轉折性天氣降水預報檢驗方法及應用

蘭建春

摘 要 轉折性天氣降水是一種特殊天氣條件，隨著當前氣象預報技術的進步，預報準確率得到了巨大提升，對轉折性天氣來說還是存在一定挑戰。這就要求利用檢驗方法，檢驗數值預報模式降水預報能力。由此，從當前我國天氣預報領域現狀著手，簡單探討了轉折性天氣降水及其預報檢驗方法，并結合數值預報等模式，分析了轉折性降水預報檢驗方法的應用效果，以供參考。

關鍵詞 轉折性天氣；預報；降水；檢驗

中圖分類號：P457.6 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.27.089

轉折性天氣降水，通俗的說法是氣象條件出現轉折，少降水轉向強降水，或是強降水轉向少雨天氣等。當氣象工作者預報有降水，卻沒有出現降水，這就表示出現了轉折性天氣。簡單地說，天氣預報是為人們的生產生活提供準確的天氣信息，方便人們的出行、生產活動等，這就要求天氣預報必須準確、嚴謹，而出現轉折性天氣降水卻會使天氣預報的準確性降低。

1 概述

2016年12月11日，搭載風云四號衛星的運載火箭在西昌衛星發射中心發射成功，它實現了我國靜止軌道氣象衛星升級換代和技術跨越，將對我國及周邊地區的大氣、云層以及空間環境進行高分辨率（包括時間、空間和光譜）的觀察，將大幅提升天氣預報和氣候預測能力。以目前的情況來看，天氣預報的準確度越來越高是事實，對轉折性天氣預報服務來說，也有很高的準確性，預報時間也很及時。例如，內蒙古自治區部分縣市實施轉折性預報之后，氣象防災減災能力有了明顯增強，相關機制、體系建設逐步完善，氣象災害造成的年均死亡人數減少10%，經濟損失減低1.5%，公眾氣象服務滿意度88分以上。預報預測業務方面基本建立了小時到月的無縫氣象預報業務體系，突發性天氣預警提前量21 min，24h晴雨、最高（低）氣溫預報準確率分別提升2.6%、17.2%和14.7%，氣象要素預報精細到鄉鎮，過程預測延伸至30 d，數值模式產品空間分辨率為3公里。

2 檢驗

中國氣象局局長鄭國光指出短時臨近預報不能只看雷達，要利用多種資料全面分析，及時關注系統變化，通過分析過程，總結主要系統到來之前暖區降水規律，要高度重視這樣對流天氣的影響。如果發生在山區，有極大可能對群眾生命財產安全產生重大威脅。對于提高預報準確率問題，需要進行科學研究分析，特別是帶有地方特點的預報預警[1]。在數值預報模式研究應用的同時，進一步提煉科學問題，與之配套的就是預報檢驗方法。

就數值預報模式而言，檢驗方法很多，如TS評分，技巧評分，預報偏差，ETS評分等。其中TS評分比較依賴降水氣候概率，季節性變化大，如夏季通常比冬季高，因為冬季少雨，夏季多雨。ETS有TS的一些優點，不會很依賴降水概率。

業內對降水檢驗方法的研究提出了一些新方法，如特征分析、模糊檢驗、空間檢驗誤差分解、尺度分解等。這些方法涉及到一個前提，就是降水預報檢驗特點，相關研究綜合起來設計了專門針對轉折性天氣降水的檢驗方法——CTS評分。具體可由如下公式表示：

式中，CNA指實況與預報天氣轉折狀況相同次數，CNS指實況天氣轉折總數，CNY代表預報天氣轉折次數。

這種檢驗方法能夠提高轉折性天氣降水數值預報模式的預報能力，可避免有過程預報低評分，而無過程則高評分的現象。

3 應用

T213數值預報模式在全世界多個國家和地區作為制作日常天氣預報的主要方法，20世紀50年代中期，我國開始摸索數值天氣預報，隨后不斷完善。本文選取該模式以及德國模式和日本模式，探究CTS檢驗方法的檢驗能力。不同的預報模式，評估人員在檢驗時一般都會從時效、季節以及空間三個方面進行。所以選取由國家氣象局選取某個時間段進行研究討論，總時為2 a。

首先，時效檢驗方面。利用CTS評分，對比檢驗T213數值預報模式以及日本、德國模式。以24h為基準點，時效則以12h為準，經過CTS評分檢驗，在基準點德國模式明顯比另外兩種模式的評分要高，至36h后評分明顯低于其他模式只有6%左右，但相對比較平穩。而日本模式和T213模式在預報能力評分上大體上相當，日本模式要稍好。即除24h段外日本模式>T213模式>德國模式。當然隨著失效延長三種模式均會則呈現衰弱趨勢，必定會提高空報和漏報率。利用TS評分進行比對檢驗，分析晴雨、小雨、中雨的評分。得出晴雨方面德國模式>T213>日本模式。而小雨以及中雨評分方面則是日本>T213>德國，通過計算，得出小雨評分同CTS評分相關系數約為0.93，雨評分方面則約為0.06。

其次，季節檢驗。對于T213模式來說，季節變化對其預報能力會產生一定影響，這就需要分析模式在不同季節的預報特點和能力，才能更好地指導實際預報。利用CTS評分進行分析，春季評分高，夏季稍低但平穩。總體上隨時效延長，呈下降趨勢。德國模式，則在24h時表現好，隨后便一直降低，其中春季稍好，秋冬季次之。日本模式的評分同T213模式相差不大，在36h時春季評分與T213模式相當，而且春季預報效果最好，秋冬季次之。而夏季的預報效果最低，與其他季節相比，表現得十分明顯。對比3個模式，24h時效三種模式差別不大，隨后T213模式和日本模式表現較好。其中又以春季表現最佳，夏季表現差。這可能是夏季降水系統復雜，降水頻繁所致[2]。

最后，空間檢驗。分析選取時段全國小雨TS評分空間分布和48h的T213模式轉折性天氣降水預報能力，華北、東北、青海、西藏東部、內蒙古東部及中部、長江中下游這些地區CTS評分相對較高。TS評分方面黑龍江西北部、內蒙古東部及中部、長江以南及沿岸地區、青藏高原東部這些地區評分高。由此得出，T213模式在上述高評分相同地區，預報效果較好。采用同樣的分析方法分析日本模式和德國模式。得出結論日本模式和T213模式在長江中下游地區有著較高評分，有較好的預報效果，德國模式則在四川盆地有著較好的效果。可能原因是這些地區發生轉折性天氣以及降水的概率相對較高。

4 結語

通過研究時段的過程分析，檢驗3種預報模式，可知CTS評分方法是當前能夠補充降水檢驗方法的一種有效方法。以CTS評分來說，隨著時效延長，轉折性降水預報性能會逐漸降低，在一定時效內，春季預報效果最好，而對于一些降水概率較高，以及有較高幾率出現轉折性天氣的地區有著很好的效果。相對來說，有一定參考價值，但值得注意的是，這種檢驗方法實質上并不是很完善，對降水量級變化考慮不周全，這也是有實際例子可以參考的。所以，需從降水量級考慮降水變化，完善評分方法，以便能夠真實有效地檢驗模式降水預報。

參考文獻

[1]劉湊華，牛若蕓.基于目標的降水檢驗方法及應用[J].氣象，2013（6）：681-690.

[2]戴建華，茅懋，邵玲玲.強對流天氣預報檢驗新方法在上海的應用嘗試[J].氣象科技進展，2013（3）：40-45.

（責任編輯：趙中正）