郭志榮

摘要：隨著氣象部門業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院在2013版的教學(xué)計劃中新增了《數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品釋用》這一門必修的集中性實踐課程。在課程沒有開始授課之前，作為課程負(fù)責(zé)人，有必要對課程內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的了解和介紹。預(yù)報意味著對將來狀態(tài)的預(yù)測，檢驗就是評估預(yù)報質(zhì)量的過程，所以產(chǎn)品檢驗是該課程中非常重要的一環(huán)。本文主要介紹目前業(yè)務(wù)中常用的幾種統(tǒng)計檢驗方法。

關(guān)鍵詞：大氣科學(xué)；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品釋用；統(tǒng)計檢驗方法

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0206-02

數(shù)值預(yù)報逐漸成為業(yè)務(wù)天氣預(yù)報的重要基礎(chǔ)，在氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)中發(fā)揮了重要的作用。目前，在國內(nèi)業(yè)務(wù)天氣預(yù)報應(yīng)用中比較多的是全球中期數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)T639、歐洲中心（ECMWF）數(shù)值預(yù)報和日本數(shù)值預(yù)報。就大多數(shù)數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品本身而言，雖然目前已經(jīng)具有較高的質(zhì)量，但由于分析誤差和模式自身的誤差，對局部地區(qū)的天氣形勢和要素預(yù)報不可能預(yù)報得非常準(zhǔn)確，因此我們不可能將任何數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品直接用于天氣預(yù)報，而通過發(fā)展數(shù)值產(chǎn)品的釋用技術(shù)來制作氣象要素預(yù)報是可行的。開展數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗有利于加深對數(shù)值模式認(rèn)識，是擇優(yōu)使用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的有效途徑，同時也可為研究數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品釋用方法提供一定的參考依據(jù)。

一、業(yè)務(wù)中常用的檢驗方法

目前業(yè)務(wù)中常用的主要檢驗方法有：目視檢驗方法、常規(guī)的統(tǒng)計檢驗方法（兩分類預(yù)報檢驗方法、多級分類預(yù)報檢驗方法、連續(xù)變量檢驗方法、概率預(yù)報檢驗方法）、空間預(yù)報方法等方法。本文只介紹常規(guī)的統(tǒng)計檢驗方法當(dāng)中最常用的幾種兩分類預(yù)報檢驗方法。

二、常規(guī)的兩分類預(yù)報統(tǒng)計檢驗方法

兩分類預(yù)報是指當(dāng)事件發(fā)生時為“有”，事件沒有發(fā)生時為“無”。例如降水和霧的預(yù)報通常用“有”和“無”來表示。在一些應(yīng)用中可以指定一個閾（如風(fēng)速大于10米/秒）來定義“有”和“無”的界限。

檢驗這一類預(yù)報，用列聯(lián)表來表示預(yù)報事件“有”和“無”的發(fā)生頻率。

擊中：預(yù)報發(fā)生，實況也發(fā)生的事件（A）；

漏報：預(yù)報不發(fā)生，但實況發(fā)生了的事件（B）；

空報：預(yù)報發(fā)生，但實況未發(fā)生的事件（C）；

反擊中：預(yù)報不發(fā)生，實況也未發(fā)生的事件（D）。

1.準(zhǔn)確率。

PC=■×100%

PC值域：0%～100%，理想值：100%。

準(zhǔn)確率簡單、直觀。但由于“反擊中”的權(quán)重與“擊中”一樣，反應(yīng)不出極端天氣的預(yù)報準(zhǔn)確性。在降水預(yù)報中，用對晴雨預(yù)報的檢驗，擊中（A）表示有降水預(yù)報正確，反擊中（D）表示無降水預(yù)報正確。

2.TS評分或CSI評分。

TS=CSI=■×100%

TS值域：0%～100%，理想值：100%。TS評分反映了預(yù)報和實況都發(fā)生的情況比例，它對擊中（A）事件敏感，也懲罰空報和漏報事件，如果不考慮反擊中（D）事件，則可以認(rèn)為評分是精確的。由于TS評分不能區(qū)分預(yù)報錯誤來源，所以常和空報率（FAR）與漏報率（PO）一起考慮。TS評分依賴事件的氣候頻率。對小概率事件，由于擊中是偶然產(chǎn)生的，所以評分較低。

3.空報率。

FAR=■×100%

FAR值域：0%～100%，理想值：0。

4.漏報率（PO）。

PO=■×100%

PO值域：0%～100%，理想值：0。

5.預(yù)報偏差。

BIAS=■

BIAS值域為：0～+∞，理想值：1。預(yù)報偏差不比較預(yù)報的好壞，只比較預(yù)報和實況發(fā)生事件的相對頻率，揭示了預(yù)報擊中（A）事件是過多或過少的傾向。

6.ETS評分。

ETS=■

其中hitsrandom=■

ETS值域為-1/3～1，理想值為1。ETS評分吸收了TS的一些優(yōu)點(diǎn)，又降低了隨機(jī)概率對評分的影響。譬如，因為在濕季要比干季容易預(yù)報降水，ETS評分就更能體現(xiàn)預(yù)報能力。ETS評分經(jīng)常用來檢驗數(shù)值模式的降水預(yù)報。ETS評分對空報和漏報采用了同樣的懲罰措施，而并沒有區(qū)分預(yù)報誤差來源。

7.HSS評分。

HSS=■

（ExpectdCorrect）random=■

HSS值域：-∞～1，理想值：1。HHS評分消除了純粹由于隨機(jī)變化而產(chǎn)生預(yù)報正確的因素，是屬于廣義的技巧評分。公式中分子是剔除了隨機(jī)變化的預(yù)報正確數(shù)。在氣象學(xué)中，隨機(jī)變化和氣候值預(yù)報、持續(xù)性預(yù)報等相比通常并不是最好的預(yù)報。

8.TSS評分。

TSS=■-■=■

=■-■

=POD-POFD

=（accuracy for events）+（accuracy for non-

events）-1

TSS：-1～1，0表示沒有預(yù)報技巧，理想分：1。特點(diǎn)是利用例聯(lián)表中的所有要素，不依賴與氣候事件的發(fā)生頻率，但對大概率事件檢驗效果會更好。像POD一樣，在第一項中給極端事件的權(quán)重過大，所以可能對常發(fā)事件更有用。該評分對漏報事件敏感而對假警報事件不敏感。隱含根據(jù)觀測分層的特性。如果一個事件發(fā)生了幾次在都沒有預(yù)報出來，即便總的精度很高，則評分也可能是負(fù)值。

9.后一致性。

PAG=■=■

PAG：0～1，理想分：1。表示所有預(yù)報事件中正確的比率。只與預(yù)報數(shù)有關(guān)，與實況的關(guān)系不確定。注意與POD的區(qū)別。

10.探測率。

POD=■=■=■

POD：0～1，理想分：1。應(yīng)與空報率一起考慮。是ROC的重要部分。表示在所有觀測事件中被正確預(yù)報的比率。POD+PO=1

11.空報探測率。

POFD=■=■=■

POFD：0～1，理想分：0。是ROC的重要部分。表示空報在所有觀測的非事件中所占的比率。

三、結(jié)語

數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗作為數(shù)值產(chǎn)品釋用當(dāng)中非常重要的一環(huán)，設(shè)計合理的檢驗方案其檢驗結(jié)果不僅可以為模式設(shè)計者有效判斷模式的物理方案、參數(shù)化及陸面過程等的合理性提供參考，而且可以為模式使用者（預(yù)報員）了解模式的預(yù)報性能提供幫助，尤其對要素預(yù)報，具有指示性意義。

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Introduction of Statistical Verification Methods in "The Numerical Forecasting Product Release" with Course

GUO Zhi-rong

（College of Atmospheric Sciences，Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing，Jiangsu 210044，China）

Abstract：With the needs of the development of meteorological department business，nanjing university of information Science & Technology in the 2013 version of the teaching plan adds "The Numerical Forecasting Product Release" in the required concentration practice courses.Before start this course，as the Course director，it is necessary in detail the content of the course.Forecast is a prediction of the future，testing is the process of evaluation prediction quality，so the product inspection is a very important part of this course.So the Forecast Performance Verification is a very important role in the course.This paper mainly introduces several kinds of statistical verification methods in current business.

Key words：atmospheric sciences；"The Numerical Forecasting Product Release"；Statistical verification method