T639和德國模式對新疆大降水預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)

牟 歡，阿不力米提江·阿布力克木，趙鳳環(huán)

（新疆氣象臺，新疆 烏魯木齊830002）

隨著社會的飛速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，政府和社會公眾對天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的要求也越來越高，這就要求天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)必須跟上我國現(xiàn)代化的腳步，才能更好地為社會服務(wù)。降水是人們最關(guān)心的天氣現(xiàn)象之一。降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到大眾的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有序進(jìn)行以及政府對防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)決策。

模式降水預(yù)報(bào)是預(yù)報(bào)員平時(shí)使用的最直接、最客觀的參考依據(jù)。新疆位于我國的西北部，屬于干旱半干旱內(nèi)陸地區(qū)，高山、盆地交錯、沙漠與綠洲相間、氣候差異大、氣象觀測站點(diǎn)少且分布不均勻等諸方面不利條件使得降水預(yù)報(bào)難度大，尤其是對強(qiáng)降水落區(qū)及量級把握一直是困擾新疆預(yù)報(bào)員的難題，也是世界難題之一。對國內(nèi)外數(shù)值模式預(yù)報(bào)的形勢場、要素場在時(shí)效、移動、強(qiáng)弱等方面做過相關(guān)的一些檢驗(yàn)工作，多以定性評價(jià)為主[1-7]。面對精細(xì)化的降水預(yù)報(bào)難題，氣象工作者進(jìn)行了大量的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)及誤差分析[8-11]，為更好地利用降水預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品并提高降水預(yù)報(bào)水平做出了有意義的研究和分析工作。目前對于新疆強(qiáng)降水過程的模式降水預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)工作還比較少，尤其是對強(qiáng)降水中心落區(qū)和強(qiáng)度的檢驗(yàn)更少。本文對T639、德國模式在2011年新疆區(qū)域大降水過程中的晴雨及強(qiáng)降水中心預(yù)報(bào)能力進(jìn)行了檢驗(yàn)、評估，可以對新疆大降水預(yù)報(bào)提供客觀的依據(jù)和參考。

1 資料與模式簡介

本文選取了2011年1—12月6場中度及中度以上以降水為主的天氣過程，這6場過程涵蓋了新疆冬夏季范圍和強(qiáng)度均較大的降水過程，能夠較好地代表南北疆境內(nèi)大降水過程。降水實(shí)況資料為20—20時(shí)日降水量數(shù)據(jù)；模式資料為天氣發(fā)生前一天的德國數(shù)值預(yù)報(bào)模式（簡稱德國模式）和T639模式20時(shí)降水預(yù)報(bào)場數(shù)據(jù)。

2 預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法

降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分為過程總降水量檢驗(yàn)和24～96 h的逐24 h累積降水量檢驗(yàn)兩種方式。對比T639和德國模式降水預(yù)報(bào)的Ts評分，Ts=Na×100%/（Na+Nb+Nc）（Na為預(yù)報(bào)正確，Nb為漏報(bào)，Nc為空報(bào)），并且依照新疆地理位置分為北疆（伊犁河谷、博州、塔城、阿勒泰、北疆沿天山一帶、天山山區(qū)）、南疆（克州、喀什、和田、阿克蘇、巴州）、東疆（吐鄯托盆地、哈密）。根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的規(guī)定和模式降水時(shí)段，為兩種方式制定檢驗(yàn)方法：（1）過程區(qū)域晴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)：在觀測站出現(xiàn)降水，若模式預(yù)報(bào)有降水，無論降水量大小都算正確；若觀測站無降水，模式預(yù)報(bào)有降水，則算空報(bào)；若觀測站有有量降水，預(yù)報(bào)無降水，則算漏報(bào)；微量降水無論模式有無預(yù)報(bào)降水都算正確。（2）過程大雨、雪（暴雨、雪）降水檢驗(yàn)：若觀測站出現(xiàn)大雨、雪（暴雨、雪）及其以上的降水，模式也對該地區(qū)預(yù)報(bào)的降水值達(dá)到大雨、雪（暴雨、雪）或以上的降水量，則算預(yù)報(bào)正確；若觀測站降水量未達(dá)到大雨、雪（暴雨、雪）或以上的降水，而模式預(yù)報(bào)的降水值達(dá)到大雨、雪（暴雨、雪）或以上，則算空報(bào)；若觀測站降水量達(dá)到大雨、雪（暴雨、雪）或以上，而模式預(yù)報(bào)的降水值未達(dá)到大雨、雪（暴雨、雪）或以上，則算漏報(bào)。（3）按照新疆地區(qū)24 h降水量等級標(biāo)準(zhǔn)（表1），檢驗(yàn)過程總降水量和逐24 h累積降水（晴雨、大雨（雪）、暴雨（雪））的Ts評分。

由于T639模式降水預(yù)報(bào)0.0 mm以上的降水在新疆區(qū)域范圍過大，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其預(yù)報(bào)1.0 mm以上的降水值與新疆小雨（雪）及其以上的降水對應(yīng)得較好，所以針對T639降水模式的過程和逐24 h中預(yù)報(bào)大于1.0 mm降水值對應(yīng)晴雨預(yù)報(bào)做檢驗(yàn)。

表1 新疆24 h降水量等級 mm

3 降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

在下面的對比中，將 24～48 h、、48～72 h、72～96 h的降水預(yù)報(bào)分別簡稱為48 h預(yù)報(bào)、72 h預(yù)報(bào)、96 h預(yù)報(bào)，以下降水Ts評分中Na表示實(shí)況中未出現(xiàn)降水，模式也未預(yù)報(bào)降水。

3.1 全部過程晴雨和大雨（雪）、暴雨（雪）降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

檢驗(yàn)6場天氣過程（圖1）發(fā)現(xiàn)，T639和德國模式預(yù)報(bào)過程晴雨Ts評分分別是76.68%和80.49%，都相對較高，有較好的參考價(jià)值；二者48、72、96 h晴雨預(yù)報(bào)的Ts評分分別是43.14%、69.08%、63.57%和54.46%、70.89%、73.45%，德國模式明顯高于T639模式，兩種模式72 h和96 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均高于48 h預(yù)報(bào)；整場天氣過程大雨（雪）Ts評分分別是45.11%和43.23%，兩種模式評分較接近，T639模式略好于德國模式；逐24 h大雨（雪）預(yù)報(bào)的Ts評分差異較大，兩種模式均是48 h預(yù)報(bào)效果最差，96 h稍好，72 h預(yù)報(bào)效果最好，兩種模式72 h預(yù)報(bào)的Ts評分分別達(dá)到了36.67%和47.25%；過程暴雨（雪）Ts評分分別是29.07%和24.72%。由此看來兩種模式對新疆暴雨落區(qū)均有一定的預(yù)報(bào)能力。逐24 h暴雨（雪）預(yù)報(bào)Ts評分和大雨（雪）有相似的結(jié)論，即48 h差，96 h稍好，72 h預(yù)報(bào)效果最好，但與大雨（雪）預(yù)報(bào)不同的是，T639模式的Ts評分高達(dá)26.5%，遠(yuǎn)高于德國模式降水預(yù)報(bào)暴雨評分12.8%，達(dá)到極高的水平（完成了國家局暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)）。從以上對比分析不難看出，德國模式的過程和逐24 h晴雨Ts評分略好于T639模式；兩種模式的過程大雨（雪）Ts評分接近，但逐24 h降水預(yù)報(bào)中72 h預(yù)報(bào)效果最好；T639模式過程和逐24 h的暴雨（雪）Ts評分明顯好于德國模式。

另外，經(jīng)過更深一步的分析發(fā)現(xiàn)兩種模式對部分地區(qū)逐24 h累計(jì)降水預(yù)報(bào)有些不足之處。兩種模式對北疆預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯高于南疆。德國模式對北疆的伊犁河谷預(yù)報(bào)效果較差，尤其是在其東部常出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象，博州、北疆沿天山一帶、天山山區(qū)等地區(qū)容易漏報(bào)。對南疆的巴州北部、和田南部、吐鄯托盆地常出現(xiàn)空報(bào)；T639模式對北疆的伊犁河谷、烏魯木齊以西的北疆沿天山一帶易出現(xiàn)漏報(bào)，南疆和哈密的部分地區(qū)易出現(xiàn)空報(bào)、漏報(bào)。造成南北疆預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率差異的主要原因是由于北疆常年降水較南疆多，而對上述部分地區(qū)預(yù)報(bào)效果較差是因?yàn)橛猩焦?、河谷、盆地、沙漠等明顯的地形差異，不利于模式預(yù)報(bào)。相比較而言，地形差異小的地區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率則較高。

3.2 降雪過程晴雨和大雪、暴雪降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

按照上述檢驗(yàn)預(yù)報(bào)方法分析3場降雪天氣過程，可以看出，兩種模式對中度或中度以上降雪天氣過程的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也比較高。T639和德國模式降雪過程晴雨Ts評分分別是72.4%、83.33%，逐24 h降雪預(yù)報(bào)的晴雨 Ts評分分別是 33.64%、67.1%、44.52%和 47.27%、65.36%、72.3%，T639模式 72 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，德國模式的96 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，二者48 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均最低；T639和德國模式的過程大雪Ts評分分別是43.18%和52.11%，逐24 h累積的大雪Ts評分中，48 h預(yù)報(bào)二者均為空漏報(bào)，72 h評分最高分別為T639 44%、德國模式62.79%，96 h預(yù)報(bào)T639預(yù)報(bào)略高于德國模式；兩種模式的過程暴雪Ts評分分別是40.91%和32.56%，逐24 h累積的暴雪Ts評分分別是Na（Na為沒出現(xiàn)實(shí)況降水也沒預(yù)報(bào)降水）、45%、20%和0%、8%、0%，T639模式在各時(shí)段預(yù)報(bào)都明顯高于德國模式。對比Ts評分后發(fā)現(xiàn)，德國模式降雪的晴雨和大雪Ts評分，無論是過程預(yù)報(bào)還是逐24 h預(yù)報(bào)都明顯高于T639模式；而T639模式對暴雪過程預(yù)報(bào)和逐24 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率則明顯優(yōu)于德國模式。

3.3 降雨過程晴雨和大雨、暴雨降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

分析3場降雨天氣過程（表2）發(fā)現(xiàn)，兩種模式的降雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也非常高，T639、德國模式過程的晴雨Ts評分分別是81.54%和77.6%，逐24 h累積降水的晴雨Ts評分分別是54.26%、71.14%、87.2%和63.04%、76.98%、74.8%，德國模式72 h預(yù)報(bào)最準(zhǔn)確，而T639的96 h預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，兩者也都是48 h準(zhǔn)確率最低；過程大雨Ts評分，T639是46.88%，德國模式是35.71%，T639評分明顯偏高，二者逐24 h降水預(yù)報(bào)中，大雨Ts評分分別是11.11%、27.5%、27.27%和 7.69%、33.33%、10.53%，T639的48 h和96 h預(yù)報(bào)評分較高，德國模式的72 h預(yù)報(bào)評分較高，但T639的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更穩(wěn)定；T639和德國過程暴雨Ts評分分別是16.67%和17.39%，兩種模式預(yù)報(bào)評分相近，逐24 h預(yù)報(bào)的暴雨Ts評分中，德國模式明顯高于T639模式，其72 h預(yù)報(bào)最高為21.43%，而T639的72 h和96 h預(yù)報(bào)均為空漏報(bào)。根據(jù)以上Ts評分得出，過程的晴雨和大雨預(yù)報(bào)都是T639模式優(yōu)于德國模式；而暴雨過程和逐24 h的預(yù)報(bào)則是德國模式明顯優(yōu)于T639模式。

表2 晴雨、大雨、暴雨預(yù)報(bào)的Ts評分對比 %

3.4 7月大降水過程晴雨和大雨、暴雨降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

針對2011年7月1—4日在北疆中部和東部普遍出現(xiàn)大到暴雨的一場天氣過程進(jìn)行個例分析。兩種模式在7月這場大降水過程中的預(yù)報(bào)非常好，T639和德國模式的過程晴雨Ts評分分別是91.36%和92.11%，高于過程晴雨Ts評分的平均值，逐24 h降水預(yù)報(bào)的晴雨Ts評分分別是63.16%、85.14%、83.82%和75.86%、86.49%、88.24%，德國模式略高于T639模式，兩者72 h和96 h預(yù)報(bào)好于48 h；T639和德國模式的過程大雨Ts評分分別是33.33%和57.89%，逐24 h大雨預(yù)報(bào)中，除48 h預(yù)報(bào)T639略好于德國模式，72 h和96 h預(yù)報(bào)德國模式均明顯優(yōu)于T639，德國模式預(yù)報(bào)Ts評分分別為41.94%、23.08%；T639和德國模式的過程暴雨Ts評分分別是5.88%和28%，T639預(yù)報(bào)較差，而德國模式的預(yù)報(bào)非常準(zhǔn)確，在分析逐24 h暴雨預(yù)報(bào)的Ts評分時(shí)發(fā)現(xiàn)，德國模式在這場過程預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好，最高Ts評分在96 h為25%，而T639模式在72 h和96 h均為0%，預(yù)報(bào)效果不理想。綜合以上分析得出，德國模式對過程和逐24 h暴雨的預(yù)報(bào)都非常好，有利于提高暴雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

4 兩種模式在區(qū)域降水檢驗(yàn)中的優(yōu)缺點(diǎn)對比

（1）兩種模式對過程和逐24 h累積降水預(yù)報(bào)均有很好的指示意義，尤其是對晴雨預(yù)報(bào)。T639模式預(yù)報(bào)降水落區(qū)較實(shí)況落區(qū)偏大，德國模式預(yù)報(bào)接近實(shí)況降水落區(qū)。德國模式在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率方面略好于T639模式。另外，對比二者晴雨、大雨（雪）、暴雨（雪）的逐24 h降水預(yù)報(bào)Ts評分后發(fā)現(xiàn)，72 h Ts評分基本為最高，而48 h的Ts評分基本為最低。

（2）預(yù)報(bào)強(qiáng)降水量級和落區(qū)對比：預(yù)報(bào)中兩種預(yù)報(bào)模式都對大雨、暴雨落區(qū)有一定指示意義，但T639模式預(yù)報(bào)的降水量和落區(qū)更接近降水實(shí)況，而德國模式預(yù)報(bào)降水值則比降水實(shí)況偏小且落區(qū)也不如T639模式準(zhǔn)確。

（3）兩種模式預(yù)報(bào)雨雪天氣過程能力對比：雨和雪的過程預(yù)報(bào)中，T639模式對雨的晴雨、大雨預(yù)報(bào)及暴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，而德國模式對雪的晴雨、大雪預(yù)報(bào)及暴雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高。

（4）兩種預(yù)報(bào)模式都有不足之處，對部分地區(qū)預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確，尤其是對伊犁河谷、北疆沿天山一帶、阿克蘇、巴州、哈密等地區(qū)易出現(xiàn)空、漏報(bào)現(xiàn)象。

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