本溪地區(qū)T639降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)及誤差訂正

寇思聰+唐秋艷+魏海寧

摘要 本文對(duì)2013—2015年起報(bào)時(shí)間為20：00、預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h的逐日T639模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品，按照中短期預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)T639在本溪地區(qū)全年晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為69.5%，空?qǐng)?bào)率為25.6%，漏報(bào)率低于5%，且夏季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高。為提高T639模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品預(yù)報(bào)質(zhì)量，本文采取歷史相似誤差訂正法對(duì)其進(jìn)行訂正，發(fā)現(xiàn)訂正結(jié)果對(duì)降低空?qǐng)?bào)率、提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率具有積極作用。

關(guān)鍵詞 T639；降水預(yù)報(bào)；數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)；歷史相似；誤差訂正；遼寧本溪

中圖分類號(hào) P457.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）12-0203-02

隨著預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在預(yù)報(bào)制作中所占比例越來越大，目前由國家局下發(fā)的降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品種類較多，為預(yù)報(bào)員提供了多種參考依據(jù)。多年來，國內(nèi)一些省、市級(jí)臺(tái)站均有過數(shù)值預(yù)報(bào)客觀訂正這方面的嘗試，也取得了一系列成果，而且歷史相似個(gè)例越來越多地被引入到數(shù)值預(yù)報(bào)的訂正之中，胡 鵬等[1]將泛相似預(yù)報(bào)與汛期預(yù)報(bào)相結(jié)合，劉廣超[2]利用相似誤差訂正方法，對(duì)T106L19進(jìn)行訂正。但大多數(shù)歷史相似訂正預(yù)報(bào)鮮有延伸至對(duì)降水預(yù)報(bào)的訂正，加之目前對(duì)于暴雨雪等災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)研究較多，缺乏對(duì)一般性降水行之有效且實(shí)用的預(yù)報(bào)方法。故此，本文通過降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分析模式降水預(yù)報(bào)特點(diǎn)，并據(jù)此有針對(duì)性地進(jìn)行訂正。

1 T639模式降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

為便于預(yù)報(bào)工作需要，本文選取2013—2015年起報(bào)時(shí)間為20：00、預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h的逐日T639模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品為檢驗(yàn)對(duì)象，實(shí)況資料選用本溪地區(qū)的降水觀測資料，如遇資料缺失則該日不參與檢驗(yàn)。由于T639降水資料為分辨率為1.125°×1.125°的格點(diǎn)資料，格點(diǎn)與城鎮(zhèn)站點(diǎn)并非一一對(duì)應(yīng)，為了方便檢驗(yàn)，將預(yù)報(bào)產(chǎn)品通過雙線性插值法插值到本溪市3個(gè)國家氣象基本站（本溪市國家基本站、本溪縣國家基本站、桓仁縣國家基本站）再進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。如預(yù)報(bào)有降水，任何一站出現(xiàn)降水則記為正確；如預(yù)報(bào)無降水，任一站出現(xiàn)降水則記為漏報(bào)；如預(yù)報(bào)有降水，3個(gè)站均未出現(xiàn)降水，則記為空?qǐng)?bào)。

通過檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)T639在本溪地區(qū)全年晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為69.5%，空?qǐng)?bào)率為25.6%，漏報(bào)率低于5%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，參與評(píng)分的降水天數(shù)中，25 mm以上的降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均高于90%，尤其暴雨及以上降水在研究時(shí)域內(nèi)沒有出現(xiàn)漏報(bào)，參考價(jià)值較高；10 mm以下降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較低，空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率都遠(yuǎn)高于其他級(jí)別降水（表1）。

在出現(xiàn)的52次漏報(bào)中，47次降水量為0.1～9.9 mm、3次為10.0～24.9 mm、2次為25.0～49.9 mm，未出現(xiàn)50 mm以上降水漏報(bào)。各月均出現(xiàn)漏報(bào)，其中11月漏報(bào)次數(shù)最多，為9次；從季節(jié)看，夏季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，達(dá)到了41.1%，遠(yuǎn)高于其他季節(jié)。空?qǐng)?bào)主要集中于冬、春2季，由于本溪地區(qū)冬、春2季冷空氣活動(dòng)頻繁，但濕度條件較其他季節(jié)差，這是造成空?qǐng)?bào)增多的一個(gè)因素。秋季的降水漏報(bào)達(dá)到了38.5%。

2 預(yù)報(bào)訂正

歷史相似訂正法是利用歷史資料的誤差統(tǒng)計(jì)特征，對(duì)現(xiàn)有的數(shù)值預(yù)報(bào)模式的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力或者統(tǒng)計(jì)訂正。對(duì)地市一級(jí)氣象部門來說歷史相似訂正法具有簡便易行的優(yōu)勢(shì)[2]，同時(shí)由于這種方法可完全采用計(jì)算機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)，可以避免主觀影響因素。因此，本文采取這種方法對(duì)T639模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行訂正。

2.1 資料選取及處理

選用2011—2015年T639模式20：00起報(bào)的分辨率為1.125°×1.125°的逐日全球模式數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品建立資料庫。通過對(duì)T639模式主要預(yù)報(bào)產(chǎn)品的篩選，選取500、700、850、925 hPa層次的高度場、溫度場、風(fēng)場、垂直速度場、比濕場、相對(duì)濕度場、溫度露點(diǎn)差、UV風(fēng)場、2 m溫度以及降水量預(yù)報(bào)入庫，預(yù)報(bào)時(shí)效均選24 h為間隔，即24、48、72、96、120、144、168 h。為方便資料處理，除降水實(shí)況采用地面常規(guī)觀測資料外，其他要素的實(shí)況場均利用該要素的0：00預(yù)報(bào)時(shí)效場代替。

考慮到本預(yù)報(bào)方法涉及大量數(shù)據(jù)運(yùn)算，且運(yùn)算過程中無需太多人為干涉，因而所有資料處理采用Fortran語言編程進(jìn)行篩選、計(jì)算，生成可執(zhí)行文件，并加入計(jì)劃，每天上午自動(dòng)運(yùn)行，訂正結(jié)果存為Micaps第三類數(shù)據(jù)，以方便預(yù)報(bào)員調(diào)用。

為簡化運(yùn)算，選取2013—2015年所有日降水量≥0.1 mm的降水日作為歷史個(gè)例，存入歷史降水個(gè)例庫。每日早7：00讀取前一日20：00數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及常規(guī)觀測資料（自動(dòng)站降水量數(shù)據(jù)），存入實(shí)時(shí)資料庫。如果當(dāng)天有≥0.1 mm的降水，則在次日21：00將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里的資料存入歷史數(shù)據(jù)庫，積累歷史個(gè)例庫資料。由于存入資料庫的數(shù)據(jù)為全球范圍，數(shù)據(jù)量大，因而在存入之前，需要對(duì)資料進(jìn)行裁剪，裁剪范圍為118°～127°N，35°～45°E，這個(gè)范圍既能包含本溪地區(qū)降水主要影響系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)，又可以大大縮減數(shù)據(jù)量，進(jìn)而使后期運(yùn)算量減小。對(duì)歷史個(gè)例庫里的數(shù)據(jù)與實(shí)況對(duì)比進(jìn)行誤差分析，將誤差分析結(jié)果存入誤差資料庫。

2.2 相似個(gè)例篩選

通過對(duì)比趙中軍等[3]、唐 冶等[4]、劉廣超[2]、李 龍[5]等對(duì)相似預(yù)報(bào)方法的研究或試驗(yàn)中選取歷史相似個(gè)例的方法后，本文選擇借鑒趙中軍等人研究過的逐級(jí)篩選的方法選取歷史相似個(gè)例，主要從場相似和要素相似進(jìn)行篩選。

主要的篩選依據(jù)是相關(guān)系數(shù)，公式如下：

篩選的范圍是歷史個(gè)例庫里所有在當(dāng)前日期前后10 d內(nèi)的個(gè)例。按照高度場相似、風(fēng)場V分量相似、溫度場相似、垂直運(yùn)動(dòng)相似、相對(duì)濕度相似的順序進(jìn)行逐級(jí)篩選。最終確認(rèn)降水相似個(gè)例。

篩選過程如下：①讀取數(shù)值預(yù)報(bào)500～925 hPa 0：00次高度場（或其要素場）；②與歷史個(gè)例庫中的0：00次高度場（或要素場）進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算每個(gè)格點(diǎn)上的相似系數(shù)；③將各層相似度≥0.7（統(tǒng)計(jì)獲?。┑膫€(gè)例作為備選個(gè)例。其中相對(duì)濕度僅對(duì)850 hPa或925 hPa進(jìn)行相似判斷。

2.3 24 h降水量預(yù)報(bào)訂正

對(duì)篩選來的相似個(gè)例按照?qǐng)鱿嗨贫惹蟪鰴?quán)重，按照此權(quán)重對(duì)相似個(gè)例對(duì)應(yīng)的實(shí)際降水預(yù)報(bào)誤差進(jìn)行訂正，將插值到站點(diǎn)的降水量預(yù)報(bào)用此誤差進(jìn)行訂正，得出降水量預(yù)報(bào)。

2.4 48～168 h預(yù)報(bào)訂正

根據(jù)之前的歷史相似個(gè)例以及對(duì)應(yīng)的誤差方程，分別對(duì)48 h高度場、風(fēng)場（V分量）、溫度場、相對(duì)濕度場、垂直速度場進(jìn)行訂正，用訂正出來的場數(shù)據(jù)與歷史個(gè)例庫中對(duì)應(yīng)的時(shí)域范圍內(nèi)個(gè)例進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步訂正48 h降水。72～168 h降水量訂正步驟與48 h相同。

2.5 城鎮(zhèn)降水預(yù)報(bào)

對(duì)24 h降水量格點(diǎn)進(jìn)行插值，采用雙線性插值法，獲得本溪市境內(nèi)54346、54349和54365 3個(gè)站點(diǎn)的城鎮(zhèn)降水客觀預(yù)報(bào)，出于實(shí)際應(yīng)用考慮，將48、72、96、120、144、168 h預(yù)報(bào)結(jié)果按照Micaps第三類數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)，方便調(diào)閱。

2.6 訂正結(jié)果檢驗(yàn)

通過對(duì)2016年6—9月降水預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和訂正前T639模式降水預(yù)報(bào)相比，本預(yù)報(bào)方法可以在一定程度上減少30%左右的空?qǐng)?bào)，在減少漏報(bào)方面表現(xiàn)不明顯?？傮w來說晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率比數(shù)值預(yù)報(bào)略有提高。就減少空?qǐng)?bào)來說，48 h最優(yōu)，72、24 h其次，96 h以后表現(xiàn)不明顯。在不分級(jí)降水量預(yù)報(bào)方面偏大或偏小規(guī)律不明顯。

3 結(jié)語

本文對(duì)2013—2015年起報(bào)時(shí)間為20：00、預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h的逐日T639模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品按照中短期預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)T639在本溪地區(qū)全年晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為69.5%，空?qǐng)?bào)率為25.6%，漏報(bào)率低于5%；空?qǐng)?bào)和漏報(bào)主要出現(xiàn)在10 mm以下降水預(yù)報(bào)中，漏報(bào)主要出現(xiàn)在秋季；夏季預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，冬季、春季準(zhǔn)確率較低。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 胡鵬，谷湘潛，康紅文. 泛相似預(yù)報(bào)法在汛期降水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].氣象學(xué)報(bào)，2005（2）：250-255.

[2] 劉廣超.基于歷史相似樣本的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品訂正研究[C]//.S2短期氣候預(yù)測.中國氣象學(xué)會(huì)，2012：5.

[3] 趙中軍，尚可政，王玉國，等.數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的歷史相似訂正方法研究[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（2）：68-74.

[4] 唐冶，李如琦.相似方法在新疆強(qiáng)降水短期預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].沙漠與綠洲氣象，2008（5）：20-23.

[5] 李龍，唐萬年.臺(tái)北地區(qū)冬季降水相似預(yù)報(bào)試驗(yàn)[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（3）：303-306.