烏魯木齊機場中尺度模式降水預報質量評估

朱雯娜

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

烏魯木齊機場中尺度模式降水預報質量評估

朱雯娜

（民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊 830016）

使用常規地面觀測資料檢測烏魯木齊機場中尺度模式（WRF模式、MM5模式）預報的新疆16個機場的24 h降水質量。結果表明，2個模式晴雨（雪）預報正確率PC較好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、東疆測站TS評分普遍偏低，而空報率、漏報率普遍偏高，同時，空報率普遍高于漏報率。這說明，在地形條件較為復雜和幾乎沒有降水的測站，有無降水的預報誤差比較大，中尺度模式降水的預報能力比較弱。北疆測站伊寧、烏魯木齊測站WRF模式漏報率高于MM5模式，而空報率低于MM5模式，漏報率隨著月降水量的增加而增加，對夏季對流性降水預報能力比較弱。南疆阿克蘇、喀什測站TS評分偏低，空報率普遍遠高于漏報率。東疆哈密測站空報率、漏報率均偏高。

WRF模式；MM5模式；晴雨（雪）檢驗；空報率

新疆地區地形復雜，一直被認為是數值預報難以取得較好效果的地區之一。新疆氣象臺對T213數值模式、GRAPES區域數值模式降水預報產品在新疆區域進行檢驗分析，發現新疆地區T213數值模式降水的晴雨TS評分和空、漏報率均存在明顯的時空分布差異，空報率和漏報率都很高，整體預報效果不好；而對于GRAPES區域模式的降水落區位置和落區面積預報準確率，北疆高于南疆，降水中心強度預報易偏強，隨預報時效延長其準確率呈降低趨勢[1-4]。

烏魯木齊機場于2009年建立了中尺度數值預報試驗項目，利用WRF和MM5這2種中尺度數值模式分別構建了2套中尺度預報業務試驗系統。為了更加深入地了解中尺度數值模式降水預報產品對新疆地區的預報性能，同時，也為模式改進提供一些有益的信息，本文根據中國氣象局制定的《中短期天氣預報質量檢驗辦法》中的降水客觀評分方法對晴雨（雪）預報進行客觀分析、檢驗，分析晴雨（雪）預報正確率PC、TS評分、空報率和漏報率的特征及其原因。

1 中尺度數值模式的配置情況

WRF和MM5模式均采用三重嵌套模式，以烏魯木齊機場（44N，87E）為中心，水平分辨率分別為45 km、15 km、5 km，格點數分別為 151×131，166×136，112×112，各區域范圍如圖1所示，垂直方向有27層（MM5模式垂直方向有23層），時間步長分別為150 s、50 s、17 s，輸入GFS全球模式預報場，將起報時間20時、間隔6 h的GFS模式預報資料作為模式的初始場和側邊界條件，每隔3 h輸出一次預報結果，積分到48 h結束。

WRF模式微物理過程采用WSM3簡單冰方案，長波輻射采用rrtm方案，短波輻射采用dudhia方案，近地面層采用Monin-Obukhov方案，陸面過程采用適量擴散方案，邊界層采用YSU方案，積云參數化采用淺對流Kain-Fritsch（new Eta）方案（d03區不采用積云參數化方案）。

圖1 模式嵌套區域示意圖

MM5模式顯式水汽方案選用混合相方案，輻射采用云輻射方案（d02與d03區不采用輻射方案），邊界層采用MRF PBL方案，積云參數化采用Grell方案（d03區不采用積云參數化方案）。

2 降水預報質量評估

2.1 資料選取

本文對中尺度模式在2009-01-19—2013-03-13之間的降水預報能力進行統計檢驗，因為新疆區域除了烏魯木齊機場外都是供航觀測，即觀測資料不是連續的，同時，烏魯木齊機場的日降水量是00時至00時，與地面測站不同，所以，全部選取新疆區域內有機場的地面測站資料來檢驗，包括布爾津、阿勒泰、塔城、博樂、克拉瑪依、伊寧、新源、烏魯木齊、吐魯番、阿克蘇、庫車、庫爾勒、喀什、和田、且末和哈密共16個地面測站的降水量作為檢驗對象。用當日20時起報的d02區降水預報中12～36 h的累計24 h降水量與相應時段的實況降水量相對應。

2.2 檢驗方法

本文運用最短距離插值方法將中尺度模式降水預報格點資料插值到所選站點，根據中國氣象局制定的《中短期天氣預報質量檢驗辦法》中的降水客觀評分方法進行晴雨（雪）檢驗，預報正確率PC，TS評分、空報率FAR、漏報率PO檢驗。

預報正確率為：

式（1）中：NA為有降水預報正確站（次）數；NB為空報站（次）數；NC為漏報站（次）數；ND為無降水預報正確的站（次）數。

TS評分為：

式（2）（3）（4）中：NAk為預報正確站（次）數；NBk為空報站（次）數；NCk為漏報站（次）數。

2.3 中尺度模式降水檢驗分析

總體而言，16個測站晴雨（雪）檢驗預報正確率PC較好，WRF模式均大于85，MM5模式均大于80，2個模式都有較好的預報能力。除了伊寧測站，其余測站WRF模式結果均略好于MM5模式。但是，16個測站的TS評分存在明顯的差異，北疆測站普遍好于南疆、東疆測站，除了伊寧、阿克蘇測站，其余測站WRF模式結果均略好于MM5模式。對于北疆測站WRF模式，除了克拉瑪依TS評分為53外，其余均大于60，而MM5模式除克拉瑪依TS評分為49外，其余均大于55.南疆測站WRF模式和MM5模式TS評分均低于60.東疆的吐魯番WRF模式TS評分38，MM5模式TS評分28，達到最低，如圖2（a）所示。對于WRF模式和MM5模式，除了博樂、吐魯番外，其余測站空報率均大于漏報率，北疆測站空報率、漏報率普遍低于南疆、東疆測站，如圖2（b）所示。出現這種情況的主要原因是，在地形條件較為復雜和幾乎沒有降水的測站，有無降水的預報誤差比較大，中尺度模式降水的預報能力比較弱。

圖2 16個測站預報情況

下面對這16個測站按月進行降水質量評估，從中選擇了比較有代表性的5個站點，其中，北疆為伊寧、烏魯木齊，南疆為阿克蘇、喀什，東疆為哈密。

圖3 伊寧、烏魯木齊的評分、預報情況

伊寧、烏魯木齊的中尺度模式降水預報晴雨（雪）檢驗預報正確率PC均維持較高的水平，振幅在15%左右，而TS評分有較明顯的震蕩趨勢，如圖3所示。

伊寧WRF模式TS評分在7月、11月、12月達到極大值88～89，3月、6月、9月達到極小值46～55，而MM5模式TS評分11月達到極大值90，3月、7月、9月達到極小值55～59.烏魯木齊WRF模式TS評分在9月達到極大值80，7月達到極小值45，MM5模式在1月、4月、11月達到極大值75～77，7月、8月達到極小值54，WRF模式TS評分波動幅度均略大于MM5模式。伊寧WRF模式在3月空報率達到極大值38，6月漏報率達到極大值48，而在9月漏報率、空報率均處于較高水平，分別對應TS評分極小值時期；MM5模式在3月空報率達到極大值37，7月、9月漏報率達到極大值33～35，分別對應TS評分極小值時期。

WRF模式漏報率高于MM5模式，而空報率低于MM5模式，烏魯木齊WRF模式和MM5模式漏報率均呈現出春秋季最低、冬季次之、夏季最高的特征，說明漏報率隨著月降水量的增加而增加；漏報率和空報率在夏季都維持較高的水平，說明有無降水的預報誤差比較大，中尺度模式對夏季對流性降水預報能力比較弱。

圖4 阿克蘇、喀什的評分、預報情況

阿克蘇、喀什的中尺度模式降水預報晴雨（雪）檢驗預報正確率PC在75～97之間，WRF模式要普遍好于MM5模式，而TS評分明顯偏低，均低于71，如圖4所示。

圖5 哈密的評分、預報情況

阿克蘇WRF模式TS評分在5—6月、9—10月維持較高，在57～63之間，8月達到極小值29，MM5模式TS評分在5—7月期間維持較高，在58～68之間，4月達到極小值14；喀什WRF模式TS評分10月達到極大值71，4月、8月達到極小值33，MM5模式TS評分也在10月達到極大值67，在11月達到極小值29.阿克蘇WRF模式漏報率PO在8月、11—12月達到極大值44～55，喀什WRF模式漏報率在8—9月達到極大值47～63，遠高于其他月份，而WRF模式漏報率普遍高于MM5模式。阿克蘇、喀什2個模式空報率FAR均在1—4月維持較高，而漏報率維持較低，阿克蘇空報率FAR超過50，喀什空報率FAR超過40，并且WRF模式空報率普遍低于MM5模式，空報率普遍遠高于漏報率。

哈密中尺度模式降水預報晴雨（雪）檢驗預報正確率PC維持較高，除了8月份，其他月份均高于90，而TS評分均低于80，如圖5所示。哈密2個模式TS評分均在2月達到極大值，WRF模式在8月、10月達到極小值，MM5模式在9月達到極小值，空報率FAR在4—7月下降，7—12月上升，漏報率PO在3—5月下降，5—9月上升。哈密降水稀少，2個模式空報率、漏報率均偏高，說明有無降水的預報誤差比較大，中尺度模式降水的預報能力比較弱。

3 小結

2個模式晴雨（雪）預報正確率PC比較好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、東疆測站TS評分普遍偏低，而空報率、漏報率普遍偏高，同時，空報率普遍高于漏報率。這說明，在地形條件較為復雜和幾乎沒有降水的測站，有無降水的預報誤差比較大，中尺度模式降水的預報能力較弱。北疆測站伊寧、烏魯木齊測站WRF模式漏報率高于MM5模式，而空報率低于MM5模式，漏報率隨著月降水量的增加而增加，對夏季對流性降水預報能力較弱。南疆阿克蘇、喀什測站TS評分偏低，空報率普遍遠高于漏報率。東疆哈密測站空報率、漏報率均偏高。

［1］霍文，秦賀，楊蓮梅.新疆T213數值預報降水評價［J］.沙漠與綠洲氣象，2010（3）.

［2］秦賀，霍文.T213降水預報產品在新疆區域的檢驗分析——晴雨檢驗［J］.沙漠與綠洲氣象，2009（6）.

［3］秦賀，趙克明，湯浩，等.新疆中強天氣過程GRAPES區域模式降水預報檢驗［J］.沙漠與綠洲氣象，2010（6）.

［4］竇新英，孫貴成.MM5模式對烏魯木齊地區冬、春季降水預報能力檢驗［J］.新疆氣象，2001（6）.

P457

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.045

2095－6835（2017）20－0045－04

朱雯娜（1983—），女，主要從事航空氣象方面的工作。

〔編輯：白潔〕