2006號臺風“米克拉”過程數值模式預報檢驗分析

黃書捷 吳新宇 陳志韞

(涵江區氣象局，福建 莆田 351100)

隨著氣象業務現代化建設的迅速發展和通信條件的改善，可為預報提供的數值預報產品[1-4]越來越多。數值預報理論的不斷完善，以及高速度、大容量的巨型計算機及網絡的快速發展，數值預報已成為中短期天氣預報的基礎[5-8]。臺風登陸時性質復雜多變，給沿海地區帶來狂風暴雨，導致山洪、泥石流、滑坡等次生災害[9]，造成嚴重的財產損失和生命威脅。數值預報是國內外臺風業務預報最重要的途徑之一[10]，對臺風路徑、強度、風向風速、暴雨的準確預報對保障人民生命財產安全至關重要。準確的模式預報對臺風天氣有重要的參考，能夠給預報員更強的信心。本文分析了三家模式對臺風過程的預報性能，分析了各家模式的優劣，為臺風預報提供了一定的參考價值。

1 資料來源與處理

本文利用經典統計方法，選取歐洲中心細網格模式(簡稱EC細網格)、美國國家環境預報中心數值預報模式(簡稱GFS數值模式)、GRAPES全球同化預報模式(簡稱GRAPES模式)三家模式的預報資料。對副熱帶高壓檢驗的預報時效為12～36h，3h極大風風速檢驗的預報時效為24～60h，雨量檢驗的預報時效為24h和48h。自動站觀測資料來源于全省294個預報考核站點。

2 臺風“米克拉”發展動態及風雨實況

2.1 發展動態

2020年8月10日11時位于南海的熱帶低壓升格為熱帶風暴，國際編號2006，命名為“米克拉”。8月11日6時，中央氣象臺將其升格為臺風，當日7時30分左右臺風“米克拉”在福建漳浦縣沿海登陸。登陸時中心附近最大風力12級，中心最低氣壓為980hPa。8月11日14時降格為熱帶低壓，17時中央氣象臺對其停止編號。臺風米克拉為近海生成，突然加強為臺風，從生成到登陸間隔不到一天，移動路徑為偏北方向，不斷西折(圖1)。

圖1 2006號臺風“米克拉”移動路徑

2.2 風雨實況

受臺風“米克拉”影響，8月10—11日，全省沿海都出現了8級以上大風，廈門、漳州出現了12級以上陣風，其中以漳州龍海隆教畬族鄉50.4m/s(15級)為最大，10日20時—11日20時，福州、廈門、莆田、泉州、漳州、龍巖出現了暴雨到大暴雨。

3 不同模式對副熱帶高壓預報的檢驗

一般通過觀察5880gpm(588線)來判斷副熱帶高壓的演變趨勢，副熱帶高壓主體西伸增強代表副高強度增強，反之則為副高減弱。對2020年8月10日20時副高588線檢驗如圖2(a)、(b)、(c)所示。①GFS模式對副高的預報：36h時效內副高588線位于臺灣島以東洋面上，24h時效內，強度加強，588線位置調整為穿過臺灣島，12h時效內，588線位置預報繼續東移，已經壓到福建沿海，12h時效預報與實況最接近。以20°N為分界線，588線北段位置在過去36小時內不斷向西調整，同時592線也有西伸加強的趨勢，說明副高整體加強西伸。②GRAPES模式對副高的預報：36h時效內預報偏強，但588線位于福建的位置偏北，24h和12h預報588線位置基本不變，與實況整體較為接近，北段略微偏弱。整體預報調整較小，24h預報已經接近于實況。③EC模式對副高的預報：36h整體預報都偏強，588線涵蓋福建大部分區域，24h預報偏弱，588線退出福建上空，12h預報與實況最為接近，尤其是20°N以北與實況幾乎一致，對20°N以南副高預報偏強。

選取臨近臺風登陸時間的2020年8月11日08時副高588線檢驗，詳見圖2(a1)、(b1)、(c1)。①GFS模式對副高的預報：在20°N以北3個預報時效內都預報偏弱，但臨近時效內是往副高增強的方向調整。②GRAPES模式對副高的預報：只有36h時效的預報偏弱，在24h和12h時效預報與實況場非常接近，預報效果最好，調整很小。③EC模式對副高的預報：3個時效內預報都偏弱，但是逐漸往偏強方向調整。

(a)

綜合3家模式對臺風登陸前后的2個時次副高強度的預報可以看出，EC模式隨著預報時間的接近，預報場與實況場越來越接近，說明了越臨近的預報與實況的接近程度越高；GFS模式預報始終偏弱，尤其是在20°N以北段預報；GRAPES模式雖然在36h預報時效內出現了預報偏強和偏弱，但是在24h和12h都表現出與實況高度吻合，是3家模式表現最好的。同時可以看出，各家模式對副高強度變化基本上都是往增強方向調整。季亮等[10]通過數值模擬研究得出，副高強度的加強有利于臺風后期再次增強，同時加速了臺風北上速度，參照臺風登陸前后12h內中心風速差超過13m/s，可以定義為屬于近海突然加強臺風，從生成到登陸間隔不到1天，副高增強對臺風強度和移速影響都具有一定的指示。副高西伸加強后，引導氣流由偏南氣流轉為東南氣流，引導臺風往北偏西方向移動。與實況上臺風北上后往北偏西方向移動相符。

4 3h極大風速和24h降水量預報檢驗

本文對2020年8月10日20時—8月11日20時，全省294個關鍵考核站點進行3h極大風速和24h降水量檢驗。其中，極大風速檢驗包括EC細網格和GFS模式，雨量檢驗包括EC細網格、GFS模式和GRAPES模式。為保證檢驗結果的公平性，統一采用臨近點插值法將網格點資料插值到站點上。

4.1 風的檢驗

通過分析24～60h時效內風速的平均絕對誤差分布可以看出，GFS模式總體表現優于EC細網格，只有在48～54h時效內GFS模式的平均絕對誤差大于EC細網格，GFS模式平均絕對誤差為4.07m/s，在33h時效內平均絕對誤差最小為3.24m/s；EC細網格平均絕對誤差為4.97m/s，在45h時效內平均絕對誤差最小為3.68m/s。從平均情況上看，GFS模式整體平均絕對誤差比EC細網格小18%，預報性能更好，如圖3所示。

圖3 全省關鍵考核站點24～60h時效風速絕對誤差

為了進一步體現大風平均絕對誤差在地理位置上的分布特征，選取了實況站點出現8級以上陣風時，各家模式的平均絕對誤差分布情況。從圖4可以看出，兩家模式平均絕對誤差大值區主要分布于福建南部，主要集中于漳州市沿海區域，平均絕對誤差在16～24m/s之間，預報明顯偏小。進一步分析原因，參考預報時效為24h兩家模式對地面10m陣風的預報可以看出(圖略)，EC細網格預報臺風登陸位置為廈門，登陸時漳州沿海一帶陣風為6～8級，GFS模式預報臺風登陸位置為泉州，登陸時漳州沿海一帶陣風為6級左右，而臺風登陸漳州時，在漳州和廈門沿海部分站點出現了12級以上的陣風，預報風力顯著偏小，預報位置偏北。對于本次近海生成的臺風“米克拉”，臺風迅速加強并登陸時，EC細網格和GFS模式對“米克拉”這種近海生成突然加強的臺風強度和登陸位置預報把握較差。

圖4 全省站點8級以上陣風平均絕對誤差分布情況

4.2 雨的檢驗

對本次過程24h降水量預報情況檢驗，將降水量分為暴雨以下(<50mm)、暴雨(50～100mm)、大暴雨以上(≥100mm),3家模式在暴雨以下量級實況與預報的樣本數最接近是EC細網格模式(為0.73)，接近觀測的0.75，其次是GFS模式的0.82，GRAPES模式達到了0.91；在暴雨量級中與觀測樣本占比0.2最接近的是EC細網格模式和GRAPES模式，分別為0.22和0.19；在大暴雨以上量級樣本中，只有EC細網格模式體現并且與觀測樣本占比一致(皆為0.05)，如圖5所示?？傮w上看，三個量級的樣本占比中，EC細網格模式與實際觀測雨量分布樣本最為接近。但是樣本數接近不能代表預報性能好，還需要進一步分析預報準確率、空報率、漏報率，只有高的準確率低的空報率和漏報率，才能說明預報準確。

圖5 觀測與預報樣本數量不同類別占比

為更加直觀表現預報模式對本次臺風過程中降水預報，從24h降雨量為大雨以上的站點分布(見圖6)可以看出，大雨以上的站點主要集中分布于福建中南部和沿海地區，其中大暴雨以上站點主要集中在漳州和龍巖。

圖6 2020年8月10日20時—11日20時全省大雨以上量級(≥25mm)站點分布圖

由于3家模式在72h時效的預報都沒有預報本次暴雨落區，因此暴雨檢驗的預報時效為24h和48h，預報量級站點分布見圖7。24h預報：EC細網格模式在福建東北部沿海大雨漏報，龍巖西南部暴雨漏報，部分大暴雨點漏報，對漳州暴雨和大暴雨落區預報比較準確，整體預報與實況接近，預報準確率為19.75%，空報率為51.85%，漏報率為28.4%；GRAPES模式預報大暴雨落區偏南，范圍偏小，降水集中于西南部，對中部東部沿海大雨和暴雨都漏報，預報準確率為3.64%，空報率為40%，漏報率為56.36%；GFS模式預報暴雨落區偏小，對龍巖、莆田、福州的大雨、暴雨漏報，大暴雨落區偏北，預報準確率為7.94%，空報率為38.1%，漏報率為53.97%。48h預報：EC細網格模式對廈門以北暴雨落區預報較好，但未能預報出漳州、龍巖暴雨、大暴雨落區，暴雨預報準確率為13.92%，空報率為51.9%,漏報率為34.18%，其余兩家模式皆為漏報，漏報率達100%。

(a) (b)

總體上看，無論是24h還是48h，EC細網格模式表現最好，預報準確率最高，GRAPES模式和GFS模式預報準確率遠低于EC細網格模式，預報參考價值較低。

5 結論與討論

①近海生成的臺風預報難度高，登陸位置較難把握，需要加強預警監測。

②副熱帶高壓強弱與臺風移動關系密切，當各家模式對副高加強西伸的預報都一致時，近海生成的臺風快速加強西移，并登陸可能性高。

③ GFS模式和EC細網格模式在24～48h預報時效內，平均絕對誤差變化較小，當預報時效超過48h時，隨著預報時效增加而迅速增大，GFS模式整體平均絕對誤差比EC細網格模式小18%，同時兩家模式對極端大風漏報，沒有預報12級以上大風。

④在本次過程大雨及以上量級預報中，24h時效內，EC細網格準確率遠高于GRAPES模式和GFS模式，當預報時效變成48h時，各家模式預報性能嚴重下降，表明模式24h的預報結果較48h的預報更有參考價值。這說明在降水預報中，模式預報時效越短，準確率也越高。

⑤EC細網格模式在本次臺風過程中，對風雨預報表現出了一定的預報能力，但本文僅對本次臺風過程進行了檢驗分析，未來將收集更多臺風個例及更長時間序列的資料，對各家模式進行更全面、準確的評估分析，為本地氣象決策服務提供預報依據。