SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品在西藏地區(qū)降水預(yù)報(bào)質(zhì)量的檢驗(yàn)

楊麗敏 格央 李起緒 高勇 次仁拉姆

(1.西藏自治區(qū)氣象臺(tái)；2.西藏自治區(qū)大氣環(huán)境科學(xué)研究所，西藏 拉薩 850000）

0 引言

近年來(lái)，青藏高原氣候變化越來(lái)越受到關(guān)注，對(duì)高原夏半年（汛期）降水和冬半年降水均有較多研究，但相比之下，卻對(duì)高原降水模式檢驗(yàn)的研究較少。西藏高原復(fù)雜多樣的地形地貌，形成了獨(dú)特的高原氣候，給高原天氣預(yù)報(bào)特別是降水預(yù)報(bào)帶來(lái)極大的困難[1]。因此，降水預(yù)報(bào)一直是西藏氣象科研與業(yè)務(wù)工作的難點(diǎn)之一。隨著數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的飛速發(fā)展，模式定量降水預(yù)報(bào)已成為業(yè)務(wù)天氣預(yù)報(bào)工作中的主要參考依據(jù)[2]，特別是成都區(qū)域中心的SWC-WARMS 數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品目前已成為西藏地區(qū)預(yù)報(bào)員日常工作中非常重要的數(shù)值預(yù)報(bào)參考依據(jù)之一[3]。

本文利用成都區(qū)域中心的SWC-WARMS 數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品和地面實(shí)況資料，對(duì)該模式在西藏地區(qū)的降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，分析該模式降水產(chǎn)品的誤差空間分布及時(shí)間分布特征，形成的詳細(xì)的檢驗(yàn)評(píng)估報(bào)告，有利于預(yù)報(bào)員更好的應(yīng)用和訂正該模式產(chǎn)品。

1 資料選取和使用方法

1.1 檢驗(yàn)所用資料

本文所選用的資料為西南區(qū)域中心下發(fā)的SWCWARMS 數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料和西藏74 站逐日降水資料（包括39 個(gè)有人值守站點(diǎn)和25 個(gè)縣級(jí)自動(dòng)站），檢驗(yàn)時(shí)段為2015 年1 月1 日至12 月31 日。采用雙線性二次插值方法插值到西藏地區(qū)常規(guī)預(yù)報(bào)的74個(gè)站點(diǎn)，結(jié)合降水實(shí)況資料分晴、小雨、中雨、大雨及以上四個(gè)等級(jí)做預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、漏報(bào)率、空?qǐng)?bào)率分析，并做相對(duì)誤差、絕對(duì)誤差分析，用以檢驗(yàn)24 小時(shí)降水效果。

1.2 降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法

對(duì)降水分級(jí)檢驗(yàn)和累加降水量級(jí)檢驗(yàn)，

TS 評(píng)分：

漏報(bào)率：

空?qǐng)?bào)率：

對(duì)累加降水量級(jí)檢驗(yàn)，k為1～4，分別代表≥0.1mm，≥10.0mm，≥25.0mm，≥50.0mm降水預(yù)報(bào)。

對(duì)晴雨（雪）檢驗(yàn)，

預(yù)報(bào)正確率：

式中NA 為有降水預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)，NB 為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)、NC 為漏報(bào)站（次）數(shù)，ND 為無(wú)降水預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)，見(jiàn)表3，PC′為數(shù)值預(yù)報(bào)或上級(jí)指導(dǎo)預(yù)報(bào)的PC 評(píng)分[4]。

1.3 準(zhǔn)確率檢驗(yàn)方法

以西藏地區(qū)所規(guī)定的24 小時(shí)降水量等級(jí)劃分為基礎(chǔ)，實(shí)況和SWC-WARMS 數(shù)值模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品都在同一等級(jí)內(nèi)，則為預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，否則為預(yù)報(bào)錯(cuò)誤。

1.4 誤差分析方法

用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差對(duì)白天（08～20時(shí)）、夜間（20～08時(shí)）FY 2C 降水估計(jì)和實(shí)況資料進(jìn)行對(duì)比分析[5]，計(jì)算公式如下：

其中，n為總資料個(gè)數(shù)，Ri為實(shí)況降水量，F(xiàn)i為FY 2C 的6小時(shí)降水估計(jì)所累計(jì)的白天、夜間12小時(shí)降水量，S為絕對(duì)誤差，X為相對(duì)誤差。

2 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水累加降水量級(jí)檢驗(yàn)和晴雨質(zhì)量檢驗(yàn)

2.1 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品的夏季降水TS 評(píng)分

圖1是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的TS 評(píng)分,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式夏季降水TS 評(píng)分在西藏除阿里地區(qū)南部和沿雅江中上游地區(qū)在40% 左右以外，其余各地評(píng)分都在50% 以上，尤其是日喀則南部邊緣地區(qū)一線、山南市南部邊緣一線、林芝市和那曲市東南部預(yù)報(bào)效果較好，TS 評(píng)分均在70% 以上。

圖1 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的TS 檢驗(yàn)

2.2 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品的夏季降水空?qǐng)?bào)率

圖2是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的空?qǐng)?bào)率,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式夏季降水的空?qǐng)?bào)率與SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的TS 評(píng)分分布呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的分布特征，即在西藏除阿里地區(qū)南部和沿雅江中上游地區(qū)空?qǐng)?bào)率超過(guò)了50% 以外，其余各地的空?qǐng)?bào)率都在50% 以下，尤其是日喀則南部邊緣地區(qū)一線、山南市南部邊緣一線、林芝市、那曲市東部和昌都市北部預(yù)報(bào)效果較好，空?qǐng)?bào)率均在30%以下，對(duì)墨脫站的空?qǐng)?bào)率在20%以下。

圖2 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的空?qǐng)?bào)率

2.3 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品的夏季降水漏報(bào)率

圖3 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的漏報(bào)率,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式在西藏夏季降水漏報(bào)率均在30%以下，且除日喀則市西北部和那曲西部外，大部分漏報(bào)率在20%以下，尤其在阿里地區(qū)南部、日喀則市南部、沿雅江中游地區(qū)和林芝市，漏報(bào)率在5%以下。

圖3 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的漏報(bào)率

2.4 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品的夏季降水晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

圖4 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)夏季降水的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,從圖中可以看出，SWC-WARMS模式在西藏夏季降水晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較好，其中阿里地區(qū)南部、沿雅江一線河谷地帶和西藏東南部的夏季降水晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在50%～70%之間，其余地區(qū)夏季晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均超過(guò)了70%，尤其是阿里地區(qū)大部、那曲市西部和林芝市中部夏季晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)80%以上，其中尼瑪縣晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)84.3%，墨脫縣晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)83%.

圖4 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品夏季降水的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

2.5 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品的夏季降水誤差分析

圖5 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品夏季降水的誤差分析,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式在西藏夏季降水的誤差主要集中在±4mm 之間，尤其是阿里地區(qū)大部、那曲市西部，日喀則市西北部和昌都市大部，誤差在-0.1至-2mm之間，即夏季SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品在上述地區(qū)預(yù)報(bào)值僅比實(shí)況值偏大不到2mm，預(yù)報(bào)效果較好。在日喀則市南部邊緣地區(qū)、山南市南部邊緣地區(qū)和林芝市大部，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品預(yù)報(bào)值比實(shí)況值偏大5mm左右，尤其是墨脫站，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品預(yù)報(bào)值比實(shí)況值偏大了22mm。

圖5 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品夏季降水的誤差分析

2.6 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品的夏季降水絕對(duì)誤差分析

圖6 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品夏季降水的絕對(duì)誤差分析,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式在西藏夏季降水的絕對(duì)誤差除墨脫站為22mm 外，其余各站絕對(duì)誤差均在6mm以下。阿里地區(qū)大部、那曲市西部、日喀則市大部和昌都市北部地區(qū)的絕對(duì)誤差均在2mm 以內(nèi)，即夏季SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品在上述地區(qū)預(yù)報(bào)值僅比實(shí)況值的誤差不到2mm，預(yù)報(bào)效果較好。在日喀則市南部邊緣地區(qū)、那曲市中東部、拉薩市、山南市大部和林芝市大部，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品絕對(duì)誤差均在3mm～6mm 之間，即SWC-WARMS 模式降水預(yù)報(bào)值與實(shí)況值相差3mm～6mm 左右，對(duì)于墨脫站而言，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品預(yù)報(bào)值比實(shí)況值之間的絕對(duì)誤差較大，達(dá)到22mm。

圖6 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品夏季降水的絕對(duì)誤差分析

3 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪累加降水量級(jí)檢驗(yàn)和晴雪質(zhì)量檢驗(yàn)

3.1 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品的冬季降雪TS評(píng)分

圖7 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的TS 評(píng)分,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式冬季降雪TS 評(píng)分在西藏除阿里地區(qū)南部、日喀則市南部邊緣、山南市南部邊緣地區(qū)和林芝市在50%左右以外，其余各地評(píng)分都低于50%以上，尤其是那曲市北部、日喀則市西北部、山南市北部和昌都市東部預(yù)報(bào)效果較差，TS評(píng)分均在10%左右。

圖7 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的TS檢驗(yàn)

3.2 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品的冬季降雪空?qǐng)?bào)率

圖8 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的空?qǐng)?bào)率,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式冬季降雪的空?qǐng)?bào)率與SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的TS 評(píng)分分布呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的分布特征，即在那曲市北部、日喀則市西北部、山南市北部和昌都市東部預(yù)報(bào)效果較差，SWC-WARMS模式冬季降雪的空?qǐng)?bào)率超過(guò)了60%，部分地方甚至超過(guò)80%，但對(duì)阿里地區(qū)南部、日喀則市南部邊緣地區(qū)、山南市南部邊緣地區(qū)和林芝市預(yù)報(bào)效果較好,空?qǐng)?bào)率在30%以下，尤其是墨脫站和聶拉木站的預(yù)報(bào)質(zhì)量最優(yōu),空?qǐng)?bào)率在20%以下。

圖8 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的空?qǐng)?bào)率

3.3 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品的冬季降雪漏報(bào)率

圖9 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的漏報(bào)率,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式在西藏冬季降雪漏報(bào)率大部分在30%以下，尤其是對(duì)阿里地區(qū)大部、那曲市中東部、拉薩市西部、林芝市和昌都市南部，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的漏報(bào)率在15%以下，但對(duì)日喀則市中部和昌都市北部的北部地方預(yù)報(bào)質(zhì)量較差，漏報(bào)率超過(guò)了80%.

圖9 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的漏報(bào)率

3.4 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品的冬季降雪晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

圖10 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品對(duì)冬季降雪的晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,從圖中可以看出，SWC-WARMS模式在西藏冬季降雪晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較好，大部分地區(qū)的晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都在70%以上，在阿里地區(qū)大部、日喀則市、拉薩市、那曲市、山南市和昌都市南部的晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上，尤其是在沿雅江一線河谷地帶，冬季降雪晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率甚至超過(guò)了90%，僅在那曲市東部與昌都市西部交界的部分地區(qū)晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較低，在50%左右。

圖10 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品冬季降雪的晴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

3.5 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品的冬季降雪誤差分析

圖11 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品冬季降雪的誤差分析,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式在西藏冬季降雪的誤差主要集中在±2mm 之間，阿里地區(qū)大部、那曲市中西部、日喀則市大部、拉薩市、山南市和昌都市大部誤差僅在-0.1 至-1mm 之間，即冬季SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品在上述地區(qū)預(yù)報(bào)值僅比實(shí)況值偏大不到1mm，預(yù)報(bào)效果較好。在日喀則市南部邊緣地區(qū)、山南市南部邊緣地區(qū)和林芝市大部地區(qū)，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品預(yù)報(bào)值比實(shí)況值偏大2mm 左右，對(duì)于墨脫站，SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品預(yù)報(bào)值比實(shí)況值偏大4mm左右，是全區(qū)偏差多大的站點(diǎn)，由此可見(jiàn)，SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品冬季預(yù)報(bào)的效果明顯優(yōu)于夏季。

圖11 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品冬季降雪的誤差分析

3.6 SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品的冬季降雪絕對(duì)誤差分析

圖12 是SWC-WARMS 模式降水產(chǎn)品冬季降雪的絕對(duì)誤差分析,從圖中可以看出，SWC-WARMS 模式在西藏冬季降雪的絕對(duì)誤差除墨脫站為4mm外，其余各站絕對(duì)誤差均在2mm以下。阿里地區(qū)大部、那曲市中西部、日喀則市大部、拉薩市、山南市大部和昌都市東部地區(qū)的絕對(duì)誤差均在1mm 以內(nèi)，即冬季SWCWARMS模式降水產(chǎn)品在上述地區(qū)預(yù)報(bào)值僅比實(shí)況值的誤差不到1mm，預(yù)報(bào)效果較好。在日喀則市南部邊緣地區(qū)、那曲市東部、山南市南部邊緣地區(qū)和林芝市，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品絕對(duì)誤差均在1mm～2mm之間，即SWC-WARMS 模式降水預(yù)報(bào)值與實(shí)況值相差1mm～2mm 左右，對(duì)于墨脫站而言，SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品預(yù)報(bào)值比實(shí)況值之間的絕對(duì)誤差也不是很大，為4mm。

圖12 SWC-WARMS模式降水產(chǎn)品冬季降雪的絕對(duì)誤差分析

4 小結(jié)

本文以西南區(qū)域中心下發(fā)的2015 年SWCWARMS 數(shù)值模式降水產(chǎn)品資料和2015 年西藏74 站逐日降水資料為基礎(chǔ)采用雙線性二次插值方法插值到西藏地區(qū)常規(guī)預(yù)報(bào)的74個(gè)站點(diǎn)，結(jié)合降水實(shí)況資料分晴、小雨、中雨、大雨及以上四個(gè)等級(jí)做預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分析，并做相對(duì)誤差、絕對(duì)誤差分析，對(duì)2015 年1 月1日至12 月31 日24 小時(shí)降水效果進(jìn)行檢驗(yàn)，研究結(jié)果表明：SWC-WARMS 模式24 小時(shí)降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)西藏地區(qū)降水預(yù)報(bào)存在雨日較觀測(cè)明顯偏多，量級(jí)偏大，降水頻次高值區(qū)范圍偏大、出現(xiàn)虛假高值區(qū)等系統(tǒng)性偏差。此外，模式預(yù)報(bào)在20～08 時(shí)比08～20 時(shí)優(yōu)，24 h 累積降水預(yù)報(bào)優(yōu)于12 h 降水預(yù)報(bào)，尤以中雨及以上量級(jí)降水落區(qū)預(yù)報(bào)為甚。