王姝蘇　李敏　丁偉　顧浩

摘要? ? 利用ECMWF、GRAPES_GFS、GRAPES_MESO、JAPAN 4個(gè)模式1～3 d日降水量預(yù)報(bào)結(jié)果，并以2 402個(gè)國家地面氣象觀測站24 h累計(jì)降水量作為觀測資料，基于全國站點(diǎn)進(jìn)行降水預(yù)報(bào)的消空處理，并與直接插值到站點(diǎn)的模式降水預(yù)報(bào)值進(jìn)行對比。結(jié)果表明，經(jīng)過消空處理后，各個(gè)模式不同時(shí)間起報(bào)、不同預(yù)報(bào)時(shí)效無雨空報(bào)的現(xiàn)象相比直接插值都得到明顯改善，因?yàn)榍缬觐A(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，空報(bào)率更低;20：00起報(bào)的直接插值空報(bào)現(xiàn)象更嚴(yán)重，消空處理后空報(bào)現(xiàn)象少于8：00起報(bào)的;GRAPES_MESO是4個(gè)模式中直接插值空報(bào)現(xiàn)象最少的，直接插值空報(bào)現(xiàn)象相對較多的模式經(jīng)過消空處理后空報(bào)現(xiàn)象改善也更明顯。

關(guān)鍵詞? ? 日降水;站點(diǎn);晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率;空報(bào)率;消空

中圖分類號? ? P457.6? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）09-0201-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

數(shù)值預(yù)報(bào)在氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中發(fā)揮著越來越重要的作用，成為預(yù)報(bào)員日常預(yù)報(bào)不可或缺的參考產(chǎn)品。相比其他要素，降水存在不連續(xù)性、非正態(tài)分布的特點(diǎn)，因而一直是預(yù)報(bào)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)也是生產(chǎn)生活關(guān)注的熱點(diǎn)[1-3]。數(shù)值模式的降水預(yù)報(bào)結(jié)果常存在空報(bào)、漏報(bào)的現(xiàn)象，影響了預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率[4-6]。

對數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后處理，可以較大程度地提高預(yù)報(bào)技巧[7-8]。王亞男等[9]利用統(tǒng)計(jì)降水尺度方法有效改進(jìn)了TIGGE各中心模式直接插值的日降水量預(yù)報(bào)效果。李? 俊等[10]基于AREM模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，研究發(fā)現(xiàn)頻率匹配法能顯著改善模式日降水預(yù)報(bào)中雨量和雨區(qū)范圍的系統(tǒng)性偏差，訂正后降水預(yù)報(bào)的范圍和平均強(qiáng)度與實(shí)況更加接近。劉綠柳等[11]采用百分位訂正方法對全球氣候模式（GCM）輸出的日降水量進(jìn)行了處理，減小了降水量偏差。王佳津等[12]基于T639模式建立最優(yōu)多因子降尺度降水預(yù)報(bào)模型，發(fā)現(xiàn)對日降水量的預(yù)報(bào)效果優(yōu)于T639模式直接輸出的結(jié)果。

“有雨或無雨”的定性降水預(yù)報(bào)在天氣預(yù)報(bào)中備受關(guān)注，本文針對模式預(yù)報(bào)存在的無雨空報(bào)現(xiàn)象進(jìn)行研究，運(yùn)用預(yù)報(bào)中常用的4種數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，通過消空處理，提高“有雨或無雨”的定性降水預(yù)報(bào)技巧。

1? ? 資料與方法

1.1? ? 資料來源

本文采用的預(yù)報(bào)資料是ECMWF、GRAPES_GFS、GRAPES_ MESO、JAPAN 4個(gè)模式24 h累計(jì)降水量預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)段取2018年5月1日至9月30日，起報(bào)時(shí)間為8：00和20：00（北京時(shí)間），預(yù)報(bào)時(shí)效為24～72 h，預(yù)報(bào)間隔24 h，空間范圍取東經(jīng)70°～140°、北緯15°～55°，空間分辨率依次分別為0.125°×0.125°、0.25°×0.25°、0.1°×0.1°、0.5°×0.5°。

觀測資料是全國范圍內(nèi)2 402個(gè)國家地面氣象觀測站24 h累計(jì)降水量，觀測時(shí)段取與預(yù)報(bào)資料相對應(yīng)的2018年5月2日至10月3日的8：00和20：00。

1.2? ? 研究方法

1.2.1? ? 消空方法。對于每個(gè)站點(diǎn)，將模式預(yù)報(bào)值與實(shí)況值進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)無雨日的模式雨量，按大小排序，選取一個(gè)臨界值，雨量低于臨界值設(shè)為無雨。為了有效減少無雨空報(bào)的現(xiàn)象，并使處理后的漏報(bào)也盡量減少，本文選取雨量臨界值使無雨空報(bào)現(xiàn)象減少90%。消空處理方法主要是針對小雨空報(bào)問題，并不會(huì)影響其他量級降水的預(yù)報(bào)結(jié)果。

1.2.2? ? 檢驗(yàn)方法。

式中：PC為晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，NA為降水預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)，NB為空報(bào)的站（次）數(shù)，NC為漏報(bào)的站（次）數(shù)，ND為無降水預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)。

式中：FAR是降水空報(bào)率，NA是預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)，NB是空報(bào)的站（次）數(shù)。

2? ? 結(jié)果與分析

將4個(gè)模式的降水預(yù)報(bào)值利用雙線性插值的方法統(tǒng)一插值到全國2 402個(gè)國家地面氣象觀測站點(diǎn)上，然后利用消空方法對模式預(yù)報(bào)值進(jìn)行處理，并與直接雙線性插值的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行對比，計(jì)算晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，4個(gè)模式直接插值到站點(diǎn)的預(yù)報(bào)結(jié)果與觀測資料相比，晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率各有差異，GRAPES_MESO在各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均相對較高，ECMWF和GRAPES_GFS的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率比較相近;8：00起報(bào)的4個(gè)模式晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在1～3 d預(yù)報(bào)時(shí)效均高于20：00起報(bào)的;GRAPES_MESO和JAPAN模式隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的延長，晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不斷減小，而且JAPAN在24 h預(yù)報(bào)時(shí)效的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯高于48 h和72 h，而ECMWF和GRAPES_GFS 2個(gè)模式晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效相差不大。經(jīng)過消空處理后，4個(gè)模式8：00和20：00起報(bào)的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效都有明顯的提高，20：00起報(bào)的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提高程度均大于8：00起報(bào)的。GRAPES_MESO經(jīng)過消空處理后，晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高程度是4個(gè)模式中最小的，但晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率仍然是4個(gè)模式中最高的。

為了進(jìn)一步研究消空處理對降水空報(bào)現(xiàn)象的改進(jìn)情況，圖2分別計(jì)算了4個(gè)模式8：00、20：00起報(bào)的直接插值和消空處理后無雨的空報(bào)率。將直接插值的預(yù)報(bào)結(jié)果與觀測資料進(jìn)行對比，4個(gè)模式8：00起報(bào)的降水空報(bào)率均小于20：00起報(bào)的;GRAPES_MESO是4個(gè)模式中空報(bào)率在各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效都相對最小的，ECMWF和GRAPES_GFS的空報(bào)率在各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效都比較接近，JAPAN在24 h預(yù)報(bào)時(shí)效的空報(bào)率明顯小于48 h和72 h預(yù)報(bào)時(shí)效的。經(jīng)過消空處理，4個(gè)模式8：00、20：00起報(bào)的降水空報(bào)率都在20%上下，相比直接插值在各個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效也都有了明顯的減小，空報(bào)現(xiàn)象得到了較大的改善;直接插值空報(bào)率相對較高的模式經(jīng)過消空處理，空報(bào)率的減小幅度也相對更大。

3? ? 結(jié)論

本文利用消空方法對ECMWF、GRAPES_GFS、GRAPES_ MESO、JAPAN 4個(gè)模式8：00和20：00起報(bào)的日累計(jì)降水量進(jìn)行了處理，并與直接插值到站點(diǎn)的模式預(yù)報(bào)值進(jìn)行對比，得出以下結(jié)論。

（1）經(jīng)過消空處理后，各個(gè)模式相比直接插值，不同時(shí)間起報(bào)、不同預(yù)報(bào)時(shí)效的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都有了明顯的提高，無雨的空報(bào)率也明顯減小，無雨空報(bào)的現(xiàn)象得到了明顯的改善。

（2）總體來看，各模式在1～3 d預(yù)報(bào)時(shí)效20：00起報(bào)直接插值的空報(bào)現(xiàn)象相比8：00更嚴(yán)重，因?yàn)?0：00起報(bào)的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更低，空報(bào)率更高;經(jīng)過消空處理后，各個(gè)模式在大多數(shù)預(yù)報(bào)時(shí)效20：00起報(bào)的空報(bào)現(xiàn)象少于8：00起報(bào)的，20：00起報(bào)的空報(bào)改善情況比8：00更明顯。

（3）就直接插值結(jié)果看，GRAPES_MESO是4個(gè)模式中空報(bào)現(xiàn)象最少的，經(jīng)過消空處理后，ECMWF是4個(gè)模式中空報(bào)現(xiàn)象最少的。直接插值空報(bào)現(xiàn)象相對嚴(yán)重的模式經(jīng)過消空處理后的空報(bào)改善情況更明顯。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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