陜西省天氣預(yù)報技能大賽試卷分析與評估

孫田文，高維英，林 楊，王禎聚

(1.陜西省氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，西安 710016； 2.秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點實驗室，西安 710016；3.陜西省氣象學(xué)會，西安 710016)

天氣預(yù)報技能大賽是提升氣象核心業(yè)務(wù)技術(shù)的一種有效手段，是促進廣大預(yù)報人員重視業(yè)務(wù)技術(shù)學(xué)習(xí)、注重理論學(xué)習(xí)與實踐結(jié)合，從而提升預(yù)報水平和預(yù)報準(zhǔn)確率的有效方法，也是預(yù)報員展示才華、突破自我、獲得榮譽的平臺。各級管理和預(yù)報人員都非常重視[1-2]。氣象技能競賽都是頂尖高手角逐，只有具有扎實的理論和豐富的實踐分析經(jīng)驗，才能取得優(yōu)異成績[3]。2005—2018年陜西舉辦了七屆預(yù)報技能大賽，組織參加了六屆全國預(yù)報技能大賽，促進了預(yù)報員隊伍建設(shè)，在一定程度提升了陜西天氣預(yù)報準(zhǔn)確率。第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報技能大賽設(shè)置歷史個例天氣預(yù)報、強對流天氣臨近預(yù)報、理論知識和業(yè)務(wù)規(guī)范、現(xiàn)場分析四個科目。全省13個代表隊(39名選手)和13名個人選手參加了大賽。大賽結(jié)合現(xiàn)代氣象預(yù)報業(yè)務(wù)、氣象現(xiàn)代化建設(shè)對預(yù)報員轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求，圍繞提升預(yù)報員科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)，改進題目設(shè)置，加強對預(yù)報員天氣機理分析和駕馭現(xiàn)代預(yù)報技術(shù)的綜合考察，新業(yè)務(wù)新技能的考核。

施麗娟[4]等對全國地面觀測技能競賽考點分析，探討競賽命題的合理性和完整性；通過對考生答題情況的統(tǒng)計，分析地面氣象觀測員在競賽中對各項技術(shù)技能知識考點的掌握情況，提出命題觀念和思路。利用難度系數(shù)[5]、偏態(tài)系數(shù)和峰度系數(shù)[6-7]等技術(shù)分析方法從不同側(cè)面分析本次大賽試題的質(zhì)量，對成績進行分析評估，有助于在今后競賽、業(yè)務(wù)考試或訓(xùn)練中組卷更加科學(xué)有效。同時分析參賽選手答卷情況，查找參賽預(yù)報員在預(yù)報理論及應(yīng)用中存在的問題，幫助其找準(zhǔn)薄弱環(huán)節(jié)，強化天氣發(fā)生機理的分析認(rèn)識[8-9]，進一步提高預(yù)報能力、提升成績，以期在即將舉辦的第七屆全國氣象行業(yè)天氣預(yù)報職業(yè)技能競賽中取得優(yōu)異成績。

1 大賽特點及變化情況

本次大賽四個科目各100分，總分400分。與往屆相比，在以下方面有所調(diào)整。

1.1 調(diào)整歷史個例預(yù)報規(guī)則

第1個歷史個例試題類型與往屆無變化。第2個個例題型變化較大：不預(yù)報站點要素，需預(yù)報災(zāi)害性天氣種類(12分)，指定1種災(zāi)害性天氣落區(qū)，預(yù)報落區(qū)需要精確到區(qū)縣(23分)，均按照預(yù)報TS評分規(guī)則評分；需要寫出完整預(yù)報理由(15分)。

1.2 調(diào)整強對流天氣臨近預(yù)報個例

強對流天氣臨近預(yù)報不限于考核本省天氣個例，并調(diào)整分值，增加預(yù)報理由和天氣機理分析的比例。站點強對流天氣預(yù)報分值由原來每空3.5分調(diào)整為2分，兩個強對流天氣預(yù)報個例都要求寫出預(yù)報理由，分值由原來僅寫1個個例預(yù)報理16分，調(diào)整為寫出2個個例預(yù)報理由共52分。

1.3 調(diào)整理論與規(guī)范部分題量

取消不合時宜的業(yè)務(wù)規(guī)范和發(fā)展戰(zhàn)略類考試內(nèi)容，增加了預(yù)報新技術(shù)、多元資料融合應(yīng)用、集合預(yù)報、預(yù)警和預(yù)警信號、短臨預(yù)報規(guī)定、智能網(wǎng)格預(yù)報及業(yè)務(wù)規(guī)定考核。

1.4 調(diào)整現(xiàn)場考試內(nèi)容

將往屆競賽的“現(xiàn)場問答”調(diào)整為“現(xiàn)場分析”?，F(xiàn)場分析要求做出未來24小時預(yù)報。與 “現(xiàn)場問答”不同，評委不提問題，由參賽選手分析

預(yù)報理由、制作預(yù)報，講述分析預(yù)報結(jié)論(采用PPT形式)。強調(diào)對災(zāi)害性天氣個例進行預(yù)報機理分析，更貼近實際預(yù)報和天氣會商，增強了實戰(zhàn)演練。

2 競賽試題難度分析

2.1 歷史個例天氣預(yù)報

根據(jù)難度系數(shù)計算規(guī)則[5]，試題難度系數(shù)

(1)

從歷史個例天氣預(yù)報試題難度分析(表1)可以看出，本試卷難度系數(shù)為0.36，在難度適宜區(qū)下游，屬“較難”。從各單項題型難度系數(shù)表可以看出，風(fēng)力、災(zāi)害性天氣類型、落區(qū)預(yù)報的難度系數(shù)低于0.3，屬“難”；落區(qū)預(yù)報的難度系數(shù)屬“太難”；而最低氣溫預(yù)報難度則屬“易”。

表1 第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報技能大賽歷史個例天氣預(yù)報試題難度分析

2.2 強對流天氣臨近預(yù)報

強對流天氣臨近預(yù)報試卷難度分析見表2。由表2可以看出，整卷難度適中，在各單項中，強冰雹、大風(fēng)的判別相對比較容易，只有個例2的短時強降水預(yù)報難度比較難，預(yù)報理由屬適中。

表2 第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報技能大賽強對流天氣試題難度分析

2.3 預(yù)報理論與規(guī)范

預(yù)報理論與業(yè)務(wù)規(guī)范試卷的難度系數(shù)為0.63，屬于難度適宜、較容易(見表3)。在各項試題中，單項選測題難度偏小，容易；填空題也屬難度適宜，較容易；多選題和問答題難度均屬適宜，最佳。

表3 第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報技能大賽預(yù)報理論與規(guī)范試卷難度分析

這次預(yù)報理論與規(guī)范試卷難度適中，試題易、中、難結(jié)合，題量較大，包括50個填空、25個單選題、20個多選題、7個問答題。在考點方面，理論和實際預(yù)報業(yè)務(wù)結(jié)合度高，每道題的考點明確，是一套較為科學(xué)的試題。

2.4 現(xiàn)場分析

現(xiàn)場分析題屬于主觀打分題，計算其難度系數(shù)P=0.77，難度屬于“易”。

2.5 試題的偏態(tài)分析和峰度分析

偏態(tài)系數(shù)α是反映成績頻數(shù)分布偏態(tài)方向和程度的指標(biāo)。試題難度不同，會造成偏態(tài)系數(shù)偏大或偏小。

(2)

其中，n為樣本數(shù)，s為標(biāo)準(zhǔn)差，x為各組樣本的平均值，xj為第j個樣本，j=1,2,…,n。α=0時，表示頻數(shù)呈正態(tài)性分布；α>0時，表示頻數(shù)分布右偏(正偏)，數(shù)值越大，偏離越多，即成績差的人多，命題偏難；α<0時，表示頻數(shù)左偏(負(fù)偏)，數(shù)值越小，負(fù)偏離越多，即成績高的人多，命題偏易。

峰度系數(shù)β也是反映試卷正態(tài)性的指標(biāo)，指示成績分布相對于標(biāo)準(zhǔn)分布的尖削程度。

(3)

β在0附近為最好，表明試卷最能區(qū)分參考人員的水平層次。當(dāng)β>0時，成績呈尖峰分布，數(shù)值越大，說明試卷中同等難度的試題越多，試卷區(qū)分度不高；當(dāng)β<0時，成績呈平峰分布，說明試卷不同難度的試題比例接近，試卷區(qū)分度高。

由表4可以看出，本次競賽的四個單項成績分布為：歷史個例試卷偏態(tài)右偏(難題多)，峰度呈尖峰分布(區(qū)分度較小)，整體成績低；強對流天氣偏度輕微左偏，峰度負(fù)值平峰分布，區(qū)分度較高；預(yù)報理論與規(guī)范偏度適中，但峰度較平，區(qū)分度高，分?jǐn)?shù)差異較大；現(xiàn)場分析輕微左偏，成績偏高，能夠區(qū)分優(yōu)劣。綜合來看，四門科目整體搭配合理，偏度和峰度都適中。

表4 第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報技能大賽各科試卷的偏態(tài)分析和峰度分析

3 選手成績與卷面分析

大賽滿分400分，52名選手中總成績最高302分，最低183分，平均234分。與上屆成績相比，總成績最高分降低了20分，平均成績降低了25分?？偝煽?00分以上僅1人， 200分以下6人。表5是各科目成績統(tǒng)計情況，可以看出，現(xiàn)場分析成績最高，歷史個例預(yù)報成績最低。

3.1 歷史個例預(yù)報

3.1.1 成績分布 本次考核的2個歷史天氣個例中，一個為2013年6月19日影響陜西及周邊的一次暴雨過程，另一個為2016年11月22日陜西關(guān)中東部及陜南東北部的大雪和大霧天氣過程。由表5可看出，30～40分的人數(shù)較多，平均成績36.3分；60分以上僅1人；最低分為不足20分。

表5 第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報大賽各科成績統(tǒng)計表

3.1.2 主要問題 個例1是多年競賽傳統(tǒng)題型，選手總體得分較高，要素預(yù)報中溫度誤差較小，得分率高；風(fēng)速預(yù)報誤差較大，得分率低；降水量級和暴雨預(yù)報錯誤率較高(表1)。個例2是新題型，重大天氣類型和落區(qū)預(yù)報錯誤率高，半數(shù)選手未能預(yù)報出大雪天氣，大多數(shù)選手未能預(yù)報出大霧，落區(qū)方面空漏報均較多；在預(yù)報理由方面，選手不能找準(zhǔn)關(guān)鍵影響因素，也是丟分的主要因素之一(表6)。

3.2 強對流天氣臨近預(yù)報

3.2.1 成績分布 強對流天氣的2個個例均是外省天氣個例，每個個例給出4個站點，要求寫出3種強對流天氣的有無，均要求寫出300字以下的預(yù)報理由。滿分100分，得分60分以上22人，最高71分，最低41分，平均成績57.6分(表5)。成績在中間的人數(shù)多，高分和低分人數(shù)少。

3.2.2 解答要點及存在問題 第1個天氣個例是發(fā)生在湖南的強對流天氣過程，以強冰雹為主，伴有雷暴大風(fēng)。參賽選手對強對流天氣發(fā)生的主要條件認(rèn)識不清楚，分析資料不細(xì)致，理由敘述凌亂，60%的選手未能看出有利于強對流天氣發(fā)生的前傾槽結(jié)構(gòu)，未分析垂直風(fēng)切變，未判斷是否適合的0 ℃層和20 ℃層；雷達圖分析中，50%選手未能看出三體散射、入流缺口特征。

表6 第八屆陜西省氣象系統(tǒng)天氣預(yù)報大賽歷史天氣個例預(yù)報單項成績統(tǒng)計

第2個個例是發(fā)生在山東的強對流天氣過程，為短時強降水、大風(fēng)、強冰雹混合的天氣個例，預(yù)報和分析難度較大。70%以上選手漏報、錯報一種或兩種災(zāi)害天氣。預(yù)報理由得分差距較大，20%選手天氣學(xué)功底深厚，理論扎實，能從多個角度對天氣進行分析；50%的選手抓不住分析要點，冗長的話語中找不出關(guān)鍵點，對災(zāi)害性天氣系統(tǒng)認(rèn)識模糊。

3.3 預(yù)報理論與規(guī)范

3.3.1 成績分布 滿分100分，最高成績87分，最低36.8分，平均63.5分。表明參賽選手預(yù)報理論知識和業(yè)務(wù)規(guī)范掌握程度差異比較大(表5)。

3.3.2 主要問題

(1)填空題中錯誤率較高的內(nèi)容有：短臨預(yù)報業(yè)務(wù)方面的規(guī)定和流程，關(guān)于地轉(zhuǎn)風(fēng)、非地轉(zhuǎn)風(fēng)、渦度的概念及應(yīng)用，中氣旋的特征識別，層狀云回波的強度范圍，集合預(yù)報技術(shù)，冰雹的觸發(fā)條件、必要條件及其雷達特征，雷達速度圖判斷輻合輻散，江淮切變等知識點。60%的選手未能準(zhǔn)確、熟練掌握。

(2)選擇題中錯誤率較高的有：預(yù)警信號的發(fā)布規(guī)范、ω方程應(yīng)用、MCC形成機理、雷暴大風(fēng)雷達特征、高空急流的結(jié)構(gòu)及其對天氣影響機理等，錯誤率達65%。冷渦對強對流天氣的影響機理、霧的判別、Ⅱ型冷鋒及次級環(huán)流作用機理、低空急流對天氣的影響機理等知識點，錯誤率達到40%。

(3)多項選擇題錯誤率較高的有：影響雷達譜寬的因素、垂直速度的計算、按不同地理類型劃分鋒面等知識點，錯誤率達70%。智能網(wǎng)格預(yù)報業(yè)務(wù)規(guī)范、暴雨形成的有利條件、冷鋒大風(fēng)的原因、臺風(fēng)的形成條件、長波調(diào)整的因素、西南渦東移條件、熱成風(fēng)、中云與霧在可見光云圖上的區(qū)別、南亞高壓、位渦守恒的條件、雷暴產(chǎn)生或增強的條件、天氣尺度對暴雨的作用等知識點，錯誤率50%。

(4)簡答題及計算題失誤的原因：一是部分選手因為沒有認(rèn)真閱讀理解題意；二是理論知識掌握不全面，應(yīng)用不足，答題未切中要點。對阻塞高壓和寒潮地面高壓的特點及兩者的區(qū)別認(rèn)識不清；識別紅外云圖中的天氣系統(tǒng)不熟練，分不清冬季高緯度地區(qū)地表與中高云、地表和低云；臺風(fēng)受力分析及其在西風(fēng)帶和東風(fēng)帶的圖形受力分析題75%的選手不會作答；在對流天氣的識別與預(yù)警信號發(fā)布中，50%選手都漏掉對雷電預(yù)警信號的判斷；關(guān)于渦度守恒及渦度的計算中，28.8%的選手沒有答題，20%的選手給出了渦度公式，只有6位(占11.5%)選手得到滿分；關(guān)于省級格點預(yù)報系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程試題中，有10人滿分，占20%，3位選手沒有答題，說明利用該系統(tǒng)制作預(yù)報產(chǎn)品的思路不清。

3.4 現(xiàn)場分析

現(xiàn)場分析試題針對陜北、關(guān)中、陜南片區(qū)分別出題，所選天氣個例為主要影響本片區(qū)的天氣過程。陜北片題為分析預(yù)報一次發(fā)生在陜北東部的暴雨天氣過程；關(guān)中片題為分析預(yù)報發(fā)生在陜西中部的一次暴雨天氣過程，其中伴有短時強降水、冰雹等強對流天氣；陜南片題為分析預(yù)報一次發(fā)生在陜西南部的一次大雪(暴雪)天氣過程。

3.4.1 成績分析 滿分100分，最高成績88.8分，最低62.2分，平均77.2分，在四個科目中分?jǐn)?shù)最高。

3.4.2 存在問題

(1)PPT制作不熟練。有的選手隨意堆砌一些圖片，未做使用說明，最主要的天氣現(xiàn)象、天氣落區(qū)未標(biāo)畫出來。

(2)講解表達條理不清晰，資料運用不到位，細(xì)網(wǎng)格資料、集合預(yù)報產(chǎn)品未分析。

(3)預(yù)報理論功底不夠，預(yù)報理由和預(yù)報結(jié)論自相矛盾。一些選手已經(jīng)分析到存在較強的不穩(wěn)定、垂直風(fēng)切變等，但未提到可能出現(xiàn)短時強降水、冰雹等強對流天氣[8]。

4 小結(jié)和建議

(1)本次競賽四個科目的試卷難度適宜，其中歷史個例天氣預(yù)報試卷較難，理論試卷和強對流試卷難度適宜，現(xiàn)場分析難度較易。

(2) 參賽隊員的成績反映出以下問題：災(zāi)害天氣類型的預(yù)報準(zhǔn)確性較低，災(zāi)害天氣的落區(qū)準(zhǔn)確率低；風(fēng)力等級預(yù)報錯誤率高；短時強降水和預(yù)報理由得分較低；理論不夠扎實，理論與預(yù)報應(yīng)用結(jié)合不緊密，天氣分析中預(yù)報理由不能切中要點，資料運用不全面。

(3)參賽隊員應(yīng)堅持長期學(xué)習(xí)，理論部分要前后融合、綜合運用，進行經(jīng)常性的模擬考試，鞏固理論基礎(chǔ)，加深理解和應(yīng)用。

(4)建議經(jīng)常組織進行專題演練，熟練掌握應(yīng)用衛(wèi)星云圖、雷達圖像判別預(yù)報重大天氣的基本特征和主要指標(biāo)；選取全國各地的歷史天氣個例進行推演和研討總結(jié)，分析天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展機理，達到舉一反三的效果。