SWAN定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品在寶雞汛期短時(shí)降水的檢驗(yàn)應(yīng)用

李恩莉+韓潔

摘要：選取2015年汛期寶雞典型的三類降水過(guò)程，采用寶雞市區(qū)域站和自動(dòng)站雨量以及SWAN定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料，用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)評(píng)分方法，分析了SWAN系統(tǒng)中定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品在寶雞不同類型降水過(guò)程中的準(zhǔn)確率和誤差分布。結(jié)果表明：同一預(yù)報(bào)時(shí)效下， QPF產(chǎn)品對(duì)層狀云降水的預(yù)報(bào)效果最好，其次是積狀云，層積混合預(yù)報(bào)效果最差；隨著降水的加強(qiáng)，不同預(yù)報(bào)時(shí)效誤差不同，預(yù)報(bào)時(shí)效越長(zhǎng)，誤差越大，三種類型降水過(guò)程均是如此。相對(duì)誤差則是層積混合型降水最小，積狀云降水最大，絕對(duì)誤差層狀云降水最小，層積混合型降水最大； 層狀云降水總體分布為東部大西部小，積狀云降水總體分布為西南—東北走向，依次朝西北和東南減小，層積混合類型降水過(guò)程中，30 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差大值中心位于陳倉(cāng)，麟游和鳳縣絕對(duì)誤差最小，60 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差分布特征為東部大西部小，由東向西依次減小。

關(guān)鍵詞：SWAN系統(tǒng)；定量降水預(yù)報(bào)；誤差分析

中圖分類號(hào)：P457

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）20001104

1引言

《第七次全國(guó)氣象預(yù)報(bào)工作會(huì)議工作報(bào)告》提出，市縣預(yù)報(bào)員向提高綜合業(yè)務(wù)能力方向轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化市縣災(zāi)害性天氣和氣象災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和臨近預(yù)警。《陜西省現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2016-2018）》提出，市級(jí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)主要開展災(zāi)害性天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警業(yè)務(wù)。由此可見，及時(shí)、準(zhǔn)確的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)已經(jīng)成為地市局預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中心工作。對(duì)于臨近（0～2 h） 定量降水預(yù)報(bào)而言， 利用雷達(dá)回波外推技術(shù)和自動(dòng)站雨量訂正技術(shù)的臨近預(yù)報(bào)方案具有高精度的時(shí)空分辨率， 且準(zhǔn)確率也較高[1]。筆者利用寶雞地區(qū)2015年出現(xiàn)的12次降水過(guò)程，對(duì)SWAN系統(tǒng)中提供的不同時(shí)效的定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)分析，為寶雞短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供技術(shù)支撐。

2資料選取和檢驗(yàn)方案

2.1資料選取與標(biāo)準(zhǔn)

筆者采用的資料主要有：①2015年汛期SWAN系統(tǒng)中QPF產(chǎn)品數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)從陜西省局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)獲得，處理為格點(diǎn)數(shù)據(jù)，在程序中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制；②寶雞11個(gè)縣區(qū)自動(dòng)站及各縣區(qū)區(qū)域站雨量資料。

降水過(guò)程的選取標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)雷達(dá)反射率因子回波將降水過(guò)程劃分為層狀云降水、對(duì)流性降水和混合類降水3類，選取1 h降水量超過(guò)5 mm的區(qū)域站站點(diǎn)。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，選取2015年汛期12個(gè)過(guò)程，見表1。

本項(xiàng)目的主要難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，首先將SWAN中的定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品（QPF）解析成有經(jīng)緯度的格點(diǎn)值，然后找出各降水站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的格點(diǎn)值，查找原則是相鄰格點(diǎn)距離最短優(yōu)先，從而找出某一站點(diǎn)分別在不同時(shí)刻QPF產(chǎn)品和對(duì)應(yīng)時(shí)刻的降水實(shí)況值（圖1）。

3QPF的檢驗(yàn)分析

SWAN系統(tǒng)中提供了預(yù)報(bào)時(shí)效為30 min和60 min的QPF產(chǎn)品，筆者對(duì)兩個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效均進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。分別計(jì)算3種不同類型降水過(guò)程QPF的空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率、準(zhǔn)確率、相對(duì)誤差（Er）和絕對(duì)誤差（Ea）（表2），由表2可見，同一預(yù)報(bào)時(shí)效下，層狀云降水Ts評(píng)分最高，其次是積狀云降水，層積混合型降水最低，空?qǐng)?bào)率Ts評(píng)分相反，說(shuō)明QPF產(chǎn)品層狀云降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，層積混合型降水最低。同一時(shí)效下積狀云降水漏報(bào)率最低，其次是層狀云降水，層積混合型降水最高。綜上分析可見，QPF產(chǎn)品對(duì)層狀云降水的預(yù)報(bào)效果最好，其次是積狀云。

4誤差分析

4.1QPF總的誤差分析

計(jì)算3種類型降水過(guò)程QPF產(chǎn)品的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差，由表2可見，隨著降水的加強(qiáng)，不同預(yù)報(bào)時(shí)效誤差不同，預(yù)報(bào)時(shí)效越長(zhǎng)，誤差越大，3種類型降水過(guò)程均是如此。相對(duì)誤差則是層積混合型降水最小，積狀云降水最大，絕對(duì)誤差層狀云降水最小，層積混合型降水最大。

4.2QPF絕對(duì)誤差的空間分布特征

圖2為層狀云降水過(guò)程兩個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效絕對(duì)誤差分布圖，可見30 min和60 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差空間分布特征類似，總體分布為東部大西部小，絕對(duì)誤差大值中心位于岐山，鳳翔絕對(duì)誤差最小。

圖3為積狀云降水過(guò)程兩個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效絕對(duì)誤差分布圖，與層狀云類似，30 min和60 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差空間分布特征一致，總體分布為西南—東北走向，依次朝西北和東南減小，絕對(duì)誤差大值中心位于渭濱，隴縣和扶風(fēng)絕對(duì)誤差最小。

圖4為層積混合類型降水過(guò)程兩個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效絕對(duì)誤差分布圖，由圖可見，30 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差大值中心位于陳倉(cāng)，其次是渭濱、眉縣、太白北部和岐山南部，麟游和鳳縣絕對(duì)誤差最小。60 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差分布特征為東部大西部小，由東向西依次減小，同時(shí)存在兩個(gè)大值中心，分別為眉縣和渭濱，隴縣、鳳縣和麟游絕對(duì)誤差較小。

4.3誤差原因分析

首先，通過(guò)對(duì)QPF的誤差分析，可以看出預(yù)報(bào)時(shí)效越短，準(zhǔn)確率越高，誤差也越小。層狀云誤差最小，積狀云和層積混合誤差較大，這是由于層狀云降水屬于穩(wěn)定性降水，由凝結(jié)潛熱產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)小，積狀云和層積混合誤差較大的原因是其降水過(guò)程一般為強(qiáng)對(duì)流天氣和暴雨過(guò)程，降水不穩(wěn)定，易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水或者降水突然增大，因此可預(yù)報(bào)性變低。

第二，積狀云和層積混合降水的絕對(duì)誤差空間分布可以總結(jié)為離雷達(dá)越近，誤差越大。其原因主要是由于雷達(dá)靜錐區(qū)內(nèi)降水回波測(cè)定不準(zhǔn)確造成的。層狀云降水的絕對(duì)誤差空間分布特征是在距離雷達(dá)一定范圍內(nèi)，離雷達(dá)越遠(yuǎn)，誤差越大。其原因主要是由于降水區(qū)域高度低于雷達(dá)波束探測(cè)高度，造成降水回波測(cè)定不準(zhǔn)確。

第三，QPF的誤差不僅與雷達(dá)本身探測(cè)的局限性有關(guān)，還收到一些技術(shù)方法的影響，文獻(xiàn)[2]中提到SWAN 中QPF產(chǎn)品由其反射率預(yù)報(bào)產(chǎn)品反演而來(lái)，該產(chǎn)品主要由回波外推得到，算法存在一定的局限性，目前由雷達(dá)回波外推方法向結(jié)合數(shù)值模式預(yù)報(bào)的混合外推技術(shù)發(fā)展，對(duì)提高對(duì)流降水的預(yù)報(bào)能力也許有更多的幫助[3]。另外，QPF的質(zhì)量均與雷達(dá)反射率因子和降水強(qiáng)度間的Z-I 關(guān)系密不可分[4，5]。Z-I 關(guān)系建立方法多樣，且具有地域性，有待進(jìn)一步嘗試與檢驗(yàn)。

5小結(jié)與討論

本文利用寶雞市2015年汛期出現(xiàn)的12次降水過(guò)程， 檢驗(yàn)分析了SWAN中定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品（QPF）對(duì)不同類型降水的預(yù)報(bào)效果和誤差分析，得出以下結(jié)論。

（1）同一預(yù)報(bào)時(shí)效下， QPF產(chǎn)品對(duì)層狀云降水的預(yù)報(bào)效果最好，其次是積狀云，層積混合預(yù)報(bào)效果最差。

（2）隨著降水的加強(qiáng)，不同預(yù)報(bào)時(shí)效誤差不同，預(yù)報(bào)時(shí)效越長(zhǎng)，誤差越大，3種類型降水過(guò)程均是如此。相對(duì)誤差則是層積混合型降水最小，積狀云降水最大，絕對(duì)誤差層狀云降水最小，層積混合型降水最大。這是由于層狀云降水屬于穩(wěn)定性降水，由凝結(jié)潛熱產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)小，可預(yù)報(bào)性較好。

（3）層狀云降水總體分布為東部大西部??；積狀云降水總體分布為西南—東北走向，依次朝西北和東南減??；層積混合類型降水過(guò)程中，30 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差大值中心位于陳倉(cāng)，麟游和鳳縣絕對(duì)誤差最??；60 min預(yù)報(bào)時(shí)效下絕對(duì)誤差分布特征為東部大西部小，由東向西依次減小。

（4）由于產(chǎn)生預(yù)報(bào)誤差的因素很多，本文只是對(duì)于主要原因做了分析，對(duì)其他原因的分析還需做更深入的分析。

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