吳 巖,張惠君，關(guān) 銘，萬(wàn) 虹，寇思聰

（1.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱150030；2.本溪市氣象局，遼寧 本溪117000）

1 引言

隨著氣象事業(yè)的發(fā)展， 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品已成為廣大預(yù)報(bào)員日常預(yù)報(bào)的重要參考。 但在實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用中，如果對(duì)產(chǎn)品的預(yù)報(bào)性能缺乏足夠認(rèn)識(shí)，就會(huì)造成診斷失誤， 導(dǎo)致天氣預(yù)報(bào)失敗甚至重大天氣過(guò)程錯(cuò)報(bào)。 正確理解數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品性能可以使預(yù)報(bào)員有根據(jù)地對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)加以訂正， 從而在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中取得好的預(yù)報(bào)效果。 開(kāi)展數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)是擇優(yōu)使用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的途徑，張寧娜[1-7]等對(duì)不同的數(shù)值模式產(chǎn)品進(jìn)行了檢驗(yàn)。 2012年開(kāi)始， 國(guó)家氣象中心著力研發(fā)適用于我國(guó)的集合預(yù)報(bào)技術(shù)，并于2014年4月在黑龍江省氣象臺(tái)投入業(yè)務(wù)化運(yùn)行，對(duì)集合預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)效果進(jìn)行檢驗(yàn)迫在眉睫。

黑龍江省地形獨(dú)特，汛期洪澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，強(qiáng)對(duì)流天氣多，暴雨預(yù)報(bào)相對(duì)困難。 本文對(duì)8月份出現(xiàn)在黑龍江省的兩次暴雨天氣進(jìn)行了省臺(tái)、地市臺(tái)、中央臺(tái)的主客觀預(yù)報(bào)及不同集合成員預(yù)報(bào)的分級(jí)降水和溫度檢驗(yàn)， 以了解集合預(yù)報(bào)不同成員對(duì)黑龍江暴雨天氣的預(yù)報(bào)能力， 爭(zhēng)取對(duì)今后的暴雨預(yù)報(bào)有一定啟示作用。

2 檢驗(yàn)方法

2.1 檢驗(yàn)方案

對(duì)黑龍江省2014年8月20日和2014年8月25日出現(xiàn)的單日暴雨天氣進(jìn)行省臺(tái)主觀指導(dǎo)預(yù)報(bào)、地市臺(tái)主觀預(yù)報(bào)、 中央臺(tái)SCMOC 客觀指導(dǎo)預(yù)報(bào)、中央臺(tái)主觀定量降水（QPF）預(yù)報(bào)以及集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的最小值、10%分位數(shù)、25%分位數(shù)、 中位數(shù)、75%分位數(shù)、90%分位數(shù)、 最大值、 集合平均和控制預(yù)報(bào)的24 h 預(yù)報(bào)和48 h 預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)。 由于集合預(yù)報(bào)單站預(yù)報(bào)中，無(wú)北極村站，因此本文選擇除北極村站的其他82 站進(jìn)行檢驗(yàn)。20日檢驗(yàn)所用資料為19日20時(shí)和18日20時(shí)起報(bào)的集合預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)資料， 對(duì)應(yīng)預(yù)報(bào)時(shí)段均為20日08時(shí)-21日08時(shí)，省臺(tái)、地市臺(tái)、中央客觀和中央主觀所檢驗(yàn)預(yù)報(bào)為20日預(yù)報(bào)20日08時(shí)-21日08時(shí)24 h 預(yù)報(bào)以及19日預(yù)報(bào)20日08時(shí)-21日08時(shí)48 h 預(yù)報(bào)。 驗(yàn)證資料為20日08時(shí)-21日08時(shí)的24 h 降水量以及最高溫度和最低溫度實(shí)況資料。 25日預(yù)報(bào)檢驗(yàn)亦是如此。 根據(jù)82 站逐站統(tǒng)計(jì)降水量、 溫度預(yù)報(bào)值與實(shí)況觀測(cè)值， 分別得出分級(jí)降水和溫度預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果。 另外分級(jí)降水檢驗(yàn)中， 還包括集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的概率匹配平均預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。

2.2 降水量檢驗(yàn)方法

根據(jù)氣發(fā)[2005]109 號(hào)附件1《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》（下稱辦法）有關(guān)公式，檢驗(yàn)依據(jù)當(dāng)日預(yù)報(bào)正確站數(shù)、空?qǐng)?bào)站數(shù)、漏報(bào)站數(shù)，計(jì)算分級(jí)降水TS 評(píng)分、技巧評(píng)分、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率及晴雨預(yù)報(bào)正確率等。

降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式為：

式中NAk為預(yù)報(bào)正確站 （次） 數(shù)、NBk為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)、NCk為漏報(bào)站（次）數(shù)，見(jiàn)表1，k 為1，2，3，4，代表小雨、中雨、大雨、暴雨。TS’為中央臺(tái)SCMOC 客觀指導(dǎo)預(yù)報(bào)的TS 評(píng)分。

表1 降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分類表

晴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)規(guī)則由表2 所示， 預(yù)報(bào)正確率公式為：

技巧評(píng)分：SS=PC-PC′

式中NA 為有降水預(yù)報(bào)正確站（次）數(shù)，NB 為空?qǐng)?bào)站（次）數(shù)，NC 為漏報(bào)站（次）數(shù)，ND 為無(wú)降水預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)，PC′為中央臺(tái)SCMOC 客觀指導(dǎo)預(yù)報(bào)的PC 評(píng)分。

表2 晴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)規(guī)則表

2.3 溫度檢驗(yàn)方法

依據(jù)辦法，把溫度預(yù)報(bào)誤差≤2 ℃定義為預(yù)報(bào)正確，計(jì)算溫度預(yù)報(bào)誤差≤2 ℃的百分率，即溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。 溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率公式為：

式中Nr 為預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)，Nf 為預(yù)報(bào)的總站（次）數(shù)。

3 降水檢驗(yàn)結(jié)果

3.1 分級(jí)降水TS 評(píng)分

從20日和25日不同預(yù)報(bào)員以及集合預(yù)報(bào)成員的24 h 和48 h 預(yù)報(bào)分級(jí)TS 評(píng)分可以看出， 針對(duì)于這兩次過(guò)程，預(yù)報(bào)員分級(jí)降水TS 評(píng)分隨著降水級(jí)別增大而減小。 其中20日降水的小雨的TS 評(píng)分較高，尤其是省臺(tái)和中央主觀預(yù)報(bào)，TS 評(píng)分均超過(guò)60%，同時(shí)省臺(tái)預(yù)報(bào)小雨TS 評(píng)分均高于中央臺(tái)SCMOC 客觀指導(dǎo)預(yù)報(bào)，即對(duì)中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)為正技巧，說(shuō)明預(yù)報(bào)員對(duì)小雨量級(jí)降水把握較好。 但省臺(tái)中雨預(yù)報(bào)評(píng)分低，大雨和暴雨則基本沒(méi)有評(píng)分。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，中央臺(tái)主觀預(yù)報(bào)則對(duì)各個(gè)量級(jí)降水均有得分，尤其對(duì)25日的暴雨量級(jí)降水，中央主觀預(yù)報(bào)亦有得分，說(shuō)明省臺(tái)預(yù)報(bào)員雖對(duì)小雨預(yù)報(bào)把握較好， 但對(duì)大雨以上量級(jí)降水，尤其是暴雨預(yù)報(bào)略顯得保守，信心不足。 而對(duì)于20日暴雨天氣，則各級(jí)預(yù)報(bào)員均無(wú)評(píng)分，預(yù)報(bào)失敗。 集合預(yù)報(bào)成員對(duì)各個(gè)量級(jí)降水均有表現(xiàn)，總體而言，集合平均值、控制預(yù)報(bào)以及概率匹配平均在集合成員中表現(xiàn)優(yōu)秀， 基本對(duì)大雨以下量級(jí)降水均有體現(xiàn)，得分相對(duì)較高，在實(shí)際業(yè)務(wù)中可以參考。 值得一提的是，雖然集合成員最大值對(duì)小雨預(yù)報(bào)表現(xiàn)較差，但對(duì)暴雨預(yù)報(bào)，則是唯一得到評(píng)分的成員，在業(yè)務(wù)應(yīng)用中應(yīng)該得到重視。

另外， 結(jié)合分析兩次降水天氣的各級(jí)降水空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率可以看出， 無(wú)論是預(yù)報(bào)員還是集合預(yù)報(bào)的各個(gè)成員預(yù)報(bào)對(duì)小雨均有較好的預(yù)報(bào)， 表現(xiàn)為TS評(píng)分較高，空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率較低。 但從中雨開(kāi)始，空漏報(bào)率顯著增加，TS 評(píng)分降低。 20日中雨預(yù)報(bào)表現(xiàn)為空?qǐng)?bào)率低于漏報(bào)率，漏報(bào)明顯；25日中雨預(yù)報(bào)表現(xiàn)為空?qǐng)?bào)率高于漏報(bào)率，空?qǐng)?bào)明顯。 對(duì)于大雨預(yù)報(bào)，省臺(tái)和地市臺(tái)預(yù)報(bào)員基本表現(xiàn)為漏報(bào)， 中央臺(tái)主觀預(yù)報(bào)表現(xiàn)為空?qǐng)?bào)明顯，集合成員預(yù)報(bào)20日大雨表現(xiàn)為漏報(bào)明顯，對(duì)25日大雨表現(xiàn)為空?qǐng)?bào)明顯，也就是說(shuō)對(duì)于大雨以上量級(jí)的降水預(yù)報(bào)落區(qū)往往會(huì)有偏差，預(yù)報(bào)的強(qiáng)降水的中心位置會(huì)與實(shí)況不一致。 然而對(duì)于所有的預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，暴雨預(yù)報(bào)以漏報(bào)明顯，暴雨漏報(bào)率幾乎為100%，對(duì)于大尺度環(huán)境條件下中小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生的暴雨天氣基本無(wú)預(yù)報(bào)能力， 暴雨落區(qū)的準(zhǔn)確把握仍是黑龍江省預(yù)報(bào)工作中的難點(diǎn)。

3.2 晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

從兩次降水天氣的晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率來(lái)看，20日降水預(yù)報(bào)員晴雨準(zhǔn)確率基本超過(guò)80%，25日降水預(yù)報(bào)員準(zhǔn)確率基本超過(guò)65%， 總體來(lái)說(shuō)對(duì)降水區(qū)域把握較好， 同時(shí)預(yù)報(bào)員晴雨準(zhǔn)確率高于多數(shù)集合預(yù)報(bào)成員準(zhǔn)確率， 說(shuō)明預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值產(chǎn)品和客觀方法的應(yīng)用技術(shù)有一定提高。從預(yù)報(bào)時(shí)效看，預(yù)報(bào)員48 h 準(zhǔn)確率較24 h 準(zhǔn)確率會(huì)有所下降， 顯示預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)在臨近天氣預(yù)報(bào)中發(fā)揮了作用。 而不同集合預(yù)報(bào)成員的48 h 準(zhǔn)確率基本與24 h 準(zhǔn)確率相持平，說(shuō)明在較短時(shí)效內(nèi)客觀預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率隨時(shí)間無(wú)明顯下降。 同時(shí)集合成員中的平均值、 控制預(yù)報(bào)和概率匹配平均預(yù)報(bào)相對(duì)表現(xiàn)穩(wěn)定， 準(zhǔn)確率基本居集合成員中前四位。

兩次降水過(guò)程相對(duì)于中央客觀SCMOC 指導(dǎo)預(yù)報(bào)技巧評(píng)分，大雨以下量級(jí)除集合成員最大值外，大多數(shù)預(yù)報(bào)和成員表現(xiàn)為正技巧或無(wú)技巧， 最大值成員表現(xiàn)為負(fù)技巧，而對(duì)暴雨預(yù)報(bào)，最大值成員則表現(xiàn)為正技巧。 針對(duì)于25日降水的48 h 暴雨預(yù)報(bào)，所有預(yù)報(bào)均為負(fù)技巧，因?yàn)閷?duì)于此次預(yù)報(bào)，中央客觀SCMOC 指導(dǎo)預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好，TS 評(píng)分達(dá)50%， 為所有預(yù)報(bào)最高。 晴雨預(yù)報(bào)的技巧評(píng)分則20日降水表現(xiàn)為負(fù)技巧，25日降水正負(fù)技巧各半。

4 溫度檢驗(yàn)結(jié)果

黑龍江省南北跨度大，溫度日較差高，天氣狀況對(duì)溫度影響明顯， 因此溫度預(yù)報(bào)相對(duì)南方省市難度偏高。 從各級(jí)預(yù)報(bào)員以及不同集合預(yù)報(bào)成員對(duì)黑龍江省82 站最高氣溫和最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（表3）結(jié)果來(lái)看， 預(yù)報(bào)員的溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率大多數(shù)超過(guò)80%以上，且基本高于集合預(yù)報(bào)或與集合預(yù)報(bào)持平，準(zhǔn)確率較高， 說(shuō)明在溫度預(yù)報(bào)方面預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報(bào)訂正較好。 集合預(yù)報(bào)成員中，90%分位值和最大值對(duì)最高氣溫預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好，10%分位值和25%分位值對(duì)最低氣溫預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好， 若將最高氣溫和最低氣溫預(yù)報(bào)結(jié)合起來(lái)看， 則是集合平均值和控制預(yù)報(bào)表現(xiàn)穩(wěn)定， 因此在業(yè)務(wù)工作中可以作為溫度預(yù)報(bào)的重要參考。

表3 25日、20日最高和最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（%）

5 結(jié)論和討論

對(duì)兩次暴雨天氣的降水和溫度預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分析表明， 預(yù)報(bào)員和集合預(yù)報(bào)對(duì)定量降水預(yù)報(bào)表現(xiàn)了一定預(yù)報(bào)能力， 但對(duì)具體強(qiáng)降水的落區(qū)預(yù)報(bào)能力還有待提高。 具體得到如下結(jié)論：

（1）針對(duì)于這兩次過(guò)程，預(yù)報(bào)員分級(jí)降水TS 評(píng)分隨著降水級(jí)別增大而減小。 無(wú)論是預(yù)報(bào)員還是集合預(yù)報(bào)的各個(gè)成員預(yù)報(bào)對(duì)小雨均有較好的預(yù)報(bào)，表現(xiàn)為TS 評(píng)分較高，空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率較低。 但從中雨開(kāi)始，空漏報(bào)率顯著增加，TS 評(píng)分降低。

（2）預(yù)報(bào)員對(duì)大雨以上量級(jí)的降水預(yù)報(bào)落區(qū)往往會(huì)有偏差， 預(yù)報(bào)的強(qiáng)降水的中心位置會(huì)與實(shí)況不一致。 然而對(duì)于所有的預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，暴雨預(yù)報(bào)以漏報(bào)明顯，漏報(bào)率幾乎為100%，對(duì)于大尺度環(huán)境條件下中小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生的暴雨天氣基本無(wú)預(yù)報(bào)能力。

（3）集合預(yù)報(bào)成員對(duì)各個(gè)量級(jí)降水均有表現(xiàn)，雖然暴雨漏報(bào)率幾乎為100%，然而集合成員中的最大值，則是唯一得到暴雨預(yù)報(bào)評(píng)分的成員，有一定啟示作用，在業(yè)務(wù)應(yīng)用中應(yīng)該得到重視。

（4）預(yù)報(bào)員的溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率大多數(shù)超過(guò)80%，且基本高于集合預(yù)報(bào)或與集合預(yù)報(bào)持平， 準(zhǔn)確率較高， 說(shuō)明在溫度預(yù)報(bào)方面預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報(bào)有一定訂正。 集合預(yù)報(bào)成員中，90%分位值和最大值對(duì)最高氣溫預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好，10%分位值和25%分位值對(duì)最低氣溫預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好。

（5）針對(duì)降水和溫度預(yù)報(bào)總體而言，集合成員中集合平均值和控制預(yù)報(bào)表現(xiàn)相對(duì)優(yōu)秀， 可以在業(yè)務(wù)中提供重要參考。

（6）本文的結(jié)論只是針對(duì)于兩次暴雨天氣，預(yù)報(bào)員和集合預(yù)報(bào)成員對(duì)整體暴雨天氣預(yù)報(bào)能力的檢驗(yàn)還有待于日后更多個(gè)例的分析。

[1] 張寧娜，黃閣，吳曼麗，等.2010年國(guó)內(nèi)外3 種數(shù)值預(yù)報(bào)在東北地區(qū)的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)[J]. 氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28(2):28-33.

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