對ECWMF和T639數(shù)值模式產(chǎn)品在新疆暴雪影響系統(tǒng)預(yù)報能力中的檢驗

馬超，賈麗紅，楊霞，趙鳳環(huán)

（新疆氣象臺，新疆烏魯木齊 830002）

對ECWMF和T639數(shù)值模式產(chǎn)品在新疆暴雪影響系統(tǒng)預(yù)報能力中的檢驗

馬超，賈麗紅，楊霞，趙鳳環(huán)

（新疆氣象臺，新疆烏魯木齊 830002）

應(yīng)用ECWMF和T639L60（2.5×2.5）數(shù)值預(yù)報資料，檢驗2009—2012年新疆冬季43場暴雪天氣過程的主要影響系統(tǒng)（西西伯利亞低槽、烏拉爾大槽、北方橫槽、中亞低值系統(tǒng)）預(yù)報能力，檢驗72 h內(nèi)逐24 h 500 hPa位勢高度場和海平面氣壓場，結(jié)果表明：兩種模式對于500 hPa形勢場預(yù)報都比較好，48 h之內(nèi)ECWMF的準(zhǔn)確率略高于T639；海平面氣壓場兩種模式的預(yù)報準(zhǔn)確率均低于500 hPa位勢高度場，T639要優(yōu)于ECWMF，海平面氣壓中心強(qiáng)度的預(yù)報值較實況偏小3～5 hPa。

ECWMF和T639L60數(shù)值模式；新疆暴雪；影響系統(tǒng)；檢驗

數(shù)值天氣預(yù)報已成為現(xiàn)代天氣預(yù)報的基礎(chǔ)，正確理解數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的性能可以使預(yù)報員有根據(jù)地對數(shù)值預(yù)報加以訂正，從而在預(yù)報業(yè)務(wù)中充分發(fā)揮人的主觀能動性，取得更好、更準(zhǔn)確的預(yù)報效果[1]。目前各類數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的檢驗已經(jīng)成為提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的有效途徑[2]。數(shù)值預(yù)報模式在實際業(yè)務(wù)中的偏差最主要來自于天氣系統(tǒng)的偏差，通過檢驗其形勢場的預(yù)報準(zhǔn)確率及對影響系統(tǒng)的把握和預(yù)報能力，才能提高氣象要素場的預(yù)報準(zhǔn)確率。盡管數(shù)值天氣預(yù)報蓬勃發(fā)展，但是其存在的諸多問題決定了它不可能替代預(yù)報員的主觀判斷。因此，從預(yù)報業(yè)務(wù)應(yīng)用上認(rèn)識數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的性能和誤差，對數(shù)值產(chǎn)品進(jìn)行主觀分析、判斷和誤差訂正，尋求客觀預(yù)報與主觀預(yù)報的最佳結(jié)合點，是擇優(yōu)使用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的有效途徑[3-4]。

國內(nèi)許多氣象工作者在數(shù)值模式的釋用和檢驗方面做了大量研究。曹春燕等[5]揭示了ECWMF在深圳強(qiáng)降溫中對地面冷空氣和西風(fēng)槽有較強(qiáng)的預(yù)報能力，ECWMF產(chǎn)品在深圳強(qiáng)降溫預(yù)報中有較好的預(yù)示作用；常軍等[6]利用ECWMF產(chǎn)品建立了河南大到暴雪天氣預(yù)報釋用方法和天氣學(xué)概念模型；梁紅等[7]對比檢驗了ECWMF和T213模式中夏季我國中東部地區(qū)高壓脊和低壓槽的預(yù)報偏差；張秉祥等[8]從環(huán)流、冷空氣強(qiáng)度和路徑、要素特征等方面對比檢驗了ECWMF和T213數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品在河北寒潮天氣中的預(yù)報能力，發(fā)現(xiàn)ECWMF模式產(chǎn)品具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。在新疆的數(shù)值產(chǎn)品檢驗中，賈麗紅等[9]利用2009—2010年T639模式對新疆主要影響系統(tǒng)進(jìn)行檢驗評估，得出T639數(shù)值模式具有較好的預(yù)報性能，尤其在48 h內(nèi)，而對于越深厚的低槽系統(tǒng)，其預(yù)報性能越好；黃艷等[10]對比檢驗了ECWMF、T639和T213模式在喀什連陰雪天氣中的預(yù)報能力，得出ECWMF較T639和T213在形勢上有更好的準(zhǔn)確率和可信度，但預(yù)報低壓槽偏強(qiáng)、高壓脊偏弱等結(jié)論；買買提·阿布都拉[11]檢驗了T213等多類數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報新疆和田降水的能力。

新疆天氣的影響系統(tǒng)主要有4種[12]：西西伯利亞低槽、烏拉爾大槽、北方橫槽和中亞低值系統(tǒng)，ECWMF和T639數(shù)值模式對影響系統(tǒng)的移動、強(qiáng)弱等方面有一定的預(yù)報誤差，給天氣預(yù)報帶來了一定的偏差。在新疆針對全年降水和夏季暴雨ECWMF和T639數(shù)值模式預(yù)報檢驗都有一定的分析，但是對新疆冬季暴雪的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗工作比較少。因此，開展新疆暴雪影響系統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗及誤差分析，可為提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率提供一定依據(jù)。本文旨在針對新疆2009—2012年的暴雪天氣過程，對ECWMF和T639兩種數(shù)值模式500 hPa的位勢高度場、海平面氣壓場的預(yù)報準(zhǔn)確率和預(yù)報誤差進(jìn)行檢驗，評估其對新疆暴雪主要影響系統(tǒng)的預(yù)報能力和預(yù)報誤差，為預(yù)報員提供定量的參考標(biāo)準(zhǔn)。

2 資料及檢驗方法

2.1 資料

本文選用2009—2012年新疆冬季（當(dāng)年11月至次年3月）43場暴雪天氣過程，暴雪過程為2個以上國家站過程降雪量大于12 mm，ECWMF（空間分辨率為2.5°×2.5°經(jīng)緯網(wǎng)格）和T639L60（空間分辨率為1°×1°）初始場為20時的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品。檢驗時效為72 h，時間分辨率均為24 h。500 hPa實況位勢高度場資料選用目前公認(rèn)比較接近實況的ECWMF客觀分析場，海平面氣壓場使用實況觀測資料，檢驗樣本為天氣過程連續(xù)3日的逐24 h預(yù)報。

2.2 檢驗內(nèi)容及評估標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 檢驗內(nèi)容

500hPa位勢高度場影響系統(tǒng)的生成時間、槽線位置、中心強(qiáng)度；海平面高（低）壓中心的位置和強(qiáng)度。

2.2.2 評估標(biāo)準(zhǔn)

500hPa形勢場的檢驗區(qū)域和標(biāo)準(zhǔn)按照不同的影響系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不同：（1）西西伯利亞低槽，檢驗關(guān)鍵區(qū)域60°～100°E范圍內(nèi)出現(xiàn)的明顯低槽，槽的南端到達(dá)50°N；（2）烏拉爾大槽，檢驗關(guān)鍵區(qū)域50～75°E, 40°N以北的范圍出現(xiàn)明顯的低槽，槽的振幅達(dá)20個緯距或以上，槽的南端到達(dá)50°N以南；（3）北方橫槽，檢驗關(guān)鍵區(qū)域45°～70°N、50°～100°E范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的準(zhǔn)東西向的槽，東西向長度達(dá)20個經(jīng)度或以上；（4）中亞低值系統(tǒng)，檢驗關(guān)鍵區(qū)域40°～60°N、60°～90°E的范圍出現(xiàn)低值系統(tǒng)，閉合等高線在兩條以上。這4個系統(tǒng)至少都要維持2 d以上。

影響系統(tǒng)的天氣學(xué)檢驗標(biāo)準(zhǔn)（表1）：（1）影響系統(tǒng)在預(yù)報圖上的出現(xiàn)時間與實況是否吻合，以24 h為判定依據(jù)。時間提前24 h以上表示生成時間偏早，反之時間落后24 h以上表示生成時間偏晚；（2）槽線所處的主體經(jīng)（緯）度位置與實況是否吻合，以2°為判定依據(jù)，槽線所處經(jīng)（緯）度與實況差值大于2°，表示槽線位置偏東（北），反之槽線所處經(jīng)（緯）度比實況落后2°以上，表示槽線位置偏西（南）（注：北方橫槽為東西走向，故用緯度判斷）；（3）系統(tǒng)中心強(qiáng)度用低壓中心值與實況對比，以4 dagpm為判據(jù)。模式低槽中心值小于實況中心值4 dagpm以上，表示系統(tǒng)中心強(qiáng)度預(yù)報偏強(qiáng)，反之模式低槽中心值大于實況中心值4 dagpm以上，表示系統(tǒng)中心強(qiáng)度預(yù)報偏弱。

海平面氣壓場的檢驗標(biāo)準(zhǔn)：（1）高（低）壓中心位置的檢驗用預(yù)報場中心的經(jīng)（緯）度與實況的差值，以2°為判據(jù)。當(dāng)預(yù)報和實況差值的絕對值＜2°時無誤差，當(dāng)預(yù)報和實況的差值＞2°E（°N）時表示高（低）壓中心位置偏東（北），反之當(dāng)兩者的差值＜-2°E（° N）時表示高（低）壓中心位置偏西（南）；（2）中心強(qiáng)度的檢驗用高（低）壓預(yù)報中心值與實況對比，以2.5 hPa為判據(jù)。模式高壓中心值大于實況中心值2.5 hPa以上，表示高壓中心強(qiáng)度預(yù)報偏強(qiáng)，反之表示高壓中心強(qiáng)度預(yù)報偏弱；模式低壓中心值大于實況中心值2.5 hPa以上，表示低壓中心強(qiáng)度預(yù)報偏弱，反之表示低壓中心強(qiáng)度預(yù)報偏強(qiáng)。（差值為預(yù)報場系統(tǒng)的經(jīng)緯度減實況場系統(tǒng)的經(jīng)緯度）

選取2009—2012年新疆冬季43場暴雪天氣過程（表2），可以看出新疆冬季的暴雪過程中最主要的影響系統(tǒng)是西西伯利亞低槽，占73%，其次是中亞低值系統(tǒng)次之占14%，烏拉爾大槽占10%，最少的是北方橫槽占3%。

3 ECWMF與T639數(shù)值預(yù)報檢驗分析

3.1 高空影響系統(tǒng)檢驗分析

3.1.1 西西伯利亞低槽

從表3可以看出，兩種模式產(chǎn)品對西西伯利亞低槽生成時間的預(yù)報檢驗結(jié)果在72 h之內(nèi)預(yù)報準(zhǔn)確率接近100%，誤差小于2個經(jīng)度；對槽線位置、低槽中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率T639均低于ECWMF，且隨時效的增加T639預(yù)報準(zhǔn)確率的下降速度較ECWMF快。值得注意的是48 h內(nèi)ECWMF的預(yù)報準(zhǔn)確率較高，均在95%以上。

3.1.2 烏拉爾大槽

兩種模式產(chǎn)品對烏拉爾大槽生成時間的預(yù)報檢驗結(jié)果在72 h之內(nèi)預(yù)報準(zhǔn)確率均接近100%；對槽線位置的預(yù)報T639和ECWMF在24 h內(nèi)均接近實況，但T639預(yù)報準(zhǔn)確率隨時效的增加下降速度較ECWMF明顯加快，其中48 h ECWMF的準(zhǔn)確率仍與實況一致，到72 h T639準(zhǔn)確率不足50%。低槽中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率ECWMF略高于T639，但均不高（表4）。

3.1.3 中亞低值系統(tǒng)

兩種模式產(chǎn)品對中亞低值系統(tǒng)生成時間的預(yù)報檢驗結(jié)果在72 h之內(nèi)預(yù)報準(zhǔn)確率接近100%；對槽線位置的預(yù)報準(zhǔn)確率T639在24 h內(nèi)比ECWMF高，但隨著預(yù)報時效的增長，T639的準(zhǔn)確率不斷下降，而ECWMF的預(yù)報準(zhǔn)確率在72 h內(nèi)一直為88%。低值中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率T639略高于ECWMF（表5）。

3.1.4 北方橫槽

兩種模式產(chǎn)品對北方橫槽生成時間的預(yù)報檢驗結(jié)果在72 h之內(nèi)預(yù)報均準(zhǔn)確率接近100%；對槽線位置的預(yù)報ECWMF準(zhǔn)確率高于T639，24 h與實況幾乎一致，48 h和72 h都為83%；橫槽中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率24 h T639較ECWMF高，48 h兩種準(zhǔn)確率一致，72 h ECWMF的預(yù)報準(zhǔn)確率較高（表6）。

3.2 海平面氣壓場的檢驗分析

3.2.1 西西伯利亞低槽對應(yīng)海平面氣壓場

從表7可以看出，T639模式產(chǎn)品關(guān)于西西伯利亞低槽對應(yīng)海平面高（低）壓中心位置的預(yù)報準(zhǔn)確率在24 h之內(nèi)略高于ECWMF，隨著預(yù)報時效的增長，ECWMF準(zhǔn)確率升高，而T639逐漸降低，兩種模式高（低）壓中心位置的預(yù)報誤差傾向性均不明顯；對海平面氣壓中心強(qiáng)度的預(yù)報檢驗結(jié)果：48 h之內(nèi)T639的預(yù)報準(zhǔn)確率雖然高于ECWMF，但準(zhǔn)確率也不高。兩種模式的預(yù)報誤差主要由于預(yù)報值比實況偏小3～5 hPa所致。

3.2.2 烏拉爾大槽對應(yīng)海平面氣壓

關(guān)于烏拉爾大槽對應(yīng)海平面高（低）壓中心位置和中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率24 h內(nèi)T639均比ECWMF高2%～6%，48 h和72 h兩種模式的預(yù)報準(zhǔn)確率基本持平（表8）。預(yù)報偏快偏小造成誤差較多。

3.2.3 中亞低值系統(tǒng)對應(yīng)海平面氣壓

中亞低值系統(tǒng)對應(yīng)海平面高（低）壓中心位置的預(yù)報準(zhǔn)確率48 h內(nèi)T639模式雖略高于ECWMF，但兩種模式準(zhǔn)確率都不高，72 h時T639準(zhǔn)確率低于ECWMF；對海平面氣壓中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率48 h內(nèi)T639低于ECWMF，在72 h時其準(zhǔn)確率略高于ECWMF（表9）。預(yù)報較實況一般偏慢偏小。

3.2.4 北方橫槽對應(yīng)海平面氣壓

48h之內(nèi)T639模式產(chǎn)品關(guān)于北方橫槽對應(yīng)海平面高（低）壓中心位置的預(yù)報準(zhǔn)確率高于ECWMF，

72h時卻相反；對海平面氣壓中心強(qiáng)度的預(yù)報準(zhǔn)確率T639均高于ECWMF（表10）。誤差大多是因為預(yù)報偏慢偏小。

3.3 誤差分析

兩種數(shù)值模式對海平面氣壓中心強(qiáng)度預(yù)報的誤差絕大部分是由于預(yù)報較實況偏弱。每場天氣過程檢驗所用預(yù)報初始場個數(shù)不同，故誤差量分析所采用的樣本數(shù)也不同，3 d所用樣本數(shù)分別為37、40、55個。3 d誤差量范圍和平均值分別為-9～8.5、-8～3.5、-8～5和-3.51、-3.75、-3.95（單位hPa）。從圖1～3中可以看出，出現(xiàn)誤差時，一般是由于海平面高（低）壓中心的預(yù)報較實況偏弱3～5 hPa所致（圖1a～1c，正值表示預(yù)報較實況偏強(qiáng)，負(fù)值表示偏弱。）

4 典型個例檢驗分析

西西伯利亞低槽暴雪過程為2013年1月28日05時至1月30日20時，數(shù)值預(yù)報初始場為25、26日20時。降雪實況為北疆大部和天山山區(qū)、哈密北部等地的部分地區(qū)和南疆西部山區(qū)局地出現(xiàn)微到小雪，其中伊犁河谷、塔城、阿勒泰、北疆沿天山一帶等地的部分地區(qū)和哈密北部局地為中到大雪，伊犁河谷、塔城局部暴雪。

4.1 500hPa位勢高度場檢驗分析

從25日預(yù)報場（圖2a～2c）看出，新地島南側(cè)為一低值中心，其底部烏拉爾山一帶為一低槽，西西伯利亞有一短波，但位置比較偏北。隨著歐洲脊東移發(fā)展，推動低槽東移并引導(dǎo)北方冷空氣南下影響我區(qū)。兩種模式在24 h內(nèi)對生成時間、系統(tǒng)位置、中心強(qiáng)度的預(yù)報都幾乎與實況一致；48 h內(nèi)兩種模式預(yù)報與實況基本一致（T639對槽線位置預(yù)報略偏西，但在誤差范圍內(nèi)）；72 h內(nèi)ECWMF預(yù)報幾乎與實況一致，T639對槽線位置預(yù)報偏西5個經(jīng)度。

26日預(yù)報場，2種模式在3 d內(nèi)對生成時間、系統(tǒng)位置、中心強(qiáng)度的預(yù)報都幾乎與實況一致。

4.2 海平面氣壓場分析

25日預(yù)報場（圖3a～c）表明，實況場上，26日20時這次天氣過程的影響系統(tǒng)在東歐，為一冷高，其中心強(qiáng)度為1 025 hPa。24 h內(nèi)2種模式對冷高中心位置預(yù)報偏西5個經(jīng)度，偏北3個緯度，中心強(qiáng)度基本與實況一致；48 h內(nèi)ECWMF預(yù)報幾乎與實況一致，T639中心強(qiáng)度預(yù)報偏弱4.5 hPa；72 h內(nèi)ECWMF預(yù)報幾乎與實況一致，T639中心位置預(yù)報偏西10個經(jīng)度，偏北3個緯度，中心強(qiáng)度偏弱5.5 hPa。

26日預(yù)報場，24 h、48 h內(nèi)兩種模式對中心位置和強(qiáng)度預(yù)報基本與實況一致；72 h內(nèi)兩種模式對中心強(qiáng)度預(yù)報都比實況偏弱5.5 hPa，ECWMF中心位置預(yù)報基本與實況一致，T639則偏西5個經(jīng)度。

5 小結(jié)

（1）通過對高空形勢場的檢驗，得出兩種模式對4類影響系統(tǒng)生成時間的預(yù)報幾乎與實況一致；對槽線位置的預(yù)報整體來看ECWMF要優(yōu)于T639，尤其是在48 h內(nèi)，ECWMF的準(zhǔn)確率更高，預(yù)報一般要慢于實況；對中心強(qiáng)度的預(yù)報西西伯利亞低槽和烏拉爾大槽48 h內(nèi)ECWMF的準(zhǔn)確率要高于T639，其余兩個影響系統(tǒng)結(jié)果相反，而72 h 4個系統(tǒng)T639的準(zhǔn)確率較ECWMF高，誤差大多是由于對中心強(qiáng)度預(yù)報偏強(qiáng)造成。

（2）通過對海平面氣壓的檢驗，得出兩種模式對4種影響系統(tǒng)所對應(yīng)海平面氣壓中心位置的預(yù)報，T639預(yù)報準(zhǔn)確率要高于ECWMF，尤其是在48 h內(nèi)，而72 h其準(zhǔn)確率低于ECWMF，兩種模式的誤差傾向性不明顯；對于海平面氣壓的中心強(qiáng)度，T639預(yù)報準(zhǔn)確率要高于ECWMF，尤其在48 h內(nèi)表現(xiàn)更明顯，72 h內(nèi)T639預(yù)報準(zhǔn)確率下降速度更快，其準(zhǔn)確率低于ECWMF，出現(xiàn)誤差時，絕大部分是由于海平面氣壓中心強(qiáng)度預(yù)報較實況偏弱3～5 hPa所致。

本文檢驗中，由于中亞低值系統(tǒng)和北方橫槽在所有天氣過程中所占比例相對很少，所以對于這兩種影響系統(tǒng)的檢驗結(jié)果可信度相對較低，而西西伯利亞低槽和烏拉爾大槽的檢驗結(jié)果可信度較高。本文運(yùn)用的是天氣學(xué)檢驗方法，雖具有一定的主觀性，存在一定程度人為誤差，但檢驗結(jié)果具有一定指示意義，可為預(yù)報業(yè)務(wù)提供依據(jù)。

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The testing and Assessment of ECWMF and T639 Numerical model Products for forecasting the influence systems of blizzard in Xinjiang

MA Chao，JIA Lihong，YANG Xia，ZHAO Fenghuan
（Xinjiang Meteorological observatory，Xinjiang Urumqi 830002）

In the study forecast data of ECWMF and T639L60 numerical forecast products（2.5× 2.5）were used to test the forecasting ability for the main impact system of the 43 winter snowstorm processes in the years from 2009 to 2012，which is West Siberian trough,Ural Alexander slot,the northern cross slot,central Asia low-value systems,and the 500 hPa geopotential height and sea level pressure field by 24 hours within 72 hours.The test result shows that these two models are both good at 500 hPa high altitude field situation forecast,and the accuracy of ECWMF is slightly higher than that of T639 within 48 hours;the two models accuracies for the surface pressure are both lower than those of 500 hPa geopotential height forecast,and T639 is superior to that of ECWMF;meanwhile,the strength of surface pressure center in forecasting is lower 3～5 hPa than the live situation.

ECWMF T639L60 Numerical forecast products；Xinjiang blizzard；affect system；test

P456.7

B

1002-0799（2015）02-0031-07

馬超，賈麗紅，楊霞，等.對ECWMF和T639數(shù)值模式產(chǎn)品在新疆暴雪影響系統(tǒng)預(yù)報能力中的檢驗[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（2）：31-37.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.02. 005

2014-07-21；

2014-10-13

中國沙漠氣象科學(xué)研究基金（sqj2013006）；國家科技支撐計劃項目（2012BAC23B01）。

馬超（1988-），男，助理工程師，現(xiàn)從事短期、短時天氣分析與預(yù)報技術(shù)研究。E-mail：sonteryfan@aliyun.com