多種細網格模式在長沙定量降水預報中的檢驗

黃柱堅，何登科，匡方毅，吳 鏈

（長沙市氣象局，湖南 長沙 410205）

2011年中國氣象局下發歐洲高分辨細網格(0.25°×0.25°) 數值預報產品、日本細網格數值預報產品及T639 細網格數值預報產品，已經成為廣大預報員在日常天氣預報中必不可少的主要參考依據[1-2]。為此，國內外專家對歐洲ECMWF、日本和T639 數值模式預報產品性能優劣做了許多卓有成效的研究工作[3-6]。以往的研究主要是針對12～72 h 時次預報產品進行的，對地區一級全部預報時效產品檢驗較少[7-13]。長沙位于湖南省東部偏北,湘江下游東岸，屬亞熱帶季風濕潤氣候區，呈東西向長條形狀，地勢東西高峻，東部地形復雜多樣，地勢高低懸殊，東西天氣差異較大。長沙2013年夏季極不平凡。6月26～29日出現連續暴雨，局地特大暴雨過程，大部分站點達到輕度洪澇標準，局地達到重度洪澇標準；6月底～8月初出現有資料記錄以來的最嚴重的重度高溫熱害；8月22～23日，受12 號臺風“潭美”影響，全市普降大到暴雨，局地大暴雨，大圍山降特大暴雨。為了認識和了解歐洲、日本及T639 三種高分辨細網格數值預報模式產品定量降水的預報性能及準確度差異，以便更好地開展產品的解釋應用，筆者通過2013年6月1日～8月31日，歐洲、日本及T639 高分辨細網格(0.25°×0.25°)數值預報產品對長沙地區不同時效定量降水預報和同期實況資料進行檢驗評估，為擇優使用數值預報產品及提高降水預報準確率提供技術支撐。

1 資料與方法

1.1 資料處理

將歐洲高分辨細網格(0.25°×0.25°) 數值預報產品、日本及T639 細網格數值預報產品的降水預報值插值到長沙市258個鄉鎮站點上，插值方法是取站點周圍最近的4個格點，利用反距離法求取各格點的權重系數，最后對格點進行加權平均，得到全市258個站點的降水預報值。本研究設檢驗站點：長沙市寧鄉站、蓮花站、望城坡站、馬坡嶺站、瀏陽站、瀏陽大圍山站、長沙縣金井站共7 站。起報時間及預報時效：8 時（12～84 h）、20 時（12～240 h）逐12 小時預報；檢驗時段：2013年6月1日～8月31日。

2.2 檢驗分析方法

根據《中短期預報質量評分辦法》對三種模式預報的12 h 累計降水量按照≥0.1 mm（小雨以上）、≥10 mm（中雨以上）、≥25 mm（大雨以上）及≥50 mm（暴雨以上）4個等級，統計檢驗各降水等級、各預報時效（12 h、24 h、36～240 h）、8 時和20 時不同起報時間的TS 評分、預報準確率EH、漏報率PO、空報率NH及預報偏差B 5 項指標。重點分析不同時段內各個檢驗量的7 站平均值。同時，進行單站空間分布檢驗評估分析。

3 數值預報定量降水整體檢驗分析

3.1 20 時起報

3.1.1 TS 評分 TS 反映模式有效預報的準確程度。圖1 表明，歐洲、日本及T639 三種模式在不同預報時效對晴雨預報的TS 評分最高[圖1(a)]，對中雨以上[圖1(b)]、大雨[圖1(c)]及暴雨(圖略)以上的TS 評分依次降低，且隨預報時效延長，預報評分均呈下降趨勢。小雨預報中，日本24、48、72、96、120、144、168 h TS 評分最高，歐洲在36、60、108 及180 h 以后最高，T639 在84、132 h 最高[圖1(a)]；中雨預報中歐洲TS評分最高、日本次之，T639 最低[圖1(b)]；大雨預報中，日本36、60、108、180 h TS 評分最高, 歐洲在84、120、132、144、156 h 最高，T639 在24、48、96 h 最高[圖1(c)]；暴雨預報中，歐洲和T639 沒有做出一次準確預報，各時效TS 評分均為0，日本僅84 h 瀏陽TS=0.5。

3.1.2 預報正確率（EH） 預報準確率（EH）既反映了預報有雨的能力，又反映更多預報無雨的能力，彌補了TS 評分的不足，是反映總體性質的一個參數。分析得知，歐洲、日本及T639 三種模式對小雨、中雨以上、大雨以上及暴雨以上的預報準確率依次升高。小雨正確率日本模式相對較高，且最穩定，歐洲、T639 波動較大。中雨正確率歐洲、日本及T639 三種模式變化完全同步，上下波動較大，歐洲相對較高、T639 較低。大雨EH 都在94%～98%，暴雨EH 都在96%～100%。

圖1 歐洲、日本及T639 三種模式晴雨（a）、中雨（b）、大雨（c）各預報時效TS 變化曲線

3.1.3 漏報率（PO）、空報率（NH） 漏報率（PO）與空報率（NH）為漏報或空報站數分別與實際降水站數之比，值越小，預報準確率越高。歐洲、日本及T639 三種模式的漏報率和空報率隨預報時效的增加以及預報量級的增大呈明顯增長趨勢。小雨漏報率歐洲、日本模式整體較低，T639 較高，且隨著預報時效的增加6 d 后漏報率呈階梯式增長。中雨漏報率歐洲模式低，但預報時效的增加7 d 后漏報率呈增高趨勢，T639 和日本模式高。大雨漏報率歐洲、日本及T639 三種模式都很高，歐洲、日本模式相對較低，T639 模式最高，隨著預報時效的增加7 d 后漏報率接近100%；歐洲、T639兩種模式暴雨漏報率為100%，日本模式僅84 小時漏報率為50%，其他時效均為100%。

小雨空報率歐洲、日本及T639 三種模式都高，日本模式相對較低，T639 模式最高。中雨空報率歐洲模式較低，除較少預報時段外，均低于60%；T639、日本模式較高，在120 時效開始空報率明顯升高接近100%。大雨空報率歐洲模式較低，日本模式次之，T639 模式高。歐洲、T639 模式暴雨空報率為100%，日本模式只84 小時空報率為0，其他時效均為100%。中雨漏報率與空報率水平相當，大雨漏報率明顯高于空報率。

3.1.4 預報偏差（B） 偏差為預報降水站數與實況降水站數之比，當預報降水站數偏多而實際降水站數偏少，B>1，表明該模式有多報降水的偏差；反之，B<1則說明降水報的偏少。分析得知，歐洲、日本及T639三種模式的預報偏差隨預報量級的增大呈明顯減小趨勢，日本及T639 兩種模式隨預報時效的增加而減小。預報偏差在晴雨預報的評分中歐洲、日本模式大于2，T639 模式接近2，表明歐洲、日本及T639 三種模式預報小雨的降水預報有偏大的趨勢，歐洲、日本模式偏大趨勢強于T639 模式；在中雨以上量級的降水預報中，偏差值小于1 或略大于1，表明日本和T639 兩種模式在中雨以上量級的降水預報中對長沙有偏少的趨勢，歐洲模式偏差值最小，歐洲中心細網格預報具有可信度；而在大雨以上量級的降水預報中，偏差值小于1，表明歐洲、日本及T639 三種模式在大雨以上量級的降水預報中對長沙有偏少的趨勢，在有明顯降水的天氣中，參考三種模式降水產品時應做出相應的主觀訂正，如調大量級或擴大范圍等。

3.2 8 時起報

3.2.1 TS 評分 從圖2 看出，歐洲、日本及T639 三種模式在所有不同預報時效對晴雨和中雨預報的TS評分最高，對大雨以上、暴雨以上的TS 評分依次降低，隨預報時效延長，三種模式TS 評分變化不明顯；晴雨預報中，日本細網格12、36、60、84 h TS 評分最高，歐洲中心細網格在48、72 h 最高，T639 細網格在24 h 最高。中雨預報中歐洲TS 評分最高，日本TS 評分次之，T639TS 評分最低。大雨預報中，日本12、24、48 h TS 評分最高,歐洲模式在36、72、84 h 最高，T639模式在60 h 最高；84 h TS 三模式均明顯下降。暴雨預報中，日本TS 評分最高，24、36、48 h TS 評分為0.46、0.11、0.36；、T639 模式的60 h TS 評分為0.13，歐洲模式同樣未做出任何一次準確預報，各時效TS 評分均為0。

圖2 歐洲、日本及T639 三種模式晴雨、中雨、大雨、暴雨各預報時效TS 變化圖

3.2.2 預報正確率（EH） 與20 時起報的結論一致，歐洲、日本及T639 三種模式對晴雨、中雨以上、大雨以上及暴雨以上的預報準確率EH 依次升高。小雨正確率日本模式相對較高，歐洲、T639 模式波動較大，中雨、大雨、暴雨EH 都在98%～99%；歐洲、日本及T639 三種模式正確率相當，變化完全同步。

3.2.3 漏報率（PO）、空報率（NH） 歐洲、日本及T639 三種模式的漏報率隨預報時效的增加以及預報量級的增大呈明顯增長趨勢；空報率隨著預報量級的增大呈明顯下降趨勢；歐洲、日本及T639 三種模式小雨、中雨的空報率高于漏報率，大雨的漏報率高于空報率。三種模式晴雨、中雨的漏報率較低，歐洲模式最低，日本模式次之，T639 模式最高；大雨的漏報率較高；三種模式晴雨、中雨的空報率接近，大雨空報率日本模式明顯偏低，歐洲模式次之，T639 模式最高。小雨、中雨、大雨的漏報率8 時起報模式明顯低于20時。

3.2.4 預報偏差（B） 與20 時起報的結論一致，三種模式的預報偏差隨預報量級的增大呈明顯減小趨勢。預報偏差在晴雨預報的評分中，歐洲、T639 兩種模式預報小雨的降水預報有明顯偏大的趨勢，歐洲模式偏大幅度強于T639 模式，而日本模式正常；在中雨以上及大雨以上量級的降水預報中日本及T639 模式都有偏少的趨勢，歐洲模式則有偏大的趨勢。日本、T639兩種模式與預報量級報得小，而歐洲模式則與預報量級落區不準有關；在有中雨以上降水的天氣中，參考三種模式降水產品時日本及T639 模式應調大量級或擴大范圍，歐洲模式可直接應用。

4 數值預報定量降水空間檢驗結果

20 時起報的歐洲、日本及T639 三種模式全市7個站點評分的空間分布特征分析結果，三種模式在小雨、中雨以上及大雨以上量級的預報中表現出明顯的地區差異。在小雨預報TS 檢驗評分中，對長沙東部的預報效果要好于中部、南部及西部地區，TS 平均歐洲模式達0.38、日本模式0.39、T639 模式0.31，絕大部分時次TS 值東部明顯高出中西南部5%，東部站漏報率和空報率最低，偏差最接近1，在西部地區的預報效果要略差于其他地區；中部次之，略差于東部。在中雨以上降水的評分中，南部站點預報效果最好，TS 平均歐洲模式0.39、日本模式0.27、T639 模式0.15，南部高于中、東、西部5%，西部略低于南部。在大雨以上降水的評分中，東部站絕大部分時次預報效果要好于西、中、南部站，TS 平均歐洲模式0.18、日本模式0.20、T639 模式0.09，分別高7%～2%，西部略低于東部。表明歐洲、日本及T639 細網格預報對長沙市西部和中部站點的明顯降水預報效果存在偏差，但東部、南部一線站點的明顯降水預報更具有參考價值。

8 時起報與20 時起報的結論基本一致。

4 結論

(1)20 時起報的歐洲、日本及T639 三種模式在不同預報時效對小雨預報的TS 評分最高，對中雨以上、大雨及暴雨以上的TS 評分依次降低，且隨預報時效延長，TS 評分呈下降趨勢。晴雨預報TS 值，24、48、72、96、120、144、168 h，日本模式明顯高于歐洲和T639 模式，36、60、108、132、156、180～204 h，歐洲模式明顯高于日本和T639 模式；中雨TS 評分,歐洲模式明顯高于日本和T639 模式，大雨TS 評分,72 h 前日本模式明顯高于歐洲和T639 模式，72～168 h 歐洲模式高于日本和T639 模式；對暴雨的預報能力差，歐洲、T639 模式TS 為0，僅日本模式的84 小時預報單站TS 為0.5。

(2)歐洲、日本及T639 三種模式對小雨、中雨以上、大雨以上及暴雨以上的預報準確率依次升高。漏報率和空報率隨預報時效增加及預報量級增大呈明顯增長趨勢；中雨漏報率與空報率水平相當，大雨漏報率明顯高于空報率；晴雨漏報率歐洲、日本模式低，T639 模式高；中雨漏報率歐洲模式低；大雨漏報率歐洲、日本及T639 三種模式都高；歐洲、T639 兩模式暴雨漏報率和空報率為100%，日本模式僅84 小時漏報率為50%。小雨空報率歐洲、日本及T639 模式都高，中雨、大雨空報率歐洲較低，T639、日本模式較高。

(3)歐洲、日本及T639 三種模式對小雨降水預報有偏大的趨勢，歐洲、日本模式偏大趨勢強于T639 模式，對中雨以上量級的降水預報有偏少的趨勢，歐洲模式偏差值最小，預報可信度最高；對大雨以上量級的降水預報有明顯偏少的趨勢，在有明顯降水的天氣中，三種模式降水產品都要做出相應的主觀訂正，調大量級或擴大范圍等。

(4)三種模式在小雨、中雨及大雨以上量級的預報中表現出明顯的地區差異。在小雨預報、大雨以上量級預報中三種模式對長沙市東部地區的的預報能力明顯高于中部、西部及南部預報能力；南部站點在中雨以上量級降水預報更具有參考價值。

(5)8 時起報的歐洲、日本及T639 三種模式在不同預報時效對小雨和中雨預報的TS 評分最高；小雨、中雨、大雨的漏報率明顯低于20 時起報模式；對暴雨有一定預報能力，日本模式的TS 評分最高，24、36、48 h TS 評分為0.46、0.11、0.36，T639 模式的60 h TS 評分為0.13，歐洲模式各時效TS 評分均為0；其他均與20 時起報模式預報水平相當。

(6)預報員在綜合應用各種數值預報產品時，不能簡單的做加權平均，須取各模式之長，去各模式之短，做多模式集合預報時切記建立該思路。

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