集合數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品應(yīng)用方法概述

孫令東

（巴彥淖爾市氣象局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 集合平均或中位數(shù)

集合平均是所有集合成員預(yù)報(bào)值的算數(shù)平均值。集合中位數(shù)是集合成員預(yù)報(bào)值按數(shù)值大小排序后的中間值。由于集合平均平滑掉了可預(yù)報(bào)性較低的信息而保留了可預(yù)報(bào)性較高的信息，因此，集合平均的檢驗(yàn)評分通常優(yōu)于控制預(yù)報(bào)或單個(gè)成員預(yù)報(bào)。集合平均一般適用于氣溫、氣壓等符合正態(tài)分布的氣象要素，而對于降水、風(fēng)速等呈非正態(tài)分布的要素則不太適用，對這些非正太分布的要素用集合中位數(shù)可能比用集合平均更好，因?yàn)榧掀骄赡軙艿浇邓L(fēng)速等異常大（或異常小）的值影響。

由于集合平均對預(yù)報(bào)信息進(jìn)行了平滑和過濾，因此，對于可預(yù)報(bào)性較低的高影響天氣或極端天氣事件以及尺度較小的天氣特征，集合平均的預(yù)報(bào)值可能無法反映。此時(shí)，需要考慮概率較低、但天氣劇烈的災(zāi)害性天氣發(fā)生的可能性。

2 集合離散度

集合離散度是所有集合成員預(yù)報(bào)值的標(biāo)準(zhǔn)差，用來表示成員之間的差異程度。集合離散度可用于評估預(yù)報(bào)的不確定性，通常而言，離散度越大，預(yù)報(bào)不確定性（或可信度）越高；離散度越小，預(yù)報(bào)不確定性（或可信度）越小。

集合平均和集合離散度經(jīng)常在一張圖上表示，便于預(yù)報(bào)員綜合地了解集合預(yù)報(bào)的平均狀態(tài)和不確定性特征。對于集合平均值，如果集合離散度的分布位置不同，表示的含義也不一樣。由于離散度隨季節(jié)及區(qū)域的不同而不具備可比性，因此，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)離散度除以同期同地的歷史預(yù)報(bào)離散度值）有助于解釋環(huán)流形勢的預(yù)報(bào)不確定性信息。

3 集合概率預(yù)報(bào)

集合概率預(yù)報(bào)是集合成員預(yù)報(bào)值大于（或小于）某一閾值的成員的比例。集合概率預(yù)報(bào)體現(xiàn)了集合預(yù)報(bào)相對于傳統(tǒng)確定性預(yù)報(bào)的優(yōu)勢，它可以定量化地表示某個(gè)天氣事件的發(fā)生可能性，集合概率預(yù)報(bào)值的空間分布能夠反映出某個(gè)天氣事件的發(fā)生可能性的空間分布。需要注意的是，這里的集合概率與統(tǒng)計(jì)學(xué)中的貝葉斯概率意義不同，集合概率預(yù)報(bào)主要是為了實(shí)際的天氣預(yù)報(bào)應(yīng)用而提出的，與某個(gè)天氣事件的實(shí)際發(fā)生概率有區(qū)別。因此，為了驗(yàn)證集合概率預(yù)報(bào)的效果或準(zhǔn)確性，需要大量的實(shí)際觀測樣本進(jìn)行檢驗(yàn)。另外，在集合概率預(yù)報(bào)中，天氣事件的閾值的選取需要預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)來確定，對不同的天氣事件，閾值可能不一樣，而且閾值也會隨季節(jié)和地點(diǎn)而變化。

4 集合分位值預(yù)報(bào)

集合分位值是集合所有成員組成的概率分布的某個(gè)分位值的預(yù)報(bào)值。通常所用的分位值包括集合成員的最大值、最小值、第25百分位、第50百分位（中位數(shù)）和第75百分位。此外，經(jīng)常用來表示集合概率預(yù)報(bào)極端特征的分位值還包括第5百分位、第10百分位、第90百分位和第95百分位。

5 集合眾位數(shù)

集合眾位數(shù)是集合成員中最常出現(xiàn)的值。對于正態(tài)分布的變量，其眾位數(shù)可用以下公式計(jì)算：眾位數(shù)=3×中位數(shù)-2×平均值。集合眾位數(shù)表示集合所有成員組成的概率分布上具有明顯集中趨勢點(diǎn)的數(shù)值，代表集合預(yù)報(bào)值的一般水平。

6 集合預(yù)報(bào)郵票圖

集合預(yù)報(bào)郵票圖是用郵票的方式顯示集合預(yù)報(bào)所有成員預(yù)報(bào)值的圖形。集合預(yù)報(bào)郵票圖可以提供所有成員的預(yù)報(bào)信息，是最直接的顯示方式。集合預(yù)報(bào)郵票圖可以為預(yù)報(bào)員分析集合預(yù)報(bào)的離散度以及可能的極端天氣事件提供參考。但由于集合成員眾多，每個(gè)成員的圖形較小，其包含的大量的信息不利于預(yù)報(bào)員在短時(shí)間內(nèi)把握。

7 集合預(yù)報(bào)面條圖

集合預(yù)報(bào)面條圖是顯示所有集合成員預(yù)報(bào)值的一條或多條等值線的圖形。集合預(yù)報(bào)面條圖可以直觀地顯示各集合成員的預(yù)報(bào)差異、分布情況以及可能的異常值，集合預(yù)報(bào)面條圖可以用于定性地分析模式的可預(yù)報(bào)性，當(dāng)所有成員的等值線分布較為緊密時(shí)，表示可預(yù)報(bào)性比較高，或預(yù)報(bào)不確定性比較小；而當(dāng)?shù)戎稻€分布較為分散時(shí)，表示可預(yù)報(bào)性比較低，或者說預(yù)報(bào)不確定性比較大。但由于集合預(yù)報(bào)面條圖只顯示一條或幾條等值線，所以，不能全面地顯示所有的預(yù)報(bào)信息。另外，當(dāng)集合成員較多或集合離散度比較大時(shí)，集合面條圖使用起來有一定的困難。

8 集合箱線圖

集合箱線圖是顯示集合預(yù)報(bào)值概率分布情況的圖形。集合箱線圖能夠定點(diǎn)地顯示特定氣象要素隨時(shí)間的演變，箱線圖在某個(gè)時(shí)刻一般包含6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，盒子兩端的位置分別對應(yīng)集合預(yù)報(bào)的概率分布的第25百分位和第75百分位，盒子內(nèi)部的橫線對應(yīng)中位數(shù)，盒子外部的須線表示集合預(yù)報(bào)所有成員中的最大值和最小值。集合箱線圖表示某個(gè)氣象要素隨時(shí)間的變化，有利于預(yù)報(bào)員分析每個(gè)時(shí)刻的集合預(yù)報(bào)值的分布特征及演變趨勢。箱線圖可以同時(shí)顯示集合預(yù)報(bào)的平均信息（中位數(shù)）和集合預(yù)報(bào)的不確定性（盒子的長度）。盒子的長度越長，表示集合預(yù)報(bào)的不確定性越大；反之，不確定性越小。

參考文獻(xiàn)：

［1］毛恒青，王建.集合預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)使用現(xiàn)狀和趨勢［J］.氣象，2000，26（06）：24-29.

［2］李澤春，陳德輝.氣象中心集合數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（01）：1-15.

［3］杜鈞.集合預(yù)報(bào)的現(xiàn)狀和前景［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（01）：16-28.

［4］皇甫宮雪.國家氣象中心集合數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評價(jià)［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（01）：29-36.

［5］楊學(xué)勝，Nicolau J，Girardot N.位移和最大相關(guān)距離在ECMWF集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的應(yīng)用［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（01）：37-46.

［6］錢奇峰，張長安，高拴柱，等.臺風(fēng)路徑集合預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)訂正技術(shù)［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2014，30（05）：905-910.