對ECWMF和T639數值模式產品在新疆暴雪影響系統預報能力中的檢驗

馬超，賈麗紅，楊霞，趙鳳環

（新疆氣象臺，新疆烏魯木齊 830002）

對ECWMF和T639數值模式產品在新疆暴雪影響系統預報能力中的檢驗

馬超，賈麗紅，楊霞，趙鳳環

（新疆氣象臺，新疆烏魯木齊 830002）

應用ECWMF和T639L60（2.5×2.5）數值預報資料，檢驗2009—2012年新疆冬季43場暴雪天氣過程的主要影響系統（西西伯利亞低槽、烏拉爾大槽、北方橫槽、中亞低值系統）預報能力，檢驗72 h內逐24 h 500 hPa位勢高度場和海平面氣壓場，結果表明：兩種模式對于500 hPa形勢場預報都比較好，48 h之內ECWMF的準確率略高于T639；海平面氣壓場兩種模式的預報準確率均低于500 hPa位勢高度場，T639要優于ECWMF，海平面氣壓中心強度的預報值較實況偏小3～5 hPa。

ECWMF和T639L60數值模式；新疆暴雪；影響系統；檢驗

數值天氣預報已成為現代天氣預報的基礎，正確理解數值預報產品的性能可以使預報員有根據地對數值預報加以訂正，從而在預報業務中充分發揮人的主觀能動性，取得更好、更準確的預報效果[1]。目前各類數值預報產品的檢驗已經成為提高天氣預報準確率的有效途徑[2]。數值預報模式在實際業務中的偏差最主要來自于天氣系統的偏差，通過檢驗其形勢場的預報準確率及對影響系統的把握和預報能力，才能提高氣象要素場的預報準確率。盡管數值天氣預報蓬勃發展，但是其存在的諸多問題決定了它不可能替代預報員的主觀判斷。因此，從預報業務應用上認識數值預報產品的性能和誤差，對數值產品進行主觀分析、判斷和誤差訂正，尋求客觀預報與主觀預報的最佳結合點，是擇優使用數值預報產品，提高天氣預報準確率的有效途徑[3-4]。

國內許多氣象工作者在數值模式的釋用和檢驗方面做了大量研究。曹春燕等[5]揭示了ECWMF在深圳強降溫中對地面冷空氣和西風槽有較強的預報能力，ECWMF產品在深圳強降溫預報中有較好的預示作用；常軍等[6]利用ECWMF產品建立了河南大到暴雪天氣預報釋用方法和天氣學概念模型；梁紅等[7]對比檢驗了ECWMF和T213模式中夏季我國中東部地區高壓脊和低壓槽的預報偏差；張秉祥等[8]從環流、冷空氣強度和路徑、要素特征等方面對比檢驗了ECWMF和T213數值預報產品在河北寒潮天氣中的預報能力，發現ECWMF模式產品具有更強的穩定性。在新疆的數值產品檢驗中，賈麗紅等[9]利用2009—2010年T639模式對新疆主要影響系統進行檢驗評估，得出T639數值模式具有較好的預報性能，尤其在48 h內，而對于越深厚的低槽系統，其預報性能越好；黃艷等[10]對比檢驗了ECWMF、T639和T213模式在喀什連陰雪天氣中的預報能力，得出ECWMF較T639和T213在形勢上有更好的準確率和可信度，但預報低壓槽偏強、高壓脊偏弱等結論；買買提·阿布都拉[11]檢驗了T213等多類數值產品預報新疆和田降水的能力。

新疆天氣的影響系統主要有4種[12]：西西伯利亞低槽、烏拉爾大槽、北方橫槽和中亞低值系統，ECWMF和T639數值模式對影響系統的移動、強弱等方面有一定的預報誤差，給天氣預報帶來了一定的偏差。在新疆針對全年降水和夏季暴雨ECWMF和T639數值模式預報檢驗都有一定的分析，但是對新疆冬季暴雪的數值預報產品檢驗工作比較少。因此，開展新疆暴雪影響系統的數值預報產品檢驗及誤差分析，可為提高天氣預報準確率提供一定依據。本文旨在針對新疆2009—2012年的暴雪天氣過程，對ECWMF和T639兩種數值模式500 hPa的位勢高度場、海平面氣壓場的預報準確率和預報誤差進行檢驗，評估其對新疆暴雪主要影響系統的預報能力和預報誤差，為預報員提供定量的參考標準。

2 資料及檢驗方法

2.1 資料

本文選用2009—2012年新疆冬季（當年11月至次年3月）43場暴雪天氣過程，暴雪過程為2個以上國家站過程降雪量大于12 mm，ECWMF（空間分辨率為2.5°×2.5°經緯網格）和T639L60（空間分辨率為1°×1°）初始場為20時的數值預報產品。檢驗時效為72 h，時間分辨率均為24 h。500 hPa實況位勢高度場資料選用目前公認比較接近實況的ECWMF客觀分析場，海平面氣壓場使用實況觀測資料，檢驗樣本為天氣過程連續3日的逐24 h預報。

2.2 檢驗內容及評估標準

2.2.1 檢驗內容

500hPa位勢高度場影響系統的生成時間、槽線位置、中心強度；海平面高（低）壓中心的位置和強度。

2.2.2 評估標準

500hPa形勢場的檢驗區域和標準按照不同的影響系統標準不同：（1）西西伯利亞低槽，檢驗關鍵區域60°～100°E范圍內出現的明顯低槽，槽的南端到達50°N；（2）烏拉爾大槽，檢驗關鍵區域50～75°E, 40°N以北的范圍出現明顯的低槽，槽的振幅達20個緯距或以上，槽的南端到達50°N以南；（3）北方橫槽，檢驗關鍵區域45°～70°N、50°～100°E范圍內出現明顯的準東西向的槽，東西向長度達20個經度或以上；（4）中亞低值系統，檢驗關鍵區域40°～60°N、60°～90°E的范圍出現低值系統，閉合等高線在兩條以上。這4個系統至少都要維持2 d以上。

影響系統的天氣學檢驗標準（表1）：（1）影響系統在預報圖上的出現時間與實況是否吻合，以24 h為判定依據。時間提前24 h以上表示生成時間偏早，反之時間落后24 h以上表示生成時間偏晚；（2）槽線所處的主體經（緯）度位置與實況是否吻合，以2°為判定依據，槽線所處經（緯）度與實況差值大于2°，表示槽線位置偏東（北），反之槽線所處經（緯）度比實況落后2°以上，表示槽線位置偏西（南）（注：北方橫槽為東西走向，故用緯度判斷）；（3）系統中心強度用低壓中心值與實況對比，以4 dagpm為判據。模式低槽中心值小于實況中心值4 dagpm以上，表示系統中心強度預報偏強，反之模式低槽中心值大于實況中心值4 dagpm以上，表示系統中心強度預報偏弱。

海平面氣壓場的檢驗標準：（1）高（低）壓中心位置的檢驗用預報場中心的經（緯）度與實況的差值，以2°為判據。當預報和實況差值的絕對值＜2°時無誤差，當預報和實況的差值＞2°E（°N）時表示高（低）壓中心位置偏東（北），反之當兩者的差值＜-2°E（° N）時表示高（低）壓中心位置偏西（南）；（2）中心強度的檢驗用高（低）壓預報中心值與實況對比，以2.5 hPa為判據。模式高壓中心值大于實況中心值2.5 hPa以上，表示高壓中心強度預報偏強，反之表示高壓中心強度預報偏弱；模式低壓中心值大于實況中心值2.5 hPa以上，表示低壓中心強度預報偏弱，反之表示低壓中心強度預報偏強。（差值為預報場系統的經緯度減實況場系統的經緯度）

選取2009—2012年新疆冬季43場暴雪天氣過程（表2），可以看出新疆冬季的暴雪過程中最主要的影響系統是西西伯利亞低槽，占73%，其次是中亞低值系統次之占14%，烏拉爾大槽占10%，最少的是北方橫槽占3%。

3 ECWMF與T639數值預報檢驗分析

3.1 高空影響系統檢驗分析

3.1.1 西西伯利亞低槽

從表3可以看出，兩種模式產品對西西伯利亞低槽生成時間的預報檢驗結果在72 h之內預報準確率接近100%，誤差小于2個經度；對槽線位置、低槽中心強度的預報準確率T639均低于ECWMF，且隨時效的增加T639預報準確率的下降速度較ECWMF快。值得注意的是48 h內ECWMF的預報準確率較高，均在95%以上。

3.1.2 烏拉爾大槽

兩種模式產品對烏拉爾大槽生成時間的預報檢驗結果在72 h之內預報準確率均接近100%；對槽線位置的預報T639和ECWMF在24 h內均接近實況，但T639預報準確率隨時效的增加下降速度較ECWMF明顯加快，其中48 h ECWMF的準確率仍與實況一致，到72 h T639準確率不足50%。低槽中心強度的預報準確率ECWMF略高于T639，但均不高（表4）。

3.1.3 中亞低值系統

兩種模式產品對中亞低值系統生成時間的預報檢驗結果在72 h之內預報準確率接近100%；對槽線位置的預報準確率T639在24 h內比ECWMF高，但隨著預報時效的增長，T639的準確率不斷下降，而ECWMF的預報準確率在72 h內一直為88%。低值中心強度的預報準確率T639略高于ECWMF（表5）。

3.1.4 北方橫槽

兩種模式產品對北方橫槽生成時間的預報檢驗結果在72 h之內預報均準確率接近100%；對槽線位置的預報ECWMF準確率高于T639，24 h與實況幾乎一致，48 h和72 h都為83%；橫槽中心強度的預報準確率24 h T639較ECWMF高，48 h兩種準確率一致，72 h ECWMF的預報準確率較高（表6）。

3.2 海平面氣壓場的檢驗分析

3.2.1 西西伯利亞低槽對應海平面氣壓場

從表7可以看出，T639模式產品關于西西伯利亞低槽對應海平面高（低）壓中心位置的預報準確率在24 h之內略高于ECWMF，隨著預報時效的增長，ECWMF準確率升高，而T639逐漸降低，兩種模式高（低）壓中心位置的預報誤差傾向性均不明顯；對海平面氣壓中心強度的預報檢驗結果：48 h之內T639的預報準確率雖然高于ECWMF，但準確率也不高。兩種模式的預報誤差主要由于預報值比實況偏小3～5 hPa所致。

3.2.2 烏拉爾大槽對應海平面氣壓

關于烏拉爾大槽對應海平面高（低）壓中心位置和中心強度的預報準確率24 h內T639均比ECWMF高2%～6%，48 h和72 h兩種模式的預報準確率基本持平（表8）。預報偏快偏小造成誤差較多。

3.2.3 中亞低值系統對應海平面氣壓

中亞低值系統對應海平面高（低）壓中心位置的預報準確率48 h內T639模式雖略高于ECWMF，但兩種模式準確率都不高，72 h時T639準確率低于ECWMF；對海平面氣壓中心強度的預報準確率48 h內T639低于ECWMF，在72 h時其準確率略高于ECWMF（表9）。預報較實況一般偏慢偏小。

3.2.4 北方橫槽對應海平面氣壓

48h之內T639模式產品關于北方橫槽對應海平面高（低）壓中心位置的預報準確率高于ECWMF，

72h時卻相反；對海平面氣壓中心強度的預報準確率T639均高于ECWMF（表10）。誤差大多是因為預報偏慢偏小。

3.3 誤差分析

兩種數值模式對海平面氣壓中心強度預報的誤差絕大部分是由于預報較實況偏弱。每場天氣過程檢驗所用預報初始場個數不同，故誤差量分析所采用的樣本數也不同，3 d所用樣本數分別為37、40、55個。3 d誤差量范圍和平均值分別為-9～8.5、-8～3.5、-8～5和-3.51、-3.75、-3.95（單位hPa）。從圖1～3中可以看出，出現誤差時，一般是由于海平面高（低）壓中心的預報較實況偏弱3～5 hPa所致（圖1a～1c，正值表示預報較實況偏強，負值表示偏弱。）

4 典型個例檢驗分析

西西伯利亞低槽暴雪過程為2013年1月28日05時至1月30日20時，數值預報初始場為25、26日20時。降雪實況為北疆大部和天山山區、哈密北部等地的部分地區和南疆西部山區局地出現微到小雪，其中伊犁河谷、塔城、阿勒泰、北疆沿天山一帶等地的部分地區和哈密北部局地為中到大雪，伊犁河谷、塔城局部暴雪。

4.1 500hPa位勢高度場檢驗分析

從25日預報場（圖2a～2c）看出，新地島南側為一低值中心，其底部烏拉爾山一帶為一低槽，西西伯利亞有一短波，但位置比較偏北。隨著歐洲脊東移發展，推動低槽東移并引導北方冷空氣南下影響我區。兩種模式在24 h內對生成時間、系統位置、中心強度的預報都幾乎與實況一致；48 h內兩種模式預報與實況基本一致（T639對槽線位置預報略偏西，但在誤差范圍內）；72 h內ECWMF預報幾乎與實況一致，T639對槽線位置預報偏西5個經度。

26日預報場，2種模式在3 d內對生成時間、系統位置、中心強度的預報都幾乎與實況一致。

4.2 海平面氣壓場分析

25日預報場（圖3a～c）表明，實況場上，26日20時這次天氣過程的影響系統在東歐，為一冷高，其中心強度為1 025 hPa。24 h內2種模式對冷高中心位置預報偏西5個經度，偏北3個緯度，中心強度基本與實況一致；48 h內ECWMF預報幾乎與實況一致，T639中心強度預報偏弱4.5 hPa；72 h內ECWMF預報幾乎與實況一致，T639中心位置預報偏西10個經度，偏北3個緯度，中心強度偏弱5.5 hPa。

26日預報場，24 h、48 h內兩種模式對中心位置和強度預報基本與實況一致；72 h內兩種模式對中心強度預報都比實況偏弱5.5 hPa，ECWMF中心位置預報基本與實況一致，T639則偏西5個經度。

5 小結

（1）通過對高空形勢場的檢驗，得出兩種模式對4類影響系統生成時間的預報幾乎與實況一致；對槽線位置的預報整體來看ECWMF要優于T639，尤其是在48 h內，ECWMF的準確率更高，預報一般要慢于實況；對中心強度的預報西西伯利亞低槽和烏拉爾大槽48 h內ECWMF的準確率要高于T639，其余兩個影響系統結果相反，而72 h 4個系統T639的準確率較ECWMF高，誤差大多是由于對中心強度預報偏強造成。

（2）通過對海平面氣壓的檢驗，得出兩種模式對4種影響系統所對應海平面氣壓中心位置的預報，T639預報準確率要高于ECWMF，尤其是在48 h內，而72 h其準確率低于ECWMF，兩種模式的誤差傾向性不明顯；對于海平面氣壓的中心強度，T639預報準確率要高于ECWMF，尤其在48 h內表現更明顯，72 h內T639預報準確率下降速度更快，其準確率低于ECWMF，出現誤差時，絕大部分是由于海平面氣壓中心強度預報較實況偏弱3～5 hPa所致。

本文檢驗中，由于中亞低值系統和北方橫槽在所有天氣過程中所占比例相對很少，所以對于這兩種影響系統的檢驗結果可信度相對較低，而西西伯利亞低槽和烏拉爾大槽的檢驗結果可信度較高。本文運用的是天氣學檢驗方法，雖具有一定的主觀性，存在一定程度人為誤差，但檢驗結果具有一定指示意義，可為預報業務提供依據。

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The testing and Assessment of ECWMF and T639 Numerical model Products for forecasting the influence systems of blizzard in Xinjiang

MA Chao，JIA Lihong，YANG Xia，ZHAO Fenghuan
（Xinjiang Meteorological observatory，Xinjiang Urumqi 830002）

In the study forecast data of ECWMF and T639L60 numerical forecast products（2.5× 2.5）were used to test the forecasting ability for the main impact system of the 43 winter snowstorm processes in the years from 2009 to 2012，which is West Siberian trough,Ural Alexander slot,the northern cross slot,central Asia low-value systems,and the 500 hPa geopotential height and sea level pressure field by 24 hours within 72 hours.The test result shows that these two models are both good at 500 hPa high altitude field situation forecast,and the accuracy of ECWMF is slightly higher than that of T639 within 48 hours;the two models accuracies for the surface pressure are both lower than those of 500 hPa geopotential height forecast,and T639 is superior to that of ECWMF;meanwhile,the strength of surface pressure center in forecasting is lower 3～5 hPa than the live situation.

ECWMF T639L60 Numerical forecast products；Xinjiang blizzard；affect system；test

P456.7

B

1002-0799（2015）02-0031-07

馬超，賈麗紅，楊霞，等.對ECWMF和T639數值模式產品在新疆暴雪影響系統預報能力中的檢驗[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（2）：31-37.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.02. 005

2014-07-21；

2014-10-13

中國沙漠氣象科學研究基金（sqj2013006）；國家科技支撐計劃項目（2012BAC23B01）。

馬超（1988-），男，助理工程師，現從事短期、短時天氣分析與預報技術研究。E-mail：sonteryfan@aliyun.com