畜牧动物医学蚕蜂

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眉倪
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1 中国农学通报 2015,31(32): Chinese Agricultural Science Bulletin 多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析马严枝 1 郭媛媛 1 董春卿 1 张国勇山西省气象台太原山西省气象局太原摘要为更好地释用数值模式的预报产品采用客观分析和 ETS 评分方法运用 T639-thin 模式 ECMWF-thin 模式 Japan_thin 模式及 NECP 模式对 2014 年 7 月发生在山西的 3 次降水过程的预报性能进行了效果检验和对比分析分析结果表明 4 家模式对欧亚大陆中高纬环流形式以及地面系统的调整和演变均有较强的预报能力 4 家数值模式预报产品基本能把握雨带的走向但对强降水过程中降水强度的模拟与实况相比偏差较大而且对强降水中心的预报稳定性也较差对于 ETS 评分 NECP 模式的评分在 3 次过程中均较高并且不同数值模式的 24 h 时效预报效果要优于其他预报时效总体来看对于环流形式的演变 EC 模式模拟效果是最好的其次是 NECP 模式 T639 模式和日本模式次之对于降水量级以及落区的预报 NECP 模式预报较准确具有较高的参考价值其次是 EC 模式而 T639 模式和日本模式预报的稳定性较差关键词 T639 模式 ECMWF 日本模式 NECP 模式效果检验中国分类号 P4 文献标志码 A 论文编号 casb Performance Verification and Comparative Analysis of Three Heavy Rain Forecasts in Shanxi with Several Numerical Products Ma Yanzhi1, Guo Yuanyuan1, Dong Chunqing1, Zhang Guoyong2 (1Shanxi Meteorological Office, Taiyuan ; 2Shanxi Meteorological Bureau, Taiyuan ) Abstract: This paper is mainly about the performance verification and comparative analysis of three precipitation processes in July 2014 in Shanxi through the T639 model, EC model, Japan model and NECP model. In order to better interpret and apply the forecast products of numerical model, the verification and analysis were based on the objective analysis and ETS score method. The results showed that the four models had good performance in forecasting the large-scale circulation evolution and the adjustment of Eurasia in high latitude circulation and the ground system. The four numerical models had good forecast in basic direction of the rainfalls and fall area, but their forecasts in precipitation intensity and the stability of the heavy rain center were worse than the actual situation. For the ETS score, the score of the NECP model was higher in all the three rainfall processes, and the 24 hours forecast effect of different numerical models was superior to other forecast validity. Overall, EC model is the best for the evolution of the circulation form, followed by NECP model, and T639 model and Japan model take the last place; NECP model is more accurate for the forecast of precipitation and fall area than the EC mode, while the forecast stability of the T639 model and Japan model are poor. So NECP model has the high reference value, it can be used in the actual forecast operation. Key words: T639 model; ECWMF model; Japan model; NECP model; effect test 基金项目山西省气象局重点课题山西省环境空气预报数值模式研究 (SXKZDTQ ) 山西省气象局一般课题山西夏季区域性高温中期预报方法研究 (SXKYBTQ ) 第一作者简介马严枝女 1983 年出生山西长治人助理工程师硕士主要从事灾害天气预报技术研究数值诊断分析通信地址山西省太原市平阳路 80 号山西省气象台 @qq.com 收稿日期修回日期

2 162 中国农学通报 0 引言的常规地面资料和高空观测资料当今高性能计算机快速发展数值模式的更新迭代促使数值预报蓬勃发展数值预报技术已经成为现 [1] 代气象预报的基础和科技支撑近年来随着气象 1.2 研究方法根据国家气象局规定的降水等级标准为研究方便将一般降水分为 4 个等级[27] 如表 1 数值预报模式和预报订正技术的发展靠单一确定的表 1 降水量的等级预报来提高数值预报的效果也越来越困难目前在国内气象业务中预报工作者参考较多的模式有 T639_thin 以下简称 T639 模式模式 EC_thin 模式以 24 h 雨量/mm 0.1~10 10~25 25~50 50 等级小雨中雨大雨暴雨下简称 EC 模式日本 Japan_thin 模式以下简称将 N E 的山西省区域内 109 Japan 模式及 NECP 模式不同数值模式预报效果差个国家基本站点的降水情况作为检验对象统计数值异也有不同因而模式预报效果的对比分析和检验从模式模拟的降水 ETS 评分 ETS 评分在 0~1 之间反映模式发展初期以来一直受到气象工作者的重点关注了模式对降水有效预报的准确程度[26] ETS 评分的计康志明[2] 于超[3]等利用 T639 模式 EC 模式及日本模式的预报产品对主汛期常见的灾害性天气进行了模式的效果检验结果表明各家模式对同一环流系统模拟效果存在差异从 2006 年开始国家气象中心的各位预报工作者开始了对中期预报性能的系统检验桂林海[5] 田伟红[6]利用 T213 模式 ECMWF 及日本模式算如式(1)~(2) ETS = CH = N fc - CH N f + N 0 + N fc - CH (1) Nf N 0 (2) N 其中 Nf 为模拟暴雨的台站数 N0 为实况发生暴雨中高纬环流形式的调整和演变具有较好的预报性能的台站数 Nfc 为模拟暴雨准确的台站数 N 为评分区域 N fc 台站总数与 TS 评分( TS = )相比 ETS N f + N 0 - N fc 但不同模式对气象要素因子的预报有好坏差异[10-14] 张评分消除了参加统计的台站的多少对 TS 评分影响因守峰等[15]2011 年对强冷空气的短期预报能力进行了分为称为公平的 TS 评分析检验高松影等 [16] 利用数值模式预报产品针对丹东暴雨进行了天气学检验和误差分析涂小萍等[17]利用 2 7 月山西强天气过程 2009 年之后牛若芸李勇张亚妮等利用 T639 模 [7] [8] [9] 式 ECMWF 及日本模式模拟效果评估显示各模式对 EC 模式对台风路径的检验的进行了相关分析近 5 [18] 年多以来西太平洋副热带高压多呈带状分布但西 2.1 过程 1 7 月 3 4 日受低涡和切变线共同影响下的短时强降水过程欧亚中高纬环流形式多短波槽活天气实况 2014 年 7 月 3 日 8 时 4 日 8 时山西极端降水多发生在此月杨静等在 2013 年省大部分地区共有 60 个县市出现降水有 57 个县对华北地区降水进行了系统的分析而山西暴雨机理市出现雷暴 24 h 全省降水量介于 0.1~53.6 mm 之段位置多变动 [20-21] [19] [22] 研究近年来也取得一定的进展 [23] [24-25] 但在实际预报工间如图 1 作中模式对于山西地区 3 天以内的短期天气变化的环流形势演变 7 月 3 日 20 时欧亚大陆 500 hpa 预报是数值预报的重点和难点尤其是针对山西暴雨上空呈两槽一脊形势两槽分别位于巴尔喀什湖以北的数值预报模式检验比较少所以研究如何充分利用和贝加尔湖以东另日本海上空存在一低压系统对数值预报产品来预报山西特殊地形下暴雨的落区和强应 700 hpa 风场上贝湖低压以南河套以北呈反气旋度对防灾减灾有着积极的意义和实际的应用价值式旋转山西省北中部受其前部偏东风影响山西省南 1 资料与方法部存在一东北风与偏西风的切变随着 500 hpa 上两槽 1.1 数据来源东移河套中部低涡系统东移至山西省南部在笔者利用 T639 模式 EC 模式日本模式及 NECP 700 hpa 上空形成明显的风场切变高空西北气流低模式对 2014 年 7 月发生在山西地区的 3 次强降水天气层偏东气流以及副高外围水汽在山西省中部交汇造过程进行了天气学检验及预报效果对比分析检验所成山西省中南部短时强降水天气用资料为山西省信息中心提供的山西降水历史资料 2.2 过程 2 各模式的 500 hpa 高度场海平面气压场及累积降水量 7 月 8 10 日受冷暖空气及台风浣熊外围水汽共同影响下持续性降水过程资料山西 109 个自动站降水量信息以及国家局提供

马严枝等多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 163 图 1 2014 年 7 月 3 日 8 时 4 日 8 时累积图 2 2014 年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量单位 mm 实况分布图 24 h 降水量单位 mm 实况分布图 2.2.1 天气实况 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时山西省共 78 大范围降水共有 106 个县市有降雨过程雨量 0.

3 马严枝等多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 163 图年 7 月 3 日 8 时 4 日 8 时累积图年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量单位 mm 实况分布图 24 h 降水量单位 mm 实况分布图天气实况 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时山西省共 78 大范围降水共有 106 个县市有降雨过程雨量 0.1~ 个县市出现降雨过程雨量在 0.1~83.2 mm 之间其 76.5 mm 如图 3 中 3 个县市降暴雨沁县 83.2 mm 平定 57.6 mm 方环流形势演变 2014 年 7 月 21 日 20 时 500 hpa 山 56.7 mm 如图 2 上空欧亚大陆中高纬度为典型的两槽一脊型两槽分环流形势演变 7 月 8 日 20 时亚欧中高纬地区别位于巴尔喀什湖和中国东北地区上空巴湖到贝湖在 500 hpa 上空为一发展旺盛的冷涡系统槽线位于中之间为高压脊副热带高压 5880 gpm 线压在山西省中国东北北部巴尔喀什湖附近有冷空气补充东移南部 hpa 上空山西省南部均为西南风副高外下台风浣熊位于中国东海中心风力 50 m/s 强度围到山西省中部存在水汽输送配合高空槽后西北气为强台风副热带高压系统外围 5840 gpm 线位于山流给山西省中部带来明显降水 22 日 20 时高空槽西省南部水汽沿副高外围输送到中南部低层脊东移副热带高压 5880 gpm 线南压对应山西省上 700 hpa 上空为一致的偏东风同时东北冷涡后部西北空 700 hpa 高湿区南压配合河套短波槽东移带来的冷风带来较强干冷空气到了 7 月 9 日 20 时 500 hpa 上空气导致山西省中南部出现明显降水空东北冷涡系统东移河套中部存在一短波槽副高外 3 多模式预报效果检验围 5840 gpm 线略有南压副高外围水汽通道依然存 hpa 环流形势检验在浣熊北上位于朝鲜半岛以南九州岛以西洋面过程 1 的 500 hpa 环流形势检验从 3 日 20 时上中心风力 30 m/s 强度减弱为强热带风暴低层 500 hpa 中高纬零场及对应 h 预报图略可 700 hpa 台风外围偏东风水汽通道减弱至消失受以知对于主要系统的把握各家模式各时效预报与零场上系统共同作用山西省出现大范围强降水天气基本一致对位于贝加尔湖东侧的冷涡和河套地区的 2.3 过程 3 高空槽 EC 模式各时效预报与零场较一致其他 3 家 7 月日受西风槽和副高共同影响下的暴雨模式的 24 h 预报与零场基本一致不同的是 NECP 过程模式和日本模式 h 预报均较零场偏弱并且天气实况 7 月 22 日 8 时 23 日 8 时山西省出现 NECP 模式缺报河套槽 T639 模式 48 h 预报较零场偏

164 中国农学通报 http://www.casb.org.cn 图 3 2014 年 7 月 22 日 8 时 23 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位 mm) 实况分布图强,72 h 预报较零场偏弱但对于西太平洋副热带高压,4 家数值模式各时效预报均与零场较为一致 3.1.2 过程 2 的 500 hpa 环流形势检验由于 NECP 模式模拟的 48 h 环流场缺报没有资料, 所以对比了 45 51 h 的环流场, 估测 48 h 的环流场演变趋势, 主要的环流系统 ( 东北冷涡和台风浣熊 ) 强度一致且中心位置偏差不超过 0.

4 164 中国农学通报图年 7 月 22 日 8 时 23 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位 mm) 实况分布图强,72 h 预报较零场偏弱但对于西太平洋副热带高压,4 家数值模式各时效预报均与零场较为一致过程 2 的 500 hpa 环流形势检验由于 NECP 模式模拟的 48 h 环流场缺报没有资料, 所以对比了 h 的环流场, 估测 48 h 的环流场演变趋势, 主要的环流系统 ( 东北冷涡和台风浣熊 ) 强度一致且中心位置偏差不超过 0.3 个经纬度, 所以选取了 45 h 的环流场作为检验对象从 8 日 20 时 500 hpa 中高纬零场及对应的 24 48(45) 72 h 预报 ( 如图 4~7) 可知, 各家数值模式各时效预报与零场均基本一致对于东北冷涡的发生发展,EC 模式 ( 图 4) 各时效预报与零场基本一致 ; NECP 模式 ( 图 5)45 h 预报与零场基本一致,24 h 预报较零场偏弱,72 h 缺报 ;T639 模式 ( 图 6) 各预报时效与零场相比均偏弱 ; 日本模式 ( 图 7)48 h 和 72 h 预报与零场基本一致,24 h 预报较零场偏弱对于北上的台风浣熊, 各家模式各时效预报与零场基本一致对于台风外围水汽向山西的输送通道预报,EC 模式 ( 图 4) 24 h 预报与零场基本一致,48 72 h 预报偏南 ;NECP 模式 ( 图 5)24 72 h 预报与零场较一致,45 h 缺报 ;T639 模式 ( 图 6) 各预报时效对水汽通道的建立均缺报 ; 日本模式 ( 图 7)24 48 h 预报与零场较为一致,72 h 预报较零场偏弱 9 日 20 时 ( 图略 ),EC 模式 ( 图 4) 比较好地预报出系统的发展和演变 ;NECP 模式 ( 图 5b)24 h 预报与零场较一致,48 h 预报的水汽通道偏弱偏南, 72 h 预报的系统偏强, 水汽通道偏南 ;T639 模式 ( 图 6) 对于冷涡系统各时效预报均偏弱, 水汽通道的预报均偏南偏弱 ; 日本模式 ( 图 7b)24 h 预报与零场基本一致, h 预报均偏弱综合以上分析可知,EC 模式对系统的发展和演变均有较好的预报, 日本模式 NECP 模式次之,T639 模式预报较差过程 3 的 500 hpa 环流形势检验从 21 日 20 时 500 hpa 中高纬零场及对应的 h 预报 ( 图略 ) 可知, 各家数值模式各时效预报的欧亚大陆两槽一脊形势与零场基本一致对于西太副高,EC 模式的 h 预报与零场基本一致,72 h 预报较零场偏南 ; NECP 模式各时效预报与零场基本一致 ;T639 模式各时效预报与零场相比均偏弱 ; 日本模式 h 预报与零场较一致,72 h 预报偏强 ; 对于菲律宾海上的台风麦德姆,EC 模式 24 h 预报与零场基本一致,48 72 h 预报均缺报 ;NECP 模式各时效预报较零场均偏强 ; T639 模式各时效预报较零场均偏北偏强 ; 日本模式各 a 零场 b 24 h 预报场

5 马严枝等多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 c 48 h 预报场 165 d 72 h 预报场图 4 EC 模式预报的 2014 年 7 月 8 日 20 时 500 hpa 环流形势 a 零场 b 24 h 预报场 c 45 h 预报场 d 72 h 预报场图 5 NECP 模式预报的 2014 年 7 月 8 日 20 时 500 hpa 环流形势时效预报均偏弱综合以上分析 EC 模式预报效果压场零场及对应的 h 预报图略可知各家最好数值模式各时效预报与零场基本一致对于贝加尔湖 3.2 海平面气压场检验东侧东北地区以北的低涡系统和山西东部的低值系过程 1 海平面气压场检验从 3 日 20 时海平面气统 EC 模式各时效预报与零场较一致 NECP 模式各

6 166 中国农学通报 a 零场 b 24 h 预报场 c 48 h 预报场 d 72 h 预报场图 6 T639 模式预报的 2014 年 7 月 8 日 20 时 500 hpa 环流形势 a 零场 b 24 h 预报场

7 马严枝等多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 c 48 h 预报场 167 d 72 h 预报场图 7 日本模式预报的 2014 年 7 月 8 日 20 时 500 hpa 环流形势时效预报较零场均偏北偏弱 T639 模式 24 h 预报与零气压场零场及对应的 h 预报图略可知各场基本一致 h 预报较零场偏强日本模式 24 家模式各时效预报与零场基本一致对于贝湖东侧东 72 h 预报的东北低涡较零场一致 48 h 预报的低涡偏北地区以北的低压系统 EC 模式 24 h 预报与零场较一西各时效对河套东部低压的预报均缺报综合分析致 h 预报均偏北偏弱 NECP 模式 24 h 预报偏 EC 模式在地面形势的预报中效果最好再者是 T639 北偏弱 h 预报较零场基本一致 T639 模式和日模式 NECP 模式和日本模式次之本模式的 24 h 预报均与零场基本一致而 T639 模式的过程 2 海平面气压场检验从 8 日 20 时海平面气 h 预报较零场偏强日本模式的 h 预报则压场零场及对应的 h 预报图略可知各家较零场偏弱对于菲律宾洋面的台风 EC 模式 24 h 预模式各时效预报与零场基本一致对位于东北地区的报与零场较一致 h 缺报 NECP 模式和日本模强盛冷涡系统和东海洋面的强台风 EC 模式 24 h 预报式各预报时效较零场均偏强 T639 模式 24 h 预报与零与零场基本一致 48 h 的冷涡预报略偏北台风预报较场较一致 48 h 预报较零场偏弱 72 h 预报较零场偏零场一致 72 h 预报均较零场偏东北偏弱 NECP 模式强对于山西北部的低值系统 EC 模式 24 h 预报与零 24 h 预报与零场基本一致 48 h 预报的冷涡和台风强场较一致 h 预报均偏东偏北 NECP 模式 24 度与零场基本一致冷涡位置略偏西 72 h 预报的冷涡 48 h 预报与零场较一致 72 h 预报偏弱 T639 模式 24 偏弱台风位置略偏东北 T639 模式 h 预报比零 48 h 预报较零场偏强 72 h 预报与零场基本一致日本场均偏弱 72 h 预报偏强日本模式 24 h 预报与零场基模式 24 h 预报与零场偏强 h 预报较零场范围偏本一致 h 预报的台风系统比零场位置均偏北大综合分析 NECP 模式在地面形势的预报中效果强度偏强 48 h 预报的冷涡偏弱偏西 72 h 预报冷涡偏较好西 9 日 20 时图略 EC 模式 24 h 较好地预报出了系 3.3 定量降水检验统的发展和演变 48 h 预报的台风位置偏南 72 h 预报过程 1 降水检验从实况 EC NECP T639 和日的冷涡位置略偏西 NECP 模式 24 h 预报与零场较一本模式图略的对比分析看过程 1 中各家模式各时致 h 预报的系统位置略偏东强度略偏大 T639 效对小雨量级的范围均偏大 EC 模式各时效预报的中模式 24 h 预报的冷涡和台风与零场较一致 h 预到大雨量级均漏报雨带走向也没有很好的把握报的台风位置略偏南强度略偏大综合以上分析可 NECP 模式各时效对雨带的走向把握较好 24 h 预报知各家模式 24 h 预报的系统及其发展演变均与零场强降水中心比实况值偏大且中心位置偏东南 h 较接近其他时效的预报均有不同程度的偏差 EC 模预报的强降水中心比实况值偏小 T639 模式 h 式对系统的发展和演变均有较好的预报日本模式预报空报率和漏报率较大 72 h 预报的强降水位置偏 NECP 模式次之 T639 模式预报较差东量级偏小日本模式 24 h 预报空报率和漏报率较过程 3 海平面气压场检验从 21 日 20 时海平面大 h 预报的强降水位置偏东偏北量级偏小

8 168 中国农学通报为更好地比较各家数值模式的模拟效果, 从降水量大小和降水强度方面进行分析由表 2 可以看出, EC 模式和 T639 模式预报产品量级偏小,NECP 模式预报的暴雨中心偏南量级偏大, 日本模式预报的暴雨位置偏东量级略偏大, 各家模式对暴雨站点预报偏差大表 2 7 月 3 日 8 时 7 月 4 月 8 时数值预报产品定量降水预报产品名称 24 h 降水量预报 /mm 48 h 72 h EC 模式 NECP 模式 50~100( 中心位置偏东南 ) 50~100( 中心位置偏南 ) 25~50 T639 模式 25~50( 中心位置偏东北 ) 日本模式 25~50( 中心位置偏东 ) 50~100( 中心位置偏东北 ) 对比各数值模式不同预报时效的累积降水预报 ETS 评分来看 ( 如图 8), 对于晴雨预报,NECP 模式效果最好,EC 模式日本模式次之,T639 模式最差 ; 对于中雨量级,24 h 预报时效,NECP 模式效果最好 ;48 72 h 预报时效,EC 效果最好对于 25 mm 以上量级降水, 在各预报时效内,NECP 模式较其他模式具有明显的优势综合以上分析,NECP 模式较其他模式预报更具有参考价值多模式不同时效不同量级降水图 8 7 月 3 日 8 时 7 月 4 月 8 时数值预报产品定量降水预报 ETS 评分过程 2 降水检验从实况 EC NECP T639 和日本模式 ( 图 9~12) 的对比分析来看, 过程 2 中, 各家模式各时效对小雨量级的范围和雨带走向均把握较好,EC 模式 24 h( 图 9a) 预报的中雨范围与实况相吻合, 大到暴雨量级预报范围偏小 ;48 h( 图 9b) 预报的中雨范围略偏大偏北, 大到暴雨量级预报的范围偏小 ;72 h( 图 9c) 小雨以上量级基本漏报 NECP 模式 24 h 预报 ( 图 10a) 的中雨范围和强度均把握较好, 大到暴雨预报范围略偏小 ;48 h 预报 ( 图 10b) 的各级降水量均偏北 1 个纬度左右, 中雨强度把握较好, 大到暴雨偏西偏大 ; 72 h 预报 ( 图 10c) 的中雨范围明显偏小偏南, 其他降水量级均漏报 T639 模式 24 h 预报 ( 图 11a) 的中雨和大雨范围偏小, 暴雨漏报 ;48 h 预报 ( 图 11b) 中雨范围把握较好, 大雨范围偏小, 暴雨漏报 ;72 h 预报 ( 图 11c) 的雨带范围偏北, 中雨和大雨的范围预报较好, 强降水中心偏大偏西日本模式 24 h 预报 ( 图 12a) 的中雨范围偏大, 大雨范围偏南, 强度偏小, 暴雨漏报 ;48 h( 图 12b) 和 72 h 预报 ( 图 12c) 的雨带范围均北移, 范围均偏小, 暴雨漏报综合以上分析, 各家模式各时效预报的小雨和中雨范围均把握较好, 雨带走向也基本与实况吻合, 大到暴雨落区均偏小, 位置也有偏差 24 h 预报 ( 表 3), NECP 模式对中部暴雨到大暴雨落区把握较好, 强降水中心与实况较吻合 ;48 72 h 各家模式预报的雨量偏差较大, 尤其是 72 h, 基本对中雨以上量级均漏报, 参考价值小对比各数值模式不同预报时效的累积降水预报 ETS 评分 ( 图 13), 对于晴雨预报, 各预报时效内各家数值模式评分均达 80% 以上 ; 对于中雨量级,EC 模式和 T639 模式各时效预报稳定 ; 对 25 mm 以上降水预报,NECP 模式 24 h 时效优于 h 预报,T639 模式在 h 预报时效内效果最好, 表现出一定的预报优势综合分析得之,EC 模式预报效果最好,T639 模式优于 NECP 模式和日本模式过程 3 降水检验从实况 EC NECP T639 和日本模式 ( 图略 ) 的对比分析, 过程 3 中, 各家模式各时效对小雨量级的范围预报均把握较好 ( 表 4) EC 模式各时效预报的中到大雨量级范围均偏大, 强降水中心偏北 NECP 模式各时效对雨带的走向把握较好, 但是雨带范围均偏大,24 h 预报强降水中心比实况值偏大, 且中心位置偏西北 ;48 h 预报的强降水中心和范围均比实况值偏大, 位置也偏北 ;72 h 预报的强降水中心比实况值偏小 T639 模式 24 h 漏报北部的降水, 南部

马严枝等 : 多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 169 a

9 马严枝等 : 多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 169 a 24 h 预报场 b 48 h 预报场 c 72 h 预报场图 9 EC 模式预报的 2014 年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位 mm) 的强降水中心值和范围均偏大,48 h 预报的雨带北移, 漏报南部的强降水, 中到大雨范围偏大偏北 ;72 h 漏报南部的雨带, 中到大雨范围偏大日本模式 24 h 预报的南部雨带较好, 强降水中心略偏大偏西, 但是漏报中北部的雨带 ;48 72 h 预报的雨带走向和范围均较差, 空报率和漏报率较大对比各数值模式不同预报时效的累积降水预报 ETS 评分 ( 图 14), 对于晴雨预报,24 48 h 时效, 各模式预报评分一致,72 h 时效,NECP 模式效果最好,EC 模式 T639 次之, 日本模式最差 ; 对于 10 mm 量级降 a 24 h 预报场 b 48 h 预报场

预报时效,EC 预报效果最好 ; 对于 25 mm 和 >50 mm 量级降水, 各预报时效内,NECP 模式的评分最高总体看来,

10 170 中国农学通报 c 72 h 预报场图 10 NECP 模式预报的 2014 年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位 mm) a 24 h 预报场 b 48 h 预报场 c 72 h 预报场图 11 T639 模式预报的 2014 年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位 mm) 水,24 h 预报时效内,NECP 较其他模式具有优势, 而 h 预报时效,EC 预报效果最好 ; 对于 25 mm 和 >50 mm 量级降水, 各预报时效内,NECP 模式的评分最高总体看来, 无论降水落区还是强降水中心位置的预报以及 ETS 评分结果,NECP 模式较其他模式预报更具有参考价值, 随之是 EC 模式,T639 模式次之, 日本模式最差 4 结论本研究对 EC 模式 NECP 模式 T639 模式和日本

马严枝等 : 多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 171 a 24 h 预报场 b 48 h 预报场 c 72 h 预报场图 12 日本模式预报的 2014 年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位

北中部 25~100, 其他 T639 模式中部 25~50, 其他中部 25~50, 其他北中部 25~100, 其他日本模式中部 25~50, 其他北部 25~50, 其他模式的大尺度环流特征

2:500 hpa 东北冷涡和台风外围水汽 ; 过程 3:500 hpa 西风槽和副热带高压以及台风对副高的影响这些系统相互配合, 造成西南暖湿气流与冷空气交汇区为降水落区 (2) 环流场检验 4 家模式对 500 hpa 中高纬环流场进行检验,

11 马严枝等 : 多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 171 a 24 h 预报场 b 48 h 预报场 c 72 h 预报场图 12 日本模式预报的 2014 年 7 月 8 日 8 时 9 日 8 时累积 24 h 降水量 ( 单位 mm) 表 3 7 月 8 日 8 时 7 月 9 月 8 时数值预报产品定量降水预报产品名称 24 h 降水量预报 /mm 48 h 72 h EC 模式中部 25~100, 其他中部 25~100, 其他 NECP 模式中部 25~100, 其他北中部 25~100, 其他 T639 模式中部 25~50, 其他中部 25~50, 其他北中部 25~100, 其他日本模式中部 25~50, 其他北部 25~50, 其他模式的大尺度环流特征地面低压及累积降水等短期预报性能进行了天气学检验分析, 得到如下结论 (1) 山西地区 7 月 3 次强降水过程由不同的大尺度环流背景造成, 影响系统分别是 : 过程 1:500 hpa 低涡 700 hpa 低涡切变和 850 hpa 切变线 ; 过程 2:500 hpa 东北冷涡和台风外围水汽 ; 过程 3:500 hpa 西风槽和副热带高压以及台风对副高的影响这些系统相互配合, 造成西南暖湿气流与冷空气交汇区为降水落区 (2) 环流场检验 4 家模式对 500 hpa 中高纬环流场进行检验, 各时效预报均得到较好的体现, 尤其是 24 h 时效预报与零场基本一致 ; 随着预报时效的延长, 对低涡系统或低槽的预报, 各家模式均有强度和位置上的偏差 ; 对西太平洋副热带高压,EC 模式和 NECP 模式各时效预报脊线位置跟实况场一致,T639 模式和日本模式预报的强度较实况偏弱综合分析,EC 模式对系统的发展和演变均有较好的预报, 日本模式

12 172 中国农学通报多模式不同时效不同量级降水图 13 7 月 8 日 8 时 7 月 9 日 8 时数值预报产品降水预报检验 ETS 评分 NECP 模式次之,T639 模式预报较差 (3) 海平面气压场检验各家模式各时效预报的海平面气压场均把握的较好 ; 对于不同过程中地面的低值系统,EC 模式 24 h 预报的较零场一致,48 72 h 均略有偏弱 ;NECP 模式各时效均有不同程度的偏弱和位置偏差 ; 日本模式和 T639 模式 24 h 预报较好, 随着时效的增加, 预报出现偏差综合对比 3 次过程各家模式各时效的预报效果,EC 模式对地面形势的把握比较好,NECP 模式 T639 模式次之, 日本模式预报效果较差 (4) 降水预报检验各家数值模式预报产品对 3 次过程中雨带的基本走向均把握的较好, 对强降水的强度把握均较实况偏差大, 对强降水中心的预报稳定表 4 7 月 22 日 8 时 7 月 23 日 8 时数值预报产品定量降水预报产品名称 24 h 降水量预报 /mm 48 h 72 h EC 模式北部, 中南部 <50 25~50 中部 50~200, 其他 25~100 NECP 模式中南部 50~100, 其他 25~50 50~100( 中心位置北偏南 ) 25~50 T639 模式中南部 50~100, 其他 <10, 雨带偏南 25~50, 强降水中心漏报 25~50( 雨带偏北 ) 日本模式南部 50~100, 其他 <10, 雨带偏南北中部 25~50, 其他, 雨带偏北多模式不同时效不同量级降水图 14 7 月 22 日 8 时 7 月 23 日 8 时数值预报产品降水预报检验 ETS 评分性也较差 ; 在降水量级上, 各家模式各时效预报的小到中雨范围把握较好, 大雨到暴雨落区偏差或大或小 ; 总体来看,NECP 模式预报较准确, 具有较高的参考价值 (5) 综合各家数值模式的 ETS 评分结果可知, 对于过程 1 和过程 3 降水,NECP 模式的预报效果最好, 其次是 EC 模式,T639 模式和日本模式模拟效果较差 ; 而对于过程 2 降水,EC 模式的预报效果要优于其他各家模式,T639 模式和 NECP 模式次之, 日本模式最差由此也可以推断, 不同的模式对不同的降水影响系统的模拟效果是有差异的, 这也有待于进一步的研究和对比分析 5 讨论关于各家数值模式产品的中期预报性能检验以及数值预报产品释用在典型个列的分析应用, 预报工作者已取得了一定的进展, 主要研究了各数值模式产品的大尺度环流 850 hpa 的温度场及要素预报, 但对于数值产品在山西特有地形下的短期预报性能检验研究有限笔者在前人的基础上, 对山西地区的 3 次强降水过程进行了模式产品的释用和对比分析, 验证了大尺度环流的预报一致性和准确性, 但不同模式不同时效的累积降水却有很大差异, 这就意味着造成降水的中小尺度系统还没有得到更好的预报, 这也是现在及以后的研究重点其次初探各家数值模式产品对定量降水的预报能力, 预报效果最好的是过程 3, 其次是过程 2, 最后是过程 1, 其主要原因可能是 3 次过程的触发机制不同, 过程 1 对流性强, 降水段集中, 强度大, 过程 3 的系统稳定维持时间长, 导致影响时间长范围大由于时间和能力有限, 加上山西特有的地形作用, 关于多家数值模式预报性能的天气学检验, 仍需要长时间

13 马严枝等 : 多个数值预报产品对山西 3 次强降水过程预报性能的对比分析 173 的预报结果来分析, 因此在暴雨预报中需要在参考数值预报的基础上, 结合物理量场实况加密资料卫星和雷达数据等其他辅助手段, 来提高暴雨站点预报准确率, 从而提升灾害性天气服务的效果参考文献 [1] 郑婧, 丁治英, 刘波, 等. 江西暴雨期间 T639 模式的短期预报效果检验 [J]. 气象与减灾研究,2011,34(1): [2] 康志明.2009 年 6-8 月 T639 与 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2009,35(11): [3] 于超.2010 年 6-8 月 T639 与 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2010,36(11): [4] 管成功, 陈起英, 佟华, 等.T639L60 全球中期预报系统预报试验和性能评估 [J]. 气象,2008,34(6): [5] 桂林海.2006 年 12 月至 2007 年 2 月 T213 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2007,33(5): [6] 田伟红.2007 年 12 月至 2008 年 2 月 T213 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2008,34(5): [7] 牛若芸.2008 年 12 月至 2009 年 2 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2009,35(5): [8] 李勇.2009 年 12 月至 2010 年 2 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2010,36(5): [9] 张亚妮, 张金艳.2010 年 12 月至 2011 年 2 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2011,37(5): [10] 蔡芗宁.2011 年 3-5 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2011,37(811): [11] 蒋星, 蔡芗宁.2011 年 6-8 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2011,37(11): [12] 王毅.2011 年 12 月 2012 年 2 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2012,38(5): [13] 符娇兰.2011 年 9 11 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2012,38(2): [14] 刘为一.2014 年 3 5 月 T639 ECMWF 及日本模式中期预报性能检验 [J]. 气象,2014(8): [15] 张守峰, 郭文华, 张金艳, 等.T213 模式对强冷空气短期预报能力的分析检验 [J]. 气象,2011,29(18): [16] 高松影, 刘天伟, 李慧琳, 等. 日本数值产品对丹东暴雨预报的天气学检验与误差分析 [J]. 暴雨灾害,2011,30(3): [17] 涂小萍, 姚日升.ECMWF 数值产品在热带气旋 (TC) 路径预报中的应用分析 [J]. 热带气象学报,2010,26(6): [18] 王文东.2010 年 7 月大气环流和天气分析 [J]. 气象,2010,36(10): [19] 周宁芳.2012 年 7 月大气环流和天气分析 [J]. 气象,2012,38(10): [20] 于超.2011 年 7 月大气环流和天气分析 [J]. 气象,2011,37(10): [21] 林玉成, 徐珺, 张芳华.2013 年 7 月大气环流和天气分析 [J]. 气象, 2013,39(10): [22] 唐健.2014 年 7 月大气环流和天气分析 [J]. 气象,2014,40(10): [23] 杨静, 姚素香. 华北地区降水过程分析研究 [J]. 绿色科技,2013(3): [24] 王正旺, 刘新莹山西区域性暴雨天气过程诊断分析 [J]. 中国农学通报,2014,30(14): [25] 苗爱梅, 郝振荣. 精细化监测资料在山西暴雨预报模型改进中的应用 [J]. 气象,2012,38(7): [26] 伍华平, 束炯, 顾莹等. 暴雨模拟中积云对流参数化方案的对比试验 [J]. 热带气象学报,2009,25(2): [27] 朱乾根, 林锦瑞, 寿邵文, 等. 天气学原理和方法 ( 第四版 )[M]. 北京 : 气象出版社,2000:321.

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气象第卷第期对流不稳定度张芳华张涛周庆亮杨克明国家气象中心北京中国气象科学研究院灾害天气重点实验室利用上海自动观测站资料的逐小时分析资料水汽云图和多普勒雷达探测等资料对年月日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析结果表明上海处在上干冷下暖湿的不稳定大气层结中对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成在对流单体的右侧不断新生单体

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