多种细网格模式在塔城定量降水预报中的检验

多种细网格模式在塔城定量降水预报中的检验

罗斌全，曾春蕾，高海龙，龚淑慧， 扎璐

塔城地区气象局，新疆 塔城 834700

摘要：采用TS评分、预报准确率、漏报率、空报率及预报偏差5项指标，对2017年1月1日~12月31日欧洲、德国、T639及日本细网格定量降水预报产品进行统计检验。结果表明，欧洲、德国、T639及日本模式不同预报时效对小雨预报TS评分最高，对中雨、大雨及暴雨以上TS评分依次降低，随预报时效延长,TS评分呈下降趋势；整体来看，德国和欧洲两种模式TS评分相对较好，可信度较高。而从这四种模式在各县市单站预报情况来看，在小雨预报中，对塔城和额敏预报最好，其次是托里，而对和布克赛尔预报最低，乌苏和沙湾相对较低，四种模式对塔城地区北部的预报能力明显优于东部及南部;在中雨和大雨以上预报，对乌苏和沙湾预报最好，其次是塔城，对和布克赛尔预报最低。模式对小雨降水预报偏大，对中雨、大雨量级的降水预报偏小。

关键词：定量降水；数值预报产品；细网格；检验分析；TS评分；塔城

引言

短期气候预测是气象业务和服务领域的热点和难点。建立统一的短期气候预测质量评估办法，对于准确地评估短期气候预测准确率具有重要意义。客观评估短期气候预测水平，也有利于逐步提高短期气候预测技术和预测能力。

2011年中国气象局下发欧洲高分辨细网格(0.25°×0.25°)数值预报产品、德国细网格数值预报产品、T639细网格数值预报产品及日本细网格数值预报产品，已经成为广大预报员在日常天气预报中必不可少的主要参考依据。以往我们的研究主要是针对一次或几次天气过程总结，对塔城地区全部预报时效产品检验较少。

塔城地处新疆西北部，属于中温带大陆性干旱和半干旱气候区，夏季炎热而短促，冬季严寒而漫长，塔城地形较为复杂，北部哈孜克提山，西北部是西准噶尔山地和塔额盆地，南部为北天山山地，中东部是准噶尔盆地，地形复杂多样，地势高低悬殊，南北天气差异较大。降水是目前短期气候预测的重点和难点。塔城地区共有5县2市7个地面气象站，即塔城市、乌苏市、沙湾县、额敏县、裕民县、托里县、和布克赛尔县。塔城地区特殊的地理条件决定了其气候的复杂多变，也加大了其预报预测的难度。为了认识和了解欧洲、德国、T639及日本四种高分辨细网格数值预报模式产品定量降水的预报性能及准确度差异，以便更好地开展产品的解释应用，通过2017年1月1日～12月31日，欧洲、德国、T639及日本高分辨细网格(0.25°×0.25°)数值预报产品对塔城地区不同时效定量降水预报和同期实况资料进行检验评估，为择优使用数值预报产品及提高降水预报准确率提供技术支撑。

1 资料与方法

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   2. 资料处理

将欧洲高分辨细网格(0.25°×0.25°)数值预报产品、德国、T639及日本细网格数值预报产品的降水预报值插值到塔城地区7个县市国家站站点上，插值方法是取站点周围最近的 4个格点，利用反距离法求取各格点的权重系数，最后对格点进行加权平均，得到7个站点的降水预报值。

起报时间及预报时效：8时（12～168h）、20时（12～168h）逐12小时预报；检验时段：2017年1月1日～12月31日。

2.2 检验分析方法

根据《中短期预报质量评分办法》（新疆标准）对四种模式预报的12h累计降水量按照≥0.1mm(小雨以上)、≥6mm(中雨以上)、≥12mm(大雨以上)及≥24mm(暴雨以上）4个等级，≥0.1mm(小雪以上)、≥3mm(中雪以上)、≥6mm(大雪以上)及≥12mm(暴雪以上）4个等级，统计检验各降水等级、各预报时效(12h,24h,36h-168h),8时和20时不同起报时间的TS评分、预报准确率EH,漏报率PO、空报率NH及预报偏差BS项指标。重点分析不同时段内各个检验量的7站平均值。

3 数值预报定量降水整体检验分析

3.1 20时起报

3.1.1 TS评分

TS反映模式有效预报的准确程度。图1表明，欧洲、德国、T639及日本四种模式在逐12h不同预报时效对小雨预报的TS评分最高[图1(a)]，对中雨[图1(b)]、大雨[图1(c)]及暴雨(图略)以上的TS评分依次降低，且随预报时效延长，预报评分均呈下降趋势。小雨预报中，德国在60h以前和96hTS评分最高，欧洲在72、84h和108h以后最高，T639第三，日本最低[图1(a)]；中雨预报中，欧洲在12、24、60、84、96、108、132、144h最高，德国在36、48、72、120、156、168hTS评分最高，日本第三，T639最低[图1(b)]；大雨预报中，德国24、48、60、108、120、132hTS评分最高,欧洲在12、60、72、84、96、156h最高，日本在36h最高，T639最低[图1(c]；暴雨预报中，2017年塔城地区7个县市国家站均没有出现暴量以上降水，各时效TS评分均为0。

整体来看，德国和欧洲两种模式TS评分相对较好，可信度较高。而从这四种模式在各县市单站预报情况来看，在小雨预报中，对塔城和额敏预报最好，其次是托里，而对和布克赛尔预报最低，乌苏和沙湾相对较低，四种模式对塔城地区北部的预报能力明显优于东部及南部。在中雨和大雨以上预报，对乌苏和沙湾预报最好，其次是塔城，对和布克赛尔预报最低。

图1 2017年全年欧洲、德国、T639及日本模式小雨（a）、

中雨（b）、大雨（c）逐12h各预报时效TS变化曲线

3.1.2 预报准确率（EH）

预报准确率（EH）既反映了预报有雨的能力，又反映更多预报无雨的能力，弥补了TS评分的不足，是反映总体性质的一个参数。分析得知，欧洲、德国、T639及日本四种模式对小雨、中雨以上、大雨以上以上的预报准确率依次升高。小雨正确率日本模式相对较高，且最稳定，欧洲、德国波动较大。中雨准确率欧洲、日本两种模式变化基本同步，德国、T639两种模式变化基本同步，上下波动较大，日本相对较高、欧洲其次，T639较低，德国最低。大雨EH都在96%～99%，日本相对较高、欧洲其次，T639较低，德国最低。

3.1.3 漏报率（PO）、空报率（NH）

漏报率（PO）与空报率（NH）为漏报或空报站数分别与实际降水站数之比，值越小，预报准确率越高。欧洲、德国、T639及日本四种模式的漏报率和空报率随预报时效的增加以及预报量级的增大呈明显增长趋势。

从2017年全年欧洲、德国、T639及日本模式小雨（a）、中雨（b）、大雨（c）逐12h各预报时效PO变化曲线可以看出，小雨漏报率84h之前德国、日本模式整体较低，欧洲、T639较高，96h之后德国、欧洲模式整体较低，T639、日本较高。中雨漏报率德国模式最低，欧洲其次，T639和日本模式高。大雨漏报率欧洲、日本及T639三种模式都很高，德国模式相对较低，日本模式最高，随着预报时效的增加96h后漏报率接近100%。

从2017年全年欧洲、德国、T639及日本模式小雨（a）、中雨（b）、大雨（c）逐12h各预报时效NH变化曲线可以看出，小雨空报率欧洲、德国模式整体较低，日本、T639较高。中雨空报报率欧洲模式低，但预报时效的增加108h后漏报率呈增高趋势，德国其次，但比较稳定，T639和日本模式高。大雨空报率欧洲、德国及T639三种模式都很高，日本模式相对较低，T639模式最高，随着预报时效的增加96h后漏报率接近 100%。暴雨空报率，除日本模式没有出现空报外，欧洲、德国、T639模式都有空报，其中T639空报次数最多，各时次总计7次，其中48h空报3次，72h空报2次，144h空报1次，168h空报1次；德国模式空报3次，其中72h空报1次，96h空报1次，144h空报1次；欧洲模式2次，96h空报2次；空报的站基本都是地区南部乌苏、沙湾站，其中乌苏空报最多，12次空报中共出现8次空报。

3.1.4 预报偏差（B）

偏差为预报降水站数与实况降水站数之比，当预报降水站数偏多而实际降水站数偏少，B>1，表明该模式有多报降水的偏差；反之，B<1则说明降水报的偏少。从2017年全年欧洲、德国、T639及日本模式小雨（a）、中雨（b）、大雨（c）逐12h各预报时效BS变化曲线分析得知，欧洲、德国、T639及日本四种模式的预报偏差随预报时效的增加而减小；日本模式的预报偏差随预报量级的增加而减小，德国和T639模式预报偏差中雨最小，小雨次之，大雨最大，欧洲模式预报偏差中雨最小，大雨次之，小雨最大。预报偏差在小雨预报的评分中日本模式大于2，欧洲、德国、T639模式接近2，表明欧洲、德国、T639及日本四种模式预报小雨的降水预报有偏大的趋势，日本模式偏大趋势强于其他三种模式，其中T639模式偏差值最小；在中雨以上量级的降水预报中，偏差值小于1或略大于1，表明德国和T639两种模式在中雨以上量级的降水预报中对塔城有偏多的趋势，欧洲和日本两种模式在中雨以上量级的降水预报中对塔城有偏少的趋势，欧洲模式偏差值最接近1，欧洲中心细网格预报具有可信度；而在大雨以上量级的降水预报中，德国和T639两种模式在大雨以上量级的降水预报中对塔城有偏多的趋势，欧洲和日本两种模式在大雨以上量级的降水预报中对塔城有偏少的趋势，其中欧洲模式偏差值最接近1。在有明显降水的天气中，参考四种模式降水产品时应做出相应的主观订正，如调大量级或扩大范围等，而对于德国、T639两种模式，则要适当调小量级或缩小范围等。

3.2 8时起报（因08时起报日本模式资料缺失较多，故未做统计）

3.2.1TS评分

从2017年全年欧洲、德国、T639及日本模式小雨（a）、中雨（b）、大雨（c）逐12h各预报时效TS变化曲线看出，欧洲、德国及T639三种模式在所有不同预报时效对小雨预报的TS评分最高，对中雨以上、大雨以上的TS评分依次降低，随预报时效延长，三种模式TS评分变化均呈下降趋势；小雨预报中，德国细网格24、36、48、60、72、84、96、120、168hTS评分最高，欧洲中心细网格在12、108、132、144、156h最高，T639细网格在不同预报时效都是最低。中雨预报中，德国在12、36、48、72、96、108、120、132hTS评分最高，欧洲在24、60、84、144、168h最高，T639仅在156h最高，其他预报时效都最低。大雨预报中，德国24、36、48、72、84、120hTS评分最高,欧洲模式在12、60、108、132h最高，T639模式仅在96h最高；72h之后TS三模式均明显下降，144hTS评分均为0，都未做出任何一次准确预报。暴雨预报中，2017年塔城地区7个县市各站均没有出现暴量以上降水，各时效TS评分均为0。与20时起报相比，08时三种模式的小雨、中雨、大雨TS整体都比20时起报的要低。

整体来看，德国和欧洲两种模式TS评分相对较好，尤其是德国模式，可信度较高。而从这三种模式在各县市单站预报情况来看，在小雨预报中，对额敏预报最好，其次是托里和塔城，而对和布克赛尔预报最低，乌苏和沙湾相对较低，三种模式对塔城地区北部的预报能力明显优于东部及南部。在中雨以上预报，对乌苏和沙湾预报最好，其次是塔城，对托里预报最低，和布克赛尔较低。

3.2.2 预报准确率（EH）

与20时起报的结论一致欧洲、德国及T639三种模式对小雨、中雨以上、大雨以上的预报准确率EH依次升高。小雨正确率T639模式相对较高，但波动较大，欧洲、德国模式较低，不过较为稳定；中雨、大雨EH都在95%～99%；T639模式相对较高，且变化比较稳定，欧洲和德国模式波动较大。

3.2.3 漏报率（PO）、空报率（NH）

欧洲、德国及T639三种模式的漏报率和空报率随预报时效的增加以及预报量级的增大呈明显增长趋势；欧洲、德国模式小雨、中雨、大雨的空报率高于漏报率，而T639模式则是漏报率高于空报率。

三种模式小雨的漏报率最低，其中德国模式最低，欧洲模式次之，T639模式最高，且较欧洲、德国模式明显偏高；中雨的漏报率德国模式最低，欧洲模式次之，T639模式最高；大雨的漏报率最高，其中德国模式最低，欧洲模式次之，T639模式最高。在小雨、中雨、大雨的漏报率中，整体德国模式最低，欧洲模式次之，T639模式最高且明显偏高。小雨、中雨、大雨的漏报率8时起报欧洲、德国模式较低于20时，T639模式8时起报较高于20时。

三种模式小雨、中雨的空报率接近，小雨空报率三种模式较为接近，其中德国模式最低，欧洲次之，T639最高；中雨空报率则是欧洲模式最低，德国模式次之，T639最高；大雨空报率德国模式较为偏低，欧洲模式次之，T639模式最高。小雨、中雨、大雨的空报率8时起报模式均较高于20时。

3.2.4 预报偏差（B）

与20时起报的结论一致，三种模式的预报偏差随预报时效的增大呈明显减小趋势,欧洲、德国和T639模式预报偏差中雨最小，小雨次之，大雨最大。预报偏差在小雨预报的评分中，欧洲、德国两种模式预报小雨的降水预报有明显偏大的趋势，而T639模式正常略小于1；在中雨以上量级的降水预报中，偏差值小于1或略大于1，表明欧洲和德国两种模式在中雨以上量级的降水预报中对塔城有偏多的趋势，T639模式在中雨以上量级的降水预报中对塔城有偏少的趋势，T639模式偏差值最接近1，T639细网格预报具有可信度；而在大雨以上量级的降水预报中，欧洲、德国和T639三种模式在大雨以上量级的降水预报中对塔城都有偏多的趋势，其中T639模式偏差值最接近1。在有中雨以上降水的天气中，参考三种模式降水产品时欧洲及德国模式应调小量级或缩小范围，T639模式可直接应用。相对20时报，欧洲和德国模式偏大，T639模式则偏小。

4 结论

（1）20时起报的欧洲、德国、T639及日本四种模式在逐12h不同预报时效对小雨预报的TS评分最高，对中雨、大雨及暴雨以上的TS评分依次降低，且随预报时效延长，预报评分均呈下降趋势。

整体来看，德国和欧洲两种模式TS评分相对较好，可信度较高。而从这四种模式在各县市单站预报情况来看，在小雨预报中，对塔城和额敏预报最好，其次是托里，而对和布克赛尔预报最低，乌苏和沙湾相对较低，四种模式对塔城地区北部的预报能力明显优于东部及南部。在中雨和大雨以上预报，对乌苏和沙湾预报最好，其次是塔城，对和布克赛尔预报最低。南部站点在中雨以上量级降水预报更具有参考价值。

在冬季，尤其是在1到2月，地区南部乌苏沙湾多阴雾阴雪天气，而和布克赛尔在冬季降水都很少，模式对于在这两个地方的预报效果较差，但在中量以上降水模式在地区南部乌苏沙湾的预报效果要比地区北部好的多。

（2）欧洲、德国、T639及日本四种模式对小雨、中雨以上、大雨以上以上的预报准确率依次升高。漏报率和空报率随预报时效的增加以及预报量级的增大呈明显增长趋势；小雨漏报率84h之前德国、日本模式整体较低，欧洲、T639较高，96h之后德国、欧洲模式整体较低，T639、日本较高。中雨漏报率德国模式最低，欧洲其次，T639和日本模式高。大雨漏报率欧洲、日本及T639三种模式都很高，德国模式相对较低，日本模式最高，随着预报时效的增加96h后漏报率接近100%。小雨空报率欧洲、德国模式整体较低，日本、T639较高。中雨空报报率欧洲模式低，但预报时效的增加108h后漏报率呈增高趋势，德国其次，但比较稳定，T639和日本模式高。大雨空报率欧洲、日本及T639三种模式都很高，欧洲、日本模式相对较低，T639模式最高，随着预报时效的增加96h后漏报率接近100%。

（3）欧洲、德国、T639及日本四种模式的预报偏差随预报时效的增加而减小；日本模式的预报偏差随预报量级的增加而减小，德国和T639模式预报偏差中雨最小，小雨次之，大雨最大，欧洲模式预报偏差中雨最小，大雨次之，小雨最大。预报偏差在小雨预报的评分中欧洲、德国、T639及日本四种模式预报小雨的降水预报有偏大的趋势，日本模式偏大趋势强于其他三种模式，其中T639模式偏差值最小；在中雨以上量级的降水预报中德国和T639两种模式在中雨以上量级的降水预报中对塔城有偏多的趋势，欧洲和日本两种模式在中雨以上量级的降水预报中对塔城有偏少的趋势，欧洲模式偏差值最接近1，欧洲中心细网格预报具有可信度；而在大雨以上量级的降水预报中，德国和T639两种模式在大雨以上量级的降水预报中对塔城有偏多的趋势，欧洲和日本两种模式在大雨以上量级的降水预报中对塔城有偏少的趋势，其中欧洲模式偏差值最接近1。在有明显降水的天气中，参考四种模式降水产品时应做出相应的主观订正，如调大量级或扩大范围等，而对于德国、T639两种模式，则要适当调小量级或缩小范围等。

(4)8时起报的欧洲、德国及T639三种模式在所有不同预报时效对小雨预报的TS评分最高，对中雨以上、大雨以上的TS评分依次降低，随预报时效延长，三种模式TS评分变化均呈下降趋势；与20时起报相比，08时三种模式的小雨、中雨、大雨TS整体都比20时起报的要低。

（5）08时起报三种模式的预报偏差随预报时效的增大呈明显减小趋势,欧洲、德国和T639模式预报偏差中雨最小，小雨次之，大雨最大。在有中雨以上降水的天气中，参考三种模式降水产品时欧洲及德国模式应调小量级或缩小范围，T639模式可直接应用。相对20时报，欧洲和德国模式偏大，T639模式则偏小。

(6)预报员在综合应用各种数值预报产品时，不能简单的做加权平均，须取各模式之长，去各模式之短，做多模式集合预报时切记建立该思路。

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作者简介：罗斌全（1982.11），男，汉族，湖南省涟源市人，本科，工程师，从事短期天气预报工作。