歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）2014年預(yù)報(bào)性能

■ 王宇 鐘琦

作為國(guó)際領(lǐng)先的中期天氣數(shù)值預(yù)報(bào)中心，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）擁有一套全面的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)技術(shù)和數(shù)據(jù)，用于評(píng)估其數(shù)值模式的預(yù)報(bào)技巧和長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)。每年度ECMWF需向歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心技術(shù)咨詢委員會(huì)（TAC）提交預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果的概要。本文關(guān)注了2014年度其提交報(bào)告中有關(guān)中期天氣業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的表現(xiàn)。

1 ECMWF標(biāo)題評(píng)分

為與ECMWF 2011—2020年發(fā)展戰(zhàn)略主要關(guān)注的預(yù)報(bào)表現(xiàn)相一致，ECMWF技術(shù)咨詢委員會(huì)規(guī)定了一組（包括兩個(gè)主要和四個(gè)補(bǔ)充評(píng)分）能夠突出不同方面預(yù)報(bào)技巧的標(biāo)題評(píng)分（headline score）用于檢驗(yàn)其預(yù)報(bào)系統(tǒng)的整體性能。這組標(biāo)題評(píng)分的目的是評(píng)估各種地面天氣要素預(yù)報(bào)（如降水、陣風(fēng)）和傳統(tǒng)高空要素場(chǎng)（如500hPa高度場(chǎng)）的預(yù)報(bào)性能和長(zhǎng)期趨勢(shì)。

標(biāo)題評(píng)分的兩個(gè)主要評(píng)分包括：（1）針對(duì)高分辨率確定性預(yù)報(bào)，北半球副熱帶500hPa位勢(shì)高度的距平相關(guān)達(dá)80%，該檢驗(yàn)基于分析資料；（2）針對(duì)集合概率預(yù)報(bào)，北半球副熱帶850hPa溫度的連續(xù)分級(jí)概率評(píng)分（Continuous Ranked Probability Score，CRPS）達(dá)到25%，該檢驗(yàn)基于分析資料。

四個(gè)補(bǔ)充評(píng)分分別為：（1）高分辨率確定性預(yù)報(bào)24h累積降水在副熱帶（南半球和北半球）的SEEPS評(píng)分達(dá)到45%，該檢驗(yàn)基于站點(diǎn)觀測(cè)；（2）集合概率預(yù)報(bào)24h累積降水在副熱帶（南半球和北半球）的CRPS評(píng)分達(dá)到10%，該檢驗(yàn)基于站點(diǎn)觀測(cè)；（3）高分辨率確定性預(yù)報(bào)

3d預(yù)報(bào)的相對(duì)技巧從十年前的8%左右提高到25%；5d預(yù)報(bào)從2005年的15%左右提高到2014年接近30%。的熱帶氣旋第3天位置誤差；（4）預(yù)報(bào)第4天10m風(fēng)速的極端天氣指數(shù)（EFI）技巧，該檢驗(yàn)基于歐洲區(qū)域的站點(diǎn)觀測(cè)資料。

2 2014年度ECMWF預(yù)報(bào)性能

高分辨率確定性預(yù)報(bào)（HRE）對(duì)副熱帶高空?qǐng)龅念A(yù)報(bào)性能由500hPa位勢(shì)高度的距平相關(guān)體現(xiàn)（即標(biāo)題評(píng)分的第1主要評(píng)分）。與ERA-Interim再分析資料的比較顯示，2014年ECMWF業(yè)務(wù)應(yīng)用的綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)（IFS 40r1）對(duì)500hPa形勢(shì)場(chǎng)的預(yù)報(bào)較往年的預(yù)報(bào)水平持續(xù)提高。北半球副熱帶500hPa距平相關(guān)80%的預(yù)報(bào)時(shí)效達(dá)6.5d（圖1），歐洲地區(qū)接近7d（圖略）。

對(duì)集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的檢驗(yàn)，構(gòu)建了基于預(yù)報(bào)誤差的高斯概率分布的校準(zhǔn)的ERA-Interim預(yù)報(bào)，作為概率預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)基準(zhǔn)。圖2出示了集合預(yù)報(bào)相對(duì)于校準(zhǔn)的ERA-Interim的預(yù)報(bào)技巧，可以發(fā)現(xiàn)近年來(lái)850hPa溫度的集合預(yù)報(bào)相對(duì)ERA-Interim再分析的預(yù)報(bào)技巧顯著提高，尤其在短期預(yù)報(bào)。3d預(yù)報(bào)的相對(duì)技巧從十年前的8%左右提高到25%；5d預(yù)報(bào)的相對(duì)預(yù)報(bào)技巧也有較顯著的提高，從2005年的15%左右提高到2014年接近30%；而10d預(yù)報(bào)的相對(duì)預(yù)報(bào)技巧提升較為平緩。由于集合預(yù)報(bào)可靠性的增加，3～10d預(yù)報(bào)的相對(duì)預(yù)報(bào)技巧更加均一和接近，2014年均達(dá)到25%～30%。用TIGGE提供的國(guó)際其他天氣預(yù)報(bào)中心的集合預(yù)報(bào)結(jié)果作為比較基準(zhǔn)，顯示ECMWF在中期天氣預(yù)報(bào)繼續(xù)保持其國(guó)際領(lǐng)先的地位。降水的標(biāo)題評(píng)分也表明高分辨率確定預(yù)報(bào)和集合預(yù)報(bào)相對(duì)于基準(zhǔn)檢驗(yàn)系統(tǒng)均有改進(jìn)。

關(guān)注強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)技巧的兩個(gè)輔助標(biāo)題評(píng)分，顯示熱帶氣旋第3天的位置誤差相對(duì)2013年略有增加，但相對(duì)于過(guò)云十年仍然維持在較低的水平，如圖3所示高分辨率確定預(yù)報(bào)——熱帶氣旋3d預(yù)報(bào)的位置誤差在200～220km。

10m風(fēng)速極端預(yù)報(bào)指數(shù)（EFI）技巧過(guò)云十年間有持續(xù)改進(jìn)，2004年EFI技巧為0.6，2014年接近0.8，達(dá)到了迄今為止的最高值（圖4）。同時(shí)，24h降水的EFI技巧具有類似的發(fā)展趨勢(shì)，2014年預(yù)報(bào)技巧繼續(xù)提高并達(dá)到迄今的最大值（圖略）。

采用ERA-Interim再分析資料有利于直接比較高分辨率確定預(yù)報(bào)在高空和地面要素預(yù)報(bào)上的改進(jìn)。圖5給出了ECMWF高分辨率確定性預(yù)報(bào)相對(duì)于ERA-Interim再分析資料的預(yù)報(bào)技巧隨時(shí)間的變化。可以看到，過(guò)云十年間平均海平面氣壓和500hPa位勢(shì)高度的預(yù)報(bào)技巧顯著提高，5d的預(yù)報(bào)技巧超過(guò)ERAInterim將近20%。850hPa溫度在2006年前曾是預(yù)報(bào)技巧最高的要素，2006—2014年持續(xù)改進(jìn)，但幅度明顯小于平均海平面氣壓和500hPa位勢(shì)高度的改進(jìn)，2014年預(yù)報(bào)技巧超過(guò)ERA-Interim將近17%。2m溫度和10m風(fēng)速2014年優(yōu)于ERA-Interim再分析資料的幅度只有高空?qǐng)龅募s一半。以上指標(biāo)在2006年前較為接近，但2006年后預(yù)報(bào)技巧的差別顯著增大?？傇屏康念A(yù)報(bào)技巧直到2011年均處于停滯狀態(tài)，近年來(lái)隨著云參數(shù)化的改善現(xiàn)在開始有所改進(jìn)。云量預(yù)報(bào)技巧的提高與短波輻射通量的改進(jìn)密不可分，后者的檢驗(yàn)是基于衛(wèi)星觀測(cè)資料。

以上結(jié)論顯示，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心2014年度預(yù)報(bào)性能較往年持續(xù)提升，尤其體現(xiàn)在高空和地面形勢(shì)場(chǎng)的改進(jìn)。集合預(yù)報(bào)技巧在短期，尤其3～5d有顯著改進(jìn)。低層的風(fēng)、溫等要素場(chǎng)預(yù)報(bào)技巧也有提升，但改進(jìn)幅度小于形勢(shì)場(chǎng)。云的預(yù)報(bào)仍然是預(yù)報(bào)技巧最低的要素，但近年來(lái)隨著觀測(cè)和云參數(shù)化方案的改善正在持續(xù)改進(jìn)。

（作者單位：王宇，貴州省氣象臺(tái)；鐘琦，中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）

深入閱讀

Haiden T, Janousek M, Bauer P, et al. 2014. Evaluation of ECMWF forecasts, including 2013-2014 upgrades. ECMWF Technical Memoranda, No.742.

Haiden T, Janousek M, Richardson D. 2015. Forecast performance 2014. ECMWF Newsletter, No.142.