ECMWF對廣安地區晴雨預報性能檢驗及訂正方法分析

王 平,陳文林

(四川省廣安市氣象局，四川 廣安 638000)

0 引言

隨著數值預報模式的分辨率不斷提高，精細化天氣預報越來越依賴于高分辨率的數值預報產品。數值預報產品的檢驗是天氣預報科研和業務中的重要環節，為了提高預報準確率，國內外專家基于數值預報進行了檢驗工作[1-5]。

EC發展迅速，降水預報效果優于其他模式[6-8]，是一線天氣預報員的主要參考工具。國內外專家對EC降水預報研究分析做了大量工作，翟振芳[9]等對EC在安徽省降水預報性能進行了檢驗，發現預報性能總體較穩定，但存在預報過度現象，尤其是弱降水空報率較高；張超[10]等對云南區域EC模式降水預報進行定量檢驗，發現EC模式對于地形平緩地區預報誤差小，對地形復雜地區預報誤差大；張宏芳[11]等對比分析了ECMWF、日本高分辨率模式降水預報能力，表明EC對降水的預報優于日本模式，降水發生頻率較實際偏高，通過調整閾值改變預報偏差能夠在一定程度上提高預報技巧。2015年1月起EC升級，時間分辨率和空間分辨率進一步精細化。目前，對升級后EC降水預報性能檢驗的研究較少。本文檢驗了72 h內EC降水資料對廣安地區的晴雨預報性能，并分析訂正方法，以期提高預報質量。

1 資料與方法

1.1 資料

使用資料分為2類：第1類實況資料為2015—2017年廣安地區4個國家觀測站降水實況觀測資料。第2類數值模式資料為同時段20時起報的EC地面降水資料，空間分辨率0.125°×0.125°；預報時效為3～72 h，時間分辨率為3 h。

1.2 檢驗方法和內容

EC格點資料與站點資料匹配采用插值原則，即分別對4個觀測站點周圍4個格點數據插值到觀測站點，每個站點的格點預報值權重系數為該格點距站點距離的倒數。

檢驗方法按照《全國城鎮天氣預報質量國家級檢驗方案》執行，以12 h為檢驗單元，檢驗時效為12～72 h。

2 晴雨預報性能檢驗

2.1 正確率檢驗

表1匯總了72 h內的晴雨預報準確率，可見12 h 晴雨預報準確率最高，為71.9%～88.1%，72 h 準確率下降為31.7%～71.9%；同時，各時效之間，準確率存在明顯的波狀變化趨勢，晝夜差異明顯，以24 h為單位，夜間準確率高于白天，且隨著時間的延長，準確率呈下降趨勢。

表1 0～72 h晴雨預報準確率(單位：%)

2.2 空報率檢驗

表2匯總了72 h內的晴雨預報的空報率，可見12 h晴雨預報空報率最低，為9.8%～27.6%，平均17.9%；72 h空報率上升為25.0%～68.3%，平均空報率達40.9%；同時，分析各時效之間變化，發現空報率存在明顯的晝夜差異，以24 h為單位，夜間空報率明顯小于白天，且隨著時間的延長，空報率呈增大趨勢。

表2 0～72 h晴雨預報空報率(單位：%)

2.3 漏報率檢驗

表3匯總了72 h內的晴雨預報的漏報率，可見除5、9月漏報率略高外，各月之間漏報率無明顯變化趨勢；以24 h為單位，夜間漏報率略大于白天，但隨著時間的延長，漏報率變化趨勢不明顯；各時次平均漏報率僅為1.4%～3.9%，整體漏報率較低。

表3 0～72 h晴雨預報漏報率(單位：%)

綜合以上分析，72 h內晴雨預報夜間準確率均高于70%，白天平均高于60%，整體準確率較高，有一定的參考價值，但仍有進一步訂正空間。降水預報過度問題較明顯，72 h內，夜間空報率為17.9%～26.1%；白天空報率達到32.1%～40.9%，是影響準確率的主要因素。因此，有必要進一步分析空報較多的原因，尋找科學有效的訂正指標，提高晴雨預報準確率。

3 訂正條件分析

通過分析EC降水空報時降水量的分布特征，可知當EC預報降水量R(R≤3.0 mm)較小時，更易發生空報。訂正時，R取R1≤0.5 mm,當EC預報降水R滿足R1取值范圍時，訂正為預報無降水。同樣，分別取R2≤1.0 mm、R3≤1.5 mm、R4≤2.0 mm、R5≤2.5 mm和R6≤3.0 mm, 對2015—2017年EC預報降水量R≤3.0 mm的1417個樣本進行晴雨預報檢驗。同時，由于降水量級存在明顯的季節性差異，分季節檢驗訂正效果。

4 訂正效果檢驗及訂正指標

通過上述訂正方法，對預報降水量各取值范圍和各時次訂正后的準確率變化統計如表4～表7。由表可見，除春季12 h內晴雨預報為負訂正外，其余以正訂正為主；夜間的12 h、36 h、60 h時次相較于白天的24 h、48 h和72 h時次訂正效果差，即夜間訂正效果弱于白天；夜間和白天，隨時間延長，訂正效果呈增長趨勢。

表4 冬季0～72 h訂正后晴雨預報準確率變化(單位：%)

表5 春季0～72 h訂正后晴雨預報準確率變化(單位：%)

表6 夏季0～72 h訂正后晴雨預報準確率變化(單位：%)

表7 秋季0～72 h訂正后晴雨預報準確率變化(單位：%)

根據上述，選取各季不同時次晴雨預報的最優降水訂正指標。從指標變化來看，不同季節有較明顯區別，夏季數值最大，其次是冬季，春、秋最小；不同時次之間無明顯變化。表8匯總了降水訂正指標和訂正后的晴雨預報準確率。訂正后的準確率隨時次的延長，呈略下降趨勢；訂正后準確率大部分在80%以上，平均準確率為79.2%～84.0%，較未訂正前分別上升5.3%～21.5%，其中白天提升最大，為2成左右，說明訂正效果良好。

表8 0～72 h訂正指標及訂正后晴雨預報準確率

5 結論與討論

綜合預報性能檢驗分析，可以得到以下結論。

①EC客觀晴雨預報準確率整體較高，為57.7%～78.7%，有一定的參考價值；夜間和白天有較大差距，以24 h為單位，夜間高于白天，且隨著時間的延長，均呈下降趨勢。

②EC客觀晴雨預報的空報率較高，為17.9%～40.9%，是影響晴雨預報準確率的主要因素，72 h內空報率隨時間的延長，呈增長趨勢；同時，以24 h為單位，夜間空報率小于白天。

③EC客觀晴雨預報的漏報率較低，為1.4%～3.9%，且無明顯的時效和月季變化。

④進行訂正預報后，晴雨準確率大部分在80%以上，平均準確率為79.2%～84.0%，較未訂正前分別上升5.3%～21.5%。因此，以上訂正指標可有效改善晴雨準確率。

⑤對數值模式的預報性能檢驗方法是點對點的檢驗，實際工作中，局地降水、雨帶位置的偏差等亦是影響預報質量的因素。因此，預報人員在實際工作中，應科學合理的使用檢驗結論。