EC模式對(duì)北盤江流域降水的預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

孔祥波,夏曉玲,醋院科,唐延婧,宋萬(wàn)禮,廖 波

(1.貴州黔源電力股份有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550000;2.貴州新氣象科技有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550002)

現(xiàn)代的天氣預(yù)報(bào)有很大程度上依賴數(shù)值預(yù)報(bào)模式，而對(duì)數(shù)值模式進(jìn)行檢驗(yàn)是使用數(shù)值預(yù)報(bào)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，合理的檢驗(yàn)方式可以為使用者了解數(shù)值模式提供有效的幫助[1-2]。比較普遍和傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法是通過(guò)高空、地面觀測(cè)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)比，根據(jù)事件是否發(fā)生對(duì)預(yù)報(bào)和觀測(cè)進(jìn)行分類，并統(tǒng)計(jì)點(diǎn)上預(yù)報(bào)、觀測(cè)事件發(fā)生的次數(shù)，在此基礎(chǔ)上定義如準(zhǔn)確率、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率等一系列評(píng)分指數(shù)來(lái)評(píng)定模式的預(yù)報(bào)技巧[3]。這樣傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方式可以客觀、定量的給出預(yù)報(bào)的整體表現(xiàn)。

肖玉華等[4]基于T639、T213、日本和德國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)2008年5—9月的預(yù)報(bào)分區(qū)域進(jìn)行了客觀檢驗(yàn)分析，結(jié)果表明各模式在西南地區(qū)的降水預(yù)報(bào)能力隨著降水級(jí)別的增加而減弱，到暴雨級(jí)別，西南區(qū)已成為各模式TS評(píng)分最低區(qū)域，正確率最低值出現(xiàn)在四川盆地。暴雨是中國(guó)主要的災(zāi)害性天氣之一，是各種天氣尺度相互作用的結(jié)果，大尺度環(huán)流為暴雨的產(chǎn)生提供有利的背景，中尺度系統(tǒng)則是暴雨的直接制造者，許多專家和學(xué)者對(duì)不同地區(qū)、不同環(huán)流背景下的暴雨有過(guò)不少的分析研究[5-11]。

貴州的地貌復(fù)雜，不同等級(jí)的降水分布情況復(fù)雜[12]，因此對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)尤為重要。湯俊等[13]檢驗(yàn)了T213模式在貴州的運(yùn)用效果，認(rèn)為該模式在貴州的預(yù)報(bào)效果較好；伍紅雨等[14]檢驗(yàn)了貴州中尺度數(shù)值模式MM5的預(yù)報(bào)效果，并認(rèn)為MM5模式有較好的短期預(yù)報(bào)能力；周永水等[15]檢驗(yàn)了T639，EC細(xì)網(wǎng)格對(duì)于14時(shí)2 m氣溫的預(yù)報(bào)效果，認(rèn)為EC的預(yù)報(bào)效果優(yōu)于T639模式。對(duì)于貴州省內(nèi)烏江流域范圍的數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)情況，宋丹等[16]檢驗(yàn)并訂正了烏江流域范圍內(nèi)SWAN定量降水估測(cè)(QPE)和定量降水預(yù)報(bào)(QPF)，認(rèn)為QPE和QPF的預(yù)報(bào)效果并不理想，不能直接用于業(yè)務(wù)中，但經(jīng)過(guò)2次訂正后的效果較好，可以業(yè)務(wù)運(yùn)用。唐延婧等[17]檢驗(yàn)的了中尺度模式WRF對(duì)烏江流域的面雨量預(yù)報(bào)效果，認(rèn)為WRF面雨量預(yù)報(bào)的釋用起到一定的指導(dǎo)意義，可根據(jù)WRF的降水預(yù)報(bào)一致偏小的特點(diǎn)提出降水預(yù)報(bào)訂正思路：結(jié)合天氣學(xué)分析，將WRF預(yù)報(bào)放大相應(yīng)訂正值來(lái)考慮降雨量級(jí)，可以提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

北盤江流域?qū)僦榻饔蛭鹘?，是紅水河上游左岸最大支流，流域跨越云南、貴州兩省。黔源電力公司在北盤江流域上有多個(gè)梯級(jí)電站，受電力市場(chǎng)改革影響，貴州省內(nèi)開(kāi)展的水火發(fā)電權(quán)交易、貴州與云南開(kāi)展的云貴水火置換，以及未來(lái)云貴互聯(lián)工程建成投運(yùn)后云電入貴等，必將進(jìn)一步加大梯級(jí)水庫(kù)在汛期洪水調(diào)度中的困難，汛期洪水調(diào)度必然面臨更復(fù)雜的棄水調(diào)峰、低谷空間不足以及高峰出力不夠的嚴(yán)峻形勢(shì)。在此背景下，需要?dú)庀蟛块T進(jìn)一步提高短中期降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率與預(yù)見(jiàn)期，提供更加精細(xì)化的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，為梯級(jí)水庫(kù)合理控制水位降低棄水調(diào)峰可能提供更加及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)支持。

為了提高北盤江流域的降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，為電力調(diào)度提供更加精細(xì)化，具有針對(duì)性和指導(dǎo)意義的雨量預(yù)報(bào)，本文檢驗(yàn)了目前氣象部門運(yùn)用最為廣泛的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品歐洲中心數(shù)值模式(以下簡(jiǎn)稱EC數(shù)值模式)對(duì)于北盤江流域的預(yù)報(bào)情況。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 研究區(qū)域概述

北盤江(圖1)是珠江流域西江水系的一級(jí)支流，也是紅水河上游左岸最大的支流，位于云貴高原向廣西中山丘陵地區(qū)的過(guò)渡地帶，流域跨越云南、貴州兩省。北盤江發(fā)源于云南省曲靖市烏蒙山脈。北盤江處于北緯24°50′～26°50′，東經(jīng)103°50′～106°15′，流域的北面的牛欄江是金沙江的一級(jí)支流，東北方向都三岔河流域是烏江渡支流，流域南部為南盤江，從西北向東南海拔逐漸降低，流域上游為威寧等地的海拔為1 800 m以上，而中下游海拔在700～1 200 m[18]。北盤江流域的總面積為26 590 km2，其中山區(qū)面積占85%，丘陵10%，平原5%，為典型的喀斯特地貌[19-20]。北盤江流域?qū)儆诘湫偷膩啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候區(qū)。冬季主要受西風(fēng)北支急流影響，夏季主要受到印度洋孟加拉灣西南暖濕氣流影響。

圖1 北盤江流域范圍示意

北盤江流域內(nèi)降水量較為豐沛，多年平均降水量在1 200 mm左右，年降水在區(qū)域分布不均，流域上游西北部的宣威、威寧是少雨區(qū)，年降水量為900～1 000 mm，流域中游的永寧、六枝、晴隆為多雨區(qū)，降雨量在1 500 mm以上，下游董箐的降水量在1 100 mm左右。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源說(shuō)明

選取2019年9月8—10日一次極端降水個(gè)例的貴州省和云南省逐小時(shí)氣象站資料，運(yùn)用北盤江流域邊界提取流域范圍內(nèi)氣象站點(diǎn)409個(gè)。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品使用EC數(shù)據(jù)，自2019年9月5—7日每日20時(shí)起報(bào)的數(shù)據(jù)，分析不同預(yù)報(bào)時(shí)效對(duì)這次過(guò)程的預(yù)報(bào)效果。EC預(yù)報(bào)雨量數(shù)據(jù)為格點(diǎn)數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.125°×0.125°。由于實(shí)況站點(diǎn)的分辨率高于EC數(shù)值預(yù)報(bào)的格點(diǎn)分辨率，為了便于對(duì)比檢驗(yàn)，本文將實(shí)況的409個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)運(yùn)用雙線性插值方式，插值至和EC數(shù)據(jù)相同的格點(diǎn)。

選取2020年汛期3—10月逐日的20時(shí)至20時(shí)日雨量數(shù)據(jù)，各流域篩選出的關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)測(cè)日降雨量作為實(shí)況場(chǎng)。EC數(shù)值模式選用20時(shí)起報(bào)的24 h預(yù)報(bào)場(chǎng)。

1.3 檢驗(yàn)方法

檢驗(yàn)EC數(shù)據(jù)對(duì)此次降水過(guò)程的預(yù)報(bào)效果，主要運(yùn)用的方法有統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即計(jì)算EC降水站點(diǎn)預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差，標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)等。

平均絕對(duì)誤差可以用來(lái)反映預(yù)報(bào)值與實(shí)況值之間的偏離程度，可以反映總誤差情況，是用來(lái)衡量預(yù)報(bào)誤差比較常用的一個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)。平均絕對(duì)誤差公式如下：

(1)

式中xf——實(shí)況值；x0——預(yù)報(bào)值。

標(biāo)準(zhǔn)差反映了檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)誤差幅度的平均狀況，對(duì)誤差的極值反映較為敏感，可以反映誤差的離散程度，標(biāo)準(zhǔn)差公式如下：

(2)

式中xf——實(shí)況值；x0—預(yù)報(bào)值。

相關(guān)系數(shù)是用來(lái)反映預(yù)報(bào)值與實(shí)況值的線性相關(guān)程度，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越接近1，說(shuō)明模式對(duì)雨量的變化趨勢(shì)有一定的預(yù)報(bào)能力。相關(guān)系數(shù)的公式如下：

(3)

針對(duì)過(guò)程雨量預(yù)報(bào)效果的檢驗(yàn)，用到了TS評(píng)分檢驗(yàn)[21]即計(jì)算不同等級(jí)雨量EC預(yù)報(bào)的TS評(píng)分、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率。

(4)

(5)

(6)

式中 NAk——預(yù)報(bào)正確格點(diǎn)數(shù)，定義為實(shí)況和預(yù)報(bào)均有降水；NBk——空?qǐng)?bào)格點(diǎn)數(shù)，定義為預(yù)報(bào)有降水，實(shí)況無(wú)降水；NCk——漏報(bào)格點(diǎn)數(shù)，定義為預(yù)報(bào)無(wú)降水，實(shí)況有降水。

針對(duì)流域面雨量，由于其已經(jīng)是區(qū)域內(nèi)降雨情況的一個(gè)表征值，對(duì)降雨的空間不確定性起到了平滑作用，不需要進(jìn)行落區(qū)偏差分析，用相對(duì)誤差即可直接反映流域面雨量預(yù)報(bào)與實(shí)況間的差別。流域面雨量的檢驗(yàn)主要是對(duì)面雨量預(yù)報(bào)結(jié)果與相應(yīng)時(shí)刻面雨量實(shí)況值誤差差值進(jìn)行檢驗(yàn)，采用平均誤差方法比較合適。ME 比較好理解，即預(yù)報(bào)值與實(shí)況值的誤差。

誤差分析擬使用的統(tǒng)計(jì)方法如下：

ME=Rf-Rr

(7)

式中Rf——預(yù)報(bào)面雨量，作為誤差檢驗(yàn)的預(yù)報(bào)值；Rr——誤差檢驗(yàn)的實(shí)際面雨量，作為觀測(cè)值。

從上面的公式可以分析得知，ME越接近零，預(yù)報(bào)值和觀測(cè)值就越接近。

考慮復(fù)雜地形或山區(qū)降雨的特點(diǎn)，流域的面雨量都為經(jīng)過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)篩選后的雨量站實(shí)測(cè)或預(yù)報(bào)值，取各測(cè)站數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。假設(shè)流域內(nèi)有雨量站i個(gè)，經(jīng)過(guò)篩選后有關(guān)鍵點(diǎn)k個(gè)(k≤i)，有：

實(shí)際面雨量為：

(8)

各關(guān)鍵點(diǎn)上的預(yù)報(bào)雨量由格點(diǎn)預(yù)報(bào)場(chǎng)采用鄰域法插值得來(lái)，同樣也有預(yù)報(bào)面雨量：

(9)

2 實(shí)例檢驗(yàn)

2.1 降水實(shí)況

9月7日20時(shí)至10日20時(shí)，貴州省中西部地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨天氣過(guò)程。過(guò)程累計(jì)降雨量有15個(gè)氣象觀測(cè)站超過(guò)300 mm(最大為鎮(zhèn)寧縣炳云的395.4 mm)，118個(gè)氣象觀測(cè)站在200～299 mm之間，534個(gè)氣象觀測(cè)站在100～199 mm之間，944個(gè)氣象觀測(cè)站在50～99 mm之間(圖2)。強(qiáng)降雨主要分布在遵義市西部、畢節(jié)市北部和南部、六盤水市東部、安順市大部和黔西南州大部。

圖2 2019年9月7日20時(shí)至10日20時(shí)累計(jì)降雨量

定義日雨量大于25 mm且連續(xù)兩天及以上為一次過(guò)程，統(tǒng)計(jì)了貴州省84個(gè)縣級(jí)以上氣象站1960年以來(lái)9月同期過(guò)程降水量，2019年9月7日20時(shí)到9日20的日雨量，過(guò)程雨量在歷史序列中的排位百分比情況見(jiàn)圖3。由此可見(jiàn)貴州省西南部安順大部、黔西南中東部、黔南州長(zhǎng)順到惠水、以及畢節(jié)地區(qū)北部、盤縣等地的歷史排序都在90%以上，其中有8個(gè)站突破了歷史極值(歷史排序?yàn)?)。

圖3 站點(diǎn)過(guò)程雨量歷史排位分布

2.2 500 hPa環(huán)流預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)

500 hPa高度近似認(rèn)為是一個(gè)無(wú)輻合輻散層，比較穩(wěn)定，可以較好地看出上升區(qū)和下沉區(qū)，可以分析出北方槽脊波動(dòng)情況，西太平洋副熱帶高壓的移動(dòng)情況等，對(duì)未來(lái)形勢(shì)的預(yù)報(bào)有重要的指導(dǎo)意義，故本文對(duì)比檢驗(yàn)了5—7日下午20時(shí)起報(bào)的9—10日20時(shí)的500 hPa高度場(chǎng)，查看EC對(duì)此次過(guò)程的500 hPa的環(huán)流形勢(shì)預(yù)報(bào)情況。

此次降雨過(guò)程是因?yàn)槲魈礁睙釒Ц邏何魃煸斐傻?，所以?duì)于西太平副熱帶高壓位置的預(yù)報(bào)效果，決定了降雨的預(yù)報(bào)效果，通過(guò)檢驗(yàn)可知，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，EC數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)西太平副熱帶高壓的預(yù)報(bào)效果越理想，7日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)時(shí)效為72 h的預(yù)報(bào)可以很好的反映9—10日西太平副熱帶高壓西伸的過(guò)程。

分析5—7日下午20時(shí)起報(bào)的9日20時(shí)的500 hPa高度場(chǎng)，可以看出隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的臨近，EC細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)500 hPa環(huán)流形勢(shì)的預(yù)報(bào)越接近實(shí)況。9月9日20時(shí)的實(shí)況圖(圖4a)可以看出在黃河河套地區(qū)附近有一小槽波動(dòng)，5日20時(shí)和6日20時(shí)起報(bào)(圖4b、4c)的均沒(méi)有顯示出這個(gè)小槽波動(dòng)，但是7月20日起報(bào)(圖4d)，預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h的500 hPa高度預(yù)報(bào)對(duì)這個(gè)小槽波動(dòng)的預(yù)報(bào)效果較好，與實(shí)況較為接近。9月9日20時(shí)的實(shí)況圖中，西太平洋副熱帶高壓特征線588線的位置在臺(tái)灣島的東部向北至朝鮮半島，后向東橫跨過(guò)日本島北部，5日20時(shí)起報(bào)的對(duì)朝鮮半島南部588線位置預(yù)報(bào)略偏南，6日20時(shí)起報(bào)的對(duì)臺(tái)灣島東部的588線預(yù)報(bào)略偏西，7日20時(shí)起報(bào)的對(duì)西太平洋副熱帶高壓特征線588線的位置的預(yù)報(bào)效果比較理想，與實(shí)況基本一致。

a)9日20時(shí)實(shí)況

分析5—7日下午20時(shí)起報(bào)的10日20時(shí)的500 hPa高度場(chǎng)。9月10日20時(shí)的實(shí)況圖可以看出，相比9日，西太平副熱帶高壓有明顯的西伸，588線的西部邊緣在貴州西部地區(qū)，黃河河套地區(qū)附近的小槽較前日略偏南。分析EC預(yù)報(bào)可以看出，5日20點(diǎn)至7日20點(diǎn)起報(bào)均沒(méi)有顯示出這個(gè)小槽波動(dòng)。5日20點(diǎn)至6日20時(shí)起報(bào)對(duì)西太平副熱帶高壓西伸脊點(diǎn)的預(yù)報(bào)略偏西，位置在云南省的東部，7日20起報(bào)的(圖4d)預(yù)報(bào)時(shí)效為72 h的預(yù)報(bào)對(duì)西太平副熱帶高壓西伸脊點(diǎn)的預(yù)報(bào)和實(shí)況比較吻合，都在貴州省的西部地區(qū)。

2.3 過(guò)程雨量預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)

本文檢驗(yàn)了5日20點(diǎn)至10日24 h雨量和EC數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)應(yīng)24 h雨量的預(yù)報(bào)效果(圖5)。8日20時(shí)的24 h雨量主要集中在貴州省的西北部地區(qū)，多為小到中雨的量級(jí)，董箐流域的中北部為中到大雨，善泥坡流域的北部邊緣，光照流域的大部分地區(qū)為暴雨，其中光照流域的東北部邊緣有大暴雨。5日20時(shí)的預(yù)報(bào)僅在毛家河流域和善泥坡流域相交的邊緣預(yù)報(bào)了局地的暴雨和零星的大暴雨，其余流域均為中到大雨。6日20時(shí)的預(yù)報(bào)并沒(méi)有預(yù)報(bào)出暴雨以上的雨量，流域西部為中雨，東部地區(qū)為大雨。7日20時(shí)的預(yù)報(bào)流域的西部為中雨，流域東部大部分地區(qū)為大到暴雨。

a)9日20時(shí)日雨量實(shí)況

9日20時(shí)的24 h雨量，暴雨和大暴雨主要集中在貴州省的西南部地區(qū)、南部邊緣有局地的暴雨。北盤江流域南部的馬馬崖流域、董箐流域?yàn)楸┯甑酱蟊┯?，光照流域南部邊緣為大到暴雨，其余流域?yàn)樾〉街杏辍?日20時(shí)的預(yù)報(bào)暴雨落區(qū)在北盤江流域的西北部的善泥坡和毛家河流域，其余流域?yàn)橹杏炅考?jí)；6日20時(shí)的預(yù)報(bào)北盤江流域的中部光照流域暴雨，其余流域?yàn)橹械酱笥辏?日20時(shí)的預(yù)報(bào)北盤江流域南部的董箐和馬馬崖暴雨或大暴雨，光照流域南部邊緣為暴雨，其余流域?yàn)橹械酱笥?，此時(shí)預(yù)報(bào)的雨量和實(shí)況較為接近，但是對(duì)于整個(gè)貴州省的預(yù)報(bào)，北部有一空?qǐng)?bào)的大暴雨中心。

10日20時(shí)的24小時(shí)雨量，看出過(guò)程基本結(jié)束，局地的暴雨分布在六盤水市東部，安順市西部和黔西南的西部南部，北盤江的董箐流域和馬馬崖流域有局地的暴雨，其余流域多為中到大雨。5日20的預(yù)報(bào)局地的暴雨落區(qū)在北盤江流域的西部的毛家河流域，其余流域?yàn)橹械酱笥辏?日20時(shí)的預(yù)報(bào)北盤江流域?yàn)橹械酱笥隇橹?，光照流域北部邊緣和毛家河流域南部邊緣有局地暴雨?日20時(shí)的預(yù)報(bào)北盤江流域大部分地區(qū)為大雨以上量級(jí)，其中光照流域大部，董箐流域西部和馬馬崖流域暴雨或大暴雨，相比實(shí)況雨量預(yù)報(bào)偏大，對(duì)過(guò)程的預(yù)報(bào)較實(shí)況偏晚。

綜上EC對(duì)此次過(guò)程的雨量預(yù)報(bào)效果隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短有明顯的改善，7日20時(shí)起報(bào)的降雨落區(qū)和實(shí)況較為接近，也預(yù)報(bào)出了9 d過(guò)程最大雨量，大暴雨的位置在北盤江流域的南部，也和實(shí)況較為接近，但過(guò)程結(jié)束的10 d雨量預(yù)報(bào)偏大。

2.4 客觀檢驗(yàn)預(yù)報(bào)效果

針對(duì)8日20時(shí)至10日20時(shí)的日雨量檢驗(yàn)5日20時(shí)至7日20時(shí)EC數(shù)值預(yù)報(bào)模式起報(bào)的24 h雨量，因?yàn)闅庀笳军c(diǎn)的分辨率大于EC數(shù)值預(yù)報(bào)模式的分辨率，所以將流域范圍內(nèi)410個(gè)氣象站點(diǎn)插值到和EC數(shù)值預(yù)報(bào)相同的格點(diǎn)上，這409個(gè)氣象站點(diǎn)中包含9個(gè)國(guó)家站，400個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)站，其中貴州省鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)377個(gè)，國(guó)家站8個(gè)，云南省鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)23個(gè)，國(guó)家站1個(gè)。插值后流域范圍內(nèi)共有121個(gè)格點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算實(shí)況格點(diǎn)和EC數(shù)值預(yù)報(bào)誤差之間的平均絕對(duì)誤差、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)(表1)，對(duì)應(yīng)不同等級(jí)降水量的檢驗(yàn)，計(jì)算了TS評(píng)分、漏報(bào)率、空?qǐng)?bào)率、準(zhǔn)確率(表2)。

表1 不同起報(bào)時(shí)間降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

表2 不同起報(bào)時(shí)間各個(gè)等級(jí)雨量的預(yù)報(bào)評(píng)分檢驗(yàn)

可以看出對(duì)于8—10日這次過(guò)程，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，相關(guān)系數(shù)有明顯的提高，7日20時(shí)起報(bào)8—10日的日雨量相關(guān)系數(shù)均為正值，且通過(guò)了0.05顯著性檢驗(yàn)，其中7日20時(shí)起報(bào)預(yù)報(bào)9日20時(shí)的24 h雨量，相關(guān)系數(shù)最高0.68，9日20時(shí)的雨量為此次過(guò)程雨量比較集中的一天，相關(guān)系數(shù)高說(shuō)明預(yù)報(bào)的落區(qū)和實(shí)況比較接近。但除了6日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h的日雨量和實(shí)況的相關(guān)為正，5—6日對(duì)此次過(guò)程24 h雨量的預(yù)報(bào)和實(shí)況的相關(guān)均為負(fù)值，說(shuō)明在北盤江流域內(nèi)的預(yù)報(bào)和實(shí)況落區(qū)范圍可能存在相反的情況，即實(shí)況為北盤江流域南部雨量較大，但預(yù)報(bào)卻在北部雨量較大，落區(qū)有個(gè)偏差。標(biāo)準(zhǔn)差反映了誤差的離散程度，對(duì)于8日和10日的預(yù)報(bào)誤差隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短變化不大，但是對(duì)于9月20時(shí)的預(yù)報(bào)，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效從96 h縮短到48 h，實(shí)況和預(yù)報(bào)之間誤差的標(biāo)準(zhǔn)差有明顯的降低。平均絕對(duì)誤差和標(biāo)準(zhǔn)差的變化趨勢(shì)相似，8、10日的平均絕對(duì)誤差隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短變化不大，而9月20時(shí)的預(yù)報(bào)，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效從96 h縮短到48 h，實(shí)況和預(yù)報(bào)之間平均絕對(duì)誤差有明顯的降低，說(shuō)明對(duì)于此次過(guò)程，EC數(shù)值預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)9日過(guò)程最大雨量隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，預(yù)報(bào)調(diào)整的更加接近實(shí)況，相比之下8—10日的預(yù)報(bào)調(diào)整不明顯，但從相關(guān)系數(shù)可以看出，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，降雨落區(qū)更加接近實(shí)況。

針對(duì)不同的雨量等級(jí)，檢驗(yàn)此次過(guò)程的EC數(shù)值預(yù)報(bào)的TS評(píng)分，其中小雨的TS評(píng)分相比較低，因?yàn)榇舜芜^(guò)程小雨出現(xiàn)的范圍較小，漏報(bào)率無(wú)論何時(shí)起報(bào)都很高，均大于80%。大暴雨的TS評(píng)分僅在7日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h為0.44，其余時(shí)次均為0，漏報(bào)率100%，說(shuō)明EC數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)大暴雨的預(yù)報(bào)效果不理想。8—10日中雨和大雨的TS評(píng)分隨預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短提高不明顯，甚至有個(gè)別隨預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短而下降，說(shuō)明針對(duì)此次過(guò)程，中雨和大于的預(yù)報(bào)隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，預(yù)報(bào)效果的提高并不明顯。但是針對(duì)暴雨的TS評(píng)分，不同時(shí)次起報(bào)的8—10日預(yù)報(bào)，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，TS評(píng)分有明顯的提高，其中7日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)時(shí)效為48 h暴雨TS評(píng)分為0.31，較其余時(shí)次的小雨、中雨、大雨的TS評(píng)分高。說(shuō)明此次過(guò)程，EC對(duì)過(guò)程最大雨量9日的預(yù)報(bào)效果在臨近時(shí)有一定的調(diào)整，調(diào)整的結(jié)果為暴雨和大暴雨的預(yù)報(bào)效果有明顯的提高，其余量級(jí)的預(yù)報(bào)效果改善不明顯。

3 汛期檢驗(yàn)

3.1 TS評(píng)分檢驗(yàn)

2020年汛期(3—10月)貴州省極端降水頻發(fā)(圖6、7)，針對(duì)北盤江流域及其子流域檢驗(yàn)EC 24 h預(yù)報(bào)面雨量的預(yù)報(bào)效果。整個(gè)汛期的不同等級(jí)雨量TS評(píng)分對(duì)比可以看出對(duì)于北盤江整個(gè)流域而言，小雨的TS評(píng)分最高，其次是無(wú)雨，暴雨的TS評(píng)分最低，EC模式對(duì)于特大暴雨可以說(shuō)是沒(méi)有預(yù)報(bào)能力，TS評(píng)分為0。不同流域的情況并不相同，在都是小雨評(píng)分最高的情況下，除董箐流域?yàn)榇笥暝u(píng)分最低，其余流域均為暴雨的評(píng)分最低，所以暴雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性依舊是預(yù)報(bào)的難點(diǎn)，僅用數(shù)值預(yù)報(bào)是不可信的，應(yīng)該考慮結(jié)合人工訂正。從不同月份可以看出，整個(gè)北盤江流域在3月和10月沒(méi)有暴雨出現(xiàn)，大部分時(shí)間段都是無(wú)雨、小雨或中雨的預(yù)報(bào)效果較好，6月的暴雨、中雨預(yù)報(bào)效果明顯好于其他流域的其他時(shí)段。

圖6 2020年汛期北盤江及其子流域不同等級(jí)雨量TS評(píng)分

分不同流域的不同時(shí)段考察EC模式對(duì)于各種雨量的預(yù)報(bào)效果(表3)，大部分流域無(wú)雨和小雨的預(yù)報(bào)效果較好，但6、8、9月的無(wú)雨預(yù)報(bào)評(píng)分明顯偏低。各個(gè)流域3月中雨預(yù)報(bào)的效果都不理想，其余時(shí)段評(píng)分都在10～30之間，具有一定的參考價(jià)值。大雨和暴雨的預(yù)報(bào)有一定的難度、表現(xiàn)也不穩(wěn)定，善泥坡流域5、6、7、9月的大雨評(píng)分均大于20，優(yōu)于其余各個(gè)流域，但4、8、10月的大雨TS評(píng)分為0，兩極分化比較明顯，董箐流域的情況和善泥坡流域的比較類似，其余流域大雨預(yù)報(bào)的TS評(píng)分在10左右，效果不理想。除董箐流域的6—7月評(píng)分大于15外，其余流域暴雨預(yù)報(bào)效果都不理想，可見(jiàn)暴雨預(yù)報(bào)依舊是預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。

圖7 2020年3—10月北盤江及其子流域不同等級(jí)雨量TS評(píng)分

表3 2020年汛期不同子流域各個(gè)雨量等級(jí)預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)

3.2 誤差檢驗(yàn)

北盤江全流域(圖8a)的預(yù)報(bào)和實(shí)況的相關(guān)系數(shù)為0.9，實(shí)況雨量的標(biāo)準(zhǔn)差為9，預(yù)報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)差為11，預(yù)報(bào)的均方根誤差為5，除了善泥坡流域預(yù)報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)差為7.7以外，其余流域的均為9.0左右。各個(gè)流域的預(yù)報(bào)和實(shí)況的相關(guān)系數(shù)為0.85～0.90，預(yù)報(bào)和實(shí)況的變化趨勢(shì)還是比較一致的。泰勒?qǐng)D中點(diǎn)B為預(yù)報(bào)，點(diǎn)A為實(shí)況，2個(gè)點(diǎn)距離越近說(shuō)明預(yù)報(bào)的效果越好，可以看出不同流域之間的差別不大，對(duì)于董箐流域的預(yù)報(bào)效果略好于其他流域。

a)北盤江全流域

4 討論

針對(duì)8—9日北盤江流域一次降雨過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于500 hPa環(huán)流場(chǎng)的預(yù)報(bào)和雨量的落區(qū)預(yù)報(bào)，EC雨量預(yù)報(bào)和實(shí)況的相關(guān)系數(shù)，以及暴雨的TS評(píng)分，都是隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，預(yù)報(bào)效果越理想，7日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)時(shí)效為72 h的預(yù)報(bào)可以很好的反映9—10日西太平副熱帶高壓西伸的過(guò)程，且降雨落區(qū)和實(shí)況較為接近，預(yù)報(bào)出了9日過(guò)程最大雨量，大暴雨的位置在北盤江流域的南部，也和實(shí)況較為接近，但過(guò)程結(jié)束的10日雨量預(yù)報(bào)偏大，7日20時(shí)起報(bào)8—10日的日雨量相關(guān)系數(shù)均為正值，且通過(guò)了0.05顯著性檢驗(yàn)，7日20時(shí)起報(bào)預(yù)報(bào)9日20時(shí)的24 h雨量，相關(guān)系數(shù)最高0.68，暴雨TS評(píng)分為0.31，較其余時(shí)次的小雨、中雨、大雨的TS評(píng)分高。

對(duì)于不同等級(jí)雨量的TS評(píng)分檢驗(yàn)，其中8—10日中雨和大雨的TS評(píng)分隨預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短提高不明顯，甚至有個(gè)別隨預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短而下降。

說(shuō)明EC數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)此次過(guò)程的預(yù)報(bào)隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短有著有效的調(diào)整，從500 hPa高度場(chǎng)到降雨落區(qū)和等級(jí)都有一定的改善，其中對(duì)于過(guò)程最大雨量9日的預(yù)報(bào)調(diào)整最為明顯，且調(diào)整后與實(shí)況更為接近，對(duì)大暴雨也有一定的預(yù)報(bào)能力。

針對(duì)2020年汛期EC模式對(duì)北盤江流域的預(yù)報(bào)情況檢驗(yàn)，北盤江流域整體而言無(wú)雨、小雨和中雨的預(yù)報(bào)效果優(yōu)于大雨和暴雨，EC數(shù)值模式對(duì)于特大暴雨基本沒(méi)有預(yù)報(bào)能力。不同流域的暴雨預(yù)報(bào)能力并不相同，董箐流域的暴雨預(yù)報(bào)效果優(yōu)于其余流域。整體而言EC模式在北盤江流域的預(yù)報(bào)和實(shí)況的相關(guān)系數(shù)在0.9左右，預(yù)報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)差和實(shí)況的標(biāo)準(zhǔn)差之比為0.77，說(shuō)明對(duì)于降水變化的趨勢(shì)EC模式有較好的預(yù)測(cè)能力，但是在落區(qū)和量級(jí)上有一定的偏差，需要進(jìn)行一定的訂正后使用。

目前對(duì)于針對(duì)北盤江流域的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)的研究成果并不多，陳偉斌等[22]檢驗(yàn)了EC模式集合預(yù)報(bào)在廣西不同雨量的TS評(píng)分效果，認(rèn)為在區(qū)域暴雨過(guò)程的預(yù)報(bào)情況，大暴雨降水24 h有一定的預(yù)報(bào)性能，48～96 h幾乎無(wú)預(yù)報(bào)能力，暴雨量級(jí)24 h的預(yù)報(bào)效果明顯優(yōu)于其他時(shí)次，與本文結(jié)果相似。針對(duì)北盤江流域的數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)還有許多工作可以開(kāi)展。

5 結(jié)論

本文針對(duì)2020年汛期EC模式對(duì)北盤江流域的預(yù)報(bào)情況進(jìn)行檢驗(yàn)，認(rèn)為北盤江流域整體而言無(wú)雨、小雨和中雨的預(yù)報(bào)效果優(yōu)于大雨和暴雨，EC數(shù)值模式對(duì)于特大暴雨基本沒(méi)有預(yù)報(bào)能力。不同流域的暴雨預(yù)報(bào)能力并不相同，董箐流域的暴雨預(yù)報(bào)效果優(yōu)于其余流域。

對(duì)于2019年極端降水的實(shí)例，發(fā)現(xiàn)對(duì)于中雨和大雨的TS評(píng)分隨預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短提高不明顯，甚至有個(gè)別隨預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短而下降，但是隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的縮短，500 hPa高度場(chǎng)到降雨落區(qū)都有一定的改善，其中對(duì)于過(guò)程最大雨量9 d的預(yù)報(bào)調(diào)整最為明顯，且調(diào)整后與實(shí)況更為接近，對(duì)大暴雨也有一定的預(yù)報(bào)能力。