T639和德国模式对新疆大降水预报的检验

2013-11-15阿不力米提江阿布力克木赵凤环

沙漠与绿洲气象 2013年1期

牟欢，阿不力米提江·阿布力克木，赵凤环

（新疆气象台，新疆乌鲁木齐830002）

随着社会的飞速发展和人民生活水平的逐步提高，政府和社会公众对天气预报准确率的要求也越来越高，这就要求天气预报业务必须跟上我国现代化的脚步，才能更好地为社会服务。降水是人们最关心的天气现象之一。降水预报的准确与否直接关系到大众的日常生活、工农业生产的有序进行以及政府对防灾减灾的科学决策。

模式降水预报是预报员平时使用的最直接、最客观的参考依据。新疆位于我国的西北部，属于干旱半干旱内陆地区，高山、盆地交错、沙漠与绿洲相间、气候差异大、气象观测站点少且分布不均匀等诸方面不利条件使得降水预报难度大，尤其是对强降水落区及量级把握一直是困扰新疆预报员的难题，也是世界难题之一。对国内外数值模式预报的形势场、要素场在时效、移动、强弱等方面做过相关的一些检验工作，多以定性评价为主[1-7]。面对精细化的降水预报难题，气象工作者进行了大量的数值预报产品检验及误差分析[8-11]，为更好地利用降水预报模式产品并提高降水预报水平做出了有意义的研究和分析工作。目前对于新疆强降水过程的模式降水预报能力检验工作还比较少，尤其是对强降水中心落区和强度的检验更少。本文对T639、德国模式在2011年新疆区域大降水过程中的晴雨及强降水中心预报能力进行了检验、评估，可以对新疆大降水预报提供客观的依据和参考。

1 资料与模式简介

本文选取了2011年1—12月6场中度及中度以上以降水为主的天气过程，这6场过程涵盖了新疆冬夏季范围和强度均较大的降水过程，能够较好地代表南北疆境内大降水过程。降水实况资料为20—20时日降水量数据；模式资料为天气发生前一天的德国数值预报模式（简称德国模式）和T639模式20时降水预报场数据。

2 预报检验方法

降水预报检验分为过程总降水量检验和24～96 h的逐24 h累积降水量检验两种方式。对比T639和德国模式降水预报的Ts评分，Ts=Na×100%/（Na+Nb+Nc）（Na为预报正确，Nb为漏报，Nc为空报），并且依照新疆地理位置分为北疆（伊犁河谷、博州、塔城、阿勒泰、北疆沿天山一带、天山山区）、南疆（克州、喀什、和田、阿克苏、巴州）、东疆（吐鄯托盆地、哈密）。根据业务预报中的规定和模式降水时段，为两种方式制定检验方法：（1）过程区域晴雨预报检验：在观测站出现降水，若模式预报有降水，无论降水量大小都算正确；若观测站无降水，模式预报有降水，则算空报；若观测站有有量降水，预报无降水，则算漏报；微量降水无论模式有无预报降水都算正确。（2）过程大雨、雪（暴雨、雪）降水检验：若观测站出现大雨、雪（暴雨、雪）及其以上的降水，模式也对该地区预报的降水值达到大雨、雪（暴雨、雪）或以上的降水量，则算预报正确；若观测站降水量未达到大雨、雪（暴雨、雪）或以上的降水，而模式预报的降水值达到大雨、雪（暴雨、雪）或以上，则算空报；若观测站降水量达到大雨、雪（暴雨、雪）或以上，而模式预报的降水值未达到大雨、雪（暴雨、雪）或以上，则算漏报。（3）按照新疆地区24 h降水量等级标准（表1），检验过程总降水量和逐24 h累积降水（晴雨、大雨（雪）、暴雨（雪））的Ts评分。

由于T639模式降水预报0.0 mm以上的降水在新疆区域范围过大，经分析发现其预报1.0 mm以上的降水值与新疆小雨（雪）及其以上的降水对应得较好，所以针对T639降水模式的过程和逐24 h中预报大于1.0 mm降水值对应晴雨预报做检验。

表1 新疆24 h降水量等级 mm

3 降水预报检验

在下面的对比中，将 24～48 h、、48～72 h、72～96 h的降水预报分别简称为48 h预报、72 h预报、96 h预报，以下降水Ts评分中Na表示实况中未出现降水，模式也未预报降水。

3.1 全部过程晴雨和大雨（雪）、暴雨（雪）降水预报检验

检验6场天气过程（图1）发现，T639和德国模式预报过程晴雨Ts评分分别是76.68%和80.49%，都相对较高，有较好的参考价值；二者48、72、96 h晴雨预报的Ts评分分别是43.14%、69.08%、63.57%和54.46%、70.89%、73.45%，德国模式明显高于T639模式，两种模式72 h和96 h预报准确率均高于48 h预报；整场天气过程大雨（雪）Ts评分分别是45.11%和43.23%，两种模式评分较接近，T639模式略好于德国模式；逐24 h大雨（雪）预报的Ts评分差异较大，两种模式均是48 h预报效果最差，96 h稍好，72 h预报效果最好，两种模式72 h预报的Ts评分分别达到了36.67%和47.25%；过程暴雨（雪）Ts评分分别是29.07%和24.72%。由此看来两种模式对新疆暴雨落区均有一定的预报能力。逐24 h暴雨（雪）预报Ts评分和大雨（雪）有相似的结论，即48 h差，96 h稍好，72 h预报效果最好，但与大雨（雪）预报不同的是，T639模式的Ts评分高达26.5%，远高于德国模式降水预报暴雨评分12.8%，达到极高的水平（完成了国家局暴雨预报指标）。从以上对比分析不难看出，德国模式的过程和逐24 h晴雨Ts评分略好于T639模式；两种模式的过程大雨（雪）Ts评分接近，但逐24 h降水预报中72 h预报效果最好；T639模式过程和逐24 h的暴雨（雪）Ts评分明显好于德国模式。

另外，经过更深一步的分析发现两种模式对部分地区逐24 h累计降水预报有些不足之处。两种模式对北疆预报准确率明显高于南疆。德国模式对北疆的伊犁河谷预报效果较差，尤其是在其东部常出现漏报现象，博州、北疆沿天山一带、天山山区等地区容易漏报。对南疆的巴州北部、和田南部、吐鄯托盆地常出现空报；T639模式对北疆的伊犁河谷、乌鲁木齐以西的北疆沿天山一带易出现漏报，南疆和哈密的部分地区易出现空报、漏报。造成南北疆预报准确率差异的主要原因是由于北疆常年降水较南疆多，而对上述部分地区预报效果较差是因为有山谷、河谷、盆地、沙漠等明显的地形差异，不利于模式预报。相比较而言，地形差异小的地区预报准确率则较高。

3.2 降雪过程晴雨和大雪、暴雪降水预报检验

按照上述检验预报方法分析3场降雪天气过程，可以看出，两种模式对中度或中度以上降雪天气过程的预报准确率也比较高。T639和德国模式降雪过程晴雨Ts评分分别是72.4%、83.33%，逐24 h降雪预报的晴雨 Ts评分分别是 33.64%、67.1%、44.52%和 47.27%、65.36%、72.3%，T639模式 72 h预报准确率最高，德国模式的96 h预报准确率最高，二者48 h预报准确率均最低；T639和德国模式的过程大雪Ts评分分别是43.18%和52.11%，逐24 h累积的大雪Ts评分中，48 h预报二者均为空漏报，72 h评分最高分别为T639 44%、德国模式62.79%，96 h预报T639预报略高于德国模式；两种模式的过程暴雪Ts评分分别是40.91%和32.56%，逐24 h累积的暴雪Ts评分分别是Na（Na为没出现实况降水也没预报降水）、45%、20%和0%、8%、0%，T639模式在各时段预报都明显高于德国模式。对比Ts评分后发现，德国模式降雪的晴雨和大雪Ts评分，无论是过程预报还是逐24 h预报都明显高于T639模式；而T639模式对暴雪过程预报和逐24 h预报准确率则明显优于德国模式。

3.3 降雨过程晴雨和大雨、暴雨降水预报检验

分析3场降雨天气过程（表2）发现，两种模式的降雨预报准确率也非常高，T639、德国模式过程的晴雨Ts评分分别是81.54%和77.6%，逐24 h累积降水的晴雨Ts评分分别是54.26%、71.14%、87.2%和63.04%、76.98%、74.8%，德国模式72 h预报最准确，而T639的96 h预报准确率最高，两者也都是48 h准确率最低；过程大雨Ts评分，T639是46.88%，德国模式是35.71%，T639评分明显偏高，二者逐24 h降水预报中，大雨Ts评分分别是11.11%、27.5%、27.27%和 7.69%、33.33%、10.53%，T639的48 h和96 h预报评分较高，德国模式的72 h预报评分较高，但T639的预报准确率更稳定；T639和德国过程暴雨Ts评分分别是16.67%和17.39%，两种模式预报评分相近，逐24 h预报的暴雨Ts评分中，德国模式明显高于T639模式，其72 h预报最高为21.43%，而T639的72 h和96 h预报均为空漏报。根据以上Ts评分得出，过程的晴雨和大雨预报都是T639模式优于德国模式；而暴雨过程和逐24 h的预报则是德国模式明显优于T639模式。

表2 晴雨、大雨、暴雨预报的Ts评分对比 %

3.4 7月大降水过程晴雨和大雨、暴雨降水预报检验

针对2011年7月1—4日在北疆中部和东部普遍出现大到暴雨的一场天气过程进行个例分析。两种模式在7月这场大降水过程中的预报非常好，T639和德国模式的过程晴雨Ts评分分别是91.36%和92.11%，高于过程晴雨Ts评分的平均值，逐24 h降水预报的晴雨Ts评分分别是63.16%、85.14%、83.82%和75.86%、86.49%、88.24%，德国模式略高于T639模式，两者72 h和96 h预报好于48 h；T639和德国模式的过程大雨Ts评分分别是33.33%和57.89%，逐24 h大雨预报中，除48 h预报T639略好于德国模式，72 h和96 h预报德国模式均明显优于T639，德国模式预报Ts评分分别为41.94%、23.08%；T639和德国模式的过程暴雨Ts评分分别是5.88%和28%，T639预报较差，而德国模式的预报非常准确，在分析逐24 h暴雨预报的Ts评分时发现，德国模式在这场过程预报表现较好，最高Ts评分在96 h为25%，而T639模式在72 h和96 h均为0%，预报效果不理想。综合以上分析得出，德国模式对过程和逐24 h暴雨的预报都非常好，有利于提高暴雨预报的准确率。

4 两种模式在区域降水检验中的优缺点对比

（1）两种模式对过程和逐24 h累积降水预报均有很好的指示意义，尤其是对晴雨预报。T639模式预报降水落区较实况落区偏大，德国模式预报接近实况降水落区。德国模式在预报准确率方面略好于T639模式。另外，对比二者晴雨、大雨（雪）、暴雨（雪）的逐24 h降水预报Ts评分后发现，72 h Ts评分基本为最高，而48 h的Ts评分基本为最低。

（2）预报强降水量级和落区对比：预报中两种预报模式都对大雨、暴雨落区有一定指示意义，但T639模式预报的降水量和落区更接近降水实况，而德国模式预报降水值则比降水实况偏小且落区也不如T639模式准确。

（3）两种模式预报雨雪天气过程能力对比：雨和雪的过程预报中，T639模式对雨的晴雨、大雨预报及暴雪预报准确率更高，而德国模式对雪的晴雨、大雪预报及暴雨的预报准确率更高。

（4）两种预报模式都有不足之处，对部分地区预报不准确，尤其是对伊犁河谷、北疆沿天山一带、阿克苏、巴州、哈密等地区易出现空、漏报现象。

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