唐思瑜，沙天陽，涂靜，張華龍，羅聰，黃曉瑩

（廣東省氣象臺，廣東廣州 510640）

2022年“龍舟水”期間［1］，廣東省平均降水量514.5 mm，較歷史同期偏多54%，是有氣象記錄以來的第3多，且期間每日均有區(qū)縣出現(xiàn)暴雨，其中有26 d出現(xiàn)大暴雨、12 d出現(xiàn)特大暴雨；龍舟水空間分布嚴(yán)重不均，呈現(xiàn)異常的“北多南少”態(tài)勢，主要降水區(qū)高度集中在粵北的市縣，其中6月13—21日，廣東省持續(xù)9 d出現(xiàn)了大范圍強(qiáng)降水，具有“降水時間長、累計雨量大、暴雨落區(qū)重疊、多種災(zāi)害疊加”的特點。

多年來，數(shù)值預(yù)報的模式及產(chǎn)品釋用對預(yù)報準(zhǔn)確率的提高起到了非常重要的作用［2-3］，但同一模式對不同天氣過程、不同模式對同一個要素預(yù)報的結(jié)果也均有差異，因此，天氣過程結(jié)束后對數(shù)值模式的評估就顯得非常必要，本研究以歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）、中國氣象局全球集合預(yù)報系統(tǒng)（CMA-GFS）和中國氣象局廣東模式（CMA-GD）在2022年“龍舟水”期間的表現(xiàn)為研究對象，評估其對此類持續(xù)性強(qiáng)降水天氣的預(yù)報能力，為業(yè)務(wù)預(yù)報提供參考。

1 資料和方法

本研究評估對象為全球模式ECMWF、CMA-GFS與區(qū)域模式CMA-GD（表1），采用最近格點法得到站點降水預(yù)報，評估時段為2022年5月21日—6月21日（業(yè)務(wù)上“龍舟水”定義是5月21日到6月20日［4］，但考慮今年的強(qiáng)降水實際情況，本研究統(tǒng)計至6月21日），起報時間為每日20：00（北京時，下同）。Roebber檢驗［5］實況為86個國家站的日累計降水量。

表1 評估對象說明

為避免遺漏主雨帶位于相鄰省份，而廣東省內(nèi)亦有明顯降水的過程，采用MODE（基于對象診斷的空回方法）進(jìn)行空間檢驗［6］時選取華南范圍（100°E—125°E，15°N—30°N），實況為融合降水分析產(chǎn)品（CMPA）（5 km×5 km分辨率）的三源融合24 h雨量資料，預(yù)報取模式24～48 h時效，將模式均插值至5 km×5 km分辨率后再進(jìn)行計算。空間檢驗算法中高斯閾值38 mm、對象閾值50 mm、有效對象最少格點數(shù)300個、搜索半徑20 km、幾何中心最小距離50 km、最大距離500 km。

另外，需要說明的是，5月23日，6月5、6、16、17日共5 d因模式部分時次數(shù)據(jù)缺失，不納入本研究的統(tǒng)計。

2 各模式分級降水評分

從整個“龍舟水”期間Roebber檢驗（圖1）來看，隨著雨量量級的增大，各模式的相應(yīng)TS評分均明顯下降；ECMWF在中雨及以上和大雨及以上量級的各個預(yù)報時效內(nèi)TS評分最高、CMA-GD次之、CMA-GFS最低，且隨著預(yù)報時效的延長，3家模式對這兩個量級降水的預(yù)報能力基本呈下降趨勢。

圖1 中雨及以上（a）、大雨及以上（b）、暴雨及以上（c）不同預(yù)報時效與不同模式產(chǎn)品Roebber檢驗

在暴雨及以上量級降水的預(yù)報能力方面，CMA-GD的TS評分最優(yōu)、ECMWF次之、CMAGFS在提前168 h以上的時效內(nèi)對暴雨以上降水預(yù)報能力很有限；另外，ECMWF在96～192 h預(yù)報時效內(nèi)，對暴雨以上降水的預(yù)報能力反而高于更臨近的預(yù)報。

從相對誤差（BIAS）來看，CMA-GD在其所有預(yù)報時效內(nèi)，對各不同量級降水的BIAS均處在較為合理的區(qū)間；而ECMWF僅對大雨及以上量級的預(yù)報誤差相對合理，對于中雨及以上和暴雨及以上降水的預(yù)報分別為空報和漏報偏多；CMA-GFS則在各量級降水的預(yù)報中，均表現(xiàn)為漏報明顯偏多。

3 各模式暴雨日預(yù)報能力

當(dāng)前，主客觀預(yù)報對于小范圍或分散暴雨的預(yù)報能力非常有限。通常來說，較大范圍的強(qiáng)降水過程對生產(chǎn)生活的影響更大，因此本研究參照廣東省氣象臺中期預(yù)報服務(wù)實際經(jīng)驗，當(dāng)廣東省內(nèi)有不少于4個相鄰站點的日雨量達(dá)到暴雨（50 mm）以上量級時，則定義當(dāng)日為1個暴雨日。當(dāng)實況和預(yù)報同時滿足暴雨日標(biāo)準(zhǔn)時（不要求落區(qū)一致），認(rèn)為模式命中暴雨日的預(yù)報。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，龍舟水期間共有11個暴雨日，各模式的命中與空報情況如圖2所示，CMA-GD在96 h內(nèi)，對暴雨日命中次數(shù)最多的同時空報也最多；ECMWF和GFS在幾乎所有預(yù)報時效內(nèi)，對暴雨日的空報次數(shù)差別都不大，但除個別預(yù)報時效外，EC的命中次數(shù)均明顯多于CMAGFS，即ECMWF在幾乎所有預(yù)報時效內(nèi)，對暴雨日的預(yù)報能力均優(yōu)于CMA-GFS。

圖2 全省暴雨日客觀模式的命中及空報

另外，值得關(guān)注的是，ECMWF在96～168 h的預(yù)報時效內(nèi)，暴雨日命中次數(shù)多于更臨近的預(yù)報，即ECMWF對于暴雨日的預(yù)報，并不一定越臨近越準(zhǔn)確，而提前幾天的預(yù)報可能更具參考性。

4 暴雨空間檢驗評估

為更加客觀的比較各模式在龍舟水過程中降水預(yù)報的強(qiáng)度、落區(qū)偏差程度，本研究應(yīng)用MODE空間檢驗算法，提取降水實況和預(yù)報暴雨對象的中心、面積（格點數(shù)）、平均強(qiáng)度和極大值4個指標(biāo)，以模式預(yù)報華南范圍24～48 h為例，評估當(dāng)預(yù)報與實況對象成功匹配，且實況對象影響到廣東省范圍的降水過程。

排除模式數(shù)據(jù)缺失日期及空漏報過程后，CMA-GD和ECMWF模式均提取到7次匹配過程，而CMA-GFS僅有2次，其預(yù)報偏弱且以漏報為主。如圖3a-b所示，CMA-GD預(yù)報平均強(qiáng)度略偏強(qiáng)，但相對ECMWF有更多的預(yù)報樣本接近實況，在極大值預(yù)報上也表現(xiàn)相對較好，7次過程中有5次預(yù)報接近實況；ECMWF多數(shù)樣本傾向于平均強(qiáng)度與預(yù)報偏弱、極大值普遍偏小，對于250 mm左右的極值降水，ECMWF均預(yù)報在200 mm以下。由圖3c-d可以看出，各模式對暴雨落區(qū)面積的預(yù)報中，CMA-GD和ECMWF接近實況或偏大，整體成線性分布。對于暴雨落區(qū)中心，多數(shù)樣本的偏差在2°以內(nèi)，預(yù)報偏東和偏西的離散程度要大于偏南和偏北，其中，CMA-GD預(yù)報更易偏東，而ECMWF則相反，預(yù)報偏西的樣本更多。

圖3 暴雨及以上量級預(yù)報與實況偏差

5 結(jié)論

1）ECMWF在中雨及以上和大雨及以上量級的各個預(yù)報時效內(nèi)評分均最高，CMA-GD次之；在暴雨及以上量級降水的預(yù)報能力方面，CMA-GD的評分最優(yōu)，ECMWF次之；CMA-GD在其所有預(yù)報時效內(nèi)，對各不同量級降水的BIAS均處在較為合理的區(qū)間，而ECMWF僅對大雨及以上量級的預(yù)報誤差相對合理，對于中雨及以上和暴雨及以上降水的預(yù)報分別為空報和漏報偏多；CMA-GFS在各量級降水預(yù)報中預(yù)報能力最弱，表現(xiàn)為漏報偏多。

2）在全省暴雨日統(tǒng)計中，CMA-GD在96 h內(nèi)命中次數(shù)最多的同時空報也最多；ECMWF在幾乎所有預(yù)報時效內(nèi)的預(yù)報能力均優(yōu)于CMAGFS；另外，ECMWF對于暴雨日的預(yù)報，并不一定越臨近越準(zhǔn)確，而提前幾天的預(yù)報可能更具參考性。

3）空間分布方面，各模式24～48 h暴雨及以上量級預(yù)報中，CMA-GFS預(yù)報最弱且以漏報為主；CMA-GD預(yù)報平均降水量略偏強(qiáng)，且相對ECMWF有更多的預(yù)報樣本接近實況，在極大值預(yù)報上也表現(xiàn)相對較好；ECMWF多數(shù)樣本傾向于平均降水量預(yù)報偏弱，極大值普遍偏?。粚Ρ┯曷鋮^(qū)面積的預(yù)報，CMA-GD和ECMWF模式預(yù)報接近實況或偏大，整體成線性分布；CMAGD對落區(qū)中心的預(yù)報易偏東，而ECMWF則偏西更多。