2008年1月歐亞阻塞形勢的ECMWF集合預報效果評估檢驗

王毅，金榮花，代刊，牛若蕓，曹勇

(國家氣象中心，北京100081)

0 引言

阻塞形勢是中高緯大氣環流異常經向發展并穩定的形勢。阻塞高壓(簡稱阻高)并不是一個孤立的系統，與它密切相連的還有其南側低壓、分支急流等，它們合在一起統稱為阻塞形勢。統計研究工作利用歷史天氣圖和逐日高度場等資料揭示了阻塞活動的地理分布和季節變化等特征(儀清菊，1982;李峰和丁一匯，2004;史湘軍和智協飛，2007)，結果表明，烏拉爾山、鄂霍次克海和貝加爾湖是歐亞阻塞形勢發生頻率較高的地區。關于阻塞形勢的發生、發展和崩潰過程，國內外學者從多平衡態(Charney and Devore，1979)、非線性孤立波(羅德海和紀立人，1989)、不同尺度渦動(智協飛，1993)、波流相互作用以及波波相互作用(陸日宇和黃榮輝，1996)等方面進行了動力學研究，并取得了很多有意義的結果。

持續的阻塞形勢維持經常導致大范圍地區天氣氣候的異常。例如，1998年夏季中國長江流域洪水，2010年夏季東歐和俄羅斯高溫熱浪以及2008年初我國南方低溫雨雪冰凍災害。早在20世紀60年代初期，葉篤正等(1962)就指出阻塞形勢的建立和崩潰常常伴隨著一次大范圍環流型的調整，特別在冬季，烏拉爾山阻高的崩潰經常在東亞造成大范圍的寒潮過程，因此阻塞形勢在持續異常天氣預報中具有重要的意義。2008年1月罕見的低溫雨雪冰凍災害是典型的極端天氣氣候事件，很多研究表明其發生與多個大氣環流系統的異常有關，尤其是烏拉爾山阻高的異常(李崇銀等，2008;楊貴名等，2008)。陶詩言和衛婕(2008)的研究更明確指出2008年1月亞洲中高緯度阻高穩定維持長達20余天，在其南側里海以東地區維持一個切斷低壓系統。這種“對偶式”異常構成的阻塞形勢長時間的穩定和維持，是導致南方地區出現持續低溫雨雪冰凍災害天氣的重要原因(王東海等，2008)。

由于阻塞形勢對我國冬季氣候的重要影響，準確預報阻塞形勢特別是其建立和崩潰是中短期天氣預報面臨的至關重要的問題。眾所周知，目前的數值預報對短期以內(24～72 h)的天氣形勢預報和實際觀測的誤差較小，但對于中期時效的預報誤差相對較大。事實上，阻塞形勢的建立和崩潰具有非線性動力學背景，因此在中長期天氣預報中具有較大的不確定性(李建平和丑紀范，2003)。集合預報是近幾年來迅速發展并廣泛應用的數值預報系統，為解決單一確定性預報存在的不確定性問題提供了一條新途徑(陳靜等，2002;杜鈞和陳靜，2010)。另一方面，雖然極端天氣(或高影響天氣)出現的概率很低，但是其帶來的影響卻十分可觀，而集合預報可以根據一組預報結果給出未來大氣狀態的概率分布，進而可能對小概率的極端天氣事件做出預報。集合預報除了可以得到若干個成員的預報值以外，還可以通過分析各成員間的離散度來度量預報的可信度或者大氣的“可預報性”(杜鈞，2002)。因此，集合預報的應用對于提高中期甚至更長時效的極端天氣事件的預報能力具有重要的意義。

目前，針對集合預報的檢驗和應用已有一些研究。段明鏗等(2009)利用NCEP集合預報資料對夏季亞歐中高緯環流的預報效果進行了檢驗，結果表明集合平均的預報效果在預報時效大于5 d時優于單一確定性預報。康志明等(2010)利用集合預報資料開發了寒潮概率預報產品，可以體現集合預報在小概率事件預報上的優勢。Matsueda(2009)利用各中心模式的集合預報資料檢驗了冬季阻塞形勢的預報效果，發現模式對于歐洲—大西洋地區和太平洋地區的阻塞形勢預報能力較高，而對于烏拉爾山地區阻塞形勢的預報能力較低。智協飛等(2013)利用多國集合預報構建超級集合預報系統，并和單中心的預報結果進行了對比檢驗。Maseuda(2010)利用集合預報資料研究了2010年東歐和俄羅斯高溫熱浪期間阻高的可預報性問題。對于2008年低溫雨雪冰凍災害，衛婕等(2008)從短期、中期和長期三個時間尺度討論了1月25—29日的平均環流形勢和阻塞過程的可預報性問題。然而，目前關于集合預報對2008年1月阻塞形勢的預報效果以及對其持續異常的預報能力還缺乏深入的認識。本文將利用歐洲中期天氣預報中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts;簡稱EC)集合預報的500 hPa位勢高度場資料對阻塞形勢的預報效果進行檢驗，并與日常業務中EC模式的確定性預報進行比較。另外，本文還將通過分析阻塞的集合概率預報結果，試圖對2008年1月阻塞形勢在中期時效的可預報性問題作初步的探討。

1 資料與方法

1.1 資料

使用的資料包括EC集合預報系統資料和確定性預報資料。集合預報資料包括1個控制預報和50個集合預報成員的500 hPa位勢高度場;起報時間為12月17日—1月31日的每日12:00(世界時，下同)，最長預報時效為10 d，格點分辨率為2.5°×2.5°。對應的實況分析場用EC確定性預報中的初始場代表，用于檢驗預報效果，該數據的時空分辨率與集合預報資料相同。另外，本文還使用了EC逐日再分析資料，時段為1971—2000年，用來分析阻塞形勢的氣候背景。

1.2 方法

對阻塞形勢的檢驗首先需要用一個定量的指標來表征。目前，已有學者比較了幾種客觀定量表征阻高的方法(金榮花等，2009)，其中 Tibaldi et al．(1990)定義的方法具有簡單易用的特點，這也是目前美國國家環境預報中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)和中國氣象局國家氣候中心定量化客觀監測阻塞形勢的方法。本文也采用該方法，具體做法是對每個經度計算南500 hPa高度梯度(IGHGS;單位:gpm/(°))和北500 hPa高度梯度(IGHGN;單位:gpm/(°)):

其中:Z代表位勢高度;φn=80°N ± Δ;φ0=60°N ±Δ;φs=40°N ±Δ;Δ =0°，2.5°，5°。對某個時刻某經度任意一個Δ，如果條件滿足

則診斷為該時刻該經度出現“阻塞形勢”。通過計算機檢索，把阻塞發生與否作為阻塞指數，如果出現阻塞形勢，阻塞指數記為1，否則記為0。本文用到的阻塞發生頻率定義為一個經度上發生阻塞形勢的天數占研究時段總天數(1月共31 d)的比值。

本文利用距平相關系數(anomaly correlation coefficient，ACC)和均方根誤差(root-mean-square error，RMSE)這兩個指標來分析500 hPa位勢高度的預報效果。距平相關系數計算的是分析場和預報場相對于1971—2000年500 hPa位勢高度平均的距平的相關，因而可以反映槽脊位置和強度的預報效果。一般認為，ACC高于0.6是可用的預報(Krishnamurti et al．，2003)。均方根誤差是預報場的平均偏離程度，因而能反映總誤差的情況。

2 歐亞阻塞形勢概況

圖12008年1月平均的500 hPa位勢高度(等值線)及其距平(陰影)場(a;單位:gpm)和2008年1月40～85°E范圍平均的500 hPa位勢高度的緯度—時間剖面(b;單位:gpm)Fig．1 (a)The mean 500 hPa geopotential height(contour)during January 2008 and its anomalies(shaded area)(units:gpm);(b)the mean latitude-time section of zonal 500 hPa geopotential height over 40—85°E during January 2008(units:gpm)

2008年1月10日至2月2日，我國南方發生了4次低溫雨雪冰凍災害，分別是2008年1月10—16日、18—22日、25—29日和31—2月2日。利用EC確定性預報中的零場，首先分析2008年1月的大尺度環流形勢。圖1a給出了2008年1月的500 hPa平均位勢高度及其距平場。可以看出，烏拉爾山地區是十分顯著的正異常，對應烏拉爾山阻高，而從里海到貝湖一帶有負距平區，對應阻高南部的低槽。這種強度和范圍均異常偏大的“對偶式”距平分布，在動力學上極其穩定，使得上述異常形勢能較長時間維持。該形勢有利于冷空氣從西伯利亞方向入侵我國，為我國出現大范圍低溫、雨雪冰凍天氣提供了冷空氣條件。

為了更清楚地反映阻塞形勢的逐日演變特征，圖1b給出了40～85°E之間緯向平均的500 hPa位勢高度隨時間的變化，可見，5 360 gpm等位勢線1月初在60°N以北，在14日前后南落到50°N附近，隨后又在17日再度北推至60°N以北，最后于28日前后再次南落至50°N附近。這表明2008年1月阻塞活動可以分為兩個階段:1月1—11日和17—28日。這與王亞非等(2008)分析2008年1月大尺度環流時指出阻高活動分為兩個階段的結果一致。

圖2是利用EC分析場資料計算的2008年1月各經度上的阻塞發生頻率，同時疊加了利用EC逐日再分析資料計算的1971—2000年阻塞發生頻率的氣候平均及第95百分位值。可以看出，2008年1月阻塞發生頻率呈現雙峰型特征，一個是在東歐東部地區(40～50°E)，超過40%以上，對應第一階段的阻塞形勢(1月1—11日);另一個出現在烏拉爾山東部地區(60～65°E)，超過了50%以上，對應第二階段的阻塞形勢(1月17—28日)。從圖2可以看出，阻塞發生頻率在烏拉爾山地區(40～80°E)超過了第95百分位值，表明這一地區阻塞形勢出現頻率極端偏高，而在貝加爾湖地區(90～130°E)阻塞發生頻率接近于0。綜上所述，阻塞活動主要集中在烏拉爾山地區，這也是2008年1月阻塞形勢的一個顯著特點。

綜上所述，本研究針對疑似脊柱骨折患者實施X線及CT檢查，其結果顯示，與X線檢查相比，CT檢查診斷結果準確度較高，是臨床中脊柱骨折患者診斷、治療效果評估的重要檢查項目，具有臨床推廣應用的優勢。

3 阻塞形勢預報效果分析

3.1 阻塞發生頻率預報效果分析

下面利用EC集合預報資料檢驗EC模式對阻塞發生頻率的預報效果。圖3分別是不同時效預報的阻塞發生頻率與實況的對比，同時還給出了EC確定性預報的結果。相對于確定性預報只能得到一個預報值(虛線)，集合預報則可以得到多個值。圖3中兩條點劃線分別表示集合成員預報的阻塞發生頻率的第25和第75百分位值，兩條線所包圍的范圍代表大部分集合成員預報的結果，方框線表示集合成員預報的平均值。從圖3a可以看出，提前2 d的集合預報和確定性預報的阻塞發生頻率與實況均非常接近，并且點劃線包圍的區域比較“狹窄”，說明各個集合成員預報的阻塞頻率值比較一致。隨著預報時效延長，集合成員預報的環流形勢差異逐漸增大，阻塞發生頻率差異也逐漸增大，表現為圖中點劃線包圍的區域變寬。對于阻塞發生頻率的雙峰型特征，提前2 d以上的集合預報基本都未能預報出來。提前4 d預報的阻塞發生頻率在50～60°E范圍內偏高(圖3b)，而提前6 d預報的阻塞頻率在50°E以西范圍內偏低(圖3c)，并且預報的峰值位置都較實況略偏西。提前8 d和10 d的集合成員平均值在烏拉爾山東部地區(60～65°E)的峰值都低于40%，明顯低于實況(圖3d、e)。

圖2 2008年1月各經度上的阻塞發生頻率(點劃線表示阻塞形勢發生頻率;實線和虛線分別表示1971—2000年1月阻塞發生頻率的氣候平均及第95百分位值;單位:%)Fig．2 Longitudinal distribution of blocking frequency in January 2008(dotted line)(the solid and dashed lines represent the climatology mean value of blocking frequency during 1971 and January 2000 and 95th percentile，respectively;units:%)

對比集合預報和確定性預報可以發現，6 d以內兩者對阻塞頻率的預報差異不大。但是提前8 d和10 d(圖3d、e)，集合成員平均的阻塞頻率基本都高于確定性預報，更接近于實況。在西西伯利亞中東部(70～90°E)，確定性預報的阻塞發生頻率甚至低于集合預報的第25百分位值，即大部分集合預報成員的預報效果好于確定性預報。總體而言，在預報時效大于6 d時確定性預報的阻塞頻率偏低，而集合預報的結果相對較好。

3.2 阻塞發生概率預報效果分析

與確定性預報不同的是，集合預報系統是一種概率預報系統，可從其成員的預報中計算某種環流形勢或天氣發生的相對概率，包含了該集合系統所能提供的所有信息，所以概率預報是表達集合預報最全面的方法之一。前面的分析主要是針對2008年1月阻塞總的發生頻率的預報效果進行檢驗，但是對阻塞形勢的逐日預報效果如何?下面從概率預報的角度進行檢驗。假設EC集合預報系統51個集合成員是等權重的，阻塞發生概率定義為某經度上預報阻塞發生(阻塞指數為1)的預報成員與總成員數之比。

圖32008年1月EC模式提前2 d(a)、4 d(b)、6 d(c)、8 d(d)、10 d(e)預報的阻塞發生頻率(實線表示分析場;虛線表示確定性預報;點劃線表示集合成員預報的第25和75百分位值;方框線表示集合成員平均值;單位:%)Fig．3 The(a)2 d，(b)4 d，(c)6 d，(d)8 d，(e)10 d forecast of blocking frequency during January 2008(the solid line，dashed line，dotted line and square line represent the analysis，EC deterministic forecast，EC 25th and 75th percentile ensemble forecast and mean value of EC ensemble member forecast，respectively;units:%)

圖4a是利用EC分析場計算的2008年1月阻塞指數隨時間的演變，填色區域代表阻塞指數為1，即出現了阻塞形勢。不難看出，阻塞形勢活動主要有兩個過程:1—11日，阻塞形勢位于東歐至烏拉爾山地區(35～70°E)，13—15日經歷了環流調整，隨后阻塞形勢在17—28日在烏拉爾山附近重新建立并發展東移至西西伯利亞地區，最后于29日減弱消失。

圖4b—f分別是 EC 提前 2、4、6、8、10 d 確定性預報的阻塞指數隨時間的演變。很顯然，提前2 d預報的阻塞指數與實況比較吻合(圖4b)。提前4 d EC確定性預報與實況的偏差主要發生在23—27日(圖4c)，沒有預報出西西伯利亞地區(65～85°E)阻塞發生或預報阻塞發生的經度范圍明顯小于實況。提前10 d(圖4f)，EC確定性預報的阻塞指數分布較為分散，基本沒有反映出兩個階段阻塞的發展演變過程。總體而言，EC確定性預報對第一階段阻塞預報效果較好，但未能預報出第二階段處于崩潰期的阻塞形勢。

圖42008年1月分析場的阻塞指數(a)與EC提前2 d(b)、4 d(c)、6 d(d)、8 d(e)、10 d(f)確定性預報的阻塞指數Fig．4 The blocking index of(a)analysis，(b)2 d，(c)4 d，(d)6 d，(e)8 d，(f)10 d EC deterministic forecast during January 2008

圖5 2008年1月EC集合預報成員提前2 d(a)、4 d(b)、6 d(c)、8 d(d)、10 d(e)預報的阻塞發生概率的時間—經度剖面(單位:%;黑色實線包圍區域表示分析場得到的阻塞指數)Fig．5 Hovmoller diagram of(a)2 d，(b)4 d，(c)6 d，(d)8 d，(e)10 d forecast of blocking occurrence probability by EC ensemble members during January 2008(units:%;areas framed by black solid lines indicate observed blocking index)

圖5a—e分別是EC集合預報系統提前2、4、6、8、10 d預報的阻塞發生概率。圖5中還給出了阻塞發生的實況，用黑色包圍的區域表示。圖5a顯示，提前2 d集合預報的阻塞發生概率與實況對應地非常好，并且預報的概率基本在90%以上，表明絕大部分集合成員能夠提前2 d預報阻塞的發生。隨著預報時效延長，高概率的范圍逐漸減少，而低概率的范圍逐漸增加，表明隨著預報時效延長，集合預報對阻塞發生的預報能力逐漸降低。從提前4 d的預報結果來看(圖5b)，在24—27日阻塞發生概率的預報在部分經度低于10%以下。提前6 d的預報效果與提前4 d類似(圖5c)，在西西伯利亞中東部(70～90°E)阻塞發生的概率進一步降低，這也與集合預報的阻塞頻率在該地區低于實況是對應的。值得注意的是，提前8 d集合預報在24—27日的阻塞發生概率達到25%以上(圖5d)，而確定性預報未能預報阻塞的發生(圖4e)，說明有部分成員能夠預報出此階段的阻塞形勢。提前10 d(圖5e)，集合預報的阻塞發生概率除了1月7日以外均低于75%。但是，在18—23日阻塞發生概率高于50%，即有一半以上的集合成員能夠預報出第二階段前期的阻塞形勢，而確定性預報在相同時效預報的阻塞指數較為凌亂(圖4f)。因此，在較長時效集合預報比確定性預報具有更高的預報技巧，這對于阻塞形勢中期時效的預報具有重要意義。第二階段阻塞崩潰期為24—28日，對應于2008年第三次冰凍雨雪天氣過程(25—29日)。

3.3 阻塞形勢個例預報效果分析

下面將針對低溫雨雪冰凍的第二次過程(18—22日)和第三次過程(25—29日)期間的阻塞形勢的預報效果進行分析。第二次過程雨雪天氣主要出現在長江流域，并且貴州、湖南出現了大范圍的凍雨天氣。第三次過程的凍雨區向東擴展至江西、安徽南部和浙江西北部，且向南波及到廣西東北部，是四次過程中凍雨范圍最大，低溫強度最強的一次。個例起報的時間分別選為1月12日和19日，前者處于第一階段阻塞結束之后，后者處于第二階段阻塞維持期間。

圖6 2008年1月18日(a)、20日(d)、22日(g)的500 hPa位勢高度的分析場;1月12日EC確定性預報的1月18日(b)、20日(e)、22日(h)500 hPa位勢高度場(等值線)以及與分析場的偏差(陰影);1月12日EC集合預報成員預報的1月18日(c)、20日(f)、22日(i)的500 hPa位勢高度場平均值(等值線)以及與分析場的偏差(陰影)(單位:gpm)Fig．6 The analysis of 500 hPa geopotential height on(a)18，(d)20，(g)22 January 2008;the EC deterministic forecast of 500 hPa geopotential height on 12 January(contour)for(b)18，(e)20，(h)22 January and their anomalies(shaded area);ensemble mean forecast of 500 hPa geopotential height by EC ensemble members on 12 January(contour)for(c)18，(f)20，(i)22 January and their anomalies(shaded area)(units:gpm)

圖6給出了18—22日的500 hPa位勢高度的分析及預報場。阻塞建立初期，18日高壓脊從里海向高緯歐亞北部地區伸展，在(45°E，55°N)附近出現閉合的反氣旋環流中心，而從巴爾喀什湖至咸海與里海有一東北東至西南西方向的橫槽(圖6a)。20日在咸海以東(65°E)出現切斷低渦，并和北側孤立的高壓中心形成“偶極子”的對稱分布，另外40°N以南低槽加深(圖6d)。到22日阻高東移，中心位勢高度略有降低，脊前偏東氣流輸送極地冷空氣到中亞地區，切斷低渦略有加強，低渦中不斷分裂的冷空氣東移影響中國南方地區，同時切斷低渦對于印緬南支槽的維持也起著重要作用(圖6g)。

圖6b、e、h分別是EC確定性預報1月12日預報的18、20和22日的500 hPa位勢高度場，而圖6c、f、i是對應的所有集合成員預報的500 hPa位勢高度場的平均值。圖6中陰影區表示預報與分析場的偏差。可以看出，對18日的環流形勢，確定性預報和集合平均與分析場都比較接近，主要偏差位于阻高脊的北部。20日，確定性預報的阻高和切斷低渦位置偏北，阻高的西北部和東部的500 hPa位勢高度預報相對于分析場偏高;從圖4e上也可以看出，確定性預報的阻塞形勢的經度范圍為45～85°E，較實況范圍(55～75°E)明顯偏大。集合平均有類似的特點，但與分析場的偏差的幅度低于確定性預報，并且在巴湖至貝湖一帶以及40°N以南地區偏差較小，說明集合預報對中亞地區的低槽預報較好。圖6h顯示，確定性預報在22日的500 hPa高度場在烏拉爾山西部偏高，在貝湖以西地區偏低，因此沒有預報出阻塞東移的趨勢，而集合平均在貝湖至巴湖一帶的偏差的幅度低于確定性預報，對阻塞東移的特征有一定的反映，但是對中亞地區的低槽預報偏弱(圖6i)。

圖72008年1月25日(a)、27日(d)、29日(g)的500 hPa高度的分析場;1月19日EC確定性預報的1月25日(b)、27日(e)、29日(h)500 hPa高度場(等值線)以及與分析場的偏差(陰影);1月19日EC集合預報系統預報的1月25日(c)、27日(f)、29日(i)的500 hPa高度場平均值(等值線)以及與分析場的偏差(陰影)(單位:gpm)Fig．7 The analysis of 500 hPa geopotential height on(a)25，(d)27，(g)29 January 2008;the EC deterministic forecast of 500 hPa geopotential height on 19 January(contour)for(b)25，(e)27，(h)29 January and their anomalies(shaded area);ensemble mean forecast of 500 hPa geopotential height by EC ensemble members on 19 January(contour)for(c)25，(f)27，(i)29 January and their anomalies(shaded area)(units:gpm)

第三次過程由于東歐上空短波槽從西北部侵入烏拉爾山阻高，因此阻高相對于第二次過程偏弱，25日脊前低渦中心東移至巴湖以南，另外在高緯短波槽以東有淺脊存在(圖7a)。27日隨著阻高脊后極地冷空氣侵入，阻高脊東移減弱，與高緯地區東移的淺脊在90°E附近同位相疊加，然而由于40°N以南的低槽變得平直，因此阻塞形勢不明顯，到了29日阻塞形勢基本消失。

對25日500 hPa高度場，確定性預報的阻高脊相比于分析場略偏東，對高壓脊前的低槽預報較好，而集合平均對這一低槽預報偏弱，另外對于貝湖東側的高度場預報偏低，但對高壓脊西北部的淺槽預報較好(圖7c)。到27日，確定性預報對短波槽的南壓的預報好于集合平均，但是對貝湖東側的高壓脊預報明顯偏弱，而集合平均對90°E附近高壓脊的同位相疊加有一定的反映(圖7f)。對比圖7h和圖7i可以發現，確定性預報和集合平均對29日短波槽的強度預報都偏強，對5 440 gpm等位勢線的位置預報都偏南，另外對40°N以南減弱的低槽強度預報都偏弱，但集合平均與分析場的偏差總體小于確定性預報。

圖8 2008年1月12日(a，c)和1月19日(b，d)東歐至西西伯利亞地區(40～100°E，30～75°N)EC集合成員預報(虛線)、EC確定性預報(實線)和EC集合平均預報(方框線)的500 hPa高度場的距平相關系數(a，b)和均方根誤差(c，d;單位:gpm)Fig．8 (a，b)The anomaly correlation coefficients(ACC)and(c，d)root mean square error(RMSE;units:gpm)of 500 geopotential height over eastern Europe and west Siberia area(30—75°N，40—100°E)forecasted by EC ensemble members(dashed lines)，EC deterministic forecast(solid lines)and EC ensemble mean(square lines)on(a，c)12 and(b，d)19 January 2008

為了進一步了解集合平均對這兩次個例的預報效果，并與各集合成員以及確定性預報比較，計算了距平相關系數(ACC)和均方根誤差(RMSE)這兩個衡量預報效果的指標。圖8分別給出了1月12日和19日預報的阻塞發生區域(40～100°E，30～75°N)的500 hPa位勢高度場的ACC和RMSE。由圖8a可知，預報時效小于6 d時，集合成員和確定性預報的ACC值基本在0.8以上;從第6天開始ACC值逐漸下降，并且各個成員之間的ACC值差異逐漸增大，說明各個集合成員預報的發散程度逐漸增大。集合平均的ACC值高于大部分集合成員，而且在預報的第8—10天，集合平均的ACC值高于確定性預報，都在0.6以上。1月19日預報的ACC值總體低于1月12日預報的ACC值，在第4天(23日)就下降到0.8左右，表明EC模式對于阻塞東移并開始衰減的過程預報效果較差。對比12日和19日預報的第7—10天的ACC值，后者集合成員間的發散程度明顯大于前者。集合預報成員間的發散程度是大氣可預報性的一種表現，因此從這個意義上說，阻塞崩潰期間的可預報性低于阻塞建立期間。從RMSE的結果也可以看出(圖8c、d)，從預報第6天開始，集合平均的RMSE小于確定性預報，因此集合平均相對于確定性預報的優勢體現在較長的預報時效。

圖9給出了這兩次個例的阻塞形勢的概率預報結果。由圖9a可見，對于18日阻塞建立初期，集合預報系統在55～75°E范圍內預報的阻塞發生的概率超過80%以上，甚至達到100%，說明集合預報對阻塞建立的預報可靠性較好。到20日(圖9b)，雖然概率有所降低，但集合預報在55～75°E范圍內仍預報阻塞發生概率在80%以上。對22日阻塞系統的東移(圖9c)，集合預報有一定的預報能力，在55～80°E范圍內預報阻塞發生概率在50%以上，但相對于分析場(62.5～85°E)(圖4a)仍然略偏西。對于阻塞崩潰期間，1月19日預報的阻塞發生概率總體偏低，說明阻塞過程崩潰期間相對于建立期間的可預報性較低。25日在貝湖西側預報阻塞發生的概率高于30%(圖9d)，表明部分集合成員預報出了貝湖附近的阻塞環流。27日預報的阻塞發生概率進一步降低，但是一定程度上能夠反映出阻塞系統東移的過程。這次阻塞過程對應著最為嚴重的冰凍雨雪過程，盡管預報的概率較低，但作為可能的結果需要加以重視，這就是集合預報中蘊含的概率信息，而這一信息是確定性預報無法提供的。

4 結論

本文基于ECMWF集合預報模式資料，以2008年1月我國南方發生嚴重冰凍雨雪災害期間持續異常的阻塞形勢為研究對象，全面分析了集合預報和確定性預報對阻塞的預報效果以及阻塞形勢的可預報性，得到如下主要結論。

1)從EC集合預報對阻塞頻率的預報效果來看，提前6 d以內的預報效果與確定性預報差異不大。提前8 d和10 d，集合成員預報的平均阻塞頻率高于確定性預報，與實況更為接近。此外，提前2 d以上的集合預報的阻塞頻率在西西伯利亞中部均比實況偏低，這與集合預報對阻塞東移減弱過程的效果較差有關。

2)集合概率預報的結果表明，提前2 d集合預報的阻塞發生概率與實況對應非常好;隨著預報時效延長，集合預報的阻塞發生概率逐漸降低;集合預報對于阻塞建立期間的預報效果較好，而對阻塞崩潰期間的預報效果較差，確定性預報有類似的結果。Matsueda(2010)研究2010年夏季造成歐洲俄羅斯熱浪的阻高時也發現，即使初始場存在阻塞形勢，模式也傾向于預報阻塞提前結束。然而在時效較長時(提前8～10 d)，確定性預報預報阻塞提前結束，而集合預報的部分成員卻能夠預報出來。

圖9 EC集合預報2008年1月12日預報的18日(a)、20日(b)、22日(c)和1月19日預報的25日(d)、27日(e)、29日(f)的阻塞形勢發生概率(單位:%)Fig．9 Blocking occurrence probability by EC ensemble forecast for(a)18，(b)20，(c)22 January on 12 January 2008 and for(d)25，(e)27，(f)29 January on 19 January 2008(units:%)

3)進一步針對低溫雨雪冰凍的第二次和第三次過程期間的阻塞形勢的預報效果進行了分析，結果表明預報時效大于6 d時，集合平均的ACC評分高于確定性預報。因此，對于阻塞形勢的中期時段的環流預報，集合預報相比確定性預報具有更長的預報時效。

本文的研究表明阻塞崩潰期間的可預報性低于阻塞建立期間。該結論僅根據2008年1月阻塞形勢的分析得到，因為模式對于環流形勢的預報性能可能因天氣形勢不同而變化，因此今后需要加入更多的阻塞過程個例進行分析。另外目前關于阻塞建立和崩潰的動力機制研究有很多，但其原因還很復雜。王東海等(2008)指出2008年初阻塞維持的可能機制是由于阻塞上游地區存在著較強的負渦度強迫，輸送到阻塞區，進而對阻塞的維持起了重要作用。從預報的角度來看，盡管阻塞形勢崩潰期間的可預報性較低，但是其往往對應著寒潮等災害性天氣事件，如1月25—29日第三次冰凍雨雪過程。因此今后對于阻塞崩潰期間的環流形勢的預報，可以充分利用集合預報獲得阻塞發生的概率信息，提前為預報員提供可能發生阻塞的信號，從而避免確定性預報可能產生漏報的局限性。

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