轉(zhuǎn)折性天氣降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法及應(yīng)用

蘭建春

摘 要 轉(zhuǎn)折性天氣降水是一種特殊天氣條件，隨著當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率得到了巨大提升，對轉(zhuǎn)折性天氣來說還是存在一定挑戰(zhàn)。這就要求利用檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)數(shù)值預(yù)報(bào)模式降水預(yù)報(bào)能力。由此，從當(dāng)前我國天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域現(xiàn)狀著手，簡單探討了轉(zhuǎn)折性天氣降水及其預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法，并結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)等模式，分析了轉(zhuǎn)折性降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法的應(yīng)用效果，以供參考。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)折性天氣；預(yù)報(bào)；降水；檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P457.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.27.089

轉(zhuǎn)折性天氣降水，通俗的說法是氣象條件出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，少降水轉(zhuǎn)向強(qiáng)降水，或是強(qiáng)降水轉(zhuǎn)向少雨天氣等。當(dāng)氣象工作者預(yù)報(bào)有降水，卻沒有出現(xiàn)降水，這就表示出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折性天氣。簡單地說，天氣預(yù)報(bào)是為人們的生產(chǎn)生活提供準(zhǔn)確的天氣信息，方便人們的出行、生產(chǎn)活動(dòng)等，這就要求天氣預(yù)報(bào)必須準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性天氣降水卻會(huì)使天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性降低。

1 概述

2016年12月11日，搭載風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，它實(shí)現(xiàn)了我國靜止軌道氣象衛(wèi)星升級(jí)換代和技術(shù)跨越，將對我國及周邊地區(qū)的大氣、云層以及空間環(huán)境進(jìn)行高分辨率（包括時(shí)間、空間和光譜）的觀察，將大幅提升天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測能力。以目前的情況來看，天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度越來越高是事實(shí)，對轉(zhuǎn)折性天氣預(yù)報(bào)服務(wù)來說，也有很高的準(zhǔn)確性，預(yù)報(bào)時(shí)間也很及時(shí)。例如，內(nèi)蒙古自治區(qū)部分縣市實(shí)施轉(zhuǎn)折性預(yù)報(bào)之后，氣象防災(zāi)減災(zāi)能力有了明顯增強(qiáng)，相關(guān)機(jī)制、體系建設(shè)逐步完善，氣象災(zāi)害造成的年均死亡人數(shù)減少10%，經(jīng)濟(jì)損失減低1.5%，公眾氣象服務(wù)滿意度88分以上。預(yù)報(bào)預(yù)測業(yè)務(wù)方面基本建立了小時(shí)到月的無縫氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系，突發(fā)性天氣預(yù)警提前量21 min，24h晴雨、最高（低）氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別提升2.6%、17.2%和14.7%，氣象要素預(yù)報(bào)精細(xì)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，過程預(yù)測延伸至30 d，數(shù)值模式產(chǎn)品空間分辨率為3公里。

2 檢驗(yàn)

中國氣象局局長鄭國光指出短時(shí)臨近預(yù)報(bào)不能只看雷達(dá)，要利用多種資料全面分析，及時(shí)關(guān)注系統(tǒng)變化，通過分析過程，總結(jié)主要系統(tǒng)到來之前暖區(qū)降水規(guī)律，要高度重視這樣對流天氣的影響。如果發(fā)生在山區(qū)，有極大可能對群眾生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生重大威脅。對于提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率問題，需要進(jìn)行科學(xué)研究分析，特別是帶有地方特點(diǎn)的預(yù)報(bào)預(yù)警[1]。在數(shù)值預(yù)報(bào)模式研究應(yīng)用的同時(shí)，進(jìn)一步提煉科學(xué)問題，與之配套的就是預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法。

就數(shù)值預(yù)報(bào)模式而言，檢驗(yàn)方法很多，如TS評分，技巧評分，預(yù)報(bào)偏差，ETS評分等。其中TS評分比較依賴降水氣候概率，季節(jié)性變化大，如夏季通常比冬季高，因?yàn)槎旧儆辏募径嘤辍TS有TS的一些優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)很依賴降水概率。

業(yè)內(nèi)對降水檢驗(yàn)方法的研究提出了一些新方法，如特征分析、模糊檢驗(yàn)、空間檢驗(yàn)誤差分解、尺度分解等。這些方法涉及到一個(gè)前提，就是降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)特點(diǎn)，相關(guān)研究綜合起來設(shè)計(jì)了專門針對轉(zhuǎn)折性天氣降水的檢驗(yàn)方法——CTS評分。具體可由如下公式表示：

式中，CNA指實(shí)況與預(yù)報(bào)天氣轉(zhuǎn)折狀況相同次數(shù)，CNS指實(shí)況天氣轉(zhuǎn)折總數(shù)，CNY代表預(yù)報(bào)天氣轉(zhuǎn)折次數(shù)。

這種檢驗(yàn)方法能夠提高轉(zhuǎn)折性天氣降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)模式的預(yù)報(bào)能力，可避免有過程預(yù)報(bào)低評分，而無過程則高評分的現(xiàn)象。

3 應(yīng)用

T213數(shù)值預(yù)報(bào)模式在全世界多個(gè)國家和地區(qū)作為制作日常天氣預(yù)報(bào)的主要方法，20世紀(jì)50年代中期，我國開始摸索數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，隨后不斷完善。本文選取該模式以及德國模式和日本模式，探究CTS檢驗(yàn)方法的檢驗(yàn)?zāi)芰Α２煌念A(yù)報(bào)模式，評估人員在檢驗(yàn)時(shí)一般都會(huì)從時(shí)效、季節(jié)以及空間三個(gè)方面進(jìn)行。所以選取由國家氣象局選取某個(gè)時(shí)間段進(jìn)行研究討論，總時(shí)為2 a。

首先，時(shí)效檢驗(yàn)方面。利用CTS評分，對比檢驗(yàn)T213數(shù)值預(yù)報(bào)模式以及日本、德國模式。以24h為基準(zhǔn)點(diǎn)，時(shí)效則以12h為準(zhǔn)，經(jīng)過CTS評分檢驗(yàn)，在基準(zhǔn)點(diǎn)德國模式明顯比另外兩種模式的評分要高，至36h后評分明顯低于其他模式只有6%左右，但相對比較平穩(wěn)。而日本模式和T213模式在預(yù)報(bào)能力評分上大體上相當(dāng)，日本模式要稍好。即除24h段外日本模式>T213模式>德國模式。當(dāng)然隨著失效延長三種模式均會(huì)則呈現(xiàn)衰弱趨勢，必定會(huì)提高空報(bào)和漏報(bào)率。利用TS評分進(jìn)行比對檢驗(yàn)，分析晴雨、小雨、中雨的評分。得出晴雨方面德國模式>T213>日本模式。而小雨以及中雨評分方面則是日本>T213>德國，通過計(jì)算，得出小雨評分同CTS評分相關(guān)系數(shù)約為0.93，雨評分方面則約為0.06。

其次，季節(jié)檢驗(yàn)。對于T213模式來說，季節(jié)變化對其預(yù)報(bào)能力會(huì)產(chǎn)生一定影響，這就需要分析模式在不同季節(jié)的預(yù)報(bào)特點(diǎn)和能力，才能更好地指導(dǎo)實(shí)際預(yù)報(bào)。利用CTS評分進(jìn)行分析，春季評分高，夏季稍低但平穩(wěn)。總體上隨時(shí)效延長，呈下降趨勢。德國模式，則在24h時(shí)表現(xiàn)好，隨后便一直降低，其中春季稍好，秋冬季次之。日本模式的評分同T213模式相差不大，在36h時(shí)春季評分與T213模式相當(dāng)，而且春季預(yù)報(bào)效果最好，秋冬季次之。而夏季的預(yù)報(bào)效果最低，與其他季節(jié)相比，表現(xiàn)得十分明顯。對比3個(gè)模式，24h時(shí)效三種模式差別不大，隨后T213模式和日本模式表現(xiàn)較好。其中又以春季表現(xiàn)最佳，夏季表現(xiàn)差。這可能是夏季降水系統(tǒng)復(fù)雜，降水頻繁所致[2]。

最后，空間檢驗(yàn)。分析選取時(shí)段全國小雨TS評分空間分布和48h的T213模式轉(zhuǎn)折性天氣降水預(yù)報(bào)能力，華北、東北、青海、西藏東部、內(nèi)蒙古東部及中部、長江中下游這些地區(qū)CTS評分相對較高。TS評分方面黑龍江西北部、內(nèi)蒙古東部及中部、長江以南及沿岸地區(qū)、青藏高原東部這些地區(qū)評分高。由此得出，T213模式在上述高評分相同地區(qū)，預(yù)報(bào)效果較好。采用同樣的分析方法分析日本模式和德國模式。得出結(jié)論日本模式和T213模式在長江中下游地區(qū)有著較高評分，有較好的預(yù)報(bào)效果，德國模式則在四川盆地有著較好的效果。可能原因是這些地區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)折性天氣以及降水的概率相對較高。

4 結(jié)語

通過研究時(shí)段的過程分析，檢驗(yàn)3種預(yù)報(bào)模式，可知CTS評分方法是當(dāng)前能夠補(bǔ)充降水檢驗(yàn)方法的一種有效方法。以CTS評分來說，隨著時(shí)效延長，轉(zhuǎn)折性降水預(yù)報(bào)性能會(huì)逐漸降低，在一定時(shí)效內(nèi)，春季預(yù)報(bào)效果最好，而對于一些降水概率較高，以及有較高幾率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性天氣的地區(qū)有著很好的效果。相對來說，有一定參考價(jià)值，但值得注意的是，這種檢驗(yàn)方法實(shí)質(zhì)上并不是很完善，對降水量級(jí)變化考慮不周全，這也是有實(shí)際例子可以參考的。所以，需從降水量級(jí)考慮降水變化，完善評分方法，以便能夠真實(shí)有效地檢驗(yàn)?zāi)Ｊ浇邓A(yù)報(bào)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉湊華，牛若蕓.基于目標(biāo)的降水檢驗(yàn)方法及應(yīng)用[J].氣象，2013（6）：681-690.

[2]戴建華，茅懋，邵玲玲.強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)檢驗(yàn)新方法在上海的應(yīng)用嘗試[J].氣象科技進(jìn)展，2013（3）：40-45.

（責(zé)任編輯：趙中正）