朱雯娜

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

烏魯木齊機(jī)場中尺度模式降水預(yù)報質(zhì)量評估

朱雯娜

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

使用常規(guī)地面觀測資料檢測烏魯木齊機(jī)場中尺度模式（WRF模式、MM5模式）預(yù)報的新疆16個機(jī)場的24 h降水質(zhì)量。結(jié)果表明，2個模式晴雨（雪）預(yù)報正確率PC較好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、東疆測站TS評分普遍偏低，而空報率、漏報率普遍偏高，同時，空報率普遍高于漏報率。這說明，在地形條件較為復(fù)雜和幾乎沒有降水的測站，有無降水的預(yù)報誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報能力比較弱。北疆測站伊寧、烏魯木齊測站W(wǎng)RF模式漏報率高于MM5模式，而空報率低于MM5模式，漏報率隨著月降水量的增加而增加，對夏季對流性降水預(yù)報能力比較弱。南疆阿克蘇、喀什測站TS評分偏低，空報率普遍遠(yuǎn)高于漏報率。東疆哈密測站空報率、漏報率均偏高。

WRF模式；MM5模式；晴雨（雪）檢驗(yàn)；空報率

新疆地區(qū)地形復(fù)雜，一直被認(rèn)為是數(shù)值預(yù)報難以取得較好效果的地區(qū)之一。新疆氣象臺對T213數(shù)值模式、GRAPES區(qū)域數(shù)值模式降水預(yù)報產(chǎn)品在新疆區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)新疆地區(qū)T213數(shù)值模式降水的晴雨TS評分和空、漏報率均存在明顯的時空分布差異，空報率和漏報率都很高，整體預(yù)報效果不好；而對于GRAPES區(qū)域模式的降水落區(qū)位置和落區(qū)面積預(yù)報準(zhǔn)確率，北疆高于南疆，降水中心強(qiáng)度預(yù)報易偏強(qiáng)，隨預(yù)報時效延長其準(zhǔn)確率呈降低趨勢[1-4]。

烏魯木齊機(jī)場于2009年建立了中尺度數(shù)值預(yù)報試驗(yàn)項(xiàng)目，利用WRF和MM5這2種中尺度數(shù)值模式分別構(gòu)建了2套中尺度預(yù)報業(yè)務(wù)試驗(yàn)系統(tǒng)。為了更加深入地了解中尺度數(shù)值模式降水預(yù)報產(chǎn)品對新疆地區(qū)的預(yù)報性能，同時，也為模式改進(jìn)提供一些有益的信息，本文根據(jù)中國氣象局制定的《中短期天氣預(yù)報質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》中的降水客觀評分方法對晴雨（雪）預(yù)報進(jìn)行客觀分析、檢驗(yàn)，分析晴雨（雪）預(yù)報正確率PC、TS評分、空報率和漏報率的特征及其原因。

1 中尺度數(shù)值模式的配置情況

WRF和MM5模式均采用三重嵌套模式，以烏魯木齊機(jī)場（44N，87E）為中心，水平分辨率分別為45 km、15 km、5 km，格點(diǎn)數(shù)分別為 151×131，166×136，112×112，各區(qū)域范圍如圖1所示，垂直方向有27層（MM5模式垂直方向有23層），時間步長分別為150 s、50 s、17 s，輸入GFS全球模式預(yù)報場，將起報時間20時、間隔6 h的GFS模式預(yù)報資料作為模式的初始場和側(cè)邊界條件，每隔3 h輸出一次預(yù)報結(jié)果，積分到48 h結(jié)束。

WRF模式微物理過程采用WSM3簡單冰方案，長波輻射采用rrtm方案，短波輻射采用dudhia方案，近地面層采用Monin-Obukhov方案，陸面過程采用適量擴(kuò)散方案，邊界層采用YSU方案，積云參數(shù)化采用淺對流Kain-Fritsch（new Eta）方案（d03區(qū)不采用積云參數(shù)化方案）。

圖1 模式嵌套區(qū)域示意圖

MM5模式顯式水汽方案選用混合相方案，輻射采用云輻射方案（d02與d03區(qū)不采用輻射方案），邊界層采用MRF PBL方案，積云參數(shù)化采用Grell方案（d03區(qū)不采用積云參數(shù)化方案）。

2 降水預(yù)報質(zhì)量評估

2.1 資料選取

本文對中尺度模式在2009-01-19—2013-03-13之間的降水預(yù)報能力進(jìn)行統(tǒng)計檢驗(yàn)，因?yàn)樾陆畢^(qū)域除了烏魯木齊機(jī)場外都是供航觀測，即觀測資料不是連續(xù)的，同時，烏魯木齊機(jī)場的日降水量是00時至00時，與地面測站不同，所以，全部選取新疆區(qū)域內(nèi)有機(jī)場的地面測站資料來檢驗(yàn)，包括布爾津、阿勒泰、塔城、博樂、克拉瑪依、伊寧、新源、烏魯木齊、吐魯番、阿克蘇、庫車、庫爾勒、喀什、和田、且末和哈密共16個地面測站的降水量作為檢驗(yàn)對象。用當(dāng)日20時起報的d02區(qū)降水預(yù)報中12～36 h的累計24 h降水量與相應(yīng)時段的實(shí)況降水量相對應(yīng)。

2.2 檢驗(yàn)方法

本文運(yùn)用最短距離插值方法將中尺度模式降水預(yù)報格點(diǎn)資料插值到所選站點(diǎn)，根據(jù)中國氣象局制定的《中短期天氣預(yù)報質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》中的降水客觀評分方法進(jìn)行晴雨（雪）檢驗(yàn)，預(yù)報正確率PC，TS評分、空報率FAR、漏報率PO檢驗(yàn)。

預(yù)報正確率為：

式（1）中：NA為有降水預(yù)報正確站（次）數(shù)；NB為空報站（次）數(shù)；NC為漏報站（次）數(shù)；ND為無降水預(yù)報正確的站（次）數(shù)。

TS評分為：

式（2）（3）（4）中：NAk為預(yù)報正確站（次）數(shù)；NBk為空報站（次）數(shù)；NCk為漏報站（次）數(shù)。

2.3 中尺度模式降水檢驗(yàn)分析

總體而言，16個測站晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報正確率PC較好，WRF模式均大于85，MM5模式均大于80，2個模式都有較好的預(yù)報能力。除了伊寧測站，其余測站W(wǎng)RF模式結(jié)果均略好于MM5模式。但是，16個測站的TS評分存在明顯的差異，北疆測站普遍好于南疆、東疆測站，除了伊寧、阿克蘇測站，其余測站W(wǎng)RF模式結(jié)果均略好于MM5模式。對于北疆測站W(wǎng)RF模式，除了克拉瑪依TS評分為53外，其余均大于60，而MM5模式除克拉瑪依TS評分為49外，其余均大于55.南疆測站W(wǎng)RF模式和MM5模式TS評分均低于60.東疆的吐魯番WRF模式TS評分38，MM5模式TS評分28，達(dá)到最低，如圖2（a）所示。對于WRF模式和MM5模式，除了博樂、吐魯番外，其余測站空報率均大于漏報率，北疆測站空報率、漏報率普遍低于南疆、東疆測站，如圖2（b）所示。出現(xiàn)這種情況的主要原因是，在地形條件較為復(fù)雜和幾乎沒有降水的測站，有無降水的預(yù)報誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報能力比較弱。

圖2 16個測站預(yù)報情況

下面對這16個測站按月進(jìn)行降水質(zhì)量評估，從中選擇了比較有代表性的5個站點(diǎn)，其中，北疆為伊寧、烏魯木齊，南疆為阿克蘇、喀什，東疆為哈密。

圖3 伊寧、烏魯木齊的評分、預(yù)報情況

伊寧、烏魯木齊的中尺度模式降水預(yù)報晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報正確率PC均維持較高的水平，振幅在15%左右，而TS評分有較明顯的震蕩趨勢，如圖3所示。

伊寧WRF模式TS評分在7月、11月、12月達(dá)到極大值88～89，3月、6月、9月達(dá)到極小值46～55，而MM5模式TS評分11月達(dá)到極大值90，3月、7月、9月達(dá)到極小值55～59.烏魯木齊WRF模式TS評分在9月達(dá)到極大值80，7月達(dá)到極小值45，MM5模式在1月、4月、11月達(dá)到極大值75～77，7月、8月達(dá)到極小值54，WRF模式TS評分波動幅度均略大于MM5模式。伊寧WRF模式在3月空報率達(dá)到極大值38，6月漏報率達(dá)到極大值48，而在9月漏報率、空報率均處于較高水平，分別對應(yīng)TS評分極小值時期；MM5模式在3月空報率達(dá)到極大值37，7月、9月漏報率達(dá)到極大值33～35，分別對應(yīng)TS評分極小值時期。

WRF模式漏報率高于MM5模式，而空報率低于MM5模式，烏魯木齊WRF模式和MM5模式漏報率均呈現(xiàn)出春秋季最低、冬季次之、夏季最高的特征，說明漏報率隨著月降水量的增加而增加；漏報率和空報率在夏季都維持較高的水平，說明有無降水的預(yù)報誤差比較大，中尺度模式對夏季對流性降水預(yù)報能力比較弱。

圖4 阿克蘇、喀什的評分、預(yù)報情況

阿克蘇、喀什的中尺度模式降水預(yù)報晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報正確率PC在75～97之間，WRF模式要普遍好于MM5模式，而TS評分明顯偏低，均低于71，如圖4所示。

圖5 哈密的評分、預(yù)報情況

阿克蘇WRF模式TS評分在5—6月、9—10月維持較高，在57～63之間，8月達(dá)到極小值29，MM5模式TS評分在5—7月期間維持較高，在58～68之間，4月達(dá)到極小值14；喀什WRF模式TS評分10月達(dá)到極大值71，4月、8月達(dá)到極小值33，MM5模式TS評分也在10月達(dá)到極大值67，在11月達(dá)到極小值29.阿克蘇WRF模式漏報率PO在8月、11—12月達(dá)到極大值44～55，喀什WRF模式漏報率在8—9月達(dá)到極大值47～63，遠(yuǎn)高于其他月份，而WRF模式漏報率普遍高于MM5模式。阿克蘇、喀什2個模式空報率FAR均在1—4月維持較高，而漏報率維持較低，阿克蘇空報率FAR超過50，喀什空報率FAR超過40，并且WRF模式空報率普遍低于MM5模式，空報率普遍遠(yuǎn)高于漏報率。

哈密中尺度模式降水預(yù)報晴雨（雪）檢驗(yàn)預(yù)報正確率PC維持較高，除了8月份，其他月份均高于90，而TS評分均低于80，如圖5所示。哈密2個模式TS評分均在2月達(dá)到極大值，WRF模式在8月、10月達(dá)到極小值，MM5模式在9月達(dá)到極小值，空報率FAR在4—7月下降，7—12月上升，漏報率PO在3—5月下降，5—9月上升。哈密降水稀少，2個模式空報率、漏報率均偏高，說明有無降水的預(yù)報誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報能力比較弱。

3 小結(jié)

2個模式晴雨（雪）預(yù)報正確率PC比較好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、東疆測站TS評分普遍偏低，而空報率、漏報率普遍偏高，同時，空報率普遍高于漏報率。這說明，在地形條件較為復(fù)雜和幾乎沒有降水的測站，有無降水的預(yù)報誤差比較大，中尺度模式降水的預(yù)報能力較弱。北疆測站伊寧、烏魯木齊測站W(wǎng)RF模式漏報率高于MM5模式，而空報率低于MM5模式，漏報率隨著月降水量的增加而增加，對夏季對流性降水預(yù)報能力較弱。南疆阿克蘇、喀什測站TS評分偏低，空報率普遍遠(yuǎn)高于漏報率。東疆哈密測站空報率、漏報率均偏高。

［1］霍文，秦賀，楊蓮梅.新疆T213數(shù)值預(yù)報降水評價［J］.沙漠與綠洲氣象，2010（3）.

［2］秦賀，霍文.T213降水預(yù)報產(chǎn)品在新疆區(qū)域的檢驗(yàn)分析——晴雨檢驗(yàn)［J］.沙漠與綠洲氣象，2009（6）.

［3］秦賀，趙克明，湯浩，等.新疆中強(qiáng)天氣過程GRAPES區(qū)域模式降水預(yù)報檢驗(yàn)［J］.沙漠與綠洲氣象，2010（6）.

［4］竇新英，孫貴成.MM5模式對烏魯木齊地區(qū)冬、春季降水預(yù)報能力檢驗(yàn)［J］.新疆氣象，2001（6）.

P457

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.045

2095－6835（2017）20－0045－04

朱雯娜（1983—），女，主要從事航空氣象方面的工作。

〔編輯：白潔〕