2023年廣東龍舟水特征及模式降水預報檢驗

李珊珊，涂靜，陳玉梅，紀忠萍，黃曉瑩

（廣東省氣象臺，廣東廣州 510640）

每年的端午節(jié)前后，伴隨著南海夏季風的爆發(fā)，華南前汛期迎來降水量最多、最集中的時段，極易出現(xiàn)大范圍的致洪暴雨過程，俗稱“龍舟水”。由于龍舟水期間，季風性質降水和鋒面性質降水并存，導致預報和服務的難度較大。已有研究表明，現(xiàn)今的數(shù)值預報模式對季風暖區(qū)降水預報能力仍十分欠缺，模式預報的不足并非體現(xiàn)在預報的雨量大小和落區(qū)偏差，而往往是對暖區(qū)對流觸發(fā)的漏報［1－5］。因此有必要對龍舟水期間全球和區(qū)域模式的降水預報能力進行檢驗評估，通過比較各家模式對不同量級和不同區(qū)域降水的預報水平，以指導預報員有選擇性地參考模式預報產品。

1 資料與方法

根據(jù)業(yè)務規(guī)定，龍舟水為每年的5月21日至6月20日［6］。但考慮2023年農歷出現(xiàn)閏二月，端午節(jié)（農歷5月初5）對應日期為6月22日，而龍舟水通常指端午節(jié)前后10 d出現(xiàn)暴雨以上降水過程，2023年實際受夏季風影響產生的暴雨降水過程持續(xù)到了6月25日。綜合業(yè)務規(guī)定和降水實況考慮，本研究統(tǒng)計的龍舟水時段為2023年5月21日至6月25日。

本研究所用資料為1961—2022年廣東省86個國家站的逐日（20：00—次日20：00）（北京時，下同）降水觀測資料；用于檢驗的降水實況資料來源于廣東省國家級觀測站和區(qū)域級自動站的降水逐日觀測數(shù)據(jù)。常年為1961—2022年平均。

本研究選取了4個數(shù)值模式作為檢驗對象，包括全球模式ECMWF、NCEP以及區(qū)域模式CMA－GD、CMA－TRAMS。檢驗要素為24 h累計降水，選取模式預報產品的起報時間為20：00，預報時效為24～48 h。網(wǎng)格預報和站點的匹配方法為最近格點法。應用的檢驗評估指標包括降水TS評分、空報率、漏報率以及預報偏差。

2 龍舟水基本特征

由廣東省的國家氣象站資料統(tǒng)計可知，2023年龍舟水期間，全省平均降水量為332.7 mm，較常年偏少8.7%。參照廣東省氣象臺中期預報的暴雨日標準：廣東省內86個國家站中某測站的日雨量達到50 mm以上者，稱該站有暴雨；當某日有相鄰4個站暴雨連成片者，則稱該日為暴雨日。2023年龍舟水期間廣東共出現(xiàn)4次明顯的暴雨降水過程（圖1），分別為5月23—24日，6月7、14—17、23—25日。

圖1 2023年5月21日至6月25日廣東省平均降水量的逐日變化

2023年龍舟水期間總降水量和距平百分比的空間分布如圖2所示，可見降水大值區(qū)（總降水量大于350 mm的區(qū)域）呈現(xiàn)準“人”字形分布特征，最大的降水中心出現(xiàn)在陽江－江門一帶，其中江門恩平市氣象局站錄得全省最大累積雨量674.5 mm。與常年相比，大部分市縣2023年龍舟水期間的累計降水量與常年基本持平或偏少，主要偏少的地區(qū)集中在東北部和韶關東部、中部偏西和雷州半島南部市縣，較常年偏少20%～30%；偏多較明顯的區(qū)域主要集中在陽江－江門偏西一帶，較常年偏多10%～20%。

圖2 2023年龍舟水期間總降水量（a）和距平百分比（b）分布

3 模式降水預報檢驗

3.1 降水分級檢驗

2023年龍舟水期間各模式降水分量級檢驗結果如圖3所示。對于小雨以上量級降水，各模式的TS評分接近，但區(qū)域模式的預報偏差（bias）更接近1，即空報率和漏報率相當；而全球模式的空報率偏高，漏報率接近0，提示預報員參考全球模式做晴雨預報時，應適當做消空處理，有助于提高預報準確率。對于中雨以上量級降水，全球模式的TS評分高于區(qū)域模式，其中ECMWF的表現(xiàn)最優(yōu)。對于大雨以上和暴雨以上量級降水，區(qū)域模式的TS評分明顯高于全球模式，預報偏差也更接近1，其中CMA－GD的表現(xiàn)最優(yōu)；相較于區(qū)域模式，全球模式的漏報率明顯偏高，尤其對于暴雨以上量級降水，兩家模式的漏報率均大于98%，預報能力極低，提示預報員在做大雨和暴雨以上量級降水預報時，應更多參考區(qū)域模式的降水要素預報。

圖3 2023年龍舟水期間模式降水預報的TS評分、空報率、漏報率和預報偏差

3.2 降水分區(qū)域檢驗

3.1節(jié)檢驗數(shù)據(jù)表明，在龍舟水期間，就全省范圍而言，全球和區(qū)域模式主要對大雨和暴雨以上量級降水的預報性能表現(xiàn)出較大差異，且在實際預報業(yè)務中的預報難度往往伴隨降水的量級的增大而升高，尤其在降水落區(qū)預報方面常存在偏差，因此本研究進一步分析各模式對不同區(qū)域的大量級降水的預報表現(xiàn)。考慮大雨以上量級的樣本數(shù)多于暴雨以上量級降水，統(tǒng)計結果更有代表性，因此本研究以大雨以上量級降水為例，并以21個地市為統(tǒng)計單位，分別計算了各模式龍舟水期間大雨以上降水的TS評分、空報率和漏報率，如圖4所示。

圖4 ECMWF（a－c）、NCEP（d－f）、CMA－GD（g－i）和CMA－TRAMS（j－l）大雨以上量級降水的TS評分（a、d、g、j）、空報率（b、e、h、k）和漏報率（c、f、i、l）的分布

由圖4可以看出，各家模式對于不同區(qū)域的大雨以上降水預報表現(xiàn)不盡相同。具體來看，NCEP對于粵東（潮州除外）市縣的預報明顯優(yōu)于其他模式，空報率和漏報率都較低；區(qū)域模式對西北部和粵西市縣的預報整體優(yōu)于全球模式，主要表現(xiàn)為漏報率明顯低于全球模式；對于珠江三角洲和東北部市縣的預報，則是CMA－GD表現(xiàn)最優(yōu)，主要表現(xiàn)為漏報率明顯低于其他幾家模式。

綜合來看CMA－GD的漏報率明顯低于其他幾家模式，所以CMA－GD整體上TS評分最高，在龍舟水期間大雨以上降水的預報表現(xiàn)最優(yōu)。但仍然要注意到CMA－GD在南部（湛江和茂名除外）市縣的漏報率普遍高于北部市縣，而統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明南部沿海市縣出現(xiàn)暖區(qū)暴雨的頻次較高［7－10］，說明其對于暖區(qū)降水的預報相較于鋒面降水仍存在漏報較多的偏差。

4 結論

1）2023年龍舟水（5月21日至6月25日）期間，廣東共出現(xiàn)4次明顯的暴雨降水過程，全省平均降水量為332.7 mm，較常年偏少8.7%。降水大值區(qū)呈現(xiàn)準“人”字形分布特征，最明顯的降水中心出現(xiàn)在陽江－江門一帶。

2）對于小雨以上量級降水，全球和區(qū)域模式的TS評分接近，但全球模式的空報率偏高。對于中雨以上量級降水，全球模式的TS評分高于區(qū)域模式，其中ECMWF的表現(xiàn)最優(yōu)。對于大雨以上和暴雨以上量級降水，區(qū)域模式的TS評分明顯高于全球模式，其中CMA－GD的表現(xiàn)最優(yōu)；相較于區(qū)域模式，全球模式的漏報率明顯偏高。

3）各家模式對于不同區(qū)域的降水（以大雨以上降水為例）預報表現(xiàn)不盡相同：NCEP對于粵東（潮州除外）市縣的預報明顯優(yōu)于其他模式，空報率和漏報率都較低；區(qū)域模式對西北部和粵西市縣的預報整體優(yōu)于全球模式，漏報率明顯低于全球模式；對于珠江三角洲和東北部市縣的預報，則是CMA－GD表現(xiàn)最優(yōu)，漏報率明顯低于其他幾家模式。綜合來看CMA－GD的表現(xiàn)最優(yōu)，但仍存在南部市縣漏報率偏高，即暖區(qū)降水漏報偏多的誤差。