王桂軍,劉松濤,周奕含,齊鐸

（1.五大連池農(nóng)場(chǎng)氣象站,黑龍江五大連池164501；2.黑龍江省氣象臺(tái),黑龍江哈爾濱150030）

ECMW F集合預(yù)報(bào)對(duì)黑龍江省三次暴雨過(guò)程的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

王桂軍1,劉松濤2,周奕含2,齊鐸2

（1.五大連池農(nóng)場(chǎng)氣象站,黑龍江五大連池164501；2.黑龍江省氣象臺(tái),黑龍江哈爾濱150030）

本文利用常規(guī)站點(diǎn)觀測(cè)降水資料和歐洲中心的集合預(yù)報(bào)資料，挑選典型分位值分析了集合預(yù)報(bào)對(duì)2015年汛期不同類(lèi)型暴雨過(guò)程的預(yù)報(bào)能力。結(jié)果表明：對(duì)于局地性強(qiáng)的暴雨過(guò)程和臺(tái)風(fēng)影響的大暴雨過(guò)程集合預(yù)報(bào)能夠提示降水落區(qū)的可能范圍及極端降水發(fā)生的可能。而對(duì)于冷渦影響的中心分散的區(qū)域性降水過(guò)程，集合預(yù)報(bào)對(duì)降水落區(qū)的可能范圍有充分把握，但對(duì)于降水中心的位置及強(qiáng)度預(yù)報(bào)指示意義有限。

暴雨過(guò)程；天氣學(xué)檢驗(yàn)；集合預(yù)報(bào)

1 引言

大氣的演變過(guò)程是一種非線性過(guò)程，對(duì)初值極度敏感，而初值本身具有極大的不確定性，這意味著永遠(yuǎn)不能依賴(lài)模式做出百分百準(zhǔn)確的確定性預(yù)報(bào)[1-2]。為了解決初值不確定的矛盾，集合預(yù)報(bào)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)對(duì)初始場(chǎng)進(jìn)行擾動(dòng)，得到包括客觀真值在內(nèi)的多個(gè)初始場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行多次積分，以消除初值不確定帶來(lái)的預(yù)報(bào)誤差。同時(shí)，由于大氣本身的復(fù)雜性，大氣中的物理過(guò)程不能完全用方程來(lái)描述，其中涉及到用參數(shù)化方案來(lái)代替其中難以描述的物理過(guò)程。這種參數(shù)化近似的方式也給預(yù)報(bào)結(jié)果帶來(lái)誤差。通過(guò)物理過(guò)程擾動(dòng)的方式，進(jìn)行預(yù)報(bào)集合，能在一定程度上緩解物理過(guò)程簡(jiǎn)化帶來(lái)的預(yù)報(bào)誤差[3]。另外，在數(shù)值計(jì)算的過(guò)程需要將大氣的連續(xù)變化簡(jiǎn)化為離散的有限分辨率的計(jì)算問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)截?cái)嗾`差，不斷積分的過(guò)程中截?cái)嗾`差無(wú)限增長(zhǎng)同樣會(huì)給計(jì)算結(jié)果造成不可避免的固有誤差，影響模式預(yù)報(bào)結(jié)果的可信程度。利用初值擾動(dòng)、物理過(guò)程擾動(dòng)及多模式超級(jí)集成的方式得到的不同集合成員的預(yù)報(bào)可以定量估計(jì)天氣預(yù)報(bào)的不確定性，判斷天氣的可預(yù)報(bào)性，同時(shí)還能夠用來(lái)評(píng)估某一天氣發(fā)生的概率[4-6]。

集合預(yù)報(bào)作為一種新的預(yù)報(bào)形式在我國(guó)還處于起步階段，黑龍江省至2014年才開(kāi)始投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。對(duì)于集合預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)評(píng)估工作開(kāi)展的還比較少，集合預(yù)報(bào)對(duì)于黑龍江省高影響天氣的預(yù)報(bào)能力和特點(diǎn)還不十分清楚。開(kāi)展集合預(yù)報(bào)檢驗(yàn)工作是提高預(yù)報(bào)員對(duì)于集合預(yù)報(bào)應(yīng)用技巧的前提。本文利用東北地區(qū)常規(guī)站點(diǎn)觀測(cè)資料和歐洲中心的集合預(yù)報(bào)資料對(duì)2015年汛期三次不同類(lèi)型的暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)，以期了解集合預(yù)報(bào)在不同天氣背景下的暴雨預(yù)報(bào)能力，提高對(duì)集合預(yù)報(bào)性理解和應(yīng)用的能力。

2 降水過(guò)程概述

為檢驗(yàn)ECMWF集合預(yù)報(bào)對(duì)于不同類(lèi)型降水的預(yù)報(bào)能力，對(duì)2015年發(fā)生在黑龍江省的暴雨過(guò)程進(jìn)行篩選，選擇三次典型暴雨過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

2015年6月18日暴雨過(guò)程是一次局地性較強(qiáng)的短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程，達(dá)暴雨量級(jí)測(cè)站僅2站，大雨3站。暴雨中心出現(xiàn)在內(nèi)蒙古與黑龍江西南部交界處，最大降水量出現(xiàn)在黑龍江甘南，24 h累積降水達(dá)72mm。

2015年7月13日受臺(tái)風(fēng)“燦鴻”影響在黑龍江東部造成區(qū)域性暴雨和大暴雨。24 h累積降水量最大可達(dá)116 mm，出現(xiàn)在雙鴨山的饒河。累積降水量超過(guò)50 mm的測(cè)站有3個(gè)，位于雞西及牡丹江東部。大雨量級(jí)測(cè)站共15個(gè)，分布在暴雨中心的外圍。此次過(guò)程降水強(qiáng)度大、范圍集中、雨量大，系典型的變性臺(tái)風(fēng)影響下的區(qū)域性暴雨過(guò)程。

2015年8月8日是一次冷渦影響下的區(qū)域性大到暴雨天氣過(guò)程，除大興安嶺北部外，全省均有降水發(fā)生。累積降水超過(guò)50 mm測(cè)站4個(gè)，大雨量級(jí)測(cè)站10個(gè)。此次過(guò)程中，24 h降水落區(qū)存在三個(gè)中心，強(qiáng)降水分布零散，預(yù)報(bào)難度高。

3 降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

對(duì)于2015年6月18日過(guò)程，挑選出來(lái)的ECMWF集合預(yù)報(bào)的典型成員都能準(zhǔn)確模擬出黑龍江省西南部和中北部?jī)蓚€(gè)降水落區(qū)的位置，但是對(duì)降水范圍的預(yù)報(bào)（即晴雨預(yù)報(bào)）一般都表現(xiàn)出較實(shí)況偏大的特點(diǎn)，其中最小值的預(yù)報(bào)范圍與實(shí)況最接近，晴雨預(yù)報(bào)評(píng)分較高。各成員均能準(zhǔn)確把握降水中心的位置，但除了最大值預(yù)報(bào)的中心強(qiáng)度與實(shí)況一致外，其它分位值的預(yù)報(bào)都存在對(duì)降水中心強(qiáng)度低估的特點(diǎn)。另外，最大值預(yù)報(bào)除中心強(qiáng)度與實(shí)況接近以外，降水中心位置的預(yù)報(bào)也與實(shí)況基本一致，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)到甘南暴雨出現(xiàn)的可能。在此次過(guò)程中最小值預(yù)報(bào)的落區(qū)范圍及最大值預(yù)報(bào)的中心強(qiáng)度對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)此次降水有重要的指導(dǎo)意義。

對(duì)于2015年7月13日臺(tái)風(fēng)“燦鴻”影響引發(fā)的大暴雨過(guò)程，各成員及集合平均都能模擬出累積降水自西向東逐漸增大的特點(diǎn)。對(duì)于降水范圍的預(yù)報(bào)，50%分位預(yù)報(bào)的降水范圍與實(shí)況最接近，晴雨預(yù)報(bào)評(píng)分最高。另外，50%分位除對(duì)牡丹江東部1站暴雨及伊春北部3站大雨存在漏報(bào)外，對(duì)于大雨和暴雨落區(qū)范圍的預(yù)報(bào)也與實(shí)況比較一致，但對(duì)雙鴨山東部的大暴雨存在漏報(bào)。在各典型分位值中，90%以上分位能夠提示饒河大暴雨發(fā)生的可能，對(duì)降水中心強(qiáng)度有一定的預(yù)報(bào)能力，但同時(shí)也存在大暴雨空?qǐng)?bào)的問(wèn)題。

對(duì)于2015年8月8日受東北冷渦影響的典型區(qū)域性大到暴雨過(guò)程，各成員及集合平均預(yù)報(bào)均一致的表現(xiàn)為全省的降水天氣，降水預(yù)報(bào)的落區(qū)與范圍與實(shí)況基本一致，晴雨評(píng)分都較高。實(shí)況降水上存在3個(gè)大雨以上量級(jí)降水的中心，集合預(yù)報(bào)的各個(gè)典型成員及集合平均對(duì)位于黑龍江東部的降水中心有所表現(xiàn)，但位置較實(shí)況普遍偏南，對(duì)于西部的兩個(gè)中心都沒(méi)有明確區(qū)分，各成員預(yù)報(bào)的降水中心位置與兩個(gè)中心中偏南的一個(gè)較一致，但更偏東南，移速相對(duì)較快。對(duì)于東部的降水中心，中心強(qiáng)度在大雨量級(jí)，各成員中90%分位預(yù)報(bào)的強(qiáng)度與實(shí)況最一致，其它都存在或偏弱或偏強(qiáng)的情況。對(duì)于西部的兩個(gè)暴雨中心，極大值能夠預(yù)報(bào)出南部暴雨中心的強(qiáng)度，但中心范圍明顯偏大，北部的暴雨中心所有成員都存在明顯的漏報(bào)。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)此個(gè)例的分析，可以發(fā)現(xiàn)，確定性預(yù)報(bào)與集合平均無(wú)論在對(duì)降水落區(qū)還是在對(duì)降水中心的預(yù)報(bào)上較實(shí)況都有比較大的差距。而集合預(yù)報(bào)提示了降水的落區(qū)的可能范圍及暴雨等極端事件發(fā)生的可能，需對(duì)預(yù)報(bào)中的極端值予以重視。集合預(yù)報(bào)的各個(gè)成員幾乎囊括了天氣的所有可能，對(duì)于不同的過(guò)程，相同分位值預(yù)報(bào)的表現(xiàn)不同。有時(shí)雖然僅有極少數(shù)成員預(yù)報(bào)了暴雨以上量級(jí)的極端降水的存在，也需引起足夠重視，需要謹(jǐn)慎判斷是否有局地性暴雨出現(xiàn)的可能。東北冷渦影響下的區(qū)域性降水過(guò)程，強(qiáng)降水中心比較分散，預(yù)報(bào)難度大，有時(shí)集合預(yù)報(bào)的所有成員都不能判斷出暴雨發(fā)生的可能。

[1]何光碧,屠妮妮,張利紅.多模式對(duì)四川一次強(qiáng)降水過(guò)程不確定性預(yù)報(bào)分析[J].高原山地氣象研究.2009, 29(4):18-26.

[2]沈鐵元,廖移山,彭濤,等.等定量分析數(shù)值模式日降水預(yù)報(bào)結(jié)果的不確定性[J].氣象.2011,37(5):540-546.

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[4]李俊,杜鈞,王明歡,等.中尺度暴雨集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)研發(fā)中的初值擾動(dòng)試驗(yàn)[J].高原氣象.2009,28(6):1365-1375.

[5]劉琳,陳靜,程龍,等.基于集合預(yù)報(bào)的中國(guó)極端強(qiáng)降水預(yù)報(bào)方法研究[J].氣象學(xué)報(bào).2013,71(5):853-866.

[6]陳靜,薛紀(jì)善,顏宏.一種新型的中尺度暴雨集合預(yù)報(bào)初值擾動(dòng)方法研究[J].大氣科學(xué).2005,29(5):717-726.

Numerical validation of ECMWF ensem ble prediction w ith three severe precipitation processes in Heilongjiang province

WANGGui-Jun1，LIU Song-Tao2，ZHOU Yi-Han2，QIDuo2
(1.Wudalianchi farm weather station，Heilongjiang Wudalianchi164501; 2.Meteorological observatory of Heilongjiang province，Heilongjiang Harbin 150030)

Based on rainfall observation data and ECMWF ensemble prediction data,choose the typical classification values to analyze the prediction ability of the ensemble forecast for different types of heavy rainfall in the flood season of 2015.The results show that:for local strong rainstorm processes and the torrential rain processes caused by the typhoon,ensemble forecast can signal the range of precipitation and extreme precipitation.However,for the central dispersion regional precipitation process influenced by cold vortices,the ensemble prediction has a sufficient grasp of the possible range of precipitation,but it has a limited significance for the location and intensity of precipitation centers.

severe precipitation processes;synoptic verification;ensemble prediction

P456.9

A

1002－252X(2017)01－0012－02

2017－1－1

王桂軍（1964-),女，遼寧省凌源縣人，蘭州氣象學(xué)校，中專(zhuān)生，工程師.