不同數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)比分析及其效果檢驗(yàn)

張亞敏

（烏審旗氣象局，內(nèi)蒙古 烏審旗017300）

隨著數(shù)值與預(yù)報(bào)產(chǎn)品的快速發(fā)展，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品不斷完善，預(yù)報(bào)精度也越來越高，但各種數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并且在預(yù)報(bào)時(shí)還要考慮地形、邊界條件、初始場(chǎng)、物理過程及模式自身的影響，尤其是對(duì)定量降水預(yù)報(bào)無論是從量級(jí)大小，還是從空間分布來看都不可避免的會(huì)存在一些誤差[1]。因此，對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的對(duì)比檢驗(yàn)和分析，需要選擇更好的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品來提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。預(yù)報(bào)員應(yīng)用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品時(shí)，對(duì)數(shù)值模式預(yù)報(bào)的形勢(shì)場(chǎng)、要素場(chǎng)在時(shí)效、移動(dòng)、強(qiáng)弱等方面，時(shí)常感到有定性的預(yù)報(bào)偏差，這給天氣預(yù)報(bào)帶來了一定的困難，并且隨著預(yù)報(bào)時(shí)間的增加，預(yù)報(bào)誤差也逐漸增大，準(zhǔn)確率隨之減弱[2-4]。除此之外，預(yù)報(bào)員應(yīng)該在預(yù)報(bào)的過程中要對(duì)預(yù)報(bào)誤差檢驗(yàn)并且分析，了解預(yù)報(bào)產(chǎn)品性能，從而得出結(jié)論，提高對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的利用率[5]。

1 資料與研究方法

本文采取四川省2015 年8 月1 日-30 日20 時(shí)的24h 累計(jì)降水量資料、ECMWF、T639 模式20 時(shí)24h 和48h 的網(wǎng)格點(diǎn)降水資料，把當(dāng)天20 時(shí)ECMWF 和T639 24h、48h 傳真降水預(yù)報(bào)資料分別插值到四個(gè)（溫江站，西昌站，甘孜站，紅原站）站點(diǎn)上，獲得兩種預(yù)報(bào)產(chǎn)品，其中西昌站實(shí)況降水觀測(cè)資料中8 月2 日和7 日缺測(cè)，在統(tǒng)計(jì)過程中降水以0.0mm 處理。本文對(duì)四川盆地的降水量級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)，從而了解降水模式的預(yù)報(bào)性能。

2 模式預(yù)報(bào)對(duì)降水量的檢驗(yàn)

降水過程是由各種天氣尺度系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的，而這種相互作用是復(fù)雜多變的，因此，主觀分析無法對(duì)各種降水預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)效果作長(zhǎng)時(shí)間的尺度分析，本節(jié)資料選擇8 月的降水預(yù)報(bào)24h、48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的24h 預(yù)報(bào)值與其對(duì)應(yīng)時(shí)間段的24h實(shí)況值進(jìn)行檢驗(yàn)分析，檢驗(yàn)的客觀方法選擇TS 評(píng)分檢驗(yàn)和預(yù)報(bào)偏差B 值檢驗(yàn)，另有空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率輔助檢驗(yàn)。降水檢驗(yàn)時(shí)，定義24 小時(shí)降水量為8 月每日20 時(shí)到次日20 時(shí)的累計(jì)降水量，相對(duì)應(yīng)模式預(yù)報(bào)為24h 降水量。

2.1 不同時(shí)效模式與實(shí)況降水演變

溫江站在17 日出現(xiàn)一次大暴雨過程，兩種模式對(duì)這次大暴雨過程預(yù)報(bào)偏弱。從表1 中數(shù)據(jù)表明，相比T639 模式，ECMWF模式的漏報(bào)率與空?qǐng)?bào)率都普遍?。籈CMWF24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江站的小雨的預(yù)報(bào)相對(duì)較好，但兩種模式對(duì)大雨和暴雨的預(yù)報(bào)都偏弱（如表1）。

表1 兩種模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江站各降水等級(jí)預(yù)報(bào)對(duì)比%

西昌站共出現(xiàn)四次大雨，ECMWF 模式和T639 模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)大雨的漏報(bào)率分別為75.0%和80.0%；ECMWF 模式對(duì)小雨的空?qǐng)?bào)率為28.0%，漏報(bào)率為12.0%，預(yù)報(bào)效率為71.0%，T639 模式對(duì)小雨的空?qǐng)?bào)率為14.3%，漏報(bào)率為33.3%，預(yù)報(bào)效率為45.2%；由此可見，ECMWF 模式預(yù)報(bào)要好于T639 模式預(yù)報(bào)。

圖1 溫江站48 時(shí)效降水模式預(yù)報(bào)與實(shí)況演變

由圖1 可以清晰的看到，ECMWF 模式相比T639 模式對(duì)溫江站的48h 預(yù)報(bào)時(shí)效小雨的預(yù)報(bào)相對(duì)較好，T639 模式的漏報(bào)率達(dá)到45.9%，預(yù)報(bào)效率為42.0%，而ECMWF 模式的預(yù)報(bào)效率為74.2%；ECMWF 模式對(duì)中雨的漏報(bào)率為33.3%，而T639 對(duì)中雨的漏報(bào)率為5.6%，但是兩種模式的空?qǐng)?bào)率都>66%。ECMWF 模式對(duì)大雨的空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率都為50.0%，T639 模式對(duì)大雨的空?qǐng)?bào)率為100%，無漏報(bào)率；兩種模式48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)降水對(duì)大雨和暴雨的預(yù)報(bào)仍然比較薄弱。ECMWF 模式小雨預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率最高的為西昌站，空?qǐng)?bào)率為33.3%，其次是溫江站空?qǐng)?bào)率為20.0%，甘孜和紅原站的空?qǐng)?bào)率<4.0%；紅原站的預(yù)報(bào)效率為67.7%，其他三站都為74.2%；T639 模式小雨預(yù)報(bào)的溫江站、西昌站和紅原站的空?qǐng)?bào)率為0，但是溫江站的漏報(bào)率為45.8%，溫江和西昌站的小雨預(yù)報(bào)效率<50.0%，甘孜和紅原的小雨預(yù)報(bào)效率>74.0%。

ECMWF 模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效降水對(duì)溫江站的小雨預(yù)報(bào)最好，預(yù)報(bào)效率為77.4%，其次是甘孜站。整體而言，ECMWF 模式降水預(yù)報(bào)要好于T639 模式降水預(yù)報(bào)，但是兩種模式隨著降水等級(jí)的增加，預(yù)報(bào)能力隨之減弱，特別是對(duì)大雨和暴雨的預(yù)報(bào)。兩種模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)降水要好于48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)降水。

表2 兩種模式不同預(yù)報(bào)時(shí)效各站點(diǎn)檢驗(yàn)值%

2.2 模式預(yù)報(bào)有無降水檢驗(yàn)

對(duì)各模式晴雨預(yù)報(bào)能力進(jìn)行客觀檢驗(yàn)，不同站不同模式評(píng)分結(jié)果大不相同，一般來說，TS 評(píng)分是權(quán)衡預(yù)報(bào)降水準(zhǔn)確率的指標(biāo)，如果評(píng)分越高，說明對(duì)降水發(fā)生的預(yù)報(bào)就越準(zhǔn)確，如表2。

從總體來看，兩種模式的預(yù)報(bào)降水的TS 評(píng)分都比較低，就24h 預(yù)報(bào)時(shí)效來說，ECMWF 模式比T639 模式較好；對(duì)溫江站的預(yù)報(bào)最好達(dá)到40.4%，甘孜站次之，為39.2%，對(duì)紅原站為35.4%。但從48h 預(yù)報(bào)時(shí)效來看，T639 對(duì)溫江、西昌、甘孜站的預(yù)報(bào)要好于ECMWF 的預(yù)報(bào)，對(duì)紅原站兩種預(yù)報(bào)模式評(píng)分相同，為34.8%。

結(jié)合表2 可得出，ECMWF24h 要好于ECMWF48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)，但是在西昌站，48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)比24h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)好，TS 評(píng)分為38.0%。T639 模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效和48h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江、甘孜和紅原地區(qū)預(yù)報(bào)相同，但是對(duì)西昌站24h 的預(yù)報(bào)降水不及48h 預(yù)報(bào)時(shí)效，TS 評(píng)分僅為36.0%。兩種模式都對(duì)紅原站的預(yù)報(bào)較差。

本文再對(duì)預(yù)報(bào)偏差來檢驗(yàn)?zāi)Ｊ筋A(yù)報(bào)的正確率。結(jié)合表2 中的B 值可以得到兩種模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江站的降水預(yù)報(bào)偏差最小，其次是甘孜站，西昌站和紅原站預(yù)報(bào)偏差較大。48h預(yù)報(bào)時(shí)效，ECMWF 模式對(duì)溫江站和西昌站預(yù)報(bào)偏差為2.5；T639 模式對(duì)西昌站的預(yù)報(bào)偏差為2.6；兩種模式對(duì)紅原站的預(yù)報(bào)偏差都很大，達(dá)到了2.9。由此可以得出在同一時(shí)效不同模式的預(yù)報(bào)，ECMWF 模式整體預(yù)報(bào)偏差都要小于T639 模式預(yù)報(bào)偏差，所以ECMWF 模式要好于T639 模式。

3 誤差檢驗(yàn)分析

為對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品做進(jìn)一步客觀定量檢驗(yàn)，對(duì)ECMWF 模式和T639 模式進(jìn)行預(yù)報(bào)絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差分析，ECMWF 模式24h 和48h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江站和西昌站的絕對(duì)誤差比較小，大約在13～17 之間；ECMWF 模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)甘孜站的絕對(duì)誤差最小，對(duì)紅原站的絕對(duì)誤差最大，達(dá)到46 的誤差；T639模式不論是24h 還是48h 預(yù)報(bào)時(shí)效，對(duì)四個(gè)測(cè)站的絕對(duì)誤差都比較大，尤其是24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江站的預(yù)報(bào)達(dá)到55 的誤差。

兩種模式不同時(shí)效對(duì)甘孜站小雨的預(yù)報(bào)相對(duì)誤差比較小，存在0.15～0.4 的誤差；ECMWF24h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)溫江、西昌、甘孜小雨的預(yù)報(bào)較好，ECMWF48h 預(yù)報(bào)時(shí)效次之；但是T639 24h 和48h 預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)西昌站小雨的預(yù)報(bào)最差，達(dá)到4.5 的誤差。ECMWF 模式勝于T639 模式，并且隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)，誤差也相應(yīng)的會(huì)增大。

4 結(jié)論

4.1 ECMWF 模式降水預(yù)報(bào)要好于T639模式降水預(yù)報(bào)，但是兩種模式隨著降水等級(jí)的增加，預(yù)報(bào)能力隨之減弱，特別是對(duì)大雨和暴雨的預(yù)報(bào)。兩種模式24h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)降水要好于48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)降水。

4.2 同一時(shí)效不同模式的預(yù)報(bào)，ECMWF 模式整體預(yù)報(bào)偏差都要小于T639 模式預(yù)報(bào)偏差，所以ECMWF 模式要好于T639模式。

4.3 從TS 評(píng)分結(jié)果看出，兩種模式的24h 預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)小雨評(píng)分結(jié)果高于48h 預(yù)報(bào)時(shí)效的評(píng)分結(jié)果；不管是24h 還是48h 預(yù)報(bào)時(shí)效預(yù)報(bào)降水，預(yù)報(bào)高原的小雨的評(píng)分結(jié)果要好于預(yù)報(bào)平原的評(píng)分結(jié)果；隨著降水等級(jí)的增加，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率越低，數(shù)值模式預(yù)報(bào)的空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率增大，特別是對(duì)大雨和暴雨的預(yù)報(bào)，空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率顯著增大；ECMWF 模式預(yù)報(bào)評(píng)分結(jié)果整體高于T639 模式預(yù)報(bào)評(píng)分結(jié)果。

4.4 在誤差檢驗(yàn)分析中得到ECMWF 模式勝于T639 模式，并且隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)，誤差也相應(yīng)的會(huì)增大。