驻马店地区温度与降水的多模式预报对比检验

徐凤英

摘 要：分析高分辨率数值模式温度和降水预报在驻马店地区的预报效果和误差特点，为该地区精细化预报订正提供科学、可靠的依据。利用该地区31个考核站2020—2021年地面实况资料，对其四季温度以及汛期降水的数值模式预报的产品进行检验及对比分析。结果表明：最高温度预报EC优于GRAPES，最低温度预报则略高于GRAPES;GRAPE最高、最低温度预报较实况以偏低特征为主。EC预报冬季高温度预报东部偏高，其他季节偏低;最低温度夏季偏差特征不明显，其他季节偏高。晴雨及小雨TS评分中尺度区域模式优势明显，EC对于中雨、大雨量级预报有一定预报优势;对于暴雨量级降水，EC和MESO预报效果优。

关键词：温度;降水;模式预报;检验

中图分类号：P459.9   文献标志码：A     文章编号：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

隨着社会的发展，人们对精细化预报的需求不断提升，大量模式预报产品被广泛应用在天气预报业务中[1-6]，虽然大多数预报产品在应用中有很高的参考价值，但是主要气象要素的精细化预报结果还是不可避免地存在一些误差[7]，研究误差特征及其规律可以对现有模式做出订正。

驻马店市位于河南省中南部，地处淮河上游的丘陵平原地区，其地势特点是西高东低，模式预报准确率在山区与平原地区表现不同。驻马店市处在亚热带与暖温带的过渡地带，温度与降水（特别是暴雨）的变化对当地农业生产以及经济发展带来重要影响。因此，加强驻马店市地区预报准确率的研究，对科学指导社会公众特别是种植大户应对天气变化，减少灾害损失具有特别重要的意义。本研究主要针对2020年温度以及汛期9次暴雨天气过程进行对比分析，为驻马店地区灾害性天气的预报订正提供相应的依据，以期为驻马店市农业生产、经济发展及精细化预报服务提供科学的参考依据。

1 检验方法及对象

1.1 温度

温度的检验方法主要有两种，一是2 ℃准确率，二是偏高-偏低频次检验，方法如下。

1.1.1 准确率。

2 ℃准确率：[TTK=NrKNfK×100%]

其中，NrK为预报正确的站（次）数，NfK为预报的总站（次）数。温度预报准确率的实际含义是温度预报误差≤2℃的百分率。

1.1.2 偏高-偏低频次。对于预报偏差在2 ℃以上的站（次），计算偏高次数与偏低次数的差值，表征统计时段内某站点温度预报的显著偏高、偏低特征。

1.2 降水

降水的检验方法主要有两种，一是3 h及24 h累积降水统计检验，二是3 h降水频次和强度检验，方法如下。

1.2.1 3 h及24 h累积降水统计检验。降水预报检验分类如表1所示。

对晴雨（雪）检验，预报正确率：

[PC=NA+NDNA+NB+NC+ND×100%]

对分级降水检验，TS评分：

[TSk=NAkNAk+NBk+NCk×100%]

降水预报BIAS偏差幅度：[B=NA+NBNA+NC]

1.2.2 3 h降水频次和强度检验。3 h降水频次检验：

[RFH=Nrain（h）Nsample（h）×100]

其中，Nrain为统计时段内h时刻的有效降水时数（降水量≥0.1 mm/h），Nsample为统计时段内h时刻的总非缺测样本数。

3 h降水强度检验：[RIH=Arain（h）Nrain（h）]

其中，Arain为统计时段内h时刻的累积降水量，Nrain为统计时段内h时刻的有效降水时数（降水量≥0.1 mm/h）。

1.3 检验对象

温度检验对象包括ECMWF_HR（EC）、GRAP-ES_GFS（GRAPES）两个全球模式。温度检验时段为2020年3月—2021年2月。检验时效24 h、48 h分别对应数值模式预报12—36 h、36—60 h预报时段。温度及降水检验站点为驻马店地区包括国家站及骨干站共31个考核站。

降水检验对象包括ECMWF_HR（EC）、GRAP-ES_GFS（GRAPES）两个全球模式及GRAPES_MESO_HR（MESO）、SHANGHAI_MR（华东9km）两个区域模式。降水检验时段包括：2020年汛期（5—9月）、2020年驻马店地区9次暴雨过程，分别为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 温度检验

从驻马店地区2 ℃准确率检验整体结果来看（见图1），EC对于最高温度预报明显优于GRAPES，最低温度预报则略高于GRAPES;驻马店中东部、北部地区预报偏差优于西部、南部。

从模式预报偏差特征来看，GRAPES以最高温度预报较实况偏低特征为主，其对驻马店地区东南部地区最高温度预报偏差略小于其他地区;对于最低温度预报，GRAPES对于北部、东南部部分站点预报偏高，其他大部分预报偏低。EC预报主要偏差特征为：冬季对于东部地区最高温度预报偏高，其他季节各地区均以偏低为主;对于最低温度，除夏季偏差特征不明显以外，其他季节均以预报偏高为主。

3 汛期降水检验

3.1 驻马店地区2020年5—9月降水检验

从5—9月的24 h累积降水检验结果来看（见图2），晴雨准确率及小雨TS评分中尺度区域模式优势明显，EC对于中雨、大雨量级预报有一定预报优势。对于暴雨量级降水，EC和MESO预报效果优于另外两个模式。

从驻马店5—9月24 h预报时效暴雨TS评分区域分布来看（见图3），两个全球模式对于东南部暴雨预报效果较好，而中尺度模式对于西北部区域暴雨降水预报评分较高。

3.2 驻马店地区2020年汛期9次暴雨过程24 h降水检验

从9次暴雨过程的检验评分来看（见图4），对于晴雨准确率、小雨预报中尺度区域模式较优，对于大雨预报GRAPES预报优势明显，对于暴雨预报则MESO评分最高。

结合9次过程暴雨量级24 h预报的BIAS评分来看（图略），对于暴雨量级降水，两个中尺度模式预报落区明显较实况偏大，而GRAPES则明显较实况偏小。

3.3 驻马店地区2020年汛期9次暴雨过程3 h降水精细化检验

对驻马店9次暴雨过程24 h预报时效逐3 h的累積降水预报进行检验发现，GRAPES对于3 h降水量大于20 mm的强降水几乎没有预报能力（图略）。

驻马店24 h预报时效3 h累计降水频率检验结果分析，EC与GRAPES对于驻马店中西部地区预报降水频率明显大于实况降水，这说明全球模式的24 h累积降水量的预报能力主要是其对于降水时次的预报偏多造成的。而区域模式对于降水频次预报的把握相对较好，其中MESO优于华东9 km模式（图略）。

驻马店24 h预报时效3 h累计降水强度检验结果显示，EC与GRAPES对于驻马店西北部地区预报降水强度弱于实况降水，而区域模式对于东南部地区降水强度预报较实况明显偏强（图略）。

4 结语

温度检验表明，EC对于最高温度预报明显优于GRAPES，最低温度预报则略高于GRAPES，驻马店中东部、北部地区预报偏差优于西部、南部。EC预报主要偏差特征为：冬季对于东部地区最高温度预报偏高，其他季节各地区均以偏低为主;对于最低温度，除夏季偏差特征不明显以外，其他季节均以预报偏高为主。

降水检验结果显示，晴雨准确率及小雨TS评分中尺度区域模式优势明显，EC对于中雨、大雨量级预报有一定预报优势。对于暴雨量级降水，EC和MESO预报效果优于其他模式;全球模式在东南部预报效果较好，总体落区偏差更小，而中尺度模式对于西北部区域暴雨降水预报评分较高，但是预报落区明显较实况偏大。

分析主要高分辨率模式温度和降水预报在驻马店地区的预报效果和误差特点，填补了本地模式预报检验的空白，为该地区精细化预报订正提供更加科学、可靠的依据，为本地精细化预报、精细化服务提供更有针对性的科学决策依据。

参考文献：

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