨(雪)日最高氣溫、最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別為68.6%和80.5%，特別是最低氣溫的準(zhǔn)確率高于80.0%，參考意義較大。

3.2 降水預(yù)報(bào)

3.2.1 TS評(píng)分 根據(jù)毛煒嶧等[15]定義的當(dāng)年11月至次年3月為暖季，降水以雪為主，4—10月為暖季，以降雨為主。對(duì)24 h降水量進(jìn)行分級(jí)(小雨、中雨、大雨、暴雨、小雪、中雪、大雪、暴雪)TS檢驗(yàn)，由于米東區(qū)站點(diǎn)南側(cè)和東側(cè)分別為南天山和東天山，受地形和氣候特征的影響，降水預(yù)報(bào)場(chǎng)的4個(gè)格點(diǎn)(分別定義為R左上、R左下、R右上、R右下)中,除最接近站點(diǎn)的R左上外，其余格點(diǎn)均靠近山區(qū)或海拔較高地區(qū)，降水預(yù)報(bào)量級(jí)較實(shí)況明顯偏大，且空?qǐng)?bào)率也較高，故選取R左上格點(diǎn)進(jìn)行降水分級(jí)檢驗(yàn)。從模式對(duì)24 h各級(jí)別降水的TS評(píng)分檢驗(yàn)(表4)可以看出，LSP、TP和指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)降水的預(yù)報(bào)性能整體偏低，對(duì)于降雨天氣，LSP、TP的預(yù)報(bào)能力高于指導(dǎo)預(yù)報(bào)，特別是對(duì)大雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，LSP和TP明顯高于指導(dǎo)預(yù)報(bào)；對(duì)于降雪天氣，指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)小雪和大雪的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于LSP和TP。

表3 大霧日、降雨(雪)日EC細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)及指導(dǎo)預(yù)報(bào)氣溫準(zhǔn)確率 %

表4 EC細(xì)網(wǎng)格及指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)24 h各級(jí)降水TS評(píng)分檢驗(yàn) %

從24 h晴雨預(yù)報(bào)來(lái)看(表略)，LSP、TP和指導(dǎo)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率分別為82.0%、77.1%和78.9%，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均較高，對(duì)預(yù)報(bào)員判斷24 h內(nèi)是否會(huì)出現(xiàn)降雨(雪)天氣的參考意義非常大。

3.3 日極大風(fēng)速

選取米東區(qū)周?chē)?個(gè)格點(diǎn)f左上、f左下、f右上、f右下，將逐日預(yù)報(bào)場(chǎng)最大風(fēng)速與實(shí)況場(chǎng)極大風(fēng)速做相關(guān)性分析，得到的相關(guān)系數(shù)分別為0.59、0.05、0.39和0.12，f左上即最接近米東區(qū)站點(diǎn)的相關(guān)性最好，且該點(diǎn)通過(guò)0.01顯著性水平檢驗(yàn)，故將其作為分析點(diǎn)。將f左上逐日預(yù)報(bào)場(chǎng)最大風(fēng)速與實(shí)況場(chǎng)極大風(fēng)速通過(guò)線(xiàn)性回歸方程，得出預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況的關(guān)系方程(圖1)，對(duì)日后做極大風(fēng)速的預(yù)報(bào)有一定的參考價(jià)值。

圖1 烏魯木齊米東區(qū)EC細(xì)網(wǎng)格左上格點(diǎn)逐日預(yù)報(bào)場(chǎng)最大風(fēng)速與實(shí)況場(chǎng)極大風(fēng)速相關(guān)性

4 結(jié)論

(1) 最高氣溫預(yù)報(bào)年準(zhǔn)確率最高是T左上格點(diǎn)值，為69.1%，高于指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品；夏季指導(dǎo)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較明顯的高于EC細(xì)網(wǎng)格以外，其余季節(jié)EC細(xì)網(wǎng)格的參考意義更大。最低氣溫預(yù)報(bào)年準(zhǔn)確率最高是T右上格點(diǎn)值，為73.8%，高于指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品；T右上和指導(dǎo)預(yù)報(bào)冬季最低溫度預(yù)報(bào)能力較差，其它季節(jié)準(zhǔn)確率均較高，夏季6—8月最高，平均準(zhǔn)確率達(dá)84.5%。

(2) 對(duì)于霧日和降雨(雪)日的高、低溫準(zhǔn)確率來(lái)看，霧日最高、最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均低于60.0%，對(duì)預(yù)報(bào)人員參考意義不大；但降雨(雪)日最高、最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別為68.6%和80.5%，特別是最低氣溫的準(zhǔn)確率高于80.0%，參考意義較大。

(3) 24 h各級(jí)別降水的TS評(píng)分檢驗(yàn)，LSP、TP、指導(dǎo)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均不是太高，對(duì)于降雨天氣，LSP、TP的預(yù)報(bào)能力略高于指導(dǎo)預(yù)報(bào)；對(duì)于降雪天氣，指導(dǎo)預(yù)報(bào)對(duì)小雪和大雪的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高于LSP和TP。24 h晴雨預(yù)報(bào)，EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均較高，對(duì)預(yù)報(bào)員判斷24小時(shí)內(nèi)是否會(huì)出現(xiàn)降水有很大的參考意義。

(4)f左上格點(diǎn)逐日最大風(fēng)速預(yù)報(bào)場(chǎng)與極大風(fēng)速實(shí)況場(chǎng)有較好的相關(guān)性。