802 气 象 科 学 30 卷 验 和 评 估 [4 0] 安 徽 省 对 降 水 数 值 预 报 的 检 验 较 多, 但 这 种 检 验 经 常 是 为 了 分 析 天 气 个 例 而 进 行, 时 间 上 不 连 续 对 地 面 气 温 和 地 面 风 的 检 验 极 少, 预 报 员 参

第 30 卷 第 6 期 气 象 科 学 Vol.30,No.6 200 年 2 月 SCIENTIAMETEOROLOGICASINICA Dec.,200 周 昆, 郝 元 甲, 姚 晨, 等.6 种 数 值 模 式 在 安 徽 区 域 天 气 预 报 中 的 检 验. 气 象 科 学,200,30(6):80 805. ZhouKun,Hao Yuanjia,YaoChen,etal.TheverificationofsixnumericalmodelsforweatherforecastinAnhuiprovince.ScientiaMeteorologicaSin ica,200,30(6):80 805. 6 种 数 值 模 式 在 安 徽 区 域 天 气 预 报 中 的 检 验 周 昆 2 郝 元 甲 姚 晨 邱 学 兴 ( 安 徽 省 气 象 台, 合 肥 23003)(2 南 京 大 学 大 气 科 学 学 院, 南 京 20093) 摘 要 本 文 检 验 了 从 2006 年 6 月 到 2008 年 2 月,Grapes MM5 WRF T23 JMA 和 Germany 共 6 个 模 式 对 安 徽 区 域 72h 内 降 水 量 风 速 和 气 温 的 预 报 降 水 量 TS 评 分 显 示, 从 小 到 大, JMA 的 参 考 价 值 较 高, 从 大 到 大 暴 则 是 MM5 和 WRF 比 较 好 ;Germany 和 T23 的 评 分 均 处 于 中 间 水 平, 而 Grapes 评 分 最 低 冬 夏 季 各 模 式 的 预 报 较 好, 其 他 季 节 预 报 较 差 风 速,24hJMA 和 T23 的 预 报 较 好,48 72hMM5 和 WRF 的 参 考 价 值 较 高 气 温,24 48hMM5 和 WRF 预 报 较 好, 而 72h 则 是 MM5 和 T23 好 Grapes 对 风 速 和 气 温 的 预 报 相 对 较 差 上 述 检 验 结 果 不 仅 有 助 于 预 报 员 更 好 地 利 用 数 值 模 式 制 作 天 气 预 报, 而 且 为 数 值 天 气 预 报 的 解 释 应 用 提 供 科 学 依 据 关 键 词 预 报 检 验 降 水 量 地 面 风 速 气 温 分 类 号 P459.9 文 献 标 识 码 A Theverificationofsixnumericalmodelsfor weatherforecastinanhuiprovince ZhouKun HaoYuanjia 2 YaoChen QiuXuexing (AnhuiMeteorologicalObservatory,Hefei23003,China) (2SchoolofAtmosphericSciences,NanjingUniversity,Nanjing20093,China) Abstract FromJuneof2006toDecemberof2008,Grapes,MM5,WRF,T23,JMAandGerma nypredictionsoftherainfal,surfacewindvelocityandsurfaceatmospherictemperaturewithinthreedays areverifiedinanhuiprovince.theresultsshow:thetsofjmaisthehighestundertheconditionofrain falfrom0to50mm/d,thoseofmm5andwrfarethehighestundertheconditionofabove50mm/d. TheTSofGrapesisthelowest.Theothersaresecondary.ThesurfacewindvelocityforecastsofJMAand T23withinonedayarebeter,andthoseofMM5andWRFfrom48hto72harebeter.Thesurfaceat mospherictemperatureforecastsofmm5andwrfwithintwodaysarebeter,andthoseofmm5and T23for72harebeter.Theseconclusionsremarkablyhelpforecastersmakegooduseofnumericalweath erforecastmodelsinordertoforecastweatheraccurately. Keywords Forecastverification Rainfal Surfacewindvelocity Temperature 引 言 在 众 多 的 天 气 预 报 方 法 中, 数 值 预 报 已 表 现 出 客 观 定 量 预 报 的 巨 大 潜 力, 成 为 目 前 业 务 预 报 领 域 最 具 影 响 力 的 预 报 方 法 [ 3] 目 前, 安 徽 省 气 象 局 实 时 运 行 有 多 种 数 值 模 式 :Grapes MM5 和 WRF, 从 中 国 气 象 局 实 时 接 收 的 有 T23 JMA 和 Germany 等 数 值 产 品 但 究 竟 哪 个 模 式 对 安 徽 的 天 气 预 报 得 更 好? 预 报 员 如 何 在 众 多 模 式 中 选 取 正 确 的 结 果 用 于 实 际 业 务 预 报? 这 主 要 依 赖 于 对 数 值 天 气 预 报 的 检 收 稿 日 期 :2009 06 08; 修 改 稿 日 期 :2009 0 0 基 金 项 目 : 中 国 气 象 局 业 务 建 设 类 项 目 安 徽 省 天 气 预 报 手 册 第 一 作 者 简 介 : 周 昆 (977 ), 女, 河 南 确 山, 硕 士, 高 工, 主 要 从 事 短 期 天 气 预 报 和 数 值 预 报 模 式 方 面 的 研 究

802 气 象 科 学 30 卷 验 和 评 估 [4 0] 安 徽 省 对 降 水 数 值 预 报 的 检 验 较 多, 但 这 种 检 验 经 常 是 为 了 分 析 天 气 个 例 而 进 行, 时 间 上 不 连 续 对 地 面 气 温 和 地 面 风 的 检 验 极 少, 预 报 员 参 考 这 类 数 值 产 品 时 仅 能 凭 经 验 判 断 其 可 信 度 最 近 几 年, 安 徽 省 加 强 了 观 测 系 统 的 建 设, 广 泛 开 展 了 自 动 观 测 站 观 测, 检 验 观 测 由 79 个 站 增 加 到 一 千 多 站, 使 对 Grapes MM5 WRF 等 中 尺 度 模 式 预 报 性 能 的 评 估 成 为 可 能 2006 年 安 徽 省 建 立 了 降 水 量 地 面 风 速 和 气 温 实 时 评 分 系 统 地 面 风 带 来 的 灾 害 主 要 是 与 风 速 有 关, 与 风 向 关 系 不 大, 因 此 只 检 验 地 面 风 速 的 数 值 预 报 水 平 另 外,Grapes MM5 WRF 的 预 报 时 效 为 3d, 为 了 保 持 评 分 的 一 致 性, 只 对 上 述 6 种 数 值 产 品 短 期 预 报 进 行 检 验 资 料 说 明 降 水 检 验 从 2006 年 6 月 2008 年 2 月, Grapes MM5 WRF T23 JMA 和 Germany 共 6 个 模 式 的 安 徽 区 域 72h 内 的 预 报 效 果 各 模 式 取 每 天 20 时 起 报 的 0~24h,24~48h,48~72h 的 24h 累 计 降 水 量 预 报 插 值 到 79 个 站 插 值 方 法 采 用 距 离 权 重 插 值 法 : 根 据 站 点 经 纬 度 找 到 模 式 中 与 站 点 最 近 的 4 点 经 纬 度,4 点 要 素 乘 以 距 离 权 重 相 加 得 站 点 要 素,4 模 式 点 与 站 点 距 离 小 于 0km 实 况 取 与 预 报 相 对 应 时 段 的 累 计 降 水 量 地 面 风 速 检 验 从 2008 年 0 月 到 2009 年 2 月, Grapes MM5 WRF T23 和 JMA 等 5 个 模 式 的 地 面 风 速 预 报 北 京 下 发 的 Germany 没 有 地 面 风 速 预 报 由 于 对 地 面 风 速 的 检 验 开 始 较 晚, 因 此 检 验 天 数 较 少, 但 各 模 式 均 取 3h(JMA 为 6h) 间 隔 79 个 站 点 的 预 报 与 相 应 时 刻 的 实 况 比 较, 样 本 数 约 为 96000 个, 仍 较 多 气 温 检 验 从 2006 年 9 月 到 2008 年 2 月, Grapes MM5 WRF 和 T23 等 4 个 模 式 的 地 面 气 温 预 报, 北 京 下 发 的 Germany 同 样 没 有 地 面 气 温 预 报 各 模 式 取 安 徽 79 个 站 点 每 隔 3h(JMA 为 6h) 的 气 温 与 相 应 时 刻 的 实 况 比 较 样 本 中 因 模 式 初 始 场 数 据 不 能 及 时 处 理, 有 部 分 数 据 缺 失 所 有 的 检 验 结 果 由 于 检 验 系 统 本 身 存 在 的 局 限 性, 并 不 一 定 能 全 面 而 精 确 地 评 述 每 一 个 模 式 的 预 报 性 能, 只 能 是 从 平 均 状 态 给 大 家 一 个 参 考 2 检 验 方 法 降 水 检 验 使 用 4 个 检 验 量, 分 别 是 TS 评 分 漏 报 率 空 报 率 预 报 偏 差 表 降 水 的 检 验 分 类 表 ( 单 位 : 次 ) Table Clasificationofprecipitationverification(unit:times) 实 况 有 预 报 有 N A N C 无 N B N D N A 正 确 率 (TS 评 分 ): 00% N A +N B +N C N C 漏 报 率 : 00% N A +N C N B 空 报 率 : 00% N A +N B 预 报 偏 差 : N A +N B N A +N C 检 验 分 5 个 降 等 级, 即 小 ( 0 mm) 中 ( 0mm) 大 ( 25mm) 暴 ( 50mm) 和 大 暴 ( 00mm) 地 面 风 速 和 气 温 考 察 24 48 72h 的 平 均 绝 对 误 差 和 均 方 根 误 差 平 均 绝 对 误 差 = N N i= 均 方 根 误 差 = 3 检 验 结 果 3. 降 水 无 预 报 值 - 实 况 值 N ( 预 报 值 - 实 况 值 ) 2 i= N 槡 表 2 列 出 了 6 模 式 预 报 降 水 量 检 验 的 TS 评 分 漏 报 率 空 报 率 预 报 偏 差 因 为 对 各 模 式 的 评 分 不 是 仅 选 择 有 降 水 的 过 程 做 为 样 本, 而 且 综 合 考 虑 了 24 48 72h 时 效 的 预 报 水 平, 所 以 TS 评 分 比 较 低 24h 时 效, 对 于 小 和 中,JMA 的 预 报 评 分 最 高 ; 大 及 其 以 上,JMA 的 评 分 降 低, 而 MM5 和 WRF 的 评 分 要 比 别 的 模 式 高 很 多 Germany 的 评 分 在 每 个 量 级 中 均 处 于 中 间 水 平 T23 和 Grapes 相 对 较 差 对 于 小 和 中,Grapes 的 预 报 评 分 最 低 ; 大 及 其 以 上,T23 的 评 分 较 低 48h 时 效, 对 于 大 以 下,JMA 评 分 仍 然 最 高 对 于 所 有 量 级,MM5,WRF 和 T23 三 个 模 式 的 评 分 很 接 近, 处 于 中 等 水 平,Germany 和 Grapes 较 低, Grapes 评 分 比 其 他 模 式 评 分 低 得 稍 多 72h 时 效, 小 评 分 JMA 和 Germany 较 高, 然 后 是 T23,MM5 和 WRF, 三 者 预 报 较 接 近,Grapes

6 期 周 昆, 等 :6 种 数 值 模 式 在 安 徽 区 域 天 气 预 报 中 的 检 验 803 量 级 模 式 名 称 表 2 各 模 式 预 报 降 水 量 检 验 结 果 Table2 Verifyingresultofprecipitationforecastfromsixmodels TS 漏 报 率 空 报 率 预 报 偏 差 24h 48h 72h 24h 48h 72h 24h 48h 72h 24h 48h 72h Germ. 0 386 0 368 0 357 0 360 0 425 0 427 0 480 0 465 0 422 333 094 0 988 Grape 0 284 0 276 0 24 0 590 0 50 0 505 0 58 0 562 0 595 0 985 22 78 小 JMA 0 424 0 4 0 389 0 66 0 20 0 225 0 534 0 532 0 544 3 27 2 533 2 48 MM5 0 380 0 360 0 350 0 350 0 343 0 346 0 47 0 506 0 529 346 475 529 T23 0 357 0 359 0 339 0 239 0 258 0 287 0 572 0 553 0 569 2 393 2 066 983 WRF 0 359 0 34 0 335 0 349 0 42 0 40 0 532 0 5 0 56 524 240 259 Germ. 0 68 0 22 0 2 0 763 0 807 0 758 0 462 0 583 0 663 0 606 0 722 0 875 Grape 0 6 0 03 0 075 0 87 0 734 0 757 0 692 0 776 0 829 0 847 057 095 中 JMA 0 233 0 84 0 57 0 62 0 667 0 70 0 56 0 588 0 623 0 83 0 882 0 889 Mm5 0 203 0 74 0 40 0 647 0 78 0 747 0 580 0 645 0 73 0 896 0 898 0 954 T23 0 38 0 6 0 27 0 69 0 646 0 630 0 673 0 694 0 726 0 974 074 52 WRF 0 96 0 65 0 7 0 647 0 708 0 739 0 62 0 608 0 694 0 960 0 859 0 939 Germ. 0 078 0 054 0 04 0 886 0 897 0 898 0 505 0 66 0 777 0 570 0 737 0 865 Grape 0 09 0 049 0 027 0 869 0 846 0 88 0 7 0 854 0 929 0 88 00 055 大 JMA 0 24 0 07 0 08 0 86 0 84 0 840 0 493 0 559 0 692 0 604 0 687 0 824 MM5 0 48 0 00 0 064 0 695 0 802 0 85 0 692 0 75 0 80 0 996 0 892 0 952 T23 0 057 0 08 0 056 0 909 0 833 0 86 0 739 0 697 0 802 0 83 0 837 0 93 WRF 0 4 0 085 0 057 0 744 0 824 0 859 0 690 0 79 0 784 0 927 0 873 0 93 Germ. 0 07 0 02 0 02 0 976 0 974 0 969 0 63 0 606 0 890 0 628 0 622 0 98 Grape 0 028 0 009 0 003 0 964 0 978 0 990 0 88 0 945 0 99 0 849 0 966 00 暴 JMA 0 08 0 030 0 03 0 977 0 966 0 98 0 22 0 296 0 55 0 226 0 306 0 562 MM5 0 00 0 044 0 032 0 766 0 896 0 927 0 796 0 849 0 886 039 0 948 0 956 T23 0 026 0 048 0 07 0 960 0 894 0 958 0 585 0 770 0 886 0 609 0 86 0 925 WRF 0 0 0 040 0 026 0 808 0 897 0 927 0 77 0 88 0 920 0 887 0 92 0 992 Germ. 0 000 0 002 0 000 000 0 997 000 0 000 0 938 000 0 000 0 94 000 大 暴 Grape 0 004 0 000 0 040 0 996 000 0 952 0 800 000 0 857 0 803 000 0 900 JMA 0 000 0 000 0 000 000 000 000 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 MM5 0 034 0 004 0 00 0 902 0 993 0 982 0 927 0 97 0 96 028 0 978 0 979 T23 0 000 0 06 0 000 000 0 96 000 0 000 0 896 000 0 000 0 932 000 WRF 0 056 0 06 0 05 0 9 0 976 0 957 0 798 0 89 0 949 0 876 0 93 0 992 最 低 中 和 大 评 分 仍 是 JMA 最 高, 其 次 是 T23 MM5 和 WRF,Germany 和 Grapes 较 低 暴 和 大 暴 评 分 较 高 的 是 MM5 和 WRF 从 漏 报 率 来 看, 对 于 小 和 中,JMA 的 漏 报 率 较 小, 对 于 大 和 暴,MM5 和 WRF 的 漏 报 率 较 小, 对 于 大 暴, 各 种 模 式 的 漏 报 率 均 较 高 从 空 报 率 来 看, 对 于 小 到 大,Germany JMA 和 WRF 的 空 报 率 较 小, 对 暴 和 大 暴,Germany JMA 和 T23 的 空 报 率 较 小 无 论 是 漏 报 率 还 是 空 报 率 Grapes 均 较 高 综 上 所 述,6 个 模 式 对 小 的 预 报 评 分 48h 时 效 与 24h 时 效 的 预 报 水 平 接 近 随 着 量 级 增 加,6 个 模 式 的 TS 评 分 降 低 较 明 显 对 于 3 个 时 效, 从 小 到 大, 评 分 都 是 JMA 最 高, 从 大 到 大 暴, MM5 和 WRF 比 较 好 ; 对 所 有 量 级,Germany 和 T23 的 评 分 处 于 中 间 水 平, 而 Grapes 评 分 最 低

气 象 科 学 ３ ０卷 ８０ Ｔ２１ ３的两种误差处于中间 方根误差都较小 Ｇ 水平 ＭＭ５的误差较高 图 ２ ８ｈ 各模式的平均绝对误差较接近 从均方根 误差来看 ＷＲＦ较好 ＭＭ５ Ｇ 和 Ｔ２１３处于中 ＭＡ较差 间水平 Ｊ ２ｈ Ｊ ＭＡ和 Ｔ２１ ３的平均绝对误差和均方根误 差都较小 ＭＭ５的两种误差处于中间水平 Ｇ ＷＲＦ的误差较高 ８ｈＷＲＦ的参考 综上所述 地面风速预报 ２ 价值较高 ２ｈＪ ＭＡ和 Ｔ２１ ３的预报较好 对于 ３ 图 １ 逐月各个模式 ＴＳ评分比较 Ｆ １ ＴＳ ｆｍ ｔ ｈ ｙ ｆ ｆ ｍ ｘｍ ｄ 个时效 ＭＭ５和 Ｇ 的误差均较大 ３ ３ 气温 逐月的 ＴＳ评分显示 图 １ １１ １月各模式的 如图 ３所示 对于气温预报 平均绝对误差和均 月次之 ２ ３月和 ８ ９月比较低 预报较好 方根误差比较的结果一致 ２ ８ｈＭＭ５和 ＷＲＦ模 比较各模式的 ＴＳ评分 １ ３月 Ｇ ｍ ｙ模式最好 ２ｈ则是 ＭＭ５和 Ｔ２１３预报效 式预报效果较好 而 １ ２月 Ｊ ＭＡ最好 Ｇ 几乎一直是最低的 其 果好 Ｇ 相对较差 他 ３个模式处于中间水平 每月的排名均有变化 ３ ２ 风速 ２ｈ时 效 ＷＲＦ和 Ｊ ＭＡ的 平 均 绝 对 误 差 和 均 小结和讨论 本 文 对２００６年６月 到２００８年１２月 Ｇ 图 ２ 各模式 ３种时效风速评分 平均绝对误差 ｂ 均方根误差 Ｆ ２ Ａｖ ｂ ｕｔ ｄ ｑｕ ｔ ｂ ｆｗ ｄｆ ２ ８ ２ｈｂ ｙ ｘｍ ｄ 图 ３ 各模式 ３种时效气温评分 平均绝对误差 ｂ 均方根误差 Ｆ ３ Ａｖ ｂ ｕｔ ｄ ｑｕ ｔ ｂ ｆｔ ｍｆ ２ ８ ２ｈｂｙ ｘｍ ｄ

6 期 周 昆, 等 :6 种 数 值 模 式 在 安 徽 区 域 天 气 预 报 中 的 检 验 805 MM5 WRF T23 JMA 和 Germany6 个 模 式 对 安 徽 区 域 72h 内 降 水 量 地 面 风 速 和 地 面 气 温 的 预 报 样 本 进 行 检 验 降 水 量 分 时 效 的 TS 评 分 显 示,24~72h 从 小 到 大, 评 分 都 是 JMA 最 高, 从 大 到 大 暴 是 MM5 和 WRF 比 较 好 ; 对 所 有 量 级,Germany 和 T23 的 评 分 处 于 中 间 水 平, 而 Grapes 评 分 最 低 逐 月 的 TS 评 分 显 示, 冬 夏 季 各 模 式 的 预 报 较 好 其 他 季 节 的 预 报 较 差, 其 中 2 月 和 9 月 比 较 低 其 中, 3 月 Germany 模 式 最 好,4 2 月 JMA 最 好 ;Grapes 几 乎 一 直 是 最 低 的 风 速 预 报,24 48hWRF 的 参 考 价 值 较 高,72h JMA 和 T23 的 预 报 较 好 ; 对 于 3 个 时 效,MM5 和 Grapes 的 误 差 均 较 大 气 温 预 报,24 48hMM5 和 WRF 模 式 预 报 较 好, 而 72h 则 是 MM5 和 T23 预 报 好 ;Grapes 相 对 较 差 从 以 上 的 评 分 结 果 可 知, 各 模 式 预 报 降 水 风 速 和 气 温 的 能 力 随 着 预 报 时 效 的 延 长 而 减 小 同 时, 各 模 式 预 报 降 水 的 能 力 随 着 降 水 量 级 的 增 大 而 减 小, 对 于 50mm/d 以 上 量 级 的 降 水 过 程, 各 模 式 的 TS 在 0% 以 下 地 面 降 水 预 报 中, 夏 季 降 水 频 繁, 冬 季 降 水 少, 这 两 个 季 节 预 报 能 力 高, 而 春 秋 季 为 转 折 季 节, 预 报 能 力 低 参 考 文 献 [] 梁 红, 王 元, 钱 昊, 等. 欧 洲 ECWMF 模 式 与 我 国 T23 模 式 夏 季 预 报 能 力 的 对 比 分 析 检 验. 气 象 科 学,2007,27(3):253 258. [2] 漆 梁 波, 曹 晓 岗, 夏 立, 等. 上 海 区 域 要 素 客 观 预 报 方 法 效 果 检 验. 气 象,2007,33(9):9 8. [3] 曾 智 华, 马 雷 鸣, 梁 旭 东, 等.MM5 数 值 预 报 引 入 GRAPES 三 维 变 分 同 化 技 术 在 上 海 地 区 的 预 报 和 检 验. 应 用 气 象 学 报, 2004,5(5):534 542. [4] 张 万 诚, 郑 建 萌, 肖 子 牛, 等. 具 有 变 分 同 化 的 η 中 尺 度 模 式 对 2002 年 云 南 汛 期 降 水 的 预 报 检 验. 气 象 科 学,2007,27(3): 32 35. [5] 王.2004 年 主 汛 期 各 数 值 预 报 模 式 定 量 降 水 预 报 评 估. 应 用 气 象 学 报,2006,7(3):36 324. [6] 吴 秋 霞, 史 历, 翁 永 辉, 等.AREMS/973 模 式 系 统 对 2004 年 中 国 汛 期 降 水 实 时 预 报 检 验. 大 气 科 学,2007,3(2):298 30. [7] 范 俊 红, 李 云 川, 陈 小 雷, 等. 台 风 麦 莎 路 径 东 折 分 析 及 NWP 产 品 检 验. 气 象 科 学,2007,27( 增 刊 ):34 39. [8] 孙 海 燕, 肖 辉, 王 振 会, 等. 对 流 性 云 火 箭 增 试 验 效 果 的 数 值 模 式 评 估. 南 京 气 象 学 院 学 报,2005,28(2):72 79. [9] 岳 彩 军, 陆 维 松, 陶 丽. 一 个 简 单 海 气 耦 合 模 式 预 报 性 能 评 估. 南 京 气 象 学 院 学 报,2005,28(5):704 709. [0] 王 欢, 周 军, 罗 树 如, 等. 强 对 流 活 动 对 对 流 发 展 条 件 影 响 的 数 值 试 验. 南 京 气 象 学 院 学 报,2005,28(2):45 52.