2015—2017 年寧夏各天氣預(yù)報(bào)參考產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)分析

陳利偉，吳志岐，馬興明，郭軍偉，楊天柳

（1.西吉縣氣象局，寧夏西吉756200；2.涇源縣氣象局，寧夏涇源756400）

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)已經(jīng)成為現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的重要支撐，寧夏氣象臺(tái)近幾年也開發(fā)引進(jìn)了數(shù)十種數(shù)值預(yù)報(bào)模式，如ECMOS 月、ECMOS 季，T639MOS 月、T639MOS季和WRF9KM、WRF3KM及WRFRUC 等。

張成軍等檢驗(yàn)了數(shù)十種數(shù)值模式釋用產(chǎn)品在寧夏天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的預(yù)報(bào)性能，發(fā)現(xiàn)中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品預(yù)報(bào)最低、最高溫度準(zhǔn)確率并非最高，不應(yīng)以中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品為主要參考產(chǎn)品[1]。劉梅等分析檢驗(yàn)了廣東省、山東省、云南省及廣州市區(qū)的城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)質(zhì)量[2-5],楊亞利等對(duì)銅川鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）及旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)質(zhì)量進(jìn)行了探析[6],熊偉等分析檢驗(yàn)了多種數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)貴州、云南及江西的降水預(yù)報(bào)能力[7-9]，發(fā)現(xiàn)同一模式對(duì)不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同預(yù)報(bào)要素的預(yù)報(bào)能力也不盡相同。

雖然上述學(xué)者對(duì)城鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量及數(shù)值預(yù)報(bào)能力做了大量分析檢驗(yàn)，但由于氣候背景不同，在預(yù)報(bào)人員變動(dòng)及數(shù)值模式改進(jìn)等因素的影響下，仍需分析檢驗(yàn)最新的城鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量及數(shù)值預(yù)報(bào)能力。

1 資料與方法

1.1 資料

預(yù)報(bào)資料：2015 年1 月到2017 年12 月3 年中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品和多種數(shù)值模式釋用產(chǎn)品中的24～72 h 部分。

實(shí)況資料：2015 年1 月到2017 年12 月3 年寧夏20 個(gè)國家級(jí)氣象站的氣溫和降水資料。

1.2 方法

采用《全國城鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)方案》中的方法，計(jì)算各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品預(yù)報(bào)最低溫度、最高溫度、晴雨（雪）及一般性降水的準(zhǔn)確率。

2 數(shù)值模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

2.1 最低溫度

T639MOS 月預(yù)報(bào)最低溫度在24 h 和72 h 準(zhǔn)確率最高，分別為74.35%和66.36%，48 h 準(zhǔn)確率排名第二，為70.39%；T639MOS 季在48 h 準(zhǔn)確率最高，為70.76%，在24 h 和72 h 準(zhǔn)確率排名第二，分別為73.39%和65.30%；誤差擇優(yōu)平均在24 h 和48 h 準(zhǔn)確率排名第三，分別為71.78%和68.42%，在72 h 準(zhǔn)確率排名第四，為64.99%（見表1）。

2.2 最高溫度

ECMOS 月預(yù)報(bào)最高溫度在24～72 h 準(zhǔn)確率均排名第一，分別為72.47%、70.34%和67.99%；ECMOS 季準(zhǔn)確率均排名第二，分別為72.25%、70.32%和66.89%；誤差擇優(yōu)平均準(zhǔn)確率均排名第三，分別為72.07%、67.52%和63.49%（見表2）。

表2 2015—2017 年最高溫度24～72 h 各參考產(chǎn)品正確率

2.3 晴雨(雪）與一般性降水

由于晴雨（雪）和一般性降水具有明顯的季節(jié)特征，在每年的1—4 月和10—12 月降水次數(shù)較少，檢驗(yàn)意義較小，因此檢驗(yàn)晴雨（雪）與一般性降水只選取5—9 月進(jìn)行檢驗(yàn)。以2015 年5—9 月準(zhǔn)確率最高的6 種參考產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)，2016 年和2017 年選取同樣的6 種參考產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)。

從圖1 中可以看出，2015 年24 hT639MOS 季準(zhǔn)確率最高，為87.50%；中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品排名第二，為83.49%；WRFRUC、誤差擇優(yōu)權(quán)重、誤差擇優(yōu)組合和WRF3KM 排名第三到第六。2016 年WRF3KM準(zhǔn)確率排名第一，為83.23%；中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品排名第二，為80.11%；T639MOS 季、WRFRUC、誤差擇優(yōu)權(quán)重和誤差最優(yōu)組合準(zhǔn)確率排名第三到第六。2017 年WRF3KM準(zhǔn)確率也排名第一，為88.98%，WRFRUC、T639MOS 季、誤差擇優(yōu)權(quán)重和中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品確率也都超過了80%，誤差最優(yōu)組合準(zhǔn)確率最低，為78.04%。WRF3KM準(zhǔn)確率逐年上升且上升幅度較大，從2015 年的72.76%上升到2017 年的88.98%；中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品準(zhǔn)確率較穩(wěn)定，三年的準(zhǔn)確率均超過80%；T639MOS 季表現(xiàn)也較好；WRFRUC、誤差擇優(yōu)權(quán)重、誤差擇優(yōu)組合3 種數(shù)值模式準(zhǔn)確率較低，3 年里至少有兩年的準(zhǔn)確率低于80%；誤差最優(yōu)組合的準(zhǔn)確率3 年間均未超過80%。

圖1 24 h 各參考產(chǎn)品晴雨準(zhǔn)確率

從圖2 中可以看出，2015 年和2016 年48 h中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品均是準(zhǔn)確率最高的參考產(chǎn)品，分別為83.00%和79.61%，2015 年WRFRUC、誤差擇優(yōu)權(quán)重和誤差擇優(yōu)組合準(zhǔn)確率排第二到第四，分別為78.55%、76.66%和76.17%，T639MOS 季和WRF9KM 準(zhǔn)確率低于75%；2016 年誤差擇優(yōu)權(quán)重、WRF9KM、WRFRUC 和T639MOS 季準(zhǔn)確率 分 列 第二到第五，分別為76.25%、76.03%、75.99%和75.53%，誤差最優(yōu)組合準(zhǔn)確率低于75%，為71.29%。2017 年WRFRUC、WRF9KM 和中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品準(zhǔn)確率排第一到第三，分別為85.46%、81.92%和81.29%，誤差擇優(yōu)權(quán)重、T639MOS 季和誤差最優(yōu)組合準(zhǔn)確率排名為第四到第六，分別為77.40%、77.32%和75.03。中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品準(zhǔn)確率較高且穩(wěn)定，3 年里有兩年的準(zhǔn)確率超過80%，2016 年準(zhǔn)確率也達(dá)到了79.61%；WRF9KM 的準(zhǔn)確率逐年上升，從2015 年的72.21%升至2017 年的81.92%。

圖2 48 h 各參考產(chǎn)品晴雨準(zhǔn)確率

從圖3 中可以看出，2015 年和2016 年72 h 均是T639MOS 季準(zhǔn)確率最高，分別為81.03%和77.31%，2015 年中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品準(zhǔn)確率排名第二，為79.76%，誤差擇優(yōu)權(quán)重、誤差擇優(yōu)組合和WRF9KM準(zhǔn)確率排名第三到第五，分別為74.26%、73.38%和72.15%，誤差擇優(yōu)平均準(zhǔn)確率未超過70%，為68.28%；2016 年中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品排名第二，為77.16%，誤差擇優(yōu)權(quán)重、WRF9KM 和誤差擇優(yōu)組合準(zhǔn)確率排名第三到第五，分別為76.62%、74.56%和72.53%，誤差擇優(yōu)平均準(zhǔn)確率未超過70%，為66.41%；2017 年WRF9KM和中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品準(zhǔn)確率排名第一與第二，分別為83.48%和81.28%，T639MOS 季、誤差擇優(yōu)權(quán)重和誤差擇優(yōu)組合準(zhǔn)確率排名第三到第五，分別為79.10%、76.79%和76.22%，誤差擇優(yōu)平均準(zhǔn)確率未超過75%，為71.22%。

圖3 72 h 各參考產(chǎn)品晴雨準(zhǔn)確率

中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品在24～72 h 準(zhǔn)確率均較高且穩(wěn)定，T639MOS 季在24 h 和72 h 準(zhǔn)確率較高，但在48 h 準(zhǔn)確率較低，WRF3KM 在24 h 準(zhǔn)確率逐年上升，且上升幅度較大，WRF9KM在48 h 和72 h準(zhǔn)確率逐年上升，其他參考產(chǎn)品準(zhǔn)確率均較低。

從圖4 可以看出，2015 年24 hWRF9KM準(zhǔn)確率最高，為46.15%，T639 插值、中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品和WRF3KM 排名第二到第四，準(zhǔn)確率分別為43.31%、43.08%和42.57%，ECTh 插值和誤差擇優(yōu)權(quán)重分列第五、第六，準(zhǔn)確率均未超過40%；2016 年24 hT639 插值準(zhǔn)確率最高，為42.23%,也是唯一一個(gè)準(zhǔn)確率超過40%的參考產(chǎn)品，中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品準(zhǔn)確率排名第二，為39.69%，WRF3KM 準(zhǔn)確率排名第三，為37.21%，誤差擇優(yōu)權(quán)重、WRF9KM 和ECTh 插值分列第四至第六名，準(zhǔn)確率均低于35%；2017 年WRF3KM準(zhǔn)確率排名第一，為48.83%，T639插值準(zhǔn)確率排名第二，為44.29%，WRF9KM準(zhǔn)確率排名第三，為40.48%，中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品、誤差擇優(yōu)權(quán)重和ECTh 插值排第四至第六名，準(zhǔn)確率均低于40%。

圖4 24 h 各參考產(chǎn)品降水準(zhǔn)確率

從圖5 中可以看出，2015—2017 年3 年48h 降水準(zhǔn)確率最高的參考產(chǎn)品均是中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品，分別為41.15%、36.85%和39.06%；2015 年WRF9KM 準(zhǔn)確率排名第二，為40.29%，T639 插值準(zhǔn)確率排名第三，為40.18%，ECTh 插值、WRFRUC 和誤差最優(yōu)組合分列第四至第六名，準(zhǔn)確率均低于40%；2016 年T639 插值準(zhǔn)確率排名第二，為35.23%，其他4 種參考產(chǎn)品準(zhǔn)確率均未超過35%；2017 年WRFRUC 準(zhǔn)確率排名第二，為37.05%，T639 插值準(zhǔn)確率排名第三，為35.43%，其他3種參考產(chǎn)品準(zhǔn)確率均未超過35%。

圖5 48 h 各參考產(chǎn)品降水準(zhǔn)確率

從圖6 中可以看出，2015 年72 h 降水準(zhǔn)確率排名第一的參考產(chǎn)品是WRF9KM，為36.78%，中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品、ECTh 插值、T639 插值、誤差擇優(yōu)權(quán)重和誤差最優(yōu)組合，準(zhǔn)確率均低于35%，分別為34.01%、33.89%、32.78%、30.87%和29.88%；2016 年T639 插值準(zhǔn)確率排名第一，為36.02%，誤差擇優(yōu)權(quán)重、中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品和誤差最優(yōu)組合排第二到第四，分別為33.69%、31.30%和30.31%，ECTh 插值和WRF9KM 準(zhǔn)確率均未超過30%；2017 年中央指導(dǎo)準(zhǔn)確率排名第一，為38.04%，WRF9KM 準(zhǔn)確率排名第二，為35.47%，T639 插值準(zhǔn)確率排名第三，為33.04%，誤差最優(yōu)組合、誤差最優(yōu)權(quán)重和ECTh 插值準(zhǔn)確率均未超過30%。

圖6 72 h 各參考產(chǎn)品降水準(zhǔn)確率

WRF9KM、中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品和T639 插值參考產(chǎn)品的準(zhǔn)確率較高，且穩(wěn)定性較好。

3 結(jié)論與小結(jié)

預(yù)報(bào)最低溫度時(shí)可以著重參考T639MOS 月和T639MOS 季，預(yù)報(bào)最高溫度時(shí)可著重參考ECMOS月和ECMOS 季，預(yù)報(bào)晴雨（雪）時(shí)可著重參考中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品，預(yù)報(bào)一般性降水時(shí)可著重參考WRF9KM、中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品和T639 插值。

中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品在最低溫度、最高溫度方面的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不及T639MOS 月、T639MOS 季和ECMOS月、ECMOS季，因此預(yù)報(bào)員訂正最高、最低溫度時(shí)應(yīng)多參考T639MOS 月、T639MOS 季和ECMOS 月、ECMOS季，并適當(dāng)增加訂正中央氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品的幅度。

晴雨（雪）和一般性降水的準(zhǔn)確率隨季節(jié)變化浮動(dòng)較大，應(yīng)該著重總結(jié)其變化規(guī)律，建立穩(wěn)定可靠的訂正技術(shù)體系。