SWAN在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的應(yīng)用與檢驗(yàn)

摘 要：本文對石河子地區(qū)2010-2017年暴雨、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹22場天氣形勢場進(jìn)行了分析及分型。對601個(gè)回波個(gè)例swan系統(tǒng)titan結(jié)果進(jìn)行了定性分析，按照降水、冰雹和合并個(gè)例分組，分別對經(jīng)度和緯度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出swan系統(tǒng) 30分鐘Titan產(chǎn)品較60分鐘的預(yù)報(bào)更接近實(shí)際，且預(yù)報(bào)位置較實(shí)況更偏西偏北，但幅度差異大。對601個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過spss工具計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，按降水和冰雹不同災(zāi)害性天氣性質(zhì)，得到指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪經(jīng)度和緯度10組模擬模型，并進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明線性、對數(shù)和乘冪擬合率好，效果接近，而指數(shù)和多項(xiàng)式效果差。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)天氣形勢選擇合適的模式進(jìn)行計(jì)算，獲得更接近實(shí)際的訂正的回波位置，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。通過 swan系統(tǒng)應(yīng)用，提高了應(yīng)用能力，開展了本地化應(yīng)用檢驗(yàn)，為titan產(chǎn)品提供了檢驗(yàn)應(yīng)用和短時(shí)臨近回波路徑模式，為短臨臨近預(yù)報(bào)提供了技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：swan系統(tǒng); titan產(chǎn)品 ;災(zāi)害性天氣; 分型; 模式; 檢驗(yàn)

一、立題依據(jù)及設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

收集歷史上對石河子地區(qū)造成顯著影響的歷史個(gè)例，利用swan系統(tǒng)的回放功能，對歷史個(gè)例分類進(jìn)行大量的回算、檢驗(yàn)，確定swan產(chǎn)品在石河子當(dāng)?shù)剌^為科學(xué)合理的參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用情況，確定石河子地區(qū)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)技術(shù)流程和方法。

二、研究主要內(nèi)容及研究成果

1.研究內(nèi)容。統(tǒng)計(jì)2010-2016年對石河子地區(qū)造成嚴(yán)重影響的冰雹及短時(shí)強(qiáng)降水天氣個(gè)例，收集天氣過程發(fā)生期間的雷達(dá)、自動(dòng)站以及災(zāi)情等資料，并按照天氣類型進(jìn)行分類。

基于SWAN系統(tǒng)，對歷史個(gè)例進(jìn)行回算，結(jié)合實(shí)況、災(zāi)情信息對SWAN系統(tǒng)的預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)（2017年）;完善石河子地區(qū)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)方法和業(yè)務(wù)流程。

2.研究方法和技術(shù)路線。采用天氣學(xué)方法對收集到的歷史個(gè)例進(jìn)行分類整理，確定個(gè)例。

系統(tǒng)回算、分析和檢驗(yàn)過程中，采用定量定性相結(jié)合的方法獲取預(yù)報(bào)模式、檢驗(yàn)系統(tǒng)產(chǎn)品的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

運(yùn)算數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)量大，使用spss軟件，提高分析能力和工作效率。

三、研究成果

對歷史個(gè)例進(jìn)行swan回放，在swan系統(tǒng)中對titan產(chǎn)品結(jié)果進(jìn)行整理分析。

1.形勢分型

（1）資料。2010-2016年22場災(zāi)害性天氣中有4場為短時(shí)強(qiáng)降水、暴雨天氣;18場冰雹天氣。

（2）形勢。按降水和冰雹個(gè)例進(jìn)行500hpa高度場形勢分析，得出各自的形勢特征。

2.定性分析

（1）降水。對降水和冰雹個(gè)例swan系統(tǒng)titan數(shù)據(jù)與實(shí)況回波位置分別進(jìn)行對比分析，得出以下結(jié)論，其中以偏西、偏南為負(fù)，偏東、偏北為正，以下均同。

①30分鐘。經(jīng)度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為38/42，數(shù)值為-10/7，以偏東為多，但如果偏西，偏西幅度大于偏東。

緯度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為26/54，數(shù)值為-6/5，以偏北為多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

②60分鐘。經(jīng)度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為22/16，數(shù)值為-16/7，以偏西為多，且偏西幅度明顯大于偏東。

緯度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為7/31，數(shù)值為-19/7，以偏北為多，但如果偏南，偏南幅度明顯大于偏北。

（2）冰雹

①30分鐘。經(jīng)度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為199/132，數(shù)值為-9/9，以偏西為多，振幅相同。

緯度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為114/217，數(shù)值為-8/5，以偏北為多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

②60分鐘。經(jīng)度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為114/38，數(shù)值為-21/11，以偏西為多，且偏西幅度明顯大于偏東。

緯度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為34/118，數(shù)值為-12/10，以偏北為多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

（3）合并

①30分鐘。經(jīng)度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為237/174，數(shù)值為-10/8，以偏西為多，幅度大于偏東。

緯度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為140/271，數(shù)值為-7/5，以偏北為多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

②60分鐘。經(jīng)度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為136/54，數(shù)值為-19/9，以偏西為多，且偏西幅度明顯大于偏東。

緯度，負(fù)/正個(gè)數(shù)為41/149，數(shù)值為-16/9，以偏北為多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

3.定量分析。將降水、冰雹天氣雷達(dá)資料通過swan回放，獲得Titan資料，災(zāi)害性天氣出現(xiàn)災(zāi)情前后1小時(shí)，每個(gè)雷達(dá)單體的實(shí)況、30分鐘和1小時(shí)的預(yù)報(bào)值和實(shí)況值。對以上資料進(jìn)行分析，得到如下結(jié)果：

（1）相關(guān)分析。30分鐘和60分鐘回波預(yù)報(bào)與實(shí)況位置相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.95以上，相關(guān)顯著，路徑預(yù)報(bào)與實(shí)況趨勢有很好的一致性。30分鐘回波路徑預(yù)報(bào)普遍好于60分鐘，短時(shí)效預(yù)報(bào)好于長時(shí)效預(yù)報(bào)。30分鐘降水經(jīng)度預(yù)報(bào)與實(shí)況的相關(guān)性好于其他。

（2）模式預(yù)報(bào)

①降水30分鐘預(yù)報(bào)模式

經(jīng)過spss演算、統(tǒng)計(jì)計(jì)算，降水30分鐘經(jīng)度指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、對數(shù)和乘冪擬合效果好，指數(shù)和多項(xiàng)式效果差。

將三種模式放于201000730個(gè)例中檢驗(yàn)，擬合效果接近。

30分鐘緯度預(yù)報(bào)，指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、 對數(shù)和乘冪擬合效果好，指數(shù)和多項(xiàng)式效果差。

②降水60分鐘預(yù)報(bào)模式。60分鐘經(jīng)度預(yù)報(bào)，指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、 對數(shù)和乘冪擬合效果好，多項(xiàng)式和指數(shù)效果差。

從相關(guān)系數(shù)來看，經(jīng)度好于緯度。

③冰雹30分鐘模式。30分鐘經(jīng)度預(yù)報(bào)，指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、 對數(shù)和乘冪擬合效果好，多項(xiàng)式和指數(shù)效果差。

幾種模式相關(guān)系數(shù)分析來看，30分鐘經(jīng)度和緯度相關(guān)系數(shù)基本相同。

④冰雹60分鐘模式。60分鐘經(jīng)度、緯度預(yù)報(bào)中，指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、對數(shù)和乘冪擬合效果好，多項(xiàng)式和指數(shù)效果差。

幾種模式預(yù)報(bào)和實(shí)況相關(guān)系數(shù)分析來看，60分鐘經(jīng)緯度相關(guān)系數(shù)相差不大。

⑤降水、冰雹綜合模式（30分鐘、60分鐘）。30分鐘綜合模式中，經(jīng)度、緯度預(yù)報(bào)中，指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、對數(shù)和乘冪擬合效果好，多項(xiàng)式和指數(shù)效果差。

幾種模式預(yù)報(bào)和實(shí)況相關(guān)系數(shù)分析來看，30分鐘經(jīng)緯度相關(guān)系數(shù)相差不大。

60分鐘綜合模式中，經(jīng)度、緯度預(yù)報(bào)中，指數(shù)、線性、對數(shù)、多項(xiàng)式和乘冪預(yù)報(bào)模式中，線性、對數(shù)和乘冪擬合效果好，多項(xiàng)式和指數(shù)效果差。

幾種模式預(yù)報(bào)和實(shí)況相關(guān)系數(shù)分析來看，60分鐘經(jīng)緯度相關(guān)系數(shù)相差不大，但比30分鐘綜合模式相關(guān)性略差。

⑥模式樣例

通過分析研究，提高了swan系統(tǒng)的應(yīng)用能力，開展了本地化應(yīng)用檢驗(yàn)，為 titan產(chǎn)品提供了檢驗(yàn)應(yīng)用和短時(shí)臨近回波路徑模式，為短臨臨近預(yù)報(bào)提供了技術(shù)方法。

模擬公式舉例如下，以降水（30分鐘）titan產(chǎn)品為例，其中x，a為titan30 分鐘后預(yù)報(bào)經(jīng)度和緯度，y，b為模式訂正titan30分鐘預(yù)報(bào)位置后的經(jīng)緯度。

經(jīng)度： y1=1.0171*x1-146.75;（線性模式）

y2=8718.7*LNx2-70387;（對數(shù)模式）

y3=0.8578*POWER（x3，1.0169）（乘冪模式）

緯度： b1=1.0988*a1-435.82;（線性模式）

b2=4854.7*LN（a2）-36328;（對數(shù)模式）

b3=0.4365*POWER（a3，1.0988）;（乘冪模式）

4.結(jié)論

（1） swan系統(tǒng)titan產(chǎn)品30分鐘和60分鐘預(yù)報(bào)與實(shí)況有較好的相關(guān)性。

（2） Titan產(chǎn)品30分鐘、60分鐘預(yù)報(bào)產(chǎn)品，緯度偏西和經(jīng)度偏北的概率大，但幅度各有不同。

（3）Titan產(chǎn)品30分鐘的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性高于60分鐘預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

（4）通過對大量資料的模擬檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)降水、冰雹或兩者合并，其線性 、對數(shù)和乘冪模式模擬效果良好，而多項(xiàng)式和指數(shù)模擬效果差。經(jīng)檢驗(yàn)，三種模式均可用于短臨預(yù)報(bào)，模擬效果相近，差異微小。

四、短臨預(yù)報(bào)流程完善

在短臨預(yù)報(bào)流程中，除了密切監(jiān)視雷達(dá)、云圖等變化外，增加swan系統(tǒng) titan 預(yù)報(bào)產(chǎn)品的解釋應(yīng)用，也將為短臨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性提供參考依據(jù)。監(jiān)視 SWAN 系統(tǒng)中Titan預(yù)報(bào)產(chǎn)品，進(jìn)行形勢判斷后，通過定性和模式模擬，得出定量的30分鐘和60分鐘雷達(dá)回波動(dòng)向，為災(zāi)害性天氣的發(fā)生地點(diǎn)及強(qiáng)度提供參考，做出預(yù)警判別判識，具有較好的指示和應(yīng)用意義。

五、研究難度及創(chuàng)新點(diǎn)

應(yīng)用大量的災(zāi)害性天氣swan反算資料，運(yùn)用spss統(tǒng)計(jì)軟件、統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)得出swan系統(tǒng)Titan產(chǎn)品的模擬模式，有較大的分析計(jì)算難度。

對swan系統(tǒng)的Titan產(chǎn)品進(jìn)行了全面細(xì)致的分析、檢驗(yàn)，獲得了可信的應(yīng)用成果，對災(zāi)害性天氣落區(qū)預(yù)報(bào)具有較好的參考價(jià)值，成為本研究的創(chuàng)新點(diǎn)。

短臨預(yù)報(bào)工作中，根據(jù)對Titan預(yù)報(bào)產(chǎn)品，進(jìn)行訂正和模擬計(jì)算，可以提高災(zāi)害性天氣落區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

六、存在問題及今后努力的方向

暴雨、短時(shí)強(qiáng)降水災(zāi)害性天氣資料少，近幾年冰雹天氣也有所減少，建立的模式應(yīng)用性有局限。今后將進(jìn)一步加強(qiáng)swan系統(tǒng)的應(yīng)用以及對其他產(chǎn)品開展檢驗(yàn)應(yīng)用工作，為短臨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)提供更全面的理論保障。

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作者簡介：徐臘梅（1974-01-）女，漢族，湖北省新洲縣人，大學(xué)本科， 高級工程師，從事氣象預(yù)報(bào)及相關(guān)研究工作。