陳勇 王小虎 劉東

（重慶市黔江區(qū)氣象局，黔江 400900）

0 引言

隨著預報技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值預報產(chǎn)品在預報制作中起到非常重要的作用，國內(nèi)有許多對多種數(shù)值預報模式進行過釋用分析和對比的研究：如張宏芳等發(fā)現(xiàn)，ECMWF模式24 h晴雨，暴雨預報總體評分高于JAPAN模式；張寧娜等發(fā)現(xiàn)，降水預報中，GERMAN對中國東北地區(qū)的晴雨預報、一般性降水預報效果較好，而T639數(shù)值預報中的24～120 h的暴雨預報的TS評分明顯高于GERMAN降水預報；張建海等發(fā)現(xiàn)，對中雨及以下量級的降水預報，JMH和中央氣象臺降水預報準確率較高，但對大雨及以上量級降水預報，各種方法均不太理想；蔡薌寧等發(fā)現(xiàn)，通過中期預報性能檢驗，從整體角度看，各種數(shù)值預報產(chǎn)品預報準確率隨時間變化逐步降低，但ECMWF預報效果相對較穩(wěn)定；袁冬美等發(fā)現(xiàn)，通過對ECMWF、T639、GRAPES-GFS、GTEJ等4種模式降水檢驗發(fā)現(xiàn)，對于秋季、冬季降水預報，ECMWF、GTEJ參考性較強。

黔江區(qū)地處重慶市東南部，位于武陵山區(qū)腹地，東臨咸豐、西接彭水、南連酉陽、北接利川，整個武陵山區(qū)域具有明顯的氣候相似性，為典型的山地氣候，故主要以黔江為代表，所需氣象資料便于收集整理。同時，因山地氣候曾有十里不同天的說法，預報員在制作天氣預報時，晴雨預報往往難以把握，面對不同的數(shù)值預報產(chǎn)品也很難取舍，迫切需要知道哪種模式在降水預報中性能較好，可信度高。特別是汛期（5—9月）大雨以上的系統(tǒng)性較強降水過程以及無系統(tǒng)影響的武陵山地區(qū)午后局地性較強的對流性降水過程，對開始時間、結(jié)束時間、量級等的預報到底哪一家模式參考價值較大，對此研究有非常重要的意義。同時武陵山區(qū)地緣關系非常密切，自然條件、生態(tài)環(huán)境、氣候條件等區(qū)域自然環(huán)境非常相似，即所謂的山同脈、水同源，其數(shù)值預報檢驗結(jié)果應該對本區(qū)域的其他區(qū)縣站點有非常好的借鑒意義。因此做好數(shù)值預報產(chǎn)品降水預報性能檢驗分析，進一步掌握不同數(shù)值預報模式的預報性能及誤差特征，以便能更好地制作本地天氣預報，提高預報準確率和精細化服務水平。

本文主要是采用中國局下發(fā)的MICAPS4.5中的ECMWF、GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN產(chǎn)品中的降水預報產(chǎn)品與對應格點黔江（108°47′E，29°32′N）進行檢驗，有效時段按照現(xiàn)行的業(yè)務質(zhì)量考核中僅僅檢驗24～48 h小時降水預報即可。

1 資料與方法

本文主要選取2018年3月—2019年6月中國氣象局下發(fā)的MICAPS4.5中的ECMWF、GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN等降水產(chǎn)品資料，起報時間為20：00，預報時效24～48 h作為檢驗對象，實況資料選取黔江本站的降水實測資料，如果資料缺測則該日不參加檢驗。由于ECMWF、GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN等降水格點資料分辨率與黔江站點并非一一對應，為了方便檢驗，將預報產(chǎn)品通過雙線性插值法插值到黔江本站，建立降水產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)庫，然后與實況再進行質(zhì)量檢驗。

具體檢驗標準為：將24 h、48 h雨量劃分為0.1～9.9 mm、10～24.9 mm、25～49.9 mm、50 mm以上。其中晴雨預報不作分級檢驗，如模式預報24 h、48 h有降水，則實況24 h、48 h分別出現(xiàn)0.1 mm以上為正確，否則為空報；如預報無降水，出現(xiàn)0.1 mm以上則為漏報。

應用相關系數(shù)法、TS評分及均方根誤差等統(tǒng)計方法，按照預報考核的四季劃分為：冬季（12—次年2月）、春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月），檢驗分析各模式20時起報的24～48 h預報與實況的相關系數(shù)、TS評分及均方根誤差。

2 檢驗結(jié)果與分析

2.1 相關系數(shù)分析

結(jié)果表明（表1）：ECMWF、GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN等20時起報的降水預報資料均與實況降水資料的相關系數(shù)在24～48 h都在0.8197以上，其中ECMWF最高可達0.9678，均能通過

α

=0.001信度檢驗，表明預報與實況有非常顯著的相關性。

表1 不同數(shù)值預報模式要數(shù)格點預報與實況的相關系數(shù)Table 1 Correlation coefficients between grid point prediction and real observation should be counted for various numerical prediction models

幾種模式24～48 h相關系數(shù)以秋季、冬季最高、春季次之、夏季最低，表現(xiàn)出相當?shù)囊恢滦裕卜锨絽^(qū)總體氣候規(guī)律。從預報時效看，隨著預報時效性延長，48 h預報相關系數(shù)均小于24 h相關系數(shù)，均有一致性。

從模式預報效能看，EC模式不論春季、夏季、秋季、冬季等降水預報產(chǎn)品的相關性均優(yōu)于其他模式，GRAPES-GFS次之。從預報員實際業(yè)務運用模式情況看，JAPAN、GERMAN等模式參考性不強。

2.2 均方根誤差分析

均方根誤差是預測值與實況值偏差的平方與樣本次數(shù)

N

比值的平方根，能夠反映一個數(shù)據(jù)集的離散程度，能夠很好檢驗模式性能。ECMWF、GRAPESGFS、JAPAN、GERMAN等20時起報的降水預報資料與實況降水資料的24～48 h均方根誤差見表2。

表2 不同數(shù)值預報模式要數(shù)格點預報與實況的均方根誤差Table 2 The root mean square error of numerical forecast model and actual

表2 顯示：從季節(jié)上看，秋季、冬季各家模式預報出來的降水，均相對于春季、夏季等均方根誤差要小，體現(xiàn)了模式的一致性，冬季最小、其次是秋季。從各家模式本身均方根誤差來看，24 h EC要優(yōu)于GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN等模式預報，各季誤差在2.4%～10.3%，48 h春季GRAPES-GFS要優(yōu)于EC、JAPAN、GERMAN，但其他季節(jié)，EC仍然優(yōu)于其他模式。

2.3 TS評分檢驗分析

對各家模式降水檢驗，按照市局業(yè)務規(guī)定進行。公式為：

其中

NA

為正確次數(shù)、

NB

漏報次數(shù)、

NC

為空報次數(shù)。這里規(guī)定24～48 h晴雨預報只要雨量大于0.1 mm就算正確，結(jié)果如表3。

結(jié)果表明，晴雨預報TS評分EC最高為62%，最小為JAPAN的49%，因此EC總體仍然優(yōu)于GRAPESGFS、JAPAN、GERMAN模式預報，在制作晴雨預報時，有一定的參考價值。

雖然TS評分有較大差別，0.1～9.9 mm小雨量級的降水預報各家模式卻表現(xiàn)出較好的一致性，均高于其他量級預報，最高EC達到80%；但≥50.0 mm預報GRAPES-GFS達到70%，明顯優(yōu)于其他模式，參考價值較高。

從降水季節(jié)看，夏季TS評分普遍較低，但秋季TS評分也表現(xiàn)出較好的一致性，較其他季節(jié)高；夏季TS評分也表現(xiàn)出較好的一致性，較其他季節(jié)低。

48 h降水預報（表略）與24 h預報（表3）一樣，各家模式秋季、夏季降水及0.1～9.9 mm均能表現(xiàn)出較好的一致性，但隨著時間的推移，48 h EC晴雨TS評分也能夠達到60%，與其他模式差距開始顯現(xiàn)，特別是≥50 mm雨量預報，EC反而從24小時的44%上升到70%，其他模式則顯著下降，因此EC仍然具有參考價值。

表3 不同數(shù)值預報模式降水檢驗結(jié)果（24 h）Table 3 Precipitation test results of different numerical forecast models (24 hours)

3 結(jié)語

1）EC、GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN等模式降水預報產(chǎn)品與本站實況均具有顯著的相關性，也具有一致性。秋冬季最高、春季次之、夏季最低，但各家模式也有不同的差異，EC模式相關性仍然要優(yōu)于其他模式。

2）各家模式降水預報產(chǎn)品與本站實況的均方根誤差從季節(jié)上看，秋季、冬季等各家模式預報出來的降水冬季最小，其次是秋季，而春季、夏季等均方根誤差要大一些，體現(xiàn)出了模式的一致性和本地的一些氣候規(guī)律。從各家模式本身均方根誤差來看，24 h EC要優(yōu)于GRAPES-GFS、JAPAN、GERMAN等模式預報，48 h春季GRAPES-GFS要優(yōu)于EC、JAPAN、GERMAN，但其他季節(jié)，EC仍然優(yōu)于其他模式。

3）各家模式降水預報產(chǎn)品中，EC TS評分不論24 h還是48 h，晴雨預報均能達到60以上，具有很好的參考價值。GRAPES-GFS可以在24 h≥50 mm以上量級預報時能夠達到70%，但隨著時間推移，模式差距越來越明顯，EC在24 h≥50 mm以上量級TS評分還在上升，JAPAN和GERMAN模式在晴雨及其他預報參考價值均不理想，因此在預報業(yè)務工作中，當各類數(shù)值預報模式不一致時，要適當傾向于參考性較強的預報模式，幫助主觀判斷，做出最接近實況的預報。因資料年限太短，故樣本數(shù)據(jù)不多，因此還需要在今后的工作中多檢驗，預報員在制作預報時還必須結(jié)合各類資料分析才能進一步搞準預報，提高預報準確率和服務水平。