SWAN定量降水預(yù)報產(chǎn)品在寶雞汛期短時降水的檢驗應(yīng)用

李恩莉+韓潔

摘要：選取2015年汛期寶雞典型的三類降水過程，采用寶雞市區(qū)域站和自動站雨量以及SWAN定量降水預(yù)報產(chǎn)品資料，用點(diǎn)對點(diǎn)統(tǒng)計檢驗評分方法，分析了SWAN系統(tǒng)中定量降水預(yù)報產(chǎn)品在寶雞不同類型降水過程中的準(zhǔn)確率和誤差分布。結(jié)果表明：同一預(yù)報時效下， QPF產(chǎn)品對層狀云降水的預(yù)報效果最好，其次是積狀云，層積混合預(yù)報效果最差；隨著降水的加強(qiáng)，不同預(yù)報時效誤差不同，預(yù)報時效越長，誤差越大，三種類型降水過程均是如此。相對誤差則是層積混合型降水最小，積狀云降水最大，絕對誤差層狀云降水最小，層積混合型降水最大； 層狀云降水總體分布為東部大西部小，積狀云降水總體分布為西南—東北走向，依次朝西北和東南減小，層積混合類型降水過程中，30 min預(yù)報時效下絕對誤差大值中心位于陳倉，麟游和鳳縣絕對誤差最小，60 min預(yù)報時效下絕對誤差分布特征為東部大西部小，由東向西依次減小。

關(guān)鍵詞：SWAN系統(tǒng)；定量降水預(yù)報；誤差分析

中圖分類號：P457

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）20001104

1引言

《第七次全國氣象預(yù)報工作會議工作報告》提出，市縣預(yù)報員向提高綜合業(yè)務(wù)能力方向轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化市縣災(zāi)害性天氣和氣象災(zāi)害的實時監(jiān)測和臨近預(yù)警。《陜西省現(xiàn)代氣象預(yù)報業(yè)務(wù)發(fā)展行動計劃（2016-2018）》提出，市級預(yù)報業(yè)務(wù)主要開展災(zāi)害性天氣實時監(jiān)測、預(yù)警業(yè)務(wù)。由此可見，及時、準(zhǔn)確的短時臨近預(yù)報預(yù)警服務(wù)已經(jīng)成為地市局預(yù)報業(yè)務(wù)中心工作。對于臨近（0～2 h） 定量降水預(yù)報而言， 利用雷達(dá)回波外推技術(shù)和自動站雨量訂正技術(shù)的臨近預(yù)報方案具有高精度的時空分辨率， 且準(zhǔn)確率也較高[1]。筆者利用寶雞地區(qū)2015年出現(xiàn)的12次降水過程，對SWAN系統(tǒng)中提供的不同時效的定量降水預(yù)報產(chǎn)品進(jìn)行檢驗分析，為寶雞短時臨近預(yù)報預(yù)警工作提供技術(shù)支撐。

2資料選取和檢驗方案

2.1資料選取與標(biāo)準(zhǔn)

筆者采用的資料主要有：①2015年汛期SWAN系統(tǒng)中QPF產(chǎn)品數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)從陜西省局?jǐn)?shù)據(jù)庫獲得，處理為格點(diǎn)數(shù)據(jù)，在程序中對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制；②寶雞11個縣區(qū)自動站及各縣區(qū)區(qū)域站雨量資料。

降水過程的選取標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)雷達(dá)反射率因子回波將降水過程劃分為層狀云降水、對流性降水和混合類降水3類，選取1 h降水量超過5 mm的區(qū)域站站點(diǎn)。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，選取2015年汛期12個過程，見表1。

本項目的主要難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的處理過程，首先將SWAN中的定量降水預(yù)報產(chǎn)品（QPF）解析成有經(jīng)緯度的格點(diǎn)值，然后找出各降水站點(diǎn)所對應(yīng)的格點(diǎn)值，查找原則是相鄰格點(diǎn)距離最短優(yōu)先，從而找出某一站點(diǎn)分別在不同時刻QPF產(chǎn)品和對應(yīng)時刻的降水實況值（圖1）。

3QPF的檢驗分析

SWAN系統(tǒng)中提供了預(yù)報時效為30 min和60 min的QPF產(chǎn)品，筆者對兩個預(yù)報時效均進(jìn)行統(tǒng)計檢驗。分別計算3種不同類型降水過程QPF的空報率、漏報率、準(zhǔn)確率、相對誤差（Er）和絕對誤差（Ea）（表2），由表2可見，同一預(yù)報時效下，層狀云降水Ts評分最高，其次是積狀云降水，層積混合型降水最低，空報率Ts評分相反，說明QPF產(chǎn)品層狀云降水預(yù)報準(zhǔn)確率最高，層積混合型降水最低。同一時效下積狀云降水漏報率最低，其次是層狀云降水，層積混合型降水最高。綜上分析可見，QPF產(chǎn)品對層狀云降水的預(yù)報效果最好，其次是積狀云。

4誤差分析

4.1QPF總的誤差分析

計算3種類型降水過程QPF產(chǎn)品的相對誤差和絕對誤差，由表2可見，隨著降水的加強(qiáng)，不同預(yù)報時效誤差不同，預(yù)報時效越長，誤差越大，3種類型降水過程均是如此。相對誤差則是層積混合型降水最小，積狀云降水最大，絕對誤差層狀云降水最小，層積混合型降水最大。

4.2QPF絕對誤差的空間分布特征

圖2為層狀云降水過程兩個預(yù)報時效絕對誤差分布圖，可見30 min和60 min預(yù)報時效下絕對誤差空間分布特征類似，總體分布為東部大西部小，絕對誤差大值中心位于岐山，鳳翔絕對誤差最小。

圖3為積狀云降水過程兩個預(yù)報時效絕對誤差分布圖，與層狀云類似，30 min和60 min預(yù)報時效下絕對誤差空間分布特征一致，總體分布為西南—東北走向，依次朝西北和東南減小，絕對誤差大值中心位于渭濱，隴縣和扶風(fēng)絕對誤差最小。

圖4為層積混合類型降水過程兩個預(yù)報時效絕對誤差分布圖，由圖可見，30 min預(yù)報時效下絕對誤差大值中心位于陳倉，其次是渭濱、眉縣、太白北部和岐山南部，麟游和鳳縣絕對誤差最小。60 min預(yù)報時效下絕對誤差分布特征為東部大西部小，由東向西依次減小，同時存在兩個大值中心，分別為眉縣和渭濱，隴縣、鳳縣和麟游絕對誤差較小。

4.3誤差原因分析

首先，通過對QPF的誤差分析，可以看出預(yù)報時效越短，準(zhǔn)確率越高，誤差也越小。層狀云誤差最小，積狀云和層積混合誤差較大，這是由于層狀云降水屬于穩(wěn)定性降水，由凝結(jié)潛熱產(chǎn)生的上升運(yùn)動小，積狀云和層積混合誤差較大的原因是其降水過程一般為強(qiáng)對流天氣和暴雨過程，降水不穩(wěn)定，易出現(xiàn)短時強(qiáng)降水或者降水突然增大，因此可預(yù)報性變低。

第二，積狀云和層積混合降水的絕對誤差空間分布可以總結(jié)為離雷達(dá)越近，誤差越大。其原因主要是由于雷達(dá)靜錐區(qū)內(nèi)降水回波測定不準(zhǔn)確造成的。層狀云降水的絕對誤差空間分布特征是在距離雷達(dá)一定范圍內(nèi)，離雷達(dá)越遠(yuǎn)，誤差越大。其原因主要是由于降水區(qū)域高度低于雷達(dá)波束探測高度，造成降水回波測定不準(zhǔn)確。

第三，QPF的誤差不僅與雷達(dá)本身探測的局限性有關(guān)，還收到一些技術(shù)方法的影響，文獻(xiàn)[2]中提到SWAN 中QPF產(chǎn)品由其反射率預(yù)報產(chǎn)品反演而來，該產(chǎn)品主要由回波外推得到，算法存在一定的局限性，目前由雷達(dá)回波外推方法向結(jié)合數(shù)值模式預(yù)報的混合外推技術(shù)發(fā)展，對提高對流降水的預(yù)報能力也許有更多的幫助[3]。另外，QPF的質(zhì)量均與雷達(dá)反射率因子和降水強(qiáng)度間的Z-I 關(guān)系密不可分[4，5]。Z-I 關(guān)系建立方法多樣，且具有地域性，有待進(jìn)一步嘗試與檢驗。

5小結(jié)與討論

本文利用寶雞市2015年汛期出現(xiàn)的12次降水過程， 檢驗分析了SWAN中定量降水預(yù)報產(chǎn)品（QPF）對不同類型降水的預(yù)報效果和誤差分析，得出以下結(jié)論。

（1）同一預(yù)報時效下， QPF產(chǎn)品對層狀云降水的預(yù)報效果最好，其次是積狀云，層積混合預(yù)報效果最差。

（2）隨著降水的加強(qiáng)，不同預(yù)報時效誤差不同，預(yù)報時效越長，誤差越大，3種類型降水過程均是如此。相對誤差則是層積混合型降水最小，積狀云降水最大，絕對誤差層狀云降水最小，層積混合型降水最大。這是由于層狀云降水屬于穩(wěn)定性降水，由凝結(jié)潛熱產(chǎn)生的上升運(yùn)動小，可預(yù)報性較好。

（3）層狀云降水總體分布為東部大西部小；積狀云降水總體分布為西南—東北走向，依次朝西北和東南減小；層積混合類型降水過程中，30 min預(yù)報時效下絕對誤差大值中心位于陳倉，麟游和鳳縣絕對誤差最小；60 min預(yù)報時效下絕對誤差分布特征為東部大西部小，由東向西依次減小。

（4）由于產(chǎn)生預(yù)報誤差的因素很多，本文只是對于主要原因做了分析，對其他原因的分析還需做更深入的分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]

呂曉娜，牛淑貞.SWAN中定量降水估測和預(yù)報產(chǎn)品的檢驗與誤差分析[J]，暴雨災(zāi)害.2013，32（2）：142～150.

[2]胡勝，羅聰，黃曉梅，等.基于雷達(dá)外推和中尺度數(shù)值模式的定量降水預(yù)報的對比分析[J].氣象，2012，38（3）：274～280.

[3]宗志平，代刊，蔣星.定量降水預(yù)報技術(shù)研究進(jìn)展[J].氣象科技進(jìn)展，2012，2（5）：29～35.

[4]馬慧，萬齊林，陳子通，等.基于Z-I 關(guān)系和變分校正法改進(jìn)雷達(dá)估測降水[J].熱帶氣象學(xué)報，2008，24（5）：546～549.

[5]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006.

[6]曹洋，于秀娟.SWAN定量降水預(yù)報在幾次降水過程中的應(yīng)用檢驗[J].吉林農(nóng)業(yè)，2013（1）：133.

[7]宋丹，熊偉.SWAN 定量降水估測和預(yù)報產(chǎn)品在貴州烏江流域的應(yīng)用[J].貴州氣象，2015，5（39）：24～27.endprint