烏魯木齊區(qū)域高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)V2.0預(yù)報(bào)性能客觀檢驗(yàn)

琚陳相，劉軍建，李 曼*，李火青，張海亮，馬玉芬，買買提艾力·買買提依明

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國氣象局塔克拉瑪干沙漠氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆沙漠氣象與沙塵暴重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830002）

數(shù)值模式提供的模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品已成為天氣預(yù)報(bào)的主要參考資料，模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也直接關(guān)系著天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，從而影響氣象服務(wù)質(zhì)量。隨著探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和新型探測(cè)儀器的布設(shè)，高分辨率的探測(cè)資料應(yīng)用于數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，成為提高區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)精度的重要途徑之一[1-3]。目前，國際上使用較為廣泛的快速循環(huán)更新同化（Rapid Update Cgcle,簡(jiǎn)稱RUC）和預(yù)報(bào)系統(tǒng)，可有效利用各種常規(guī)和非常規(guī)氣象資料進(jìn)行同化，為數(shù)值預(yù)報(bào)模式提供高質(zhì)量的初始場(chǎng)，同時(shí)在高分辨率數(shù)值模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)化預(yù)報(bào)[4-5]。然而，受初始場(chǎng)、模式邊界條件、物理過程、復(fù)雜下墊面以及模式框架自身設(shè)計(jì)不足等諸多方面的影響，數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品與實(shí)況必定會(huì)存在一定的差異[6-7]。因此，對(duì)這種誤差進(jìn)行時(shí)空上定量的檢驗(yàn)和評(píng)估顯得尤為重要，不僅有助于研發(fā)人員診斷和修正模式中可能存在的缺陷，也為預(yù)報(bào)員訂正預(yù)報(bào)結(jié)果提供客觀依據(jù)。

烏魯木齊高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)睿圖中亞V1.0 （Rapid -refresh Multi -scale Analysis and Prediction System-Central Asia，簡(jiǎn)稱“RMAPS-CA V1.0”），是由中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所2017 年11 月引進(jìn)北京城市氣象研究所運(yùn)行的快速更新多尺度分析和預(yù)報(bào)系統(tǒng)睿圖（簡(jiǎn)稱“RMAPS”）搭建[8-9]，2018 年6 月完成RMAPS-CA V1.0 試運(yùn)行，并于2020 年6 月通過業(yè)務(wù)化評(píng)審，為全疆各地氣象部門提供精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。2020 年8 月，中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所初步完成RMAPSCA V2.0 的系統(tǒng)研發(fā)和建設(shè)，并實(shí)現(xiàn)試運(yùn)行。本文對(duì)RMAPS-CA V2.0 在2021 年各個(gè)季節(jié)的預(yù)報(bào)性能進(jìn)行了客觀評(píng)估，并與RMAPS-CA V1.0 進(jìn)行同期的對(duì)比分析，以充分了解RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)在新疆區(qū)域的預(yù)報(bào)能力，進(jìn)一步為該系統(tǒng)的改進(jìn)、完善及業(yè)務(wù)化提供支撐。

1 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和檢驗(yàn)方法

1.1 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)

目前已搭建的睿圖中亞V2.0 系統(tǒng)（RMAPS-CA V2.0）采用WRF V4.1.2 數(shù)值預(yù)報(bào)模式和WRFDA V4.1.2 資料同化系統(tǒng)。模式采用兩重嵌套，D01 區(qū)域分辨率為9 km，網(wǎng)格設(shè)置712×532，覆蓋中亞區(qū)域，D02 區(qū)域分辨率為3 km，網(wǎng)格設(shè)置832×652，覆蓋新疆、甘肅和青海西部等地區(qū)；系統(tǒng)采用三維變分同化技術(shù)，以U/V 為控制變量進(jìn)行多元觀測(cè)資料的同化分析；模式初始和邊界條件采用NECP_GFS 0.5°的全球分析和預(yù)報(bào)場(chǎng)，自2021 年4 月改用GRAPS_GFS 0.25°作為初始場(chǎng)（RMAPS-CA V1.0于同期改用GRAPS_GFS 0.25°作為初始場(chǎng)）。預(yù)報(bào)系統(tǒng)每日運(yùn)行8 次，其中18 時(shí)（世界時(shí)，下同）為冷啟動(dòng)，預(yù)報(bào)時(shí)效為96 h，隨后逐3 h（00、03、06、09、12、15 時(shí)）循環(huán)同化預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)效為24 h（圖1）。模式物理過程設(shè)置為：Thompson 云微物理方案，KF 對(duì)流參數(shù)化方案（D02 無積云對(duì)流方案），YSU 邊界層參數(shù)化方案，RRTMG 長(zhǎng)波輻射方案，RRTMG短波輻射方案和NOAH 陸面方案。表1 為RMAPSCA V2.0 和V1.0 的系統(tǒng)配置差異對(duì)比，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)主要升級(jí)了模式版本，優(yōu)化了運(yùn)行框架，增加了預(yù)報(bào)頻次及更新了系統(tǒng)啟動(dòng)方式。

圖1 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)流程

表1 RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)和V2.0 系統(tǒng)配置差異對(duì)比

1.2 檢驗(yàn)方法

為了系統(tǒng)檢驗(yàn)RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)的預(yù)報(bào)效果，用于檢驗(yàn)的預(yù)報(bào)樣本時(shí)間段為2021 年各季節(jié)代表月（1、4、7、10 月）每日2 次（00 和12 時(shí)，世界時(shí)）更新循環(huán)起報(bào)，每次預(yù)報(bào)時(shí)效為24 h，樣本總數(shù)為244 個(gè)。選取季節(jié)代表月作RMAPS-CA V2.0 的預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)，能更充分地評(píng)估RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)在新疆區(qū)域的預(yù)報(bào)效果。

利用氣象學(xué)上通用的MET（Model Evaluation Tools）V7.0 檢驗(yàn)平臺(tái)，一是對(duì)RMAPS-CA V2.0 和RMAPS-CA V1.0 兩系統(tǒng)D02 區(qū)域的地面和高空的模式預(yù)報(bào)量（地面：2 m 溫度、10 m 風(fēng)速；高空：位勢(shì)高度、風(fēng)速、溫度）進(jìn)行站點(diǎn)檢驗(yàn)評(píng)分。檢驗(yàn)所使用的地面要素觀測(cè)資料和降水觀測(cè)資料均來自我國國家級(jí)地面氣象觀測(cè)站，3 km 分辨率區(qū)域中約有105 個(gè)；使用的探空觀測(cè)資料均來自我國參加考核探空站點(diǎn)，3 km 分辨率區(qū)域有14 個(gè)。給出預(yù)報(bào)相對(duì)于常規(guī)探空和地面觀測(cè)的均方根誤差RMSE和平均偏差ME（見公式（1）、（2），其中，F(xiàn)i為第i點(diǎn)上的預(yù)報(bào)值，Oi為第i點(diǎn)上的觀測(cè)值）；二是根據(jù)檢驗(yàn)時(shí)段內(nèi)地面觀測(cè)站降水觀測(cè)實(shí)況，計(jì)算兩個(gè)系統(tǒng)逐6 h，檢驗(yàn)閾值分別為0.1、3.1、6.1、12.1 和24.1 mm 累計(jì)降水站點(diǎn)TS評(píng)分和BIAS預(yù)報(bào)偏差（見公式（3）～（4），其中Na為預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)、Nb為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)、Nc 為漏報(bào)站（次）數(shù)）。

2 地面要素預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

2.1 2 m 溫度

從RMAPS-CA V2.0 在2021 年各個(gè)季節(jié)2 m溫度預(yù)報(bào)偏差結(jié)果（圖2）可知，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)2 m 溫度預(yù)報(bào)偏差在冬季和春季整體為負(fù)偏差，在夏季和秋季整體為正偏差；各個(gè)季節(jié)預(yù)報(bào)偏差隨時(shí)間變化趨勢(shì)基本相似，下午至夜間（預(yù)報(bào)時(shí)效9～15 h）的預(yù)報(bào)偏差最大，平均預(yù)報(bào)偏差均在2 ℃以內(nèi)。從2 m 溫度均方根誤差結(jié)果可知，2021 年冬季維持在3.7～4.9 ℃，春季維持在3.1～3.6 ℃，夏季維持在3.7～4.2 ℃，秋季維持在3.3～3.6 ℃，各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效變化不大。整體上，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)2 m溫度預(yù)報(bào)性能在秋季最優(yōu)、冬季最差。

由圖2 可知，兩系統(tǒng)平均誤差和均方根誤差在各季節(jié)各起報(bào)時(shí)次上的變化趨勢(shì)和整體特征較為相似，表明溫度預(yù)報(bào)存在一定的系統(tǒng)偏差。RMAPSCA V2.0 在2021 年冬季和春季的預(yù)報(bào)偏差整體小于RMAPS-CA V1.0，春季的預(yù)報(bào)偏差改善較為明顯；在夏季和秋季的預(yù)報(bào)偏差整體大于RMAPS-CA V1.0，二者誤差在0.5 ℃以內(nèi)。從2021 年各季節(jié)的均方根誤差對(duì)比結(jié)果看，RMAPS-CA V2.0 在冬季和春季的均方根誤差小于RMAPS-CA V1.0，在夏季和秋季的均方根誤差大于RMAPS-CA V1.0。綜上分析，2021 年RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)2 m 溫度的預(yù)報(bào)性能在冬季和春季優(yōu)于RMAPS-CA V1.0，在夏季和秋季略差于RMAPS-CA V1.0。

圖2 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)2021 年各季節(jié)2 m 溫度檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 10 m 風(fēng)速

從RMAPS-CA V2.0 在2021 年各季節(jié)10 m風(fēng)速預(yù)報(bào)偏差結(jié)果（圖3）可知，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)10 m 風(fēng)速預(yù)報(bào)的性能整體差異不大，平均誤差維持在0.5～1.0 m/s，冬季誤差最大，為1.1 m/s，秋季誤差最小，除春季外各季節(jié)各預(yù)報(bào)時(shí)效平均誤差變化不大，風(fēng)速預(yù)報(bào)的午后時(shí)段（預(yù)報(bào)時(shí)效6～12 h）誤差最小。從均方根誤差結(jié)果看，除秋季外各季節(jié)的均方根誤差呈先增大后減小再增大再減小的趨勢(shì)，均方根誤差維持在2.2～2.8 m/s。整體來看，RMAPSCA V2.0 系統(tǒng)對(duì)10 m 風(fēng)速預(yù)報(bào)性能在秋季最優(yōu)、春季最差。

對(duì)比RMAPS-CA V2.0 與RMAPS-CA V1.0 在2021 年同期10 m 風(fēng)速預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果（圖3）可以看出，RMAPS-CA V2.0 在2021 年各季節(jié)預(yù)報(bào)偏差整體與RMAPS-CA V1.0 差別不大；均方根誤差在冬季和夏季整體大于RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)，夏季10 m 風(fēng)速均方根誤差最大為0.3 m/s，在春季和秋季的均方根誤差差異不明顯。

圖3 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)2021 年各季節(jié)10 m 風(fēng)速檢驗(yàn)結(jié)果

3 高空要素預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

3.1 位勢(shì)高度

從RMAPS-CA V2.0 在2021 年各個(gè)季節(jié)高空位勢(shì)高度預(yù)報(bào)偏差結(jié)果（圖4）可以看出，RMAPSCA V2.0 對(duì)高位勢(shì)高度的預(yù)報(bào)偏差在冬季整體為負(fù)偏差，呈現(xiàn)隨高度先增大再減小的趨勢(shì)，24 h 預(yù)報(bào)偏差在400 hPa 達(dá)到極大值，為-19.8 gpm；其余季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差整體為正偏差，呈現(xiàn)隨高度先增大再減小的趨勢(shì)，均在300 hPa 左右達(dá)到極大值，夏季24 h 預(yù)報(bào)偏差極大值為45.2 gpm。整體上看，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)高空位勢(shì)高度預(yù)報(bào)性能在冬季最優(yōu)、春季最差。

圖4 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)2021 年各季節(jié)高空位勢(shì)高度檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比RMAPS-CA V2.0 與RMAPS-CA V1.0 在2021 年同期高空位勢(shì)高度預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果（圖4）可知，RMAPS-CA V2.0 在2021 年冬季的預(yù)報(bào)偏差與RMAPS-CA V1.0 差異明顯，400 hPa 以上呈反位相；2 個(gè)系統(tǒng)在其余季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差隨高度變化的趨勢(shì)較為一致，均呈隨高度先增大再減小，在300 hPa左右達(dá)到極大值，RMAPS-CA V2.0 高空位勢(shì)高度預(yù)報(bào)偏差在春季和秋季整體小于RMAPS-CA V1.0，夏季則大于RMAPS-CA V1.0。RMAPS-CA V2.0 位勢(shì)高度的均方根誤差在冬季和夏季整體大于RMAPS-CA V1.0，在春季和秋季則小于RMAPS-CA V1.0。對(duì)比兩系統(tǒng)在2021 年高空位勢(shì)高度各季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差和均方根誤差可知，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)高空位勢(shì)高度的預(yù)報(bào)性能在春季和秋季有所提升。

3.2 風(fēng)場(chǎng)

從RMAPS-CA V2.0 在2021 年各個(gè)季節(jié)高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)偏差結(jié)果（圖5）可知，RMAPS-CA V2.0 高空風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)偏差在冬季和春季400 hPa 以下為正偏差，400 hPa 以上為負(fù)偏差，呈現(xiàn)隨高度逐漸減小再增大的趨勢(shì)，誤差范圍在-1.0～1.0 m/s；夏季和秋季的預(yù)報(bào)偏差850 hPa 以下為正偏差，850 hPa 以上為負(fù)偏差，呈現(xiàn)隨高度先減小再增大的趨勢(shì)，夏季和秋季的12 h 預(yù)報(bào)偏差在300 和400 hPa 分別達(dá)到極大值，為-2.0 和-1.8 m/s。整體上看，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)性能在春季最優(yōu)、夏季最差。

由RMAPS-CA V2.0 與RMAPS-CA V1.0 在2021 年同期高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果（圖5）可知，RMAPS-CA V2.0 在2021 年各季節(jié)高空風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)偏差整體小于RMAPS-CA V1.0，兩個(gè)系統(tǒng)隨高度變化較為一致，呈現(xiàn)隨高度先減小再增大的趨勢(shì)。除春季外，2 個(gè)系統(tǒng)高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)偏差均在200 hPa達(dá)到極大值，24 h 預(yù)報(bào)偏差之差在秋季的200 hPa達(dá)到最大值，約為2.0 m/s。從位勢(shì)高度的均方根誤差檢驗(yàn)看，2 個(gè)系統(tǒng)在2021 年各季節(jié)高空風(fēng)場(chǎng)的均方根誤差均呈現(xiàn)隨高度增大再減小的趨勢(shì)，在300 hPa 達(dá)到極大值；RMAPS-CA V2.0 高空風(fēng)場(chǎng)的均方根誤差在冬季和春季整體大于RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)，在夏季和秋季則小于RMAPS-CA V1.0。對(duì)比兩系統(tǒng)在2021 年高空風(fēng)場(chǎng)各季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差和均方根誤差可以看出，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)高空風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)性能在夏季和秋季有所提升。

圖5 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)2021 年各季節(jié)高空風(fēng)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果

3.3 溫度場(chǎng)

從RMAPS-CA V2.0 在2021 年各個(gè)季節(jié)高空溫度場(chǎng)預(yù)報(bào)偏差結(jié)果（圖6）可以看出，RMAPS-CA V2.0 高空溫度場(chǎng)的預(yù)報(bào)偏差范圍在-1.0～2.0 ℃，冬季的預(yù)報(bào)偏差整體為負(fù)偏差，呈現(xiàn)隨高度逐漸增大再減小的趨勢(shì)，24 h 預(yù)報(bào)偏差在700 hPa 達(dá)到極大值，為-1.0 ℃；其余季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差整體為正偏差，呈現(xiàn)隨高度逐漸減小的趨勢(shì)，夏季的24 h 預(yù)報(bào)偏差在925 hPa 達(dá)到極大值，為2.2 ℃。整體上看，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)高空溫度場(chǎng)預(yù)報(bào)性能在春季最優(yōu)、夏季最差。

對(duì)比RMAPS-CA V2.0 與RMAPS-CA V1.0 在2021 年同期高空溫度場(chǎng)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果（圖6）可以看出，RMAPS-CA V2.0 在2021 年各季節(jié)高空風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)偏差在冬季和夏季大于RMAPS-CA V1.0，在春季和秋季則小于RMAPS-CA V1.0，除夏季外，2個(gè)系統(tǒng)隨高度變化較為一致，冬季呈現(xiàn)隨高度先減小再增大再減小再增大的趨勢(shì)，春季和秋季呈現(xiàn)隨高度逐漸減小的趨勢(shì)。從位勢(shì)高度的均方根誤差檢驗(yàn)看，2 個(gè)系統(tǒng)在2021 年各季節(jié)高空風(fēng)場(chǎng)的均方根誤差均呈現(xiàn)隨高度先減小再增大的趨勢(shì)，各季節(jié)均在200 hPa 達(dá)到極大值；RMAPS-CA V2.0 高空風(fēng)場(chǎng)的均方根誤差除秋季外，整體略大于RMAPS-CA V1.0。對(duì)比兩系統(tǒng)在2021 年高空溫度場(chǎng)各季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差和均方根誤差可知，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)高空溫度場(chǎng)的預(yù)報(bào)性能在秋季有所提升。

圖6 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)2021 年各季節(jié)高空溫度場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果

4 降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

4.1 逐6 h 降水評(píng)分季節(jié)對(duì)比

從RMAPS-CA V2.0 在2021 年各季節(jié)、不同量級(jí)降水閾值的逐6 hTS評(píng)分（圖7）可以看出，TS評(píng)分隨著降水閾值的增大而減小。由于新疆屬于干旱半干旱氣候，6 h 累計(jì)降水除夏季外很少大于12.0 mm。對(duì)比RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)，RMAPSCA V2.0 在0.1 mm/6 h 以上閾值降水TS評(píng)分，冬季在0.3～0.4，其余季節(jié)在0.2～0.3，整體要優(yōu)于RMAPS-CA V1.0，表明RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)未來6 h 的晴雨預(yù)報(bào)效果和穩(wěn)定性均高于RMAPSCA V1.0；3.1 mm/6 h 以上閾值降水，除冬季外，RMAPS-CA V2.0 在其余季節(jié)的TS評(píng)分在0.1～0.2，均略高于RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)；6.1 mm/6 h 和12.1 mm/6 h 以上閾值降水，除春季外，RMAPS-CA V2.0 在其余季節(jié)的TS評(píng)分在0～0.15，整體上也略高于RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)。

降水預(yù)報(bào)的BIAS評(píng)分反映的是針對(duì)某一閾值預(yù)報(bào)發(fā)生降水的測(cè)站數(shù)與實(shí)際發(fā)生降水的測(cè)站數(shù)之比和模式對(duì)于降水范圍大小的預(yù)報(bào)性能。從降水的BIAS評(píng)分（圖7）看，在0.1 mm/6 h 以上閾值降水，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 的BIAS偏差除夏季外，其余季節(jié)均大于1.0，表明2 個(gè)系統(tǒng)的降水均存在空?qǐng)?bào)現(xiàn)象，預(yù)報(bào)的降水范圍偏大，而RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)的BIAS評(píng)分比RMAPS-CA V1.0 更接近于1.0，表明RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)預(yù)報(bào)降水測(cè)站數(shù)比RMAPS-CA V1.0 更接近于實(shí)際測(cè)站數(shù)。對(duì)于3.1、6.1 和12.1 mm/6 h 以上閾值降水，除冬季和春季的個(gè)別時(shí)次外，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 的BIAS偏差整體上小于1.0，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)的BIAS偏差較RMAPSCA V1.0 更接近于1.0，表明RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)預(yù)報(bào)降水的測(cè)站數(shù)更接近實(shí)際測(cè)站數(shù)。綜上分析，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)在2021 年的降水預(yù)報(bào)性能整體有所提高。

圖7 RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)和RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)2021 年各季節(jié)降水檢驗(yàn)評(píng)分

4.2 降水個(gè)例檢驗(yàn)

過程前期500 hPa 歐亞范圍內(nèi)呈“兩槽兩脊”的經(jīng)向環(huán)流，西伯利亞為低槽活動(dòng)區(qū)，巴爾喀什湖地區(qū)為高壓脊區(qū)，隨后北方冷空氣沿脊前偏北氣流東南下，促使下游西伯利亞低渦南下，造成2021 年4 月20 日12 時(shí)—25 日12 時(shí)北疆大部、阿克蘇地區(qū)北部、巴州大部、吐魯番市、哈密市北部出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雨夾雪或雪，選取本次過程的主要降水時(shí)段21 日00時(shí)—22 日00 時(shí)做降水檢驗(yàn)。

從國家站降水量預(yù)報(bào)對(duì)比（表2）可知，新源、奇臺(tái)及塔城24 h 累計(jì)降水量為大量，其中RMAPSCA V2.0 預(yù)報(bào)的新源站降水量（16.7 mm）與實(shí)況（21.2 mm）更接近，2 個(gè)系統(tǒng)對(duì)奇臺(tái)和塔城站的降水量預(yù)報(bào)均偏弱；對(duì)于24 h 累計(jì)降水量為中量的國家站，RMAPS-CA V2.0 預(yù)報(bào)的額敏、小渠子和沙灣站降水量與實(shí)況更為接近，2 個(gè)系統(tǒng)對(duì)北塔山站的降水均為漏報(bào)。從逐6 h 累計(jì)降水檢驗(yàn)評(píng)分（圖8）可知，對(duì)于晴雨預(yù)報(bào)（0.1 mm/6 h），2 個(gè)系統(tǒng)整體屬于漏報(bào)現(xiàn)象，RMAPS-CA V2.0 的TS評(píng)分要略高于RMAPS-CA V1.0；對(duì)于3.1 mm/6 h 和6.1 mm/6 h，RMAPS-CA V2.0 的TS評(píng)分略高于RMAPS-CA V1.0，降水預(yù)報(bào)接近與實(shí)況。整體上看，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)本次降水預(yù)報(bào)相比較更準(zhǔn)確。

表2 4 月21 日00 時(shí)—22 日00 時(shí)國家站24 h累計(jì)降水量（≥6.0 mm）預(yù)報(bào)對(duì)比 mm

圖8 不同系統(tǒng)對(duì)2021 年4 月21 日00 時(shí)—22 日00 時(shí)不同閾值逐6 h 累計(jì)降水檢驗(yàn)評(píng)分

5 結(jié)論與討論

利用MET 檢驗(yàn)工具，對(duì)烏魯木齊區(qū)域高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)RMAPS-CA V2.0 在新疆區(qū)域2021年各個(gè)季節(jié)的預(yù)報(bào)效果進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估，并與RMAPS-CA V1.0 系統(tǒng)進(jìn)行同期對(duì)比分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)2 m 溫度預(yù)報(bào)偏差在冬季和春季整體為負(fù)偏差，在夏季和秋季整體為正偏差；各個(gè)季節(jié)的平均預(yù)報(bào)偏差均在2 ℃以內(nèi)，對(duì)2 m 溫度預(yù)報(bào)性能在秋季最優(yōu)、冬季最差；對(duì)2 m溫度的預(yù)報(bào)性能在冬季和春季優(yōu)于RMAPS-CA V1.0，在夏季和秋季則略差于RMAPS-CA V1.0。RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)各個(gè)季節(jié)10 m 風(fēng)速預(yù)報(bào)整體為正偏差且差異不大，平均誤差基本維持在0.5～1.0 m/s，均方根誤差維持在2.2～2.8 m/s；對(duì)10 m風(fēng)速預(yù)報(bào)性能在秋季最優(yōu)、春季最差；對(duì)10 m 風(fēng)速的預(yù)報(bào)性能在冬季和夏季略差于RMAPS-CA V1.0，在春季和秋季預(yù)報(bào)性能差異不大。

（2）RMAPS-CA V2.0 對(duì)高空位勢(shì)高度預(yù)報(bào)偏差在冬季整體為負(fù)偏差，在其余季節(jié)整體為正偏差，高空位勢(shì)高度的預(yù)報(bào)性能在冬季最優(yōu)、春季最差；對(duì)春季和秋季的位勢(shì)高度預(yù)報(bào)性能優(yōu)于RMAPS-CA V1.0。RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)偏差在冬季和春季在400 hPa 以下為正偏差，400 hPa以上為負(fù)偏差；夏季和秋季的預(yù)報(bào)偏差整體為負(fù)偏差，對(duì)高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)性能在春季最優(yōu)、夏季最差；對(duì)高空風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)性能在夏季和秋季優(yōu)于RMAPS-CA V1.0。RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)高空溫度場(chǎng)預(yù)報(bào)偏差在冬季整體為負(fù)偏差，其余季節(jié)的預(yù)報(bào)偏差整體為正偏差，高空溫度場(chǎng)預(yù)報(bào)性能在春季最優(yōu)、夏季最差；對(duì)高空溫度場(chǎng)預(yù)報(bào)性在秋季優(yōu)于RMAPS-CA V1.0。

（3）RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)晴雨預(yù)報(bào)效果較好，TS評(píng)分隨降水閾值增大而減小，冬季的降水評(píng)分最高、夏季最低。從降水的BIAS評(píng)分看，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)對(duì)0.1 mm/6 h 以上閾值降水除夏季外，多為空?qǐng)?bào)；對(duì)于3.1、6.1、12.1 mm/6 h 以上閾值降水，除冬季和春季的個(gè)別時(shí)次外，多為漏報(bào)。從降水個(gè)例的站點(diǎn)預(yù)報(bào)看，RMAPS-CA V2.0 對(duì)24 h 累計(jì)降水為大量和中量的國家站點(diǎn)預(yù)報(bào)性能有所提升，逐6 h 累計(jì)降水TS評(píng)分略高于RMAPS-CA V1.0，預(yù)報(bào)偏差更接近與實(shí)況。整體上看，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)的降水預(yù)報(bào)性能整體有所提高。

通過2021 年各個(gè)季節(jié)預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)及一次強(qiáng)降水過程的對(duì)比分析，RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)的預(yù)報(bào)能力整體上要優(yōu)于RMAPS-CA V1.0，預(yù)報(bào)性能的提升可能受兩個(gè)方面的影響：（1）RMAPS-CA V2.0系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以雷達(dá)資料為核心的逐3 h 循環(huán)同化預(yù)報(bào)，00 和12 時(shí)均為暖啟動(dòng)，增加了本地氣象資料同化在模式中的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)的初始場(chǎng)。（2）RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)采用D01 和D02 區(qū)域同時(shí)積分，增加了模式對(duì)D02 區(qū)域邊界條件的動(dòng)態(tài)約束，一定程度上減小了側(cè)邊界條件更新不及時(shí)的問題。雖然本文給出了RMAPS-CA V2.0 系統(tǒng)比較滿意的評(píng)估結(jié)果，但模式的短臨降水預(yù)報(bào)和地面要素預(yù)報(bào)仍需長(zhǎng)期開展優(yōu)化工作。下一步工作將從以下幾個(gè)方面開展：新疆區(qū)域地基GPS 水汽資料同化技術(shù)研究及在RMAPS-CA V2.0 中的應(yīng)用，以提高降水短臨預(yù)報(bào)效果；下墊面數(shù)據(jù)的更新應(yīng)用，以提高地面氣象要素的預(yù)報(bào)效果；對(duì)系統(tǒng)的物理過程參數(shù)化方案進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整試驗(yàn)，盡可能減少模式預(yù)報(bào)的系統(tǒng)性誤差。