不同數值預報產品對比分析及其效果檢驗

張亞敏

（烏審旗氣象局，內蒙古 烏審旗017300）

隨著數值與預報產品的快速發展，數值預報產品不斷完善，預報精度也越來越高，但各種數值預報產品都有各自的優缺點，并且在預報時還要考慮地形、邊界條件、初始場、物理過程及模式自身的影響，尤其是對定量降水預報無論是從量級大小，還是從空間分布來看都不可避免的會存在一些誤差[1]。因此，對數值預報產品的對比檢驗和分析，需要選擇更好的數值預報產品來提高預報的準確率。預報員應用數值預報產品時，對數值模式預報的形勢場、要素場在時效、移動、強弱等方面，時常感到有定性的預報偏差，這給天氣預報帶來了一定的困難，并且隨著預報時間的增加，預報誤差也逐漸增大，準確率隨之減弱[2-4]。除此之外，預報員應該在預報的過程中要對預報誤差檢驗并且分析，了解預報產品性能，從而得出結論，提高對數值預報產品的利用率[5]。

1 資料與研究方法

本文采取四川省2015 年8 月1 日-30 日20 時的24h 累計降水量資料、ECMWF、T639 模式20 時24h 和48h 的網格點降水資料，把當天20 時ECMWF 和T639 24h、48h 傳真降水預報資料分別插值到四個（溫江站，西昌站，甘孜站，紅原站）站點上，獲得兩種預報產品，其中西昌站實況降水觀測資料中8 月2 日和7 日缺測，在統計過程中降水以0.0mm 處理。本文對四川盆地的降水量級進行檢驗，從而了解降水模式的預報性能。

2 模式預報對降水量的檢驗

降水過程是由各種天氣尺度系統相互作用產生的，而這種相互作用是復雜多變的，因此，主觀分析無法對各種降水預報時效的預報效果作長時間的尺度分析，本節資料選擇8 月的降水預報24h、48h 預報時效的24h 預報值與其對應時間段的24h實況值進行檢驗分析，檢驗的客觀方法選擇TS 評分檢驗和預報偏差B 值檢驗，另有空報率和漏報率輔助檢驗。降水檢驗時，定義24 小時降水量為8 月每日20 時到次日20 時的累計降水量，相對應模式預報為24h 降水量。

2.1 不同時效模式與實況降水演變

溫江站在17 日出現一次大暴雨過程，兩種模式對這次大暴雨過程預報偏弱。從表1 中數據表明，相比T639 模式，ECMWF模式的漏報率與空報率都普遍小；ECMWF24h 預報時效對溫江站的小雨的預報相對較好，但兩種模式對大雨和暴雨的預報都偏弱（如表1）。

表1 兩種模式24h 預報時效對溫江站各降水等級預報對比%

西昌站共出現四次大雨，ECMWF 模式和T639 模式24h 預報時效對大雨的漏報率分別為75.0%和80.0%；ECMWF 模式對小雨的空報率為28.0%，漏報率為12.0%，預報效率為71.0%，T639 模式對小雨的空報率為14.3%，漏報率為33.3%，預報效率為45.2%；由此可見，ECMWF 模式預報要好于T639 模式預報。

圖1 溫江站48 時效降水模式預報與實況演變

由圖1 可以清晰的看到，ECMWF 模式相比T639 模式對溫江站的48h 預報時效小雨的預報相對較好，T639 模式的漏報率達到45.9%，預報效率為42.0%，而ECMWF 模式的預報效率為74.2%；ECMWF 模式對中雨的漏報率為33.3%，而T639 對中雨的漏報率為5.6%，但是兩種模式的空報率都>66%。ECMWF 模式對大雨的空報率和漏報率都為50.0%，T639 模式對大雨的空報率為100%，無漏報率；兩種模式48h 預報時效的預報降水對大雨和暴雨的預報仍然比較薄弱。ECMWF 模式小雨預報空報率最高的為西昌站，空報率為33.3%，其次是溫江站空報率為20.0%，甘孜和紅原站的空報率<4.0%；紅原站的預報效率為67.7%，其他三站都為74.2%；T639 模式小雨預報的溫江站、西昌站和紅原站的空報率為0，但是溫江站的漏報率為45.8%，溫江和西昌站的小雨預報效率<50.0%，甘孜和紅原的小雨預報效率>74.0%。

ECMWF 模式24h 預報時效降水對溫江站的小雨預報最好，預報效率為77.4%，其次是甘孜站。整體而言，ECMWF 模式降水預報要好于T639 模式降水預報，但是兩種模式隨著降水等級的增加，預報能力隨之減弱，特別是對大雨和暴雨的預報。兩種模式24h 預報時效的預報降水要好于48h 預報時效的預報降水。

表2 兩種模式不同預報時效各站點檢驗值%

2.2 模式預報有無降水檢驗

對各模式晴雨預報能力進行客觀檢驗，不同站不同模式評分結果大不相同，一般來說，TS 評分是權衡預報降水準確率的指標，如果評分越高，說明對降水發生的預報就越準確，如表2。

從總體來看，兩種模式的預報降水的TS 評分都比較低，就24h 預報時效來說，ECMWF 模式比T639 模式較好；對溫江站的預報最好達到40.4%，甘孜站次之，為39.2%，對紅原站為35.4%。但從48h 預報時效來看，T639 對溫江、西昌、甘孜站的預報要好于ECMWF 的預報，對紅原站兩種預報模式評分相同，為34.8%。

結合表2 可得出，ECMWF24h 要好于ECMWF48h 預報時效的預報，但是在西昌站，48h 預報時效的預報比24h 預報時效的預報好，TS 評分為38.0%。T639 模式24h 預報時效和48h 預報時效對溫江、甘孜和紅原地區預報相同，但是對西昌站24h 的預報降水不及48h 預報時效，TS 評分僅為36.0%。兩種模式都對紅原站的預報較差。

本文再對預報偏差來檢驗模式預報的正確率。結合表2 中的B 值可以得到兩種模式24h 預報時效對溫江站的降水預報偏差最小，其次是甘孜站，西昌站和紅原站預報偏差較大。48h預報時效，ECMWF 模式對溫江站和西昌站預報偏差為2.5；T639 模式對西昌站的預報偏差為2.6；兩種模式對紅原站的預報偏差都很大，達到了2.9。由此可以得出在同一時效不同模式的預報，ECMWF 模式整體預報偏差都要小于T639 模式預報偏差，所以ECMWF 模式要好于T639 模式。

3 誤差檢驗分析

為對數值預報產品做進一步客觀定量檢驗，對ECMWF 模式和T639 模式進行預報絕對誤差和相對誤差分析，ECMWF 模式24h 和48h 預報時效對溫江站和西昌站的絕對誤差比較小，大約在13～17 之間；ECMWF 模式24h 預報時效對甘孜站的絕對誤差最小，對紅原站的絕對誤差最大，達到46 的誤差；T639模式不論是24h 還是48h 預報時效，對四個測站的絕對誤差都比較大，尤其是24h 預報時效對溫江站的預報達到55 的誤差。

兩種模式不同時效對甘孜站小雨的預報相對誤差比較小，存在0.15～0.4 的誤差；ECMWF24h 預報時效對溫江、西昌、甘孜小雨的預報較好，ECMWF48h 預報時效次之；但是T639 24h 和48h 預報時效對西昌站小雨的預報最差，達到4.5 的誤差。ECMWF 模式勝于T639 模式，并且隨著預報時效的延長，誤差也相應的會增大。

4 結論

4.1 ECMWF 模式降水預報要好于T639模式降水預報，但是兩種模式隨著降水等級的增加，預報能力隨之減弱，特別是對大雨和暴雨的預報。兩種模式24h 預報時效的預報降水要好于48h 預報時效的預報降水。

4.2 同一時效不同模式的預報，ECMWF 模式整體預報偏差都要小于T639 模式預報偏差，所以ECMWF 模式要好于T639模式。

4.3 從TS 評分結果看出，兩種模式的24h 預報時效的預報小雨評分結果高于48h 預報時效的評分結果；不管是24h 還是48h 預報時效預報降水，預報高原的小雨的評分結果要好于預報平原的評分結果；隨著降水等級的增加，預報的準確率越低，數值模式預報的空報率和漏報率增大，特別是對大雨和暴雨的預報，空報率和漏報率顯著增大；ECMWF 模式預報評分結果整體高于T639 模式預報評分結果。

4.4 在誤差檢驗分析中得到ECMWF 模式勝于T639 模式，并且隨著預報時效的延長，誤差也相應的會增大。