ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式在撫順降水和溫度預(yù)報(bào)中的檢驗(yàn)與應(yīng)用

全美蘭 馬昊天 沈斌 李俊樂(lè) 劉多文 鄭國(guó)偉 寧大可 陳晨 田琳 李若楠

摘要 利用2016—2018年ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式降水、2 m氣溫、相對(duì)濕度及實(shí)況觀測(cè)資料，分析在不同季節(jié)、不同天氣系統(tǒng)影響下，ECMWF模式對(duì)撫順地區(qū)降水和溫度的預(yù)報(bào)性能，并總結(jié)歸納弱降水預(yù)報(bào)關(guān)注點(diǎn)和逐月氣溫訂正值。研究發(fā)現(xiàn)，2016—2018年ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式降水預(yù)報(bào)的晴雨、空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率總體較穩(wěn)定;24～48 h時(shí)效晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為76%～89%以上，24 h時(shí)效降水預(yù)報(bào)的空?qǐng)?bào)率高達(dá)39%;隨著時(shí)效延長(zhǎng)，ECMWF數(shù)值模式格點(diǎn)降水量小于3 mm時(shí)，TS評(píng)分為36.8%～42.4%，小于0.3 mm降雨時(shí)的24時(shí)效內(nèi)空?qǐng)?bào)率高達(dá)78.6%～91.7%;撫順弱降水錯(cuò)報(bào)個(gè)例主要出現(xiàn)在冷渦型、高空槽型、低壓暖區(qū)型、高壓前部型四種天氣形勢(shì)，空?qǐng)?bào)多出現(xiàn)在高空槽型，漏報(bào)多出現(xiàn)在冷渦型和低壓前暖區(qū)型天氣形勢(shì)下。不同天氣形勢(shì)下，弱降水預(yù)報(bào)關(guān)注點(diǎn)是700 hPa的相對(duì)濕度。

關(guān)鍵詞 撫順;ECMWF模式;弱降水;溫度

中圖分類(lèi)號(hào)：P457.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）04-0-02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.052

數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)?zāi)軌蚩陀^定量地反映數(shù)值預(yù)報(bào)模式的預(yù)報(bào)水平，通過(guò)對(duì)數(shù)值模式的檢驗(yàn)和分析，能夠使預(yù)報(bào)員更好地進(jìn)行解釋?xiě)?yīng)用。隨著公眾對(duì)天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化程度要求越來(lái)越高，高分辨率模式產(chǎn)品成為天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)不可或缺的重要工具[1-4]。撫順處于東部山區(qū)，對(duì)于弱降水天氣預(yù)報(bào)是個(gè)難點(diǎn)，降水空?qǐng)?bào)或漏報(bào)率比較高，隨著氣候變化和城市化的進(jìn)展，城郊溫度差異愈發(fā)明顯，加上山區(qū)晝夜溫差大，溫度預(yù)報(bào)難度不斷加大。目前在撫順天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式產(chǎn)品資料已成為最主要的預(yù)報(bào)依據(jù)之一，但由于ECMWF細(xì)網(wǎng)格資料投入使用時(shí)間較短，相應(yīng)的數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)也較少，對(duì)不同季節(jié)、不同天氣系統(tǒng)影響下的降水和溫度預(yù)報(bào)誤差檢驗(yàn)更少。根據(jù)2016—2018年的ECMWF模式及實(shí)況資料樣本，對(duì)ECMWF模式在不同季節(jié)、不同天氣系統(tǒng)影響下，對(duì)撫順降水和溫度的預(yù)報(bào)性能做較全面地分析，深入了解模式的預(yù)報(bào)特點(diǎn)和預(yù)報(bào)效果，掌握誤差規(guī)律，旨在為今后撫順降水和溫度預(yù)報(bào)及訂正預(yù)報(bào)起到一定的參考作用，以期提高降水和溫度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 降水預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)

1.1 降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分析

據(jù)分析，2016—2018年ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式降水預(yù)報(bào)的晴雨、空?qǐng)?bào)率（FAK）和漏報(bào)率（PO）總體較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較小（圖1）。晴雨檢驗(yàn)表明24～48 h時(shí)效晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為76%—89%以上，72～96 h時(shí)效的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為72%～79%;24 h時(shí)效降水預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率高達(dá)39%，隨著時(shí)效延長(zhǎng)，96 h時(shí)效降水預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率接近50%，降水空?qǐng)?bào)較多;24～96 h時(shí)效降水預(yù)報(bào)的漏報(bào)率為9%以下。2018年撫順地區(qū)ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式24～96 h時(shí)效降水預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)效果均優(yōu)于2016—2017年。撫順市不同年份ECMWF數(shù)值模式的降水預(yù)報(bào)受大的氣候背景影響，預(yù)報(bào)性能存在波動(dòng)，但波動(dòng)幅度較小，總體穩(wěn)定，晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的變化幅度為2%～5%。

1.2 弱降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

撫順地區(qū)處于東部山區(qū)，常出現(xiàn)分散性弱降水。日常預(yù)報(bào)中表現(xiàn)為：ECMWF模式在東部地區(qū)預(yù)報(bào)出弱降水（小于3 mm），而實(shí)況通常為空?qǐng)?bào)，這種情況對(duì)晴雨準(zhǔn)確率造成較大的影響。為了了解ECMWF模式對(duì)弱降水的預(yù)報(bào)效果，分別檢驗(yàn)ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式24 h時(shí)效內(nèi)預(yù)報(bào)降水量小于3 mm的預(yù)報(bào)樣本，通過(guò)分析撫順三個(gè)國(guó)家基本站的空?qǐng)?bào)、漏報(bào)率，確定訂正的必要性。

當(dāng)ECMWF數(shù)值模式格點(diǎn)降水量小于3 mm時(shí)，TS評(píng)分36.8%～42.4%，空?qǐng)?bào)率為55.2%～61.5%，漏報(bào)率為4.5%～11.4%。根據(jù)ECMWF模式預(yù)報(bào)的三個(gè)觀測(cè)站所在格點(diǎn)弱降水預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率，[2，3） mm的降雨時(shí)，24 h時(shí)效內(nèi)空?qǐng)?bào)率為33.3%～35.7%;[1，2） mm的降雨時(shí)，24 h時(shí)效內(nèi)空?qǐng)?bào)率為40.0%～52.2%;[0.3，1） mm的降雨時(shí)，24 h時(shí)效內(nèi)空?qǐng)?bào)率為45.5%～60%;[0.1，0.3） mm的降雨時(shí)，24 h時(shí)效內(nèi)空?qǐng)?bào)率為78.6%～91.7%（表1）。

2 弱降水錯(cuò)報(bào)個(gè)例分析

2016—2017年ECMWF數(shù)值模式格點(diǎn)降水量小于3 mm，預(yù)報(bào)員對(duì)弱降水錯(cuò)報(bào)兩站及以上站次即為弱降水錯(cuò)報(bào)個(gè)例，綜合得出47個(gè)弱降水個(gè)例。其中空?qǐng)?bào)個(gè)例22個(gè)，錯(cuò)報(bào)站次53站次;漏報(bào)個(gè)例25個(gè)，錯(cuò)報(bào)站次61站次。

上述47個(gè)錯(cuò)報(bào)個(gè)例所對(duì)應(yīng)的天氣形勢(shì)主要有冷渦型、高空槽型、低壓暖區(qū)型、高壓前部型四種天氣形勢(shì)。不同天氣形勢(shì)下，預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)能力不同?？?qǐng)?bào)多出現(xiàn)在高空槽型天氣形勢(shì)，占54.5%（12/22）;其次是冷渦型，占22.7%（5/22）;低壓前暖區(qū)型13.6%（3/22）;高壓前部型占9.1%（2/22）。漏報(bào)多出現(xiàn)在冷渦型和低壓前暖區(qū)型天氣形勢(shì)下，分別占44%（11/25）、28%（7/25），高空槽型占20%（5/25），高壓前部型占8%（2/25）。

針對(duì)不同天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)員的關(guān)注重點(diǎn)，可以看出冷渦型天氣型ECMWF模式無(wú)漏報(bào)，對(duì)于相對(duì)濕度也無(wú)要求，關(guān)注點(diǎn)是看500 hPa高度有無(wú)冷空氣下滑影響撫順地區(qū);高空槽型天氣型弱降水，ECMWF模式也無(wú)漏報(bào)，要求850 hPa相對(duì)濕度大于80%且700 hPa大于70%或700～500 hPa濕度好，且600～500 hPa達(dá)到90%以上，關(guān)注重點(diǎn)是高空槽東移影響撫順地區(qū)，且700 hPa濕度大于70%;低壓前部暖區(qū)型多空?qǐng)?bào)，也存在漏報(bào)，850 hPa相對(duì)濕度大于80且700 hPa濕度大于70%或700～500 hPa濕度好，且600～500h Pa達(dá)到90%以上，關(guān)注重點(diǎn)是切變線已到達(dá)遼寧省西部地區(qū)，700 hPa濕度大于70%;高壓前部型無(wú)漏報(bào)，對(duì)濕度要求極高，700～500 hPa相對(duì)濕度大于90%或1 000～700 hPa相對(duì)濕度大于90%，關(guān)注點(diǎn)是高壓密集帶東南下影響撫順地區(qū)，且700 hPa濕度大于90%（表2）。

3 溫度預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

數(shù)值模式預(yù)報(bào)結(jié)果受物理過(guò)程、初始場(chǎng)和局地地方性特點(diǎn)等諸多因素影響，造成數(shù)值預(yù)報(bào)模式的要素預(yù)報(bào)存在一定的誤差，需要對(duì)模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，總結(jié)特點(diǎn)和規(guī)律，通過(guò)主觀訂正，做出準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)[5]。

根據(jù)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，ECMWF模式2 m氣溫預(yù)報(bào)誤差主要源于天氣狀況的區(qū)別，應(yīng)主要解決不同天氣條件的氣溫訂正問(wèn)題。將天氣分為有云、晴空、降水等三種情況，確定出不同天氣條件的預(yù)報(bào)訂正值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)撫順地區(qū)的溫度預(yù)報(bào)。

3.1 誤差檢驗(yàn)分析

分析EC細(xì)網(wǎng)格模式24 h的2 m最高氣溫、最低氣溫預(yù)報(bào)與實(shí)況的誤差（實(shí)況—預(yù)報(bào)值）的月平均值。最低氣溫月平均誤差除了4月為正偏差以外，其他月份均為負(fù)偏差。說(shuō)明在撫順地區(qū)EC細(xì)網(wǎng)格最低氣溫預(yù)報(bào)普遍偏高。平均最大絕對(duì)值出現(xiàn)在冬季（12月、1月、2月），絕對(duì)誤差達(dá)到2.6℃～4.8℃。4～7月平均誤差絕對(duì)值最小，接近0℃。

最高氣溫月平均誤差2月、12月為負(fù)偏差，其他月份均為正偏差，說(shuō)明EC細(xì)網(wǎng)格對(duì)撫順地區(qū)最高氣溫預(yù)報(bào)偏低。平均最大絕對(duì)值出現(xiàn)在5月、9月，絕對(duì)誤差為2.4℃。12月至次年3月平均誤差絕對(duì)值最小，小于近0.5℃。

3.2 預(yù)報(bào)訂正值分析

基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和天氣學(xué)方法，將天氣狀況分為有云、晴空、降水三種，結(jié)合細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)降水量和低云量，檢驗(yàn)了2016年ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式資料對(duì)撫順地區(qū)溫度的預(yù)報(bào)性能，并給出了逐月氣溫訂正值（表3～4）。

4 結(jié)論

2016—2018年ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式降水預(yù)報(bào)的晴雨、空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率總體較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較小。2018年撫順地區(qū)ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式降水預(yù)報(bào)效果優(yōu)于2016—2017年。24～48 h時(shí)效晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為76%～89%以上，24 h時(shí)效降水預(yù)報(bào)的空?qǐng)?bào)率高達(dá)39%，隨著時(shí)效延長(zhǎng)。ECMWF數(shù)值模式格點(diǎn)降水量小于3 mm時(shí)，TS評(píng)分為36.8%～42.4%，空?qǐng)?bào)率為55.2%～61.5%，漏報(bào)率為4.5%～11.4%，小于0.3 mm的降雨時(shí)，24 h時(shí)效內(nèi)空?qǐng)?bào)率為78.6%～91.7%。撫順弱降水錯(cuò)報(bào)個(gè)例主要出現(xiàn)的天氣形勢(shì)有：冷渦型、高空槽型、低壓暖區(qū)型、高壓前部型四種天氣形勢(shì)?？?qǐng)?bào)多出現(xiàn)在高空槽型天氣形勢(shì)占54.5%，其次是冷渦型占22.7%;漏報(bào)多出現(xiàn)在冷渦型和低壓前暖區(qū)型天氣形勢(shì)下，分別占44%、28%。根據(jù)分析不同天氣形勢(shì)下的弱降水錯(cuò)報(bào)個(gè)例，給出了系統(tǒng)和相對(duì)濕度關(guān)注重點(diǎn)，共同特征是700 hPa相對(duì)濕度;逐月最低氣溫、最高氣溫訂正值也為預(yù)報(bào)員的短期預(yù)報(bào)訂正提供了很好的參考。

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責(zé)任編輯：黃艷飛