兩種模式精細(xì)化預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)評(píng)估

白 明

(呼倫貝爾市氣象局，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

第十四屆全國(guó)冬季運(yùn)動(dòng)會(huì)將于2023年在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市舉行，冬運(yùn)會(huì)雪上項(xiàng)目對(duì)氣象條件非常敏感，精細(xì)化預(yù)報(bào)對(duì)冬運(yùn)會(huì)賽事進(jìn)程有著重要作用。目前，2019年冬季運(yùn)動(dòng)會(huì)測(cè)試賽已成功落幕，呼倫貝爾市預(yù)報(bào)服務(wù)團(tuán)隊(duì)圓滿完成測(cè)試賽氣象預(yù)報(bào)服務(wù)保障工作。賽事預(yù)報(bào)服務(wù)方面積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。

近年來，越來越多的氣象工作者通過數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品檢驗(yàn)釋用提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)化水平，取得了較好的效果。值班預(yù)報(bào)員如何在瀏覽和分析大量數(shù)值模式資料時(shí)能夠方便快捷高效地提取和利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的有效信息，為第十四屆全國(guó)冬季運(yùn)動(dòng)會(huì)賽場(chǎng)服務(wù)是一個(gè)很實(shí)際的問題。目前預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用及檢驗(yàn)，沒有系統(tǒng)對(duì)比。此研究為預(yù)報(bào)員進(jìn)行訂正預(yù)報(bào)提供參考，為制作準(zhǔn)確、精細(xì)的氣象要素預(yù)報(bào)提供技術(shù)支撐。

1 資料與方法和賽區(qū)簡(jiǎn)介

1.1 資料

實(shí)況溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速資料選用2019年1月—4月牙克石市賽場(chǎng)C7419、C7423、C7422自動(dòng)站逐小時(shí)數(shù)據(jù)；EC細(xì)網(wǎng)格模式和GRAPES-GFS模式資料采用2019年1月—4月20 h起報(bào)的各層次溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速預(yù)報(bào)資料，空間分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為3 h，數(shù)據(jù)缺失日不檢驗(yàn)。

1.2 檢驗(yàn)方法

主要采用預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(T)、平均誤差(ME)和皮爾森相關(guān)系數(shù)(PR_CORR)3種指標(biāo)來檢驗(yàn)EC細(xì)網(wǎng)格模式和GRAPES-GFS模式對(duì)氣象要素的預(yù)報(bào)性能，計(jì)算公式分別是：

皮爾森相關(guān)系數(shù)：

1.3 賽區(qū)簡(jiǎn)介

牙克石市鳳凰山滑雪場(chǎng)位于牙克石市東南郊，距市區(qū)16 km，占地面積2 500 hm2，海拔高度600 m～900 m，2月份整月被積雪覆蓋，非常適宜開展各類室外冰雪比賽。2012年12月，牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)被國(guó)家體育總局冬季運(yùn)動(dòng)管理中心評(píng)定為冬季兩項(xiàng)和越野滑雪國(guó)家隊(duì)訓(xùn)練基地。2016年內(nèi)蒙古雪上訓(xùn)練基地在此掛牌。冬運(yùn)會(huì)冬季兩項(xiàng)、越野滑雪比賽將在這里舉行。牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)布設(shè)5套多要素地面自動(dòng)氣象站(見圖1)，分別位于賽場(chǎng)北(牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)，C7419)、賽場(chǎng)中(牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)1，C7421)、靶場(chǎng)(牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)，C7422)、裁判席(牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)，C7423)和賽場(chǎng)南(牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)，C7424)。

圖1 牙克石鳳凰山滑雪場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)布設(shè)示意

2 檢驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 氣溫

從表1可以看出,EC2 m模式預(yù)報(bào)各站點(diǎn)各時(shí)次的相關(guān)系數(shù)都比較高達(dá)到了0.97以上,所以各站點(diǎn)的氣溫選擇最優(yōu)模式:EC2 m模式預(yù)報(bào)。從表2可以看出,EC2 m氣溫比實(shí)況報(bào)的高;3月的平均偏差比1月、2月的偏差小;08時(shí)的平均偏差要比別的時(shí)次要高。

表1 氣溫模式及各點(diǎn)各時(shí)次相關(guān)系數(shù)

表2 EC_2模式1月—3月各點(diǎn)平均氣溫偏差 單位:℃

2.2 相對(duì)濕度

從表3可以看出,EC950相對(duì)濕度預(yù)報(bào)各站點(diǎn)各時(shí)次的相關(guān)系數(shù)都比較高,達(dá)到了0.9以上,所以各站點(diǎn)的相對(duì)濕度選擇EC950模式預(yù)報(bào)。

表3 相對(duì)濕度模式及各點(diǎn)各時(shí)次相關(guān)系數(shù)

表3(續(xù))

從表4 EC_950相對(duì)濕度特征來看，EC_950相對(duì)濕度預(yù)報(bào)效果總體上較好；1月、2月的平均偏差比3月的偏差小；08時(shí)的平均偏差比別的時(shí)次高。

表4 EC_950模式1月—3月各點(diǎn)平均相對(duì)濕度偏差 單位：%

2.3 風(fēng)向

從表5可以看出風(fēng)向預(yù)報(bào)比較復(fù)雜，主要原因風(fēng)速小時(shí)風(fēng)向是不定的，所以誤差比較大。從選擇模式來看C7419高點(diǎn)08時(shí)、11時(shí)選擇EC_950模式預(yù)報(bào)，14時(shí)、17時(shí)選擇EC_925模式預(yù)報(bào)；C7423低點(diǎn)08時(shí)、11時(shí)、14時(shí)、17時(shí)選擇EC_925模式預(yù)報(bào)；C7422靶場(chǎng)08時(shí)選擇EC_850模式預(yù)報(bào)，11時(shí)、14時(shí)、17時(shí)選擇EC_925模式預(yù)報(bào)。

表5 風(fēng)向模式及各點(diǎn)各時(shí)次相關(guān)系數(shù)

從表6來看,高點(diǎn)EC950風(fēng)向預(yù)報(bào)效果較好、低點(diǎn)和靶場(chǎng)EC925風(fēng)向預(yù)報(bào)效果較好;1月、2月的平均偏差比3月的偏差小;08時(shí)的平均偏差比別的時(shí)次高。

表6 EC950模式1月—3月各點(diǎn)平均風(fēng)向偏差 單位:°

2.4 風(fēng)速

從表7可以看出,相關(guān)系數(shù)在0.76^0.88之間,說明風(fēng)速的預(yù)報(bào)也比較復(fù)雜。C7419高點(diǎn)08時(shí)選擇EC10模式預(yù)報(bào),11時(shí)、14時(shí)選擇EC950模式預(yù)報(bào),17時(shí)選擇EC925模式預(yù)報(bào);C7423低點(diǎn)08時(shí)、11時(shí)、17時(shí)選擇EC10模式預(yù)報(bào),14時(shí)選擇EC925模式預(yù)報(bào);C7422靶場(chǎng)08時(shí)、11時(shí)、14時(shí)、17時(shí)選擇EC10模式預(yù)報(bào)。

表7 風(fēng)速模式及各點(diǎn)各時(shí)次相關(guān)系數(shù)

表7(續(xù))

從表8可以看出，EC_10風(fēng)速預(yù)報(bào)比實(shí)況報(bào)的大；3月的平均偏差要比1月、2月的偏差大；08時(shí)的平均偏差比別的時(shí)次高。

表8 EC_10模式1月—3月各點(diǎn)平均風(fēng)向偏差 單位：m/s

C7419高點(diǎn)(見圖2):最大風(fēng)的西西南風(fēng)風(fēng)頻最大，為主導(dǎo)風(fēng)向，偏西風(fēng)風(fēng)頻次之，偏南風(fēng)和偏北風(fēng)風(fēng)頻最小。賽場(chǎng)高點(diǎn)最大風(fēng)速最大值達(dá)到8 m/s～12 m/s,其次為4 m/s～8 m/s，所占比例最大，西西南風(fēng)為其主要風(fēng)向，其余風(fēng)向的風(fēng)速基本低于4 m/s。

圖2 高點(diǎn)主導(dǎo)風(fēng)向

C7423低點(diǎn)(見圖3):最大風(fēng)的風(fēng)偏西風(fēng)頻最大，為主導(dǎo)風(fēng)向，西西北風(fēng)風(fēng)頻次之，偏南風(fēng)和偏北風(fēng)風(fēng)頻最小。賽場(chǎng)低點(diǎn)最大風(fēng)速最大值達(dá)到4 m/s～8 m/s,所占比例最大，其次為0～4 m/s，偏西風(fēng)為其主要風(fēng)向，其余風(fēng)向的風(fēng)速基本<4 m/s。

圖3 低點(diǎn)主導(dǎo)風(fēng)向

C7422靶場(chǎng):2 min平均風(fēng)偏西風(fēng)風(fēng)頻最大，為主導(dǎo)風(fēng)向，西西北風(fēng)風(fēng)頻次之，偏南風(fēng)和偏北風(fēng)風(fēng)頻最小。2 min平均風(fēng)中風(fēng)速最大值達(dá)到4 m/s～8 m/s,所占比例最大，其次為0～4 m/s，偏西風(fēng)為其主要風(fēng)向，其余風(fēng)向的風(fēng)速基本低于4 m/s。

極大風(fēng)偏西風(fēng)風(fēng)頻最大，為主導(dǎo)風(fēng)向，西西北風(fēng)風(fēng)頻次之，偏南風(fēng)、偏北風(fēng)風(fēng)頻最小。極大風(fēng)速最大值達(dá)到12 m/s～16 m/s,其次為8 m/s～12 m/s及4 m/s～8 m/s，所占比例最大，偏西風(fēng)為其主要風(fēng)向，西西北風(fēng)為次要風(fēng)向，其余風(fēng)向的風(fēng)速基本低于4 m/s。

3 結(jié)論

通過對(duì)2019年1月—4月EC細(xì)網(wǎng)格模式和GRAPES-GFS模式20 h起報(bào)的各層次溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速預(yù)報(bào)進(jìn)行訂正檢驗(yàn)，得到以下結(jié)論：①EC_2 m模式預(yù)報(bào)對(duì)賽場(chǎng)高點(diǎn)、低點(diǎn)、靶場(chǎng)相關(guān)系數(shù)較好，3月的平均偏差要比1月、2月的偏差小，08時(shí)的平均偏差比別的時(shí)次高。②相對(duì)濕度選擇EC_950模式預(yù)報(bào)，1月、2月的平均偏差比3月份的偏差小，08時(shí)的平均偏差比別的時(shí)次高。③風(fēng)向各站點(diǎn)、各時(shí)次選擇模式有所不同，主要選擇EC_950模式及EC_925模式。C7419高點(diǎn)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲魑髂巷L(fēng)；C7423低點(diǎn)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)；C7422靶場(chǎng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)。④風(fēng)速各站點(diǎn)、各時(shí)次選擇模式有所不同，主要選擇EC_950模式及EC_10模式。賽場(chǎng)高點(diǎn)最大風(fēng)速最大值達(dá)到8 m/s～12 m/s,其次為4 m/s～8 m/s，所占比例最大；賽場(chǎng)低點(diǎn)最大風(fēng)速最大值達(dá)到4 m/s～8 m/s,所占比例最大，其次為0～4 m/s；靶場(chǎng)風(fēng)速最大值達(dá)到4 m/s～8 m/s,所占比例最大，其次為0～4 m/s。