徐鳳英

摘 要：分析高分辨率數(shù)值模式溫度和降水預(yù)報(bào)在駐馬店地區(qū)的預(yù)報(bào)效果和誤差特點(diǎn)，為該地區(qū)精細(xì)化預(yù)報(bào)訂正提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。利用該地區(qū)31個(gè)考核站2020—2021年地面實(shí)況資料，對(duì)其四季溫度以及汛期降水的數(shù)值模式預(yù)報(bào)的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)及對(duì)比分析。結(jié)果表明：最高溫度預(yù)報(bào)EC優(yōu)于GRAPES，最低溫度預(yù)報(bào)則略高于GRAPES;GRAPE最高、最低溫度預(yù)報(bào)較實(shí)況以偏低特征為主。EC預(yù)報(bào)冬季高溫度預(yù)報(bào)東部偏高，其他季節(jié)偏低;最低溫度夏季偏差特征不明顯，其他季節(jié)偏高。晴雨及小雨TS評(píng)分中尺度區(qū)域模式優(yōu)勢(shì)明顯，EC對(duì)于中雨、大雨量級(jí)預(yù)報(bào)有一定預(yù)報(bào)優(yōu)勢(shì);對(duì)于暴雨量級(jí)降水，EC和MESO預(yù)報(bào)效果優(yōu)。

關(guān)鍵詞：溫度;降水;模式預(yù)報(bào);檢驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：P459.9 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）6-0117-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.027

Multi-Model Comparative Examination of Temperature and Precipitation Forecast in Zhumadian

XU Fengying

（Zhumadian Meteorological Bureau， Zhumadian 463000， China）

Abstract： The results and error characteristics of temperature and precipitation forecast by high resolution numerical model in Zhumadian are analyzed， which provides scientific and reliable basis for refinement correction forecast in this area. Based on the ground observation data of 31 assessment stations in the region from 2020 to 2021， the products of numerical model forecast for temperature in four seasons and precipitation in flood season were examined and compared. The results show that， the maximum temperature forecast EC is better than GRAPES， while the minimum temperature forecast EC is slightly higher than GRAPES. GRAPE the forecast of maximum and minimum temperature is mainly lower than the actual one. EC forecast high temperature in winter is the highest in the eastern part of the country， while it is lower in other seasons. The deviation of minimum temperature is not obvious in summer， but high in other seasons. The TS score of sunny or rainy days has obvious advantages in mesoscale regional model， and EC has certain advantages in forecasting moderate and heavy rain magnitude. For rainstorm， EC and MESO have excellent forecasting effects.

Keywords： temperature; precipitation; model prediction; inspection

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)精細(xì)化預(yù)報(bào)的需求不斷提升，大量模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中[1-6]，雖然大多數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品在應(yīng)用中有很高的參考價(jià)值，但是主要?dú)庀笠氐木?xì)化預(yù)報(bào)結(jié)果還是不可避免地存在一些誤差[7]，研究誤差特征及其規(guī)律可以對(duì)現(xiàn)有模式做出訂正。

駐馬店市位于河南省中南部，地處淮河上游的丘陵平原地區(qū)，其地勢(shì)特點(diǎn)是西高東低，模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在山區(qū)與平原地區(qū)表現(xiàn)不同。駐馬店市處在亞熱帶與暖溫帶的過(guò)渡地帶，溫度與降水（特別是暴雨）的變化對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)重要影響。因此，加強(qiáng)駐馬店市地區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的研究，對(duì)科學(xué)指導(dǎo)社會(huì)公眾特別是種植大戶應(yīng)對(duì)天氣變化，減少災(zāi)害損失具有特別重要的意義。本研究主要針對(duì)2020年溫度以及汛期9次暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，為駐馬店地區(qū)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)訂正提供相應(yīng)的依據(jù)，以期為駐馬店市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 檢驗(yàn)方法及對(duì)象

1.1 溫度

溫度的檢驗(yàn)方法主要有兩種，一是2 ℃準(zhǔn)確率，二是偏高-偏低頻次檢驗(yàn)，方法如下。

1.1.1 準(zhǔn)確率。

2 ℃準(zhǔn)確率：[TTK=NrKNfK×100%]

其中，NrK為預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)，NfK為預(yù)報(bào)的總站（次）數(shù)。溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的實(shí)際含義是溫度預(yù)報(bào)誤差≤2℃的百分率。

1.1.2 偏高-偏低頻次。對(duì)于預(yù)報(bào)偏差在2 ℃以上的站（次），計(jì)算偏高次數(shù)與偏低次數(shù)的差值，表征統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)某站點(diǎn)溫度預(yù)報(bào)的顯著偏高、偏低特征。

1.2 降水

降水的檢驗(yàn)方法主要有兩種，一是3 h及24 h累積降水統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，二是3 h降水頻次和強(qiáng)度檢驗(yàn)，方法如下。

1.2.1 3 h及24 h累積降水統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分類(lèi)如表1所示。

對(duì)晴雨（雪）檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)正確率：

[PC=NA+NDNA+NB+NC+ND×100%]

對(duì)分級(jí)降水檢驗(yàn)，TS評(píng)分：

[TSk=NAkNAk+NBk+NCk×100%]

降水預(yù)報(bào)BIAS偏差幅度：[B=NA+NBNA+NC]

1.2.2 3 h降水頻次和強(qiáng)度檢驗(yàn)。3 h降水頻次檢驗(yàn)：

[RFH=Nrain（h）Nsample（h）×100]

其中，Nrain為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)h時(shí)刻的有效降水時(shí)數(shù)（降水量≥0.1 mm/h），Nsample為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)h時(shí)刻的總非缺測(cè)樣本數(shù)。

3 h降水強(qiáng)度檢驗(yàn)：[RIH=Arain（h）Nrain（h）]

其中，Arain為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)h時(shí)刻的累積降水量，Nrain為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)h時(shí)刻的有效降水時(shí)數(shù)（降水量≥0.1 mm/h）。

1.3 檢驗(yàn)對(duì)象

溫度檢驗(yàn)對(duì)象包括ECMWF_HR（EC）、GRAP-ES_GFS（GRAPES）兩個(gè)全球模式。溫度檢驗(yàn)時(shí)段為2020年3月—2021年2月。檢驗(yàn)時(shí)效24 h、48 h分別對(duì)應(yīng)數(shù)值模式預(yù)報(bào)12—36 h、36—60 h預(yù)報(bào)時(shí)段。溫度及降水檢驗(yàn)站點(diǎn)為駐馬店地區(qū)包括國(guó)家站及骨干站共31個(gè)考核站。

降水檢驗(yàn)對(duì)象包括ECMWF_HR（EC）、GRAP-ES_GFS（GRAPES）兩個(gè)全球模式及GRAPES_MESO_HR（MESO）、SHANGHAI_MR（華東9km）兩個(gè)區(qū)域模式。降水檢驗(yàn)時(shí)段包括：2020年汛期（5—9月）、2020年駐馬店地區(qū)9次暴雨過(guò)程，分別為7月21—22日、22—23日，8月1—2日、7—8日、8—9日、12—13日、19—20日、20—21日，9月20—21日。

2 溫度檢驗(yàn)

從駐馬店地區(qū)2 ℃準(zhǔn)確率檢驗(yàn)整體結(jié)果來(lái)看（見(jiàn)圖1），EC對(duì)于最高溫度預(yù)報(bào)明顯優(yōu)于GRAPES，最低溫度預(yù)報(bào)則略高于GRAPES;駐馬店中東部、北部地區(qū)預(yù)報(bào)偏差優(yōu)于西部、南部。

從模式預(yù)報(bào)偏差特征來(lái)看，GRAPES以最高溫度預(yù)報(bào)較實(shí)況偏低特征為主，其對(duì)駐馬店地區(qū)東南部地區(qū)最高溫度預(yù)報(bào)偏差略小于其他地區(qū);對(duì)于最低溫度預(yù)報(bào)，GRAPES對(duì)于北部、東南部部分站點(diǎn)預(yù)報(bào)偏高，其他大部分預(yù)報(bào)偏低。EC預(yù)報(bào)主要偏差特征為：冬季對(duì)于東部地區(qū)最高溫度預(yù)報(bào)偏高，其他季節(jié)各地區(qū)均以偏低為主;對(duì)于最低溫度，除夏季偏差特征不明顯以外，其他季節(jié)均以預(yù)報(bào)偏高為主。

3 汛期降水檢驗(yàn)

3.1 駐馬店地區(qū)2020年5—9月降水檢驗(yàn)

從5—9月的24 h累積降水檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看（見(jiàn)圖2），晴雨準(zhǔn)確率及小雨TS評(píng)分中尺度區(qū)域模式優(yōu)勢(shì)明顯，EC對(duì)于中雨、大雨量級(jí)預(yù)報(bào)有一定預(yù)報(bào)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于暴雨量級(jí)降水，EC和MESO預(yù)報(bào)效果優(yōu)于另外兩個(gè)模式。

從駐馬店5—9月24 h預(yù)報(bào)時(shí)效暴雨TS評(píng)分區(qū)域分布來(lái)看（見(jiàn)圖3），兩個(gè)全球模式對(duì)于東南部暴雨預(yù)報(bào)效果較好，而中尺度模式對(duì)于西北部區(qū)域暴雨降水預(yù)報(bào)評(píng)分較高。

3.2 駐馬店地區(qū)2020年汛期9次暴雨過(guò)程24 h降水檢驗(yàn)

從9次暴雨過(guò)程的檢驗(yàn)評(píng)分來(lái)看（見(jiàn)圖4），對(duì)于晴雨準(zhǔn)確率、小雨預(yù)報(bào)中尺度區(qū)域模式較優(yōu)，對(duì)于大雨預(yù)報(bào)GRAPES預(yù)報(bào)優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)于暴雨預(yù)報(bào)則MESO評(píng)分最高。

結(jié)合9次過(guò)程暴雨量級(jí)24 h預(yù)報(bào)的BIAS評(píng)分來(lái)看（圖略），對(duì)于暴雨量級(jí)降水，兩個(gè)中尺度模式預(yù)報(bào)落區(qū)明顯較實(shí)況偏大，而GRAPES則明顯較實(shí)況偏小。

3.3 駐馬店地區(qū)2020年汛期9次暴雨過(guò)程3 h降水精細(xì)化檢驗(yàn)

對(duì)駐馬店9次暴雨過(guò)程24 h預(yù)報(bào)時(shí)效逐3 h的累積降水預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GRAPES對(duì)于3 h降水量大于20 mm的強(qiáng)降水幾乎沒(méi)有預(yù)報(bào)能力（圖略）。

駐馬店24 h預(yù)報(bào)時(shí)效3 h累計(jì)降水頻率檢驗(yàn)結(jié)果分析，EC與GRAPES對(duì)于駐馬店中西部地區(qū)預(yù)報(bào)降水頻率明顯大于實(shí)況降水，這說(shuō)明全球模式的24 h累積降水量的預(yù)報(bào)能力主要是其對(duì)于降水時(shí)次的預(yù)報(bào)偏多造成的。而區(qū)域模式對(duì)于降水頻次預(yù)報(bào)的把握相對(duì)較好，其中MESO優(yōu)于華東9 km模式（圖略）。

駐馬店24 h預(yù)報(bào)時(shí)效3 h累計(jì)降水強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果顯示，EC與GRAPES對(duì)于駐馬店西北部地區(qū)預(yù)報(bào)降水強(qiáng)度弱于實(shí)況降水，而區(qū)域模式對(duì)于東南部地區(qū)降水強(qiáng)度預(yù)報(bào)較實(shí)況明顯偏強(qiáng)（圖略）。

4 結(jié)語(yǔ)

溫度檢驗(yàn)表明，EC對(duì)于最高溫度預(yù)報(bào)明顯優(yōu)于GRAPES，最低溫度預(yù)報(bào)則略高于GRAPES，駐馬店中東部、北部地區(qū)預(yù)報(bào)偏差優(yōu)于西部、南部。EC預(yù)報(bào)主要偏差特征為：冬季對(duì)于東部地區(qū)最高溫度預(yù)報(bào)偏高，其他季節(jié)各地區(qū)均以偏低為主;對(duì)于最低溫度，除夏季偏差特征不明顯以外，其他季節(jié)均以預(yù)報(bào)偏高為主。

降水檢驗(yàn)結(jié)果顯示，晴雨準(zhǔn)確率及小雨TS評(píng)分中尺度區(qū)域模式優(yōu)勢(shì)明顯，EC對(duì)于中雨、大雨量級(jí)預(yù)報(bào)有一定預(yù)報(bào)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于暴雨量級(jí)降水，EC和MESO預(yù)報(bào)效果優(yōu)于其他模式;全球模式在東南部預(yù)報(bào)效果較好，總體落區(qū)偏差更小，而中尺度模式對(duì)于西北部區(qū)域暴雨降水預(yù)報(bào)評(píng)分較高，但是預(yù)報(bào)落區(qū)明顯較實(shí)況偏大。

分析主要高分辨率模式溫度和降水預(yù)報(bào)在駐馬店地區(qū)的預(yù)報(bào)效果和誤差特點(diǎn)，填補(bǔ)了本地模式預(yù)報(bào)檢驗(yàn)的空白，為該地區(qū)精細(xì)化預(yù)報(bào)訂正提供更加科學(xué)、可靠的依據(jù)，為本地精細(xì)化預(yù)報(bào)、精細(xì)化服務(wù)提供更有針對(duì)性的科學(xué)決策依據(jù)。

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