ECMWF對(duì)廣安地區(qū)晴雨預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)及訂正方法分析

王 平,陳文林

(四川省廣安市氣象局，四川 廣安 638000)

0 引言

隨著數(shù)值預(yù)報(bào)模式的分辨率不斷提高，精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)越來(lái)越依賴于高分辨率的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)是天氣預(yù)報(bào)科研和業(yè)務(wù)中的重要環(huán)節(jié)，為了提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，國(guó)內(nèi)外專家基于數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)工作[1-5]。

EC發(fā)展迅速，降水預(yù)報(bào)效果優(yōu)于其他模式[6-8]，是一線天氣預(yù)報(bào)員的主要參考工具。國(guó)內(nèi)外專家對(duì)EC降水預(yù)報(bào)研究分析做了大量工作，翟振芳[9]等對(duì)EC在安徽省降水預(yù)報(bào)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)性能總體較穩(wěn)定，但存在預(yù)報(bào)過(guò)度現(xiàn)象，尤其是弱降水空?qǐng)?bào)率較高；張超[10]等對(duì)云南區(qū)域EC模式降水預(yù)報(bào)進(jìn)行定量檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)EC模式對(duì)于地形平緩地區(qū)預(yù)報(bào)誤差小，對(duì)地形復(fù)雜地區(qū)預(yù)報(bào)誤差大；張宏芳[11]等對(duì)比分析了ECMWF、日本高分辨率模式降水預(yù)報(bào)能力，表明EC對(duì)降水的預(yù)報(bào)優(yōu)于日本模式，降水發(fā)生頻率較實(shí)際偏高，通過(guò)調(diào)整閾值改變預(yù)報(bào)偏差能夠在一定程度上提高預(yù)報(bào)技巧。2015年1月起EC升級(jí)，時(shí)間分辨率和空間分辨率進(jìn)一步精細(xì)化。目前，對(duì)升級(jí)后EC降水預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)的研究較少。本文檢驗(yàn)了72 h內(nèi)EC降水資料對(duì)廣安地區(qū)的晴雨預(yù)報(bào)性能，并分析訂正方法，以期提高預(yù)報(bào)質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 資料

使用資料分為2類：第1類實(shí)況資料為2015—2017年廣安地區(qū)4個(gè)國(guó)家觀測(cè)站降水實(shí)況觀測(cè)資料。第2類數(shù)值模式資料為同時(shí)段20時(shí)起報(bào)的EC地面降水資料，空間分辨率0.125°×0.125°；預(yù)報(bào)時(shí)效為3～72 h，時(shí)間分辨率為3 h。

1.2 檢驗(yàn)方法和內(nèi)容

EC格點(diǎn)資料與站點(diǎn)資料匹配采用插值原則，即分別對(duì)4個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)周圍4個(gè)格點(diǎn)數(shù)據(jù)插值到觀測(cè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)的格點(diǎn)預(yù)報(bào)值權(quán)重系數(shù)為該格點(diǎn)距站點(diǎn)距離的倒數(shù)。

檢驗(yàn)方法按照《全國(guó)城鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量國(guó)家級(jí)檢驗(yàn)方案》執(zhí)行，以12 h為檢驗(yàn)單元，檢驗(yàn)時(shí)效為12～72 h。

2 晴雨預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)

2.1 正確率檢驗(yàn)

表1匯總了72 h內(nèi)的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，可見(jiàn)12 h 晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，為71.9%～88.1%，72 h 準(zhǔn)確率下降為31.7%～71.9%；同時(shí)，各時(shí)效之間，準(zhǔn)確率存在明顯的波狀變化趨勢(shì)，晝夜差異明顯，以24 h為單位，夜間準(zhǔn)確率高于白天，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，準(zhǔn)確率呈下降趨勢(shì)。

表1 0～72 h晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(單位：%)

2.2 空?qǐng)?bào)率檢驗(yàn)

表2匯總了72 h內(nèi)的晴雨預(yù)報(bào)的空?qǐng)?bào)率，可見(jiàn)12 h晴雨預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率最低，為9.8%～27.6%，平均17.9%；72 h空?qǐng)?bào)率上升為25.0%～68.3%，平均空?qǐng)?bào)率達(dá)40.9%；同時(shí)，分析各時(shí)效之間變化，發(fā)現(xiàn)空?qǐng)?bào)率存在明顯的晝夜差異，以24 h為單位，夜間空?qǐng)?bào)率明顯小于白天，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，空?qǐng)?bào)率呈增大趨勢(shì)。

表2 0～72 h晴雨預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率(單位：%)

2.3 漏報(bào)率檢驗(yàn)

表3匯總了72 h內(nèi)的晴雨預(yù)報(bào)的漏報(bào)率，可見(jiàn)除5、9月漏報(bào)率略高外，各月之間漏報(bào)率無(wú)明顯變化趨勢(shì)；以24 h為單位，夜間漏報(bào)率略大于白天，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，漏報(bào)率變化趨勢(shì)不明顯；各時(shí)次平均漏報(bào)率僅為1.4%～3.9%，整體漏報(bào)率較低。

表3 0～72 h晴雨預(yù)報(bào)漏報(bào)率(單位：%)

綜合以上分析，72 h內(nèi)晴雨預(yù)報(bào)夜間準(zhǔn)確率均高于70%，白天平均高于60%，整體準(zhǔn)確率較高，有一定的參考價(jià)值，但仍有進(jìn)一步訂正空間。降水預(yù)報(bào)過(guò)度問(wèn)題較明顯，72 h內(nèi)，夜間空?qǐng)?bào)率為17.9%～26.1%；白天空?qǐng)?bào)率達(dá)到32.1%～40.9%，是影響準(zhǔn)確率的主要因素。因此，有必要進(jìn)一步分析空?qǐng)?bào)較多的原因，尋找科學(xué)有效的訂正指標(biāo)，提高晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

3 訂正條件分析

通過(guò)分析EC降水空?qǐng)?bào)時(shí)降水量的分布特征，可知當(dāng)EC預(yù)報(bào)降水量R(R≤3.0 mm)較小時(shí)，更易發(fā)生空?qǐng)?bào)。訂正時(shí)，R取R1≤0.5 mm,當(dāng)EC預(yù)報(bào)降水R滿足R1取值范圍時(shí)，訂正為預(yù)報(bào)無(wú)降水。同樣，分別取R2≤1.0 mm、R3≤1.5 mm、R4≤2.0 mm、R5≤2.5 mm和R6≤3.0 mm, 對(duì)2015—2017年EC預(yù)報(bào)降水量R≤3.0 mm的1417個(gè)樣本進(jìn)行晴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。同時(shí)，由于降水量級(jí)存在明顯的季節(jié)性差異，分季節(jié)檢驗(yàn)訂正效果。

4 訂正效果檢驗(yàn)及訂正指標(biāo)

通過(guò)上述訂正方法，對(duì)預(yù)報(bào)降水量各取值范圍和各時(shí)次訂正后的準(zhǔn)確率變化統(tǒng)計(jì)如表4～表7。由表可見(jiàn)，除春季12 h內(nèi)晴雨預(yù)報(bào)為負(fù)訂正外，其余以正訂正為主；夜間的12 h、36 h、60 h時(shí)次相較于白天的24 h、48 h和72 h時(shí)次訂正效果差，即夜間訂正效果弱于白天；夜間和白天，隨時(shí)間延長(zhǎng)，訂正效果呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

表4 冬季0～72 h訂正后晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率變化(單位：%)

表5 春季0～72 h訂正后晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率變化(單位：%)

表6 夏季0～72 h訂正后晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率變化(單位：%)

表7 秋季0～72 h訂正后晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率變化(單位：%)

根據(jù)上述，選取各季不同時(shí)次晴雨預(yù)報(bào)的最優(yōu)降水訂正指標(biāo)。從指標(biāo)變化來(lái)看，不同季節(jié)有較明顯區(qū)別，夏季數(shù)值最大，其次是冬季，春、秋最?。徊煌瑫r(shí)次之間無(wú)明顯變化。表8匯總了降水訂正指標(biāo)和訂正后的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。訂正后的準(zhǔn)確率隨時(shí)次的延長(zhǎng)，呈略下降趨勢(shì)；訂正后準(zhǔn)確率大部分在80%以上，平均準(zhǔn)確率為79.2%～84.0%，較未訂正前分別上升5.3%～21.5%，其中白天提升最大，為2成左右，說(shuō)明訂正效果良好。

表8 0～72 h訂正指標(biāo)及訂正后晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

5 結(jié)論與討論

綜合預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)分析，可以得到以下結(jié)論。

①EC客觀晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率整體較高，為57.7%～78.7%，有一定的參考價(jià)值；夜間和白天有較大差距，以24 h為單位，夜間高于白天，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，均呈下降趨勢(shì)。

②EC客觀晴雨預(yù)報(bào)的空?qǐng)?bào)率較高，為17.9%～40.9%，是影響晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的主要因素，72 h內(nèi)空?qǐng)?bào)率隨時(shí)間的延長(zhǎng)，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；同時(shí)，以24 h為單位，夜間空?qǐng)?bào)率小于白天。

③EC客觀晴雨預(yù)報(bào)的漏報(bào)率較低，為1.4%～3.9%，且無(wú)明顯的時(shí)效和月季變化。

④進(jìn)行訂正預(yù)報(bào)后，晴雨準(zhǔn)確率大部分在80%以上，平均準(zhǔn)確率為79.2%～84.0%，較未訂正前分別上升5.3%～21.5%。因此，以上訂正指標(biāo)可有效改善晴雨準(zhǔn)確率。

⑤對(duì)數(shù)值模式的預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)方法是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的檢驗(yàn)，實(shí)際工作中，局地降水、雨帶位置的偏差等亦是影響預(yù)報(bào)質(zhì)量的因素。因此，預(yù)報(bào)人員在實(shí)際工作中，應(yīng)科學(xué)合理的使用檢驗(yàn)結(jié)論。