SWAN在黑龍江省短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中應(yīng)用及產(chǎn)品檢驗(yàn)

唐 凱，李興權(quán)

（黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150030）

SWAN在黑龍江省短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中應(yīng)用及產(chǎn)品檢驗(yàn)

唐 凱，李興權(quán)

（黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150030）

本文針對(duì)SWAN本地化應(yīng)用，分析了雷達(dá)數(shù)據(jù)、資料配置、設(shè)置轉(zhuǎn)換等方面在黑龍江省應(yīng)用的主要技術(shù)手段和方法，并通過(guò)3 a的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)，得出強(qiáng)天氣過(guò)程中SWAN預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)況比較的系統(tǒng)偏差，為其在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

SWAN；本地化；產(chǎn)品檢驗(yàn)

1 引言

災(zāi)害天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（SWAN）是省級(jí)臺(tái)站的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)平臺(tái)。該系統(tǒng)主要側(cè)重于短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)和1 h以內(nèi)的臨近預(yù)報(bào)，具有對(duì)災(zāi)害天氣自動(dòng)報(bào)警、實(shí)況監(jiān)視和分析、風(fēng)暴追蹤、雷達(dá)三維拼圖、三維顯示和分析、定量降水估測(cè)（QPE）、定量降水預(yù)報(bào)（QPF）、反射率因子預(yù)報(bào)、反演的回波移動(dòng)矢量（COTREC風(fēng)）、降水臨近預(yù)報(bào)和預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)、預(yù)警信息制作等功能。

系統(tǒng)由服務(wù)器端和客戶端組成。服務(wù)器端主要執(zhí)行氣象數(shù)據(jù)的采集、加工和發(fā)送功能，客戶端主要用于顯示SWAN的預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及進(jìn)行短臨預(yù)報(bào)的文本發(fā)布工作。

2009年引進(jìn)該平臺(tái)以來(lái)，進(jìn)行了本地化改造及運(yùn)行。本文主要分析SWAN在黑龍江應(yīng)用過(guò)程中的本地化處理與改進(jìn)，對(duì)數(shù)據(jù)、資料配置、設(shè)置轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)手段及系統(tǒng)在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用及檢驗(yàn)。

2 SWAN的本地化處理與設(shè)置

SWAN是一套在統(tǒng)一平臺(tái)下制作的通用軟件系統(tǒng)，應(yīng)用過(guò)程中首先需要本地化處理與改進(jìn)，要對(duì)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置及相關(guān)模塊的運(yùn)算參數(shù)進(jìn)行本地化處理及調(diào)整。

2.1 SWAN所需數(shù)據(jù)的本地化處理與設(shè)置

SWAN所需數(shù)據(jù)主要是新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)、中尺度觀測(cè)資料和常規(guī)天氣資料。雷達(dá)基數(shù)據(jù)使用的是新一代天氣雷達(dá)壓縮基數(shù)據(jù)和雷達(dá)PUP產(chǎn)品，常規(guī)氣象數(shù)據(jù)包括Micaps格式的雨量、地面和高空觀測(cè)資料，中尺度觀測(cè)資料包括自動(dòng)站、地閃觀測(cè)等數(shù)據(jù)。在路徑配置菜單中配置正確的資料路徑即可，需要注意的是雷達(dá)資料路徑的選取只需指向具體雷達(dá)站點(diǎn)資料的上級(jí)目錄，雷達(dá)站點(diǎn)和雷達(dá)資料路徑的配置有專門的模塊。

雷達(dá)的配置首先根據(jù)本省情況在拼圖設(shè)置框左側(cè)全國(guó)雷達(dá)列表中，將本省雷達(dá)站加入拼圖站點(diǎn)列表中，再將與站點(diǎn)名稱對(duì)應(yīng)的放置BZ2壓縮雷達(dá)及數(shù)據(jù)的文件夾對(duì)應(yīng)，修改站點(diǎn)總數(shù)，設(shè)定合適拼圖經(jīng)緯度范圍，使資料應(yīng)用適用省內(nèi)情況。

2.2 相關(guān)模塊的本地配置

2.2.1 系統(tǒng)運(yùn)行模式配置

在資料路徑設(shè)置正確的條件下，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。運(yùn)行模式可分為實(shí)時(shí)模式和回放模式。在一般情況下運(yùn)行實(shí)時(shí)模式，在實(shí)時(shí)模式下可進(jìn)行產(chǎn)品壓縮和產(chǎn)品歸檔處理，本機(jī)IP和發(fā)送端口按照系統(tǒng)默認(rèn)的設(shè)置，通知協(xié)議選擇SERVEROOT模式進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送，將需要實(shí)時(shí)更新顯示SWAN產(chǎn)品的電腦IP加入點(diǎn)對(duì)點(diǎn)IP列表中，當(dāng)SWAN實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)有新的產(chǎn)品生成則會(huì)自動(dòng)發(fā)送到配置好的客戶端顯示。

回放模式下不能進(jìn)行產(chǎn)品歸檔處理，其他功能與實(shí)時(shí)模式相同。

2.2.2 模塊配置的設(shè)置

模塊配置菜單中主要對(duì)SWAN各個(gè)功能模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以溫度報(bào)警為例進(jìn)行分析與說(shuō)明。在模塊列表中選擇需要修改參數(shù)的模塊，在右側(cè)表框中出現(xiàn)可以修改的參數(shù)內(nèi)容，根據(jù)本地的情況進(jìn)行修改。黑龍江氣溫出現(xiàn)35℃以上的概率不大，因此將高溫溫度的閾值設(shè)定為（30，33，37），對(duì)應(yīng)的自動(dòng)站和加密站站點(diǎn)個(gè)數(shù)可以設(shè)置為（5，3，1），具體的數(shù)值可以根據(jù)本地情況進(jìn)行調(diào)整，在高溫閾值設(shè)定的同時(shí)還可以對(duì)低溫的報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)定，低溫的報(bào)警方式和實(shí)況氣溫有關(guān)，在和前一天的實(shí)況進(jìn)行對(duì)比后可以對(duì)降溫幅度進(jìn)行報(bào)警，其他模塊的配置方式與溫度報(bào)警設(shè)置的方法相同，根據(jù)本地的天氣特點(diǎn)分別對(duì)各模塊進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試。

2.2.3 客戶終端的設(shè)置

SWAN的客戶端界面和Micaps3系統(tǒng)界面很相似，主要是在SWAN配置菜單中設(shè)置，首先設(shè)置資料和網(wǎng)絡(luò)，點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)菜單，網(wǎng)絡(luò)端口和服務(wù)器端的端口一致，系統(tǒng)默認(rèn)是45454，將服務(wù)器數(shù)據(jù)路徑設(shè)置為存儲(chǔ)SWAN產(chǎn)品的文件夾，或者將服務(wù)器產(chǎn)品路徑的文件夾映射為網(wǎng)絡(luò)盤(pán)，在路徑中填寫(xiě)映射盤(pán)符。如將啟用網(wǎng)絡(luò)消息接收選項(xiàng)選中，則會(huì)接收服務(wù)器端的有新產(chǎn)品的消息。需要更新的內(nèi)容則在更新選項(xiàng)中，啟用報(bào)警自動(dòng)顯示和產(chǎn)品和自動(dòng)產(chǎn)品更新的選項(xiàng)選中，則在自動(dòng)年更新產(chǎn)品類型中選中的產(chǎn)品會(huì)自動(dòng)在客戶端顯示更新。SWAN的所有產(chǎn)品都會(huì)在自動(dòng)更新產(chǎn)品類型選擇框中列出，根據(jù)本地的情況選擇需要顯示的產(chǎn)品，數(shù)據(jù)更新對(duì)電腦的顯卡和內(nèi)存要求較高。

在客戶端生成和發(fā)布短臨預(yù)報(bào)之前需要對(duì)文字產(chǎn)品配置中的發(fā)布單位、發(fā)布內(nèi)容、發(fā)布方式根據(jù)需要予以修改，點(diǎn)擊需要修改內(nèi)容下方的添加和刪除按鈕可以對(duì)發(fā)布單位和簽發(fā)者進(jìn)行修改，在數(shù)據(jù)設(shè)置中可以對(duì)發(fā)布預(yù)報(bào)的內(nèi)容模版進(jìn)行修改，在發(fā)布設(shè)置中可以根據(jù)情況對(duì)發(fā)布的方式和保存路徑進(jìn)行設(shè)置。

3 反射率預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)

2009-2011年，通過(guò)3 a的應(yīng)用，SWAN在黑龍江省氣象臺(tái)應(yīng)用穩(wěn)定，為短時(shí)臨近預(yù)報(bào)提供了有力的技術(shù)支持。但SWAN存在一定的系統(tǒng)偏差，且偏差具有一定的規(guī)律性。SWAN本身提供算法檢驗(yàn)產(chǎn)品，其主要作用一方面是用于檢驗(yàn)算法的優(yōu)劣，另一方面是明示預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)產(chǎn)品在使用時(shí)的可信度。在這里主要用1 h反射率預(yù)報(bào)檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

反射率預(yù)報(bào)產(chǎn)品是利用COTREC風(fēng)對(duì)當(dāng)前雷達(dá)三維拼圖給定高度（缺省為3 km）的反射率拼圖（CAPPI）進(jìn)行未來(lái)1 h內(nèi)的平移外推，間隔6 min一個(gè)預(yù)報(bào)位置（強(qiáng)度假設(shè)不變），分別是 6、12、18、24、30、36、42、48、54、60 min 的預(yù)報(bào)產(chǎn)品， 基準(zhǔn)時(shí)間是雷達(dá)每一次進(jìn)行體積掃描探測(cè)的時(shí)間[1]。

1 h反射率預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分為是非檢驗(yàn)和誤差檢驗(yàn)。是非檢驗(yàn)主要用命中率POD（判斷漏報(bào)），其評(píng)判類似于TS評(píng)分。誤差檢驗(yàn)用的指標(biāo)是偏差BIAS、均方根誤差RMSE。對(duì)于是非檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，POD值越大，預(yù)報(bào)效果就越好，可信度就越高，對(duì)于誤差檢驗(yàn)，偏差BIAS<1表示預(yù)報(bào)比實(shí)況總體偏小，>1則表示預(yù)報(bào)總體大于實(shí)況；RMSE值越小，預(yù)報(bào)效果越好，可信度越高。

通過(guò)對(duì)黑龍江省雷達(dá)反射率預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析，SWAN反射率預(yù)報(bào)產(chǎn)品總體的POD隨著預(yù)報(bào)的時(shí)效延長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì)，其中在30 min的預(yù)報(bào)時(shí)效中，對(duì)15～30 dBz的命中率較高，在0.6～0.9，其次是5～15 dBz的命中率，在0.45～0.82，對(duì)于>30 dBz的回波，預(yù)報(bào)命中率波動(dòng)范圍在0.3～0.8，由此可見(jiàn)SWAN對(duì)于<45 dBz的反射率預(yù)報(bào)雖然隨著時(shí)效的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，但60 min以內(nèi)的命中率波動(dòng)比較規(guī)律，有一定的參考價(jià)值，對(duì)于>45 dBz的回波，預(yù)報(bào)命中率波動(dòng)比較雜亂，無(wú)規(guī)律可循，在預(yù)報(bào)中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)主觀預(yù)報(bào)訂正（圖1）。

圖1 不同強(qiáng)度回波反射率預(yù)報(bào)命中率曲線圖

從誤差檢驗(yàn)分析來(lái)看，SWAN對(duì)反射率預(yù)報(bào)偏差總體偏大，隨著時(shí)效的延長(zhǎng)，預(yù)報(bào)的誤差逐漸變大，在60 min以內(nèi)變化有一定的規(guī)律，并且BIAS值在1.2以內(nèi)，還有一定的參考價(jià)值（圖2），同時(shí)表征均方根誤差的RMSE曲線圖也表明，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)，SWAN反射率預(yù)報(bào)產(chǎn)品的可信度呈下降趨勢(shì)，但其在60 min以內(nèi)的變化具有一定的規(guī)律性可循(圖3)。

圖2 反射率預(yù)報(bào)偏差曲線圖

圖3 反射率預(yù)報(bào)均方根誤差曲線圖

4 結(jié)論

(1)SWAN在本地化應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)資料的路徑、雷達(dá)拼圖的站點(diǎn)以及相關(guān)模塊的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，才能進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)用。

(2)SWAN的引進(jìn)，監(jiān)測(cè)了全省范圍內(nèi)突發(fā)性、局地性的強(qiáng)對(duì)流天氣，并且提供了相應(yīng)的多要素的報(bào)警，系統(tǒng)提供的多種產(chǎn)品，為短時(shí)臨近預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)，尤其是在30 min以內(nèi)的產(chǎn)品，有比較高的參考價(jià)值，但預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)況還是存在一些誤差，這些誤差主要依靠預(yù)報(bào)員在日常工作中積累經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工訂正，同時(shí)隨著SWAN的進(jìn)一步完善，將研制出一套客觀實(shí)用的方法。

[1]胡勝，孫廣鳳，鄭永光，等.臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)(SWAN)產(chǎn)品特征及在2010年5月7日廣州強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中的應(yīng)用［J］.廣東氣象，2011,33(3)：11-14.

P459.9

A

1002-252X(2012)02-0017-02

2012-2-1

唐凱（1979-），男，陜西省漢中市人，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科生，工程師.