黑龙江省2020年6-8月数值预报检验评估

高梦竹,刘松涛,李有缘,齐 铎,张 宇,张惠君,袁美英

（黑龙江省气象台，黑龙江 哈尔滨150001）

1 气候概况

2020年6-8月黑龙江省平均降水量440.2 mm，比历史同期多29%（历史同期341.3 mm）。大兴安岭西部、黑河西南部、伊春北部、齐齐哈尔大部、大庆、绥化西部、牡丹江大部及双城、延寿、双鸭山累计降水量为252.9-399.5 mm，其它地区401.4-589.5 mm。与历史同期相比，加格达奇、五营、杜尔伯特、尚志、延寿少1-2成，其它地区多1-8成。全省平均气温为20.4℃，比历史同期（20.5℃）低0.1。大兴安岭、黑河大部、伊春大部、佳木斯东部及鹤岗、饶河、绥芬河平均气温在16.2-19.9℃，其它地区20-22.6℃。与历史同期相比，大兴安岭大部、黑河大部、伊春大部、齐齐哈尔大部、大庆大部、绥化东北部、哈尔滨大部、牡丹江大部及密山正常或高0.1-0.9℃，其它地区低0.1-1.7℃。

2 数据与检验办法

本文对2020年6-8月全球模式预报、中尺度模式预报、客观订正预报在黑龙江省的降水、气温、风等要素预报效果进行评估。

2.1 数据

被检验产品为2020年06月01日-2020年08月31日（北京时）黑龙江省内欧洲中心细网格预报、中央气象台指导预报、grapes_meso预报、上海华东模式预报、黑龙江省网格订正预报、黑龙江省网格融合预报。预报时效0-72 h，部分模式预报在业务应用中延时12 h（欧洲中心细网格预报、grapesmeso预报、上海华东模式预报为12-84 h）。

检验要素：24 h累计降水、2 m气温、日最高气温、日最低气温、10 m风等要素，空间分辨率为5 km。

检验源数据为黑龙江省范围内共计979个地面自动气象站数据，包括83个国家站和896个区域自动站。

2.2 检验办法

以观测站点资料作为“真值”，将预报插值到观测点，统计比较一段时间内两者的误差或相关关系。其中，气温、风要素采用双线性插值方法，降水要素采用自然相邻插值方法。

3 检验结果

3.1 降水预报检验

对2020年06月01日-08月31日黑龙江省区域内24小时累计降水进行分析。检验对象：欧洲中心细网格预报ec、中央气象台指导预报sc、grapes_meso预报、上海华东模式预报warms、黑龙江省网格订正预报pm_fm、黑龙江省网格融合预报fuse。起报时间08时、20时，一日两次，预报时效0-72 h。

各模式预报对比结果（图1）：六种预报相比较，均方根误差，24、48 h为省气象台客观订正pm_fm最优，72 h为中央气象台指导预报最优；晴雨准确率，24、48、72 h均为省气象台客观订正pm_fm最优；偏差bias，24 h为pm_fm最优，48 h为grapes_meso为最优，72 h为中央气象台指导预报为最优。分级降水TS检验，小雨量级、暴雨量级为省气象台客观订正pm_fm表现最优，中雨、大雨为中央气象台指导预报、ec、省气象台融合预报表现较好。

图1 24 h累计降水综合分析图

定量降水预报误差与观测降水量密切相关，夏季降水量较大，预报定量误差相比其它季节更明显。六种预报相比较，中尺度模式grapes_meso和warms的定量降水误差相对较大，其余四种降水预报定量误差差异较小；各家模式晴雨准确率得分均较高，维持在71%-79%之间，但均存在降水预报范围偏大的问题，ec预报范围偏大现象最明显；降水分级检验结果表明，中尺度模式grapes_meso和warms在大暴雨量级有一定的预报能力，但在其他量级预报能力较差，省气象台客观订正pm_fm在小雨、暴雨量级上预报能力明显优于其他模式，有较好的预报参考价值。

3.2 气温预报检验

对2020年06月01日-08月31日黑龙江省区域内逐3时2 m气温、逐日最高气温、逐日最低气温进行分析。检验对象：欧洲中心细网格预报ec、中央气象台指导预报sc、黑龙江省网格订正预报BREM。起报时间08时、20时，一日两次，预报时效0-72 h。

由表1可知，0-72 h逐3 h整点气温，三种预报相比，省气象台客观订正BREM预报表现最优。ec、BREM预报气温偏低，中央气象台指导预报气温偏高。平均绝对误差mae、均方根误差rmse项，中央气象台指导预报误差较大。气温预报准确率，BREM预报明显优于ec、中央气象台指导预报。随着预报时效的延长，各家模式预报均为误差逐渐变大，准确率逐渐下降（图略）。

表1 对比站点观测的2 m气温误差特征

由图2可知，日最高气温ec预报平均误差-0.752,平均绝对误差2.017,均方根误差2.571,相关系数0.842,误差±2℃以内准确率:58.34%,误差±1℃以内准确率:30.6%。sc预报平均误差-0.78,平均绝对误差1.78,均方根误差2.307,相关系数0.879,误差±2℃以内准确率:64.78%,误差±1℃以内准确率:36.36%。BREM预报平均误差-0.735,平均绝对误差1.888,均方根误差2.653,相关系数0.832,误差±2℃以内准确率:64.91%,误差±1℃以内准确率:35.65%。

得分能力是一支球队的核心竞争力，也是一切技、战术训练的最终目的。篮球比赛中影响得分的因素较为复杂，从定量研究角度考虑，投篮次数与投篮命中率是2个最重要的影响因素(投篮次数属于有“较大差距”的指标，留在后面分析)。就投篮命中率而言，中国队平均投篮命中率为41.12%，比对手低6.10个百分点，因投篮命中率不及对手，中国男篮平均每场比对手少得10分(见表3)。世界强队队员能够通过积极跑动、掩护、策应等配合，获得较为轻松的投篮机会，或通过突破分球、快速转移球等方法，尽可能为同伴创造空位投篮机会，因此，投篮命中率较高。中国男篮受制于自身的能力，导致命中率不如对手，影响了得分。

图2 误差综合分析图（a.日最高气温，b.日最低气温，me为平均误差，rmse为均方根误差），误差≤±2℃准确率图（c.日最高气温，d.日最低气温）

日最低气温ec预报平均误差-0.355,平均绝对误差1.513,均方根误差2.038,相关系数0.854,误差±2℃以内准确率:72.97%,误差±1℃以内准确率:43.99%。sc预报平均误差0.12,平均绝对误差1.296,均方根误差1.761,相关系数0.886,误差±2℃以内准确率:79.36%,误差±1℃以内准确率:49.12%。BREM预报平均误差0.003,平均绝对误差1.332,均方根误差1.86,相关系数0.875,误差±2℃以内准确率:78.81%,误差±1℃以内准确率:49.47%。

气温误差≤2℃准确率空间分布上看（图略），日最高气温预报在西北部、东南部站点表现较差，其余地区表现较好。三种预报对比，ec表现相对较差。日最低气温预报在我省西北部站点表现较差，其余地区表现较好。三种预报对比，ec表现相对较差。

误差检验结果表明，日最高气温，三种预报均较实况观测偏低，中央气象台指导预报的均方根误差最小；日最低气温预报，ec预报较实况偏低，其它两种预报无明显偏差，且均方根误差较小。整体上看，在日最高、低气温预报中，中央气象台指导预报、BREM预报均优于ec预报，且日最低气温预报准确率高于日最高气温预报准确率。

3.3 风预报检验

对2020年06月01日-08月31日黑龙江省区域内逐3时10 m风速进行分析。检验对象：欧洲中心细网格预报ec、中央气象台指导预报sc。起报时间08时、20时，一日两次，预报时效0-72 h。对比站点观测的ec预报平均误差0.904,平均绝对误差1.389,均方根误差1.796,相关系数0.469,误差±2 m/s以内准确率:76.59%,误差±1 m/s以内准确率:44.5%。sc预报平均误差0.554,平均绝对误差1.215,均方根误差1.604,相关系数0.447,误差±2 m/s以内准确率:82.08%,误差±1 m/s以内准确率:51.31%。sc预报误差、准确率均优于ec预报结果。

从图3综合分析时序图可知，与站点观测相比，ec、中央气象台指导预报10 m风速预报整体偏大。随着预报时效的延长，均方根误差逐渐变大，误差±2 m/s以内准确率较稳定。整体上中央气象台指导预报预报优于ec预报。

图3 10 m风速综合分析时序图

3.4 灾害性天气预报质量评价

3.4.1 台风“巴威”

台风“巴威”强降水时段为8月27日08时-28日08时，鹤岗南部、佳木斯西部、双鸭山大部、七台河、鸡西等地出现区域性暴雨。6家模式预报结果对比，暴雨量级准确率最高的是EC为40%、其次为fuse为39.4%，除grapes_meso为25.9%以外，其他模式暴雨TS评分大部分都在35%以上。大雨量级最高的是warms，TS得分为70.4%，其次是sc为69.6%。对于绥化东部的局地暴雨，各家模式均存在明显漏报，ec在绥化暴雨落区比实况偏西，sc、grapes_meso、warms在东部的暴雨区预报存在明显空报现象。预报强降水时间：实况强降水开始时间为27日17-20时，从东南部地区开始出现强降水，各家模式对上述两处地区降水开始时间预报较为准确。

3.4.2 台风“美莎克”

台风“美莎克”强降水时段为9月3日08时-9月4日08时，此时段内黑龙江省西南部地区出现区域性暴雨，局地大暴雨天气过程。暴雨量级准确率最高的是pm_fm，得分为74.8%，第二是grapes_meso，得分是72.8%，第三是ec，得分为72.1%；大暴雨量级准确率最高的是grapes_meso，得分为5.2%。对比各家预报结果，对于大雨落区pm_fm与实况更接近，6家模式均预报出了黑龙江省西南部的暴雨落区，除grapes_meso范围明显偏大以外，其余各家模式结果差别不大；黑河地区出现的暴雨，除fuse预报较差以外，其余预报结果与实况较为接近。

落区及起止时间检验：从逐小时区域自动站观测看，本次台风降水影响黑龙江的开始时间为9月2日20-21时，降水落区在东宁、绥芬河。各家模式，2日08时起报预报，降水开始时间均为20-23时，降水落区预报与实况基本一致；2日20时起报预报，降水开始时间也与实况基本一致，但是落区均略偏大。西南部观测降水的开始时间为3日11-12时，落区在绥化、大庆东部，各家模式预报的开始时间和范围与实况基本相同。持续性降水于3日14时基本结束，各家模式预报的持续性降水结束时间与实况也基本一致。本次过程的强降水时段，出现在3日20-23时，位于黑龙江省西南地区。各家模式预报的强降水时段与实况一致，但是降水落区与实况差别较大，pm_fm、ec预报范围较小，漏报较多，空报较少，sc预报范围较大，漏报较少，空报较多。

3.4.3 台风“海神”

台风“海神”强降水时段为9月7日08时-8日08时，此时段内黑龙江省东南部地区出现区域性暴雨，局地大暴雨。暴雨量级准确率最高的是warms，得分为44.8%，第二是pm_fm，得分为37.3%，第三是grapes_meso，得分为36.8%；大暴雨量级准确率最高的是warms，得分为25%，其次是grapes_meso，得分为10%，其它模式均没有得分。对比各家预报结果，各家模式预报中东部地区大雨量级落区与实况基本一致；对于东南部的暴雨落区，与实况比较接近的是warms和grapes_meso，但预报范围偏大，其它几家模式范围明显偏小；对于大暴雨落区，warms与实况更接近。

落区及起始时间：从逐小时区域自动站观测看，受台风外围云系影响本次降水过程在9月7日07-08时开始，落区在东宁。各家模式，7日08时起报的08-11时预报中，预报落区均与实况较一致。

对比本次降水过程各家预报结果，模式均预报出了黑龙江省中东部的大范围的大雨，各家模式差别不大，对于东南部的暴雨落区，与实况比较接近的是warms和grapes_meso，warms的大暴雨落区与实况更接近。从落区及起始时间来看，各家模式的起始时间和落区基本与实况一致。

4 结论

本文利用黑龙江省加密自动站观测资料，对2020年6-8月全球尺度模式预报、中尺度模式预报、客观订正预报等预报在黑龙江省的预报性能、预报误差进行了对比分析。得出以下结论：

（1）降水预报：对比六种预报，中尺度模式grapes_meso和warms的定量降水误差相对较大，其余四种降水预报定量误差差异较小；各家模式晴雨准确率得分均较高，但均存在降水预报范围偏大的问题，ec预报范围偏大现象最明显；从降水分级检验结果分析，两种中尺度模式对大暴雨有一定的预报能力，但其他量级预报能力较差，省气象台客观订正pm_fm在小雨、暴雨量级上预报能力明显优于其他模式，有较好的预报参考价值。

（2）气温预报：0-72 h逐3 h整点气温，省气象台客观订正BREM预报表现优于ec、中央气象台指导预报。从日最高气温平均误差看，三种预报均较实况观测偏低。从日最低气温平均误差看，ec预报较实况偏低，其它两种预报无明显偏差。日最高气温预报准确率在黑龙江省西北部、东南部站点表现较差，其余地区表现较好；日最低气温预报准确率在黑龙江省西北部站点表现较差，其余地区表现较好。整体上看，在日最高、低气温预报中，中央气象台指导预报、BREM预报均优于ec预报，且日最低气温预报准确率高于日最高气温预报准确率。

（3）风预报：与站点观测相比，ec、中央气象台指导预报10 m风速预报整体偏大。随着预报时效的延长，均方根误差逐渐变大，误差±2 m/s以内准确率较稳定。整体上中央气象台指导预报优于ec预报。

（4）综上所述，本文通过对多种尺度模式预报的预报性能和误差特征进行了对比分析，从不同预报时效、不同空间分布等角度讨论了模式对降水、气温、风在黑龙江省的预报能力，为预报员在实际预报业务工作中使用数值模式预报产品和经验订正提供参考。