烏魯木齊機(jī)場(chǎng)中尺度模式降水預(yù)報(bào)質(zhì)量評(píng)估

朱雯娜

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

烏魯木齊機(jī)場(chǎng)中尺度模式降水預(yù)報(bào)質(zhì)量評(píng)估

朱雯娜

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

使用常規(guī)地面觀測(cè)資料檢測(cè)烏魯木齊機(jī)場(chǎng)中尺度模式（WRF模式、MM5模式）預(yù)報(bào)的新疆16個(gè)機(jī)場(chǎng)的24 h降水質(zhì)量。結(jié)果表明，2個(gè)模式晴雨（雪）預(yù)報(bào)正確率PC較好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、東疆測(cè)站TS評(píng)分普遍偏低，而空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率普遍偏高，同時(shí)，空?qǐng)?bào)率普遍高于漏報(bào)率。這說(shuō)明，在地形條件較為復(fù)雜和幾乎沒(méi)有降水的測(cè)站，有無(wú)降水的預(yù)報(bào)誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報(bào)能力比較弱。北疆測(cè)站伊寧、烏魯木齊測(cè)站W(wǎng)RF模式漏報(bào)率高于MM5模式，而空?qǐng)?bào)率低于MM5模式，漏報(bào)率隨著月降水量的增加而增加，對(duì)夏季對(duì)流性降水預(yù)報(bào)能力比較弱。南疆阿克蘇、喀什測(cè)站TS評(píng)分偏低，空?qǐng)?bào)率普遍遠(yuǎn)高于漏報(bào)率。東疆哈密測(cè)站空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率均偏高。

WRF模式；MM5模式；晴雨（雪）檢驗(yàn)；空?qǐng)?bào)率

新疆地區(qū)地形復(fù)雜，一直被認(rèn)為是數(shù)值預(yù)報(bào)難以取得較好效果的地區(qū)之一。新疆氣象臺(tái)對(duì)T213數(shù)值模式、GRAPES區(qū)域數(shù)值模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品在新疆區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)新疆地區(qū)T213數(shù)值模式降水的晴雨TS評(píng)分和空、漏報(bào)率均存在明顯的時(shí)空分布差異，空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率都很高，整體預(yù)報(bào)效果不好；而對(duì)于GRAPES區(qū)域模式的降水落區(qū)位置和落區(qū)面積預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，北疆高于南疆，降水中心強(qiáng)度預(yù)報(bào)易偏強(qiáng)，隨預(yù)報(bào)時(shí)效延長(zhǎng)其準(zhǔn)確率呈降低趨勢(shì)[1-4]。

烏魯木齊機(jī)場(chǎng)于2009年建立了中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)試驗(yàn)項(xiàng)目，利用WRF和MM5這2種中尺度數(shù)值模式分別構(gòu)建了2套中尺度預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)試驗(yàn)系統(tǒng)。為了更加深入地了解中尺度數(shù)值模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)新疆地區(qū)的預(yù)報(bào)性能，同時(shí)，也為模式改進(jìn)提供一些有益的信息，本文根據(jù)中國(guó)氣象局制定的《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》中的降水客觀評(píng)分方法對(duì)晴雨（雪）預(yù)報(bào)進(jìn)行客觀分析、檢驗(yàn)，分析晴雨（雪）預(yù)報(bào)正確率PC、TS評(píng)分、空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率的特征及其原因。

1 中尺度數(shù)值模式的配置情況

WRF和MM5模式均采用三重嵌套模式，以烏魯木齊機(jī)場(chǎng)（44N，87E）為中心，水平分辨率分別為45 km、15 km、5 km，格點(diǎn)數(shù)分別為 151×131，166×136，112×112，各區(qū)域范圍如圖1所示，垂直方向有27層（MM5模式垂直方向有23層），時(shí)間步長(zhǎng)分別為150 s、50 s、17 s，輸入GFS全球模式預(yù)報(bào)場(chǎng)，將起報(bào)時(shí)間20時(shí)、間隔6 h的GFS模式預(yù)報(bào)資料作為模式的初始場(chǎng)和側(cè)邊界條件，每隔3 h輸出一次預(yù)報(bào)結(jié)果，積分到48 h結(jié)束。

WRF模式微物理過(guò)程采用WSM3簡(jiǎn)單冰方案，長(zhǎng)波輻射采用rrtm方案，短波輻射采用dudhia方案，近地面層采用Monin-Obukhov方案，陸面過(guò)程采用適量擴(kuò)散方案，邊界層采用YSU方案，積云參數(shù)化采用淺對(duì)流Kain-Fritsch（new Eta）方案（d03區(qū)不采用積云參數(shù)化方案）。

圖1 模式嵌套區(qū)域示意圖

MM5模式顯式水汽方案選用混合相方案，輻射采用云輻射方案（d02與d03區(qū)不采用輻射方案），邊界層采用MRF PBL方案，積云參數(shù)化采用Grell方案（d03區(qū)不采用積云參數(shù)化方案）。

2 降水預(yù)報(bào)質(zhì)量評(píng)估

2.1 資料選取

本文對(duì)中尺度模式在2009-01-19—2013-03-13之間的降水預(yù)報(bào)能力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，因?yàn)樾陆畢^(qū)域除了烏魯木齊機(jī)場(chǎng)外都是供航觀測(cè)，即觀測(cè)資料不是連續(xù)的，同時(shí)，烏魯木齊機(jī)場(chǎng)的日降水量是00時(shí)至00時(shí)，與地面測(cè)站不同，所以，全部選取新疆區(qū)域內(nèi)有機(jī)場(chǎng)的地面測(cè)站資料來(lái)檢驗(yàn)，包括布爾津、阿勒泰、塔城、博樂(lè)、克拉瑪依、伊寧、新源、烏魯木齊、吐魯番、阿克蘇、庫(kù)車、庫(kù)爾勒、喀什、和田、且末和哈密共16個(gè)地面測(cè)站的降水量作為檢驗(yàn)對(duì)象。用當(dāng)日20時(shí)起報(bào)的d02區(qū)降水預(yù)報(bào)中12～36 h的累計(jì)24 h降水量與相應(yīng)時(shí)段的實(shí)況降水量相對(duì)應(yīng)。

2.2 檢驗(yàn)方法

本文運(yùn)用最短距離插值方法將中尺度模式降水預(yù)報(bào)格點(diǎn)資料插值到所選站點(diǎn)，根據(jù)中國(guó)氣象局制定的《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》中的降水客觀評(píng)分方法進(jìn)行晴雨（雪）檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)正確率PC，TS評(píng)分、空?qǐng)?bào)率FAR、漏報(bào)率PO檢驗(yàn)。

預(yù)報(bào)正確率為：

式（1）中：NA為有降水預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)；NB為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)；NC為漏報(bào)站（次）數(shù)；ND為無(wú)降水預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)。

TS評(píng)分為：

式（2）（3）（4）中：NAk為預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)；NBk為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)；NCk為漏報(bào)站（次）數(shù)。

2.3 中尺度模式降水檢驗(yàn)分析

總體而言，16個(gè)測(cè)站晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報(bào)正確率PC較好，WRF模式均大于85，MM5模式均大于80，2個(gè)模式都有較好的預(yù)報(bào)能力。除了伊寧測(cè)站，其余測(cè)站W(wǎng)RF模式結(jié)果均略好于MM5模式。但是，16個(gè)測(cè)站的TS評(píng)分存在明顯的差異，北疆測(cè)站普遍好于南疆、東疆測(cè)站，除了伊寧、阿克蘇測(cè)站，其余測(cè)站W(wǎng)RF模式結(jié)果均略好于MM5模式。對(duì)于北疆測(cè)站W(wǎng)RF模式，除了克拉瑪依TS評(píng)分為53外，其余均大于60，而MM5模式除克拉瑪依TS評(píng)分為49外，其余均大于55.南疆測(cè)站W(wǎng)RF模式和MM5模式TS評(píng)分均低于60.東疆的吐魯番WRF模式TS評(píng)分38，MM5模式TS評(píng)分28，達(dá)到最低，如圖2（a）所示。對(duì)于WRF模式和MM5模式，除了博樂(lè)、吐魯番外，其余測(cè)站空?qǐng)?bào)率均大于漏報(bào)率，北疆測(cè)站空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率普遍低于南疆、東疆測(cè)站，如圖2（b）所示。出現(xiàn)這種情況的主要原因是，在地形條件較為復(fù)雜和幾乎沒(méi)有降水的測(cè)站，有無(wú)降水的預(yù)報(bào)誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報(bào)能力比較弱。

圖2 16個(gè)測(cè)站預(yù)報(bào)情況

下面對(duì)這16個(gè)測(cè)站按月進(jìn)行降水質(zhì)量評(píng)估，從中選擇了比較有代表性的5個(gè)站點(diǎn)，其中，北疆為伊寧、烏魯木齊，南疆為阿克蘇、喀什，東疆為哈密。

圖3 伊寧、烏魯木齊的評(píng)分、預(yù)報(bào)情況

伊寧、烏魯木齊的中尺度模式降水預(yù)報(bào)晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報(bào)正確率PC均維持較高的水平，振幅在15%左右，而TS評(píng)分有較明顯的震蕩趨勢(shì)，如圖3所示。

伊寧WRF模式TS評(píng)分在7月、11月、12月達(dá)到極大值88～89，3月、6月、9月達(dá)到極小值46～55，而MM5模式TS評(píng)分11月達(dá)到極大值90，3月、7月、9月達(dá)到極小值55～59.烏魯木齊WRF模式TS評(píng)分在9月達(dá)到極大值80，7月達(dá)到極小值45，MM5模式在1月、4月、11月達(dá)到極大值75～77，7月、8月達(dá)到極小值54，WRF模式TS評(píng)分波動(dòng)幅度均略大于MM5模式。伊寧WRF模式在3月空?qǐng)?bào)率達(dá)到極大值38，6月漏報(bào)率達(dá)到極大值48，而在9月漏報(bào)率、空?qǐng)?bào)率均處于較高水平，分別對(duì)應(yīng)TS評(píng)分極小值時(shí)期；MM5模式在3月空?qǐng)?bào)率達(dá)到極大值37，7月、9月漏報(bào)率達(dá)到極大值33～35，分別對(duì)應(yīng)TS評(píng)分極小值時(shí)期。

WRF模式漏報(bào)率高于MM5模式，而空?qǐng)?bào)率低于MM5模式，烏魯木齊WRF模式和MM5模式漏報(bào)率均呈現(xiàn)出春秋季最低、冬季次之、夏季最高的特征，說(shuō)明漏報(bào)率隨著月降水量的增加而增加；漏報(bào)率和空?qǐng)?bào)率在夏季都維持較高的水平，說(shuō)明有無(wú)降水的預(yù)報(bào)誤差比較大，中尺度模式對(duì)夏季對(duì)流性降水預(yù)報(bào)能力比較弱。

圖4 阿克蘇、喀什的評(píng)分、預(yù)報(bào)情況

阿克蘇、喀什的中尺度模式降水預(yù)報(bào)晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報(bào)正確率PC在75～97之間，WRF模式要普遍好于MM5模式，而TS評(píng)分明顯偏低，均低于71，如圖4所示。

圖5 哈密的評(píng)分、預(yù)報(bào)情況

阿克蘇WRF模式TS評(píng)分在5—6月、9—10月維持較高，在57～63之間，8月達(dá)到極小值29，MM5模式TS評(píng)分在5—7月期間維持較高，在58～68之間，4月達(dá)到極小值14；喀什WRF模式TS評(píng)分10月達(dá)到極大值71，4月、8月達(dá)到極小值33，MM5模式TS評(píng)分也在10月達(dá)到極大值67，在11月達(dá)到極小值29.阿克蘇WRF模式漏報(bào)率PO在8月、11—12月達(dá)到極大值44～55，喀什WRF模式漏報(bào)率在8—9月達(dá)到極大值47～63，遠(yuǎn)高于其他月份，而WRF模式漏報(bào)率普遍高于MM5模式。阿克蘇、喀什2個(gè)模式空?qǐng)?bào)率FAR均在1—4月維持較高，而漏報(bào)率維持較低，阿克蘇空?qǐng)?bào)率FAR超過(guò)50，喀什空?qǐng)?bào)率FAR超過(guò)40，并且WRF模式空?qǐng)?bào)率普遍低于MM5模式，空?qǐng)?bào)率普遍遠(yuǎn)高于漏報(bào)率。

哈密中尺度模式降水預(yù)報(bào)晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報(bào)正確率PC維持較高，除了8月份，其他月份均高于90，而TS評(píng)分均低于80，如圖5所示。哈密2個(gè)模式TS評(píng)分均在2月達(dá)到極大值，WRF模式在8月、10月達(dá)到極小值，MM5模式在9月達(dá)到極小值，空?qǐng)?bào)率FAR在4—7月下降，7—12月上升，漏報(bào)率PO在3—5月下降，5—9月上升。哈密降水稀少，2個(gè)模式空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率均偏高，說(shuō)明有無(wú)降水的預(yù)報(bào)誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報(bào)能力比較弱。

3 小結(jié)

2個(gè)模式晴雨（雪）預(yù)報(bào)正確率PC比較好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、東疆測(cè)站TS評(píng)分普遍偏低，而空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率普遍偏高，同時(shí)，空?qǐng)?bào)率普遍高于漏報(bào)率。這說(shuō)明，在地形條件較為復(fù)雜和幾乎沒(méi)有降水的測(cè)站，有無(wú)降水的預(yù)報(bào)誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報(bào)能力較弱。北疆測(cè)站伊寧、烏魯木齊測(cè)站W(wǎng)RF模式漏報(bào)率高于MM5模式，而空?qǐng)?bào)率低于MM5模式，漏報(bào)率隨著月降水量的增加而增加，對(duì)夏季對(duì)流性降水預(yù)報(bào)能力較弱。南疆阿克蘇、喀什測(cè)站TS評(píng)分偏低，空?qǐng)?bào)率普遍遠(yuǎn)高于漏報(bào)率。東疆哈密測(cè)站空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率均偏高。

［1］霍文，秦賀，楊蓮梅.新疆T213數(shù)值預(yù)報(bào)降水評(píng)價(jià)［J］.沙漠與綠洲氣象，2010（3）.

［2］秦賀，霍文.T213降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品在新疆區(qū)域的檢驗(yàn)分析——晴雨檢驗(yàn)［J］.沙漠與綠洲氣象，2009（6）.

［3］秦賀，趙克明，湯浩，等.新疆中強(qiáng)天氣過(guò)程GRAPES區(qū)域模式降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)［J］.沙漠與綠洲氣象，2010（6）.

［4］竇新英，孫貴成.MM5模式對(duì)烏魯木齊地區(qū)冬、春季降水預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)［J］.新疆氣象，2001（6）.

P457

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.045

2095－6835（2017）20－0045－04

朱雯娜（1983—），女，主要從事航空氣象方面的工作。

〔編輯：白潔〕