不同数值预报产品对比分析及其效果检验

张亚敏

（乌审旗气象局，内蒙古 乌审旗017300）

随着数值与预报产品的快速发展，数值预报产品不断完善，预报精度也越来越高，但各种数值预报产品都有各自的优缺点，并且在预报时还要考虑地形、边界条件、初始场、物理过程及模式自身的影响，尤其是对定量降水预报无论是从量级大小，还是从空间分布来看都不可避免的会存在一些误差[1]。因此，对数值预报产品的对比检验和分析，需要选择更好的数值预报产品来提高预报的准确率。预报员应用数值预报产品时，对数值模式预报的形势场、要素场在时效、移动、强弱等方面，时常感到有定性的预报偏差，这给天气预报带来了一定的困难，并且随着预报时间的增加，预报误差也逐渐增大，准确率随之减弱[2-4]。除此之外，预报员应该在预报的过程中要对预报误差检验并且分析，了解预报产品性能，从而得出结论，提高对数值预报产品的利用率[5]。

1 资料与研究方法

本文采取四川省2015 年8 月1 日-30 日20 时的24h 累计降水量资料、ECMWF、T639 模式20 时24h 和48h 的网格点降水资料，把当天20 时ECMWF 和T639 24h、48h 传真降水预报资料分别插值到四个（温江站，西昌站，甘孜站，红原站）站点上，获得两种预报产品，其中西昌站实况降水观测资料中8 月2 日和7 日缺测，在统计过程中降水以0.0mm 处理。本文对四川盆地的降水量级进行检验，从而了解降水模式的预报性能。

2 模式预报对降水量的检验

降水过程是由各种天气尺度系统相互作用产生的，而这种相互作用是复杂多变的，因此，主观分析无法对各种降水预报时效的预报效果作长时间的尺度分析，本节资料选择8 月的降水预报24h、48h 预报时效的24h 预报值与其对应时间段的24h实况值进行检验分析，检验的客观方法选择TS 评分检验和预报偏差B 值检验，另有空报率和漏报率辅助检验。降水检验时，定义24 小时降水量为8 月每日20 时到次日20 时的累计降水量，相对应模式预报为24h 降水量。

2.1 不同时效模式与实况降水演变

温江站在17 日出现一次大暴雨过程，两种模式对这次大暴雨过程预报偏弱。从表1 中数据表明，相比T639 模式，ECMWF模式的漏报率与空报率都普遍小；ECMWF24h 预报时效对温江站的小雨的预报相对较好，但两种模式对大雨和暴雨的预报都偏弱（如表1）。

表1 两种模式24h 预报时效对温江站各降水等级预报对比%

西昌站共出现四次大雨，ECMWF 模式和T639 模式24h 预报时效对大雨的漏报率分别为75.0%和80.0%；ECMWF 模式对小雨的空报率为28.0%，漏报率为12.0%，预报效率为71.0%，T639 模式对小雨的空报率为14.3%，漏报率为33.3%，预报效率为45.2%；由此可见，ECMWF 模式预报要好于T639 模式预报。

图1 温江站48 时效降水模式预报与实况演变

由图1 可以清晰的看到，ECMWF 模式相比T639 模式对温江站的48h 预报时效小雨的预报相对较好，T639 模式的漏报率达到45.9%，预报效率为42.0%，而ECMWF 模式的预报效率为74.2%；ECMWF 模式对中雨的漏报率为33.3%，而T639 对中雨的漏报率为5.6%，但是两种模式的空报率都>66%。ECMWF 模式对大雨的空报率和漏报率都为50.0%，T639 模式对大雨的空报率为100%，无漏报率；两种模式48h 预报时效的预报降水对大雨和暴雨的预报仍然比较薄弱。ECMWF 模式小雨预报空报率最高的为西昌站，空报率为33.3%，其次是温江站空报率为20.0%，甘孜和红原站的空报率<4.0%；红原站的预报效率为67.7%，其他三站都为74.2%；T639 模式小雨预报的温江站、西昌站和红原站的空报率为0，但是温江站的漏报率为45.8%，温江和西昌站的小雨预报效率<50.0%，甘孜和红原的小雨预报效率>74.0%。

ECMWF 模式24h 预报时效降水对温江站的小雨预报最好，预报效率为77.4%，其次是甘孜站。整体而言，ECMWF 模式降水预报要好于T639 模式降水预报，但是两种模式随着降水等级的增加，预报能力随之减弱，特别是对大雨和暴雨的预报。两种模式24h 预报时效的预报降水要好于48h 预报时效的预报降水。

表2 两种模式不同预报时效各站点检验值%

2.2 模式预报有无降水检验

对各模式晴雨预报能力进行客观检验，不同站不同模式评分结果大不相同，一般来说，TS 评分是权衡预报降水准确率的指标，如果评分越高，说明对降水发生的预报就越准确，如表2。

从总体来看，两种模式的预报降水的TS 评分都比较低，就24h 预报时效来说，ECMWF 模式比T639 模式较好；对温江站的预报最好达到40.4%，甘孜站次之，为39.2%，对红原站为35.4%。但从48h 预报时效来看，T639 对温江、西昌、甘孜站的预报要好于ECMWF 的预报，对红原站两种预报模式评分相同，为34.8%。

结合表2 可得出，ECMWF24h 要好于ECMWF48h 预报时效的预报，但是在西昌站，48h 预报时效的预报比24h 预报时效的预报好，TS 评分为38.0%。T639 模式24h 预报时效和48h 预报时效对温江、甘孜和红原地区预报相同，但是对西昌站24h 的预报降水不及48h 预报时效，TS 评分仅为36.0%。两种模式都对红原站的预报较差。

本文再对预报偏差来检验模式预报的正确率。结合表2 中的B 值可以得到两种模式24h 预报时效对温江站的降水预报偏差最小，其次是甘孜站，西昌站和红原站预报偏差较大。48h预报时效，ECMWF 模式对温江站和西昌站预报偏差为2.5；T639 模式对西昌站的预报偏差为2.6；两种模式对红原站的预报偏差都很大，达到了2.9。由此可以得出在同一时效不同模式的预报，ECMWF 模式整体预报偏差都要小于T639 模式预报偏差，所以ECMWF 模式要好于T639 模式。

3 误差检验分析

为对数值预报产品做进一步客观定量检验，对ECMWF 模式和T639 模式进行预报绝对误差和相对误差分析，ECMWF 模式24h 和48h 预报时效对温江站和西昌站的绝对误差比较小，大约在13～17 之间；ECMWF 模式24h 预报时效对甘孜站的绝对误差最小，对红原站的绝对误差最大，达到46 的误差；T639模式不论是24h 还是48h 预报时效，对四个测站的绝对误差都比较大，尤其是24h 预报时效对温江站的预报达到55 的误差。

两种模式不同时效对甘孜站小雨的预报相对误差比较小，存在0.15～0.4 的误差；ECMWF24h 预报时效对温江、西昌、甘孜小雨的预报较好，ECMWF48h 预报时效次之；但是T639 24h 和48h 预报时效对西昌站小雨的预报最差，达到4.5 的误差。ECMWF 模式胜于T639 模式，并且随着预报时效的延长，误差也相应的会增大。

4 结论

4.1 ECMWF 模式降水预报要好于T639模式降水预报，但是两种模式随着降水等级的增加，预报能力随之减弱，特别是对大雨和暴雨的预报。两种模式24h 预报时效的预报降水要好于48h 预报时效的预报降水。

4.2 同一时效不同模式的预报，ECMWF 模式整体预报偏差都要小于T639 模式预报偏差，所以ECMWF 模式要好于T639模式。

4.3 从TS 评分结果看出，两种模式的24h 预报时效的预报小雨评分结果高于48h 预报时效的评分结果；不管是24h 还是48h 预报时效预报降水，预报高原的小雨的评分结果要好于预报平原的评分结果；随着降水等级的增加，预报的准确率越低，数值模式预报的空报率和漏报率增大，特别是对大雨和暴雨的预报，空报率和漏报率显著增大；ECMWF 模式预报评分结果整体高于T639 模式预报评分结果。

4.4 在误差检验分析中得到ECMWF 模式胜于T639 模式，并且随着预报时效的延长，误差也相应的会增大。