青海省一次降水過程的數(shù)值模式預(yù)報及誤差分析

石秀云，陳紅松，劉成豐，祁雨佳

(青海省格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099)

1 天氣實況綜述

受新西風(fēng)槽底西北氣流和南支槽前較強西南氣流的共同影響,圖1(a)，2020年5月5日08時至6日08時，全省大部出現(xiàn)降水，圖1(b)，共計522個測站出現(xiàn)降水，其中小雨478個，中雨44個，較大降水量出現(xiàn)在野牛溝(23.8mm)、化隆金源鄉(xiāng)士哇倉村(16.6mm)、冷湖行委(9.7mm)等地。

全省24h內(nèi)高溫區(qū)域在青海中東部，圖1(c)，主要位于柴達(dá)木盆地東部和和東部農(nóng)業(yè)區(qū)，其中最高氣溫31.0℃出現(xiàn)在尖扎康楊鎮(zhèn)宗子拉村。全省24h內(nèi)低溫區(qū)主要在海西西部、唐古拉山區(qū)、玉樹和果洛等地，其中最低氣溫-6.7℃位于格爾木市的不凍泉，另外五道梁附近最低氣溫也在-6℃左右，圖1(d)。

圖1 青海省天氣實況圖

2 降水預(yù)報檢驗

2.1 各模式降水落區(qū)預(yù)報定性分析

從EC模式24h(5日08時起報6日08時)降水落區(qū)圖(圖2a)看出EC全省預(yù)報降水、EC模式48h(4日08時預(yù)報6日08時)預(yù)報時效(圖2b)圖中也給全省預(yù)報降水。NCEP模式24h降水落區(qū)圖(圖2c)中，全省預(yù)報降水，NCEP模式48h降水落區(qū)圖(圖2d)中，西北部沒預(yù)報降水，省內(nèi)其余各地預(yù)報有降水。GRAPES-GFS 24h降水落區(qū)圖(圖2e)中，柴達(dá)木盆地中東部沒預(yù)報降水，其余各地小雨，其中給我省東北部預(yù)報有中雨，GRAPES-GFS 48h降水落區(qū)圖(圖2f)中，除了對柴達(dá)木盆地中部沒預(yù)報降水外，其余各地預(yù)報有降水。因此，從青海區(qū)域的降水落區(qū)預(yù)報來看：EC模式、NCEP模式不論是24h還是48h，對柴達(dá)木盆地中部的降水均有空報，EC 模式對東北部和西北部少量站較大降水中心有漏報，NCEP 對較大降水中心漏報更多。而GRAPES-GFS 的 24 h預(yù)報降水落區(qū)和降水量級更準(zhǔn)確，也更接近實況。

圖2 青海省5月5日24h累積降水量預(yù)報圖

2.2 各模式對青海區(qū)域要素(降水、溫度)預(yù)報偏差分析

2.2.1 晴雨及一般性降水預(yù)報(24h預(yù)報時效)

對各模式晴雨及一般性降水24h預(yù)報時效，在青海區(qū)域內(nèi)各站點的預(yù)報準(zhǔn)確率、空報率、漏報率統(tǒng)計分析來看：GRAPES3km和GRAPES-MESO晴雨準(zhǔn)確率(圖3a)最高分別為 59.23%和58.11%；NCEP準(zhǔn)確率較低，為47.07%；晴雨空報率(圖3c)GRAPES-MESO 空報率最低，為33.78%；NCEP和EC-thin空報率較高，分別為51.8%和42.34%。一般性降水準(zhǔn)確率(圖3b)GRAPES 3km最高，為47.69%，其次為GRAPES-GFS(47.54%)和EC-thin(47.18%)，NCEP準(zhǔn)確率較低，為43.24%。

綜合來看，GRAPES-MESO和GRAPES 3km準(zhǔn)確率最高，其次是GRAPES-GFS較高，而NCEP最低。EC-thin僅對一般性降水的準(zhǔn)確率較高。

圖3(b) 5月6日08時各模式一般性降水預(yù)報準(zhǔn)確率

圖3(c) 5月6日08時各模式晴雨預(yù)報空報率

2.2.2最高、最低溫度預(yù)報(24 小時預(yù)報時效)

對各模式24h預(yù)報(5日08時預(yù)報6日08時)最高溫度(圖4a)預(yù)報準(zhǔn)確率統(tǒng)計分析來看，在青海區(qū)域內(nèi)：GRAPES-GFS準(zhǔn)確率最高，為31.39%，其次為GRAPES3km模式，為26.46%，EC-thin模式最低，僅為11.66%。對各模式24h預(yù)報(5日08時預(yù)報6日08時)最低溫度(圖4b)預(yù)報準(zhǔn)確率統(tǒng)計分析來看：GRAPES3km模式準(zhǔn)確率最高，為53.36，其次為GRAPES-GFS，為52.47，EC-thin為51.12%。由此可見，三種模式對最低溫度的預(yù)報準(zhǔn)確率較高，均在50%以上，而對最高溫度的預(yù)報準(zhǔn)確率較低。

圖4(a) 5月6日08時各模式最高溫度預(yù)報準(zhǔn)確率

圖4(b) 5月6日08時各模式最低溫度預(yù)報準(zhǔn)確率

3 全球模式500hpa環(huán)流形勢檢驗

3.1 500hpa高度場預(yù)報

3.1.1 預(yù)報穩(wěn)定性分析

5月 6 日 08 時 500hpa 高空圖上(圖5a)，中高緯度為寬廣的西風(fēng)槽多波動，我省北部受西風(fēng)槽底部下滑冷空氣影響，有高空短波活動；南部有風(fēng)場弱切變線活動，并且偏南風(fēng)較強。從各模式 24、48、72h預(yù)報穩(wěn)定性分析來看，EC模式高度場預(yù)報(圖5b)更穩(wěn)定，但對我省北部大降水區(qū)的短波系統(tǒng)預(yù)報較弱。EC 和 NCEP模式(圖5c) 對我省系統(tǒng)預(yù)報偏弱，而GRAPES-GFS模式預(yù)報(圖5d) 在全省范圍內(nèi)的高度預(yù)報場和實況更趨于一致，但對省北部系統(tǒng)預(yù)報略比實況偏南，對南支系統(tǒng)預(yù)報位置略比實況偏北。

圖5 青海省5月6日08時500hp高度場預(yù)報圖(注：圖中黑色線條為000場，藍(lán)色線條為 24h預(yù)報場，綠色線條為48h預(yù)報場，紅色線條為72h預(yù)報場)

3.1.2 預(yù)報偏差分析

從各模式 24、48、72h預(yù)報偏差分析來看，EC 模式預(yù)報圖6(a)在各預(yù)報時效(24、48、72h)預(yù)報偏差以正偏差為主，即 500hpa 預(yù)報高度場偏高，預(yù)報偏弱；GRAPES-GFS模式預(yù)報圖6(b)對于青海中部和北部預(yù)報偏差以正偏差為主，對東部預(yù)報以負(fù)偏差為主，即對最大降水落區(qū)(野牛溝附近)預(yù)報偏弱，對次最大降水落區(qū)(化隆附近)預(yù)報偏強，與GRAPES-GFS 對大降水落區(qū)預(yù)報偏南對應(yīng)。

圖6(a) 不同時效EC模式500hpa高度場預(yù)報偏差

圖6(b) 不同時效GRAPES-GFS模式500hpa高度場預(yù)報偏差

3.2 500hpa 溫度場預(yù)報

3.2.1 預(yù)報穩(wěn)定性分析

5月 6日08時500hPa高空圖上，我省北部受弱冷槽控制，北部為-12℃的低溫區(qū)。沱沱河南部為-8℃的相對暖區(qū)。從各家模式 24、48 預(yù)報穩(wěn)定性分析來看，EC 模式24h(圖7b)對整個青海省溫度預(yù)報相對較好，與實況(圖7a)基本吻合，而EC 模式48h(圖7c)對青海南部預(yù)報偏弱；NCEP模式24h(圖7e)溫度預(yù)報對青海南部的預(yù)報均偏強，而NCEP模式48h(圖7f)溫度預(yù)報對青海南部的預(yù)報稍偏強，北部預(yù)報與實況(圖7d)基本吻合；GRAPES-GFSP模式24h(圖7h)溫度預(yù)報與實況(圖7g)更接近，但仍然對玉樹南部預(yù)報偏強，GRAPES-GFSP模式48h(圖7i)溫度預(yù)報對東南部的預(yù)報稍偏弱。

圖7 5月6日08時各模式500hpa溫度場24、48h預(yù)報穩(wěn)定性分析(a)EC模式溫度初始場 (b)EC模式溫度24h預(yù)報場 (c)EC模式溫度48h預(yù)報場 (d)GRAPES-GFS模式溫度00場 (e)GRAPES-GFS 模式溫度24h預(yù)報場 (f)GRAPES-GFS模式溫度48h預(yù)報場 (g)NCEP模式溫度00場 (h)NCEP模式溫度24h預(yù)報場 (i)NCEP模式溫度48h預(yù)報場

3.2.2 預(yù)報偏差分析

從各模式24、48、72h預(yù)報偏差分析來看，EC模式圖8(a)在各預(yù)報時效(24、48、72h)對省北部預(yù)報偏差以正偏差為主，特別是對弱冷槽位置的溫度預(yù)報偏高。GRAPES-GFS模式8(b)對于青海中西部正偏差為主，且偏差值普遍高于EC模式，最高偏差達(dá)到4℃左右。說明GRAPES-GFS對南支槽前的弱冷溫槽預(yù)報偏弱。

圖8(a) 不同時效EC模式500hpa溫度場預(yù)報偏差

圖8(b) 不同時效GRAPES-GFS模式500hpa溫度場預(yù)報偏差

3.3 500hPa風(fēng)場預(yù)報偏差分析

綜合各模式24h 500hPa預(yù)報偏差，可以看出EC模式(圖9a)對柴達(dá)木盆地高空風(fēng)場預(yù)報偏強，對唐古拉地區(qū)的風(fēng)場預(yù)報偏弱；GRAPES-GFS模式(圖9b)對柴達(dá)木盆地的高空風(fēng)場預(yù)報更準(zhǔn)確，但對南支槽前的西南風(fēng)預(yù)報偏強；NCEP模式(圖9c)對柴達(dá)木盆地高空風(fēng)場預(yù)報偏強，對唐古拉地區(qū)的風(fēng)場預(yù)報偏弱。

圖9 5月6日08時各模式500hpa風(fēng)場與實況對比圖(a)EC模式 (b)GRAPES-GFS 模式 (c)NCEP 模式

4 結(jié)論

通過以上分析可知，對于500hPa環(huán)流形勢場預(yù)報而言，EC模式預(yù)報相對穩(wěn)定，但對影響我省的低值系統(tǒng)預(yù)報偏弱；而GRAPES-GFS 與實況更靠近，但對省北部淺槽預(yù)報偏南而對南支槽前西南氣流預(yù)報偏強，導(dǎo)致降水落區(qū)和大降水中心偏南。NCEP 模式預(yù)報仍然偏弱。

對于降水落區(qū)預(yù)報來說GRAPES-GFS的24h預(yù)報降水落區(qū)和降水量級更準(zhǔn)確，但其48h預(yù)報大降水落區(qū)偏南。對于降水和最高、最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率，整體來看GRAPES3km 準(zhǔn)確率最高，其次是GRAPES-GFS，再次是EC-thin，NCEP準(zhǔn)確率最低。