賈 健，蔣慧敏，王 健

(烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830000)

近年來，隨著數(shù)值模式產(chǎn)品的下發(fā),國內(nèi)學(xué)者通過對氣溫、降水、大風(fēng)等氣象要素的檢驗評估[1-9]，很好地掌握了數(shù)值預(yù)報模式的預(yù)報能力、預(yù)報質(zhì)量及可能的變化趨勢。新疆氣象工作者也對數(shù)值模式進行了檢驗評估工作，特別是ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式(以下簡稱“EC細(xì)網(wǎng)格”)產(chǎn)品出現(xiàn)后，對EC細(xì)網(wǎng)格做了大量的檢驗工作，萬瑜等[10]利用該模式對烏魯木齊一次東南大風(fēng)過程的風(fēng)場做了釋用分析，張俊蘭等[11]針對2012年前冬季3場暴雪天氣過程中細(xì)網(wǎng)格模式大尺度降水產(chǎn)品的預(yù)報能力進行了檢驗，劉春風(fēng)等[12]對ECWMF細(xì)網(wǎng)格2 m溫度預(yù)報在新疆區(qū)域的準(zhǔn)確率進行了檢驗分析，萬瑜等[13]通過ECMWF細(xì)網(wǎng)格風(fēng)場和氣壓場資料對烏魯木齊9次典型東南大風(fēng)天氣過程進行分型檢驗。從上述數(shù)值模式預(yù)報性能的檢驗來看，多為針對天氣系統(tǒng)或區(qū)域性預(yù)報能力方面的檢驗，但區(qū)域性預(yù)報能力的檢驗及個例分析中的應(yīng)用對于單站精細(xì)化預(yù)報要素產(chǎn)品的制作發(fā)布，指導(dǎo)能力較為有限。

2015年1月15日EC細(xì)網(wǎng)格調(diào)整升級后，在新疆維吾爾自治區(qū)各級氣象預(yù)報業(yè)務(wù)工作中開始釋用，調(diào)整后的EC細(xì)網(wǎng)格溫度和降水要素產(chǎn)品的空間分辨率提高至0.125°×0.125°，時間分辨率為3 h，為短期臨近預(yù)報提供了更精細(xì)的參考依據(jù)。本文基于升級后的EC細(xì)網(wǎng)格2 m溫度、大尺度降水量(以下簡稱“LSP”)、累計降水量(以下簡稱“TP”)及850 hPa風(fēng)速場，對烏魯木齊米東區(qū)2015年2月至2017年1月的最高氣溫、最低氣溫、降水、極大風(fēng)速等進行檢驗，并與中央氣象臺指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品(以下簡稱“指導(dǎo)預(yù)報”)進行對比，為日后單站氣象要素的預(yù)報提供有利參考依據(jù)。

2 資料和方法

2.1 資料選取

選取烏魯木齊市米東區(qū)國家氣象觀測站2015年2月1日至2017年1月31日逐日(北京時，前日20：00—當(dāng)日20：00)最高氣溫、最低氣溫、降水量、極大風(fēng)速實況資料，模式資料為EC細(xì)網(wǎng)格逐日08時起報的24 h(當(dāng)日20：00—次日20：00，北京時)、時間分辨率為3 h的2 m溫度(與站點對應(yīng)的4個格點數(shù)據(jù)，分別定義為T左上、T左下、T右上、T右下)、大尺度降水量(LSP)、累計降水量(TP)、850 hPa風(fēng)速場四類氣象要素產(chǎn)品及中央指導(dǎo)產(chǎn)品(包括24 h最高氣溫、最低氣溫、降水量)。

2.2 檢驗方法

參考《中短期天氣預(yù)報質(zhì)量檢驗辦法》[14]規(guī)定，對于最高氣溫、最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率，若逐日最高(最低)氣溫的模式預(yù)報值與實況值之差的絕對值≤2 ℃，則記當(dāng)日最高(最低)氣溫的預(yù)報準(zhǔn)確，預(yù)報準(zhǔn)確率為T=(R/F)×100%，其中R為預(yù)報正確次數(shù)，F(xiàn)為預(yù)報總次數(shù)。對于降水量級，參照新疆地區(qū)24 h降水量，進行TS評分檢驗。TS=NA/(NA+NB+NC)×100%，其中NA為預(yù)報正確次數(shù)，NB為漏報次數(shù)，NC為空報次數(shù)。

晴雨預(yù)報檢驗：當(dāng)預(yù)報有雨，若實況降水量≥0.1 mm評定為正確，若實況無雨或降水量為0.0 mm則評定為空報；當(dāng)預(yù)報無雨，若實況無雨或降水量為0.0 mm不做評定，若實況降水量≥0.1 mm評定為漏報。當(dāng)測站出現(xiàn)降水，若模式預(yù)報有降水，則評定為正確；若測站無降水，模式預(yù)報有降水，則算空報；若測站有有量降水，模式預(yù)報無降水，則算漏報；微量降水(0.0 mm)無論模式有無預(yù)報降水均為正確。

對于風(fēng)速場，將烏魯木齊米東區(qū)站點周圍4個格點(分別定義為f左上、f左下、f右上、f右下)的逐日(24 h、分辨率3 h)850 hPa風(fēng)速預(yù)報場最大值與當(dāng)日極大風(fēng)速實況場做相關(guān)性分析，選出相關(guān)性最好的點，并給出線性回歸方程。

3 檢驗結(jié)果分析

3.1 溫度預(yù)報

3.1.1 最高氣溫 表1為EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)預(yù)報對最高氣溫預(yù)報的準(zhǔn)確率，從最高氣溫預(yù)報年均準(zhǔn)確率分析，米東區(qū)站點周圍分布的4個格點中，T左上的年均預(yù)報準(zhǔn)確率最高，T右上次之，年均準(zhǔn)確率分別為69.1%和61.3%，這2個格點對最高氣溫預(yù)報的參考意義大，而T左下和T右下格點最高溫度預(yù)報的年均準(zhǔn)確率低，分別為43.8%和26.0%，對最高氣溫預(yù)報的參考意義不大。指導(dǎo)預(yù)報的年均準(zhǔn)確率為61.2%，低于T左上和T右上的預(yù)報準(zhǔn)確率，且低于T左上近8個百分點。從最高氣溫預(yù)報逐月準(zhǔn)確率分析，T右上3月的預(yù)報準(zhǔn)確率達80%，為逐月預(yù)報準(zhǔn)確率中最高值，T左上除了11月和12月準(zhǔn)確率較低外，其余月份均高于60%，3、5、6、7、8、10月的準(zhǔn)確率均在70%以上，5月和10月最高溫度預(yù)報準(zhǔn)確率達78.7%。同樣地， 5—9月指導(dǎo)預(yù)報最高氣溫的預(yù)報準(zhǔn)確率在70%以上，且8—9月的參考意義大于EC細(xì)網(wǎng)格。從季節(jié)來看，夏季最高溫度準(zhǔn)確率指導(dǎo)預(yù)報明顯高于EC細(xì)網(wǎng)格，其余季節(jié)EC細(xì)網(wǎng)格的參考意義均大于指導(dǎo)預(yù)報。

表1 EC細(xì)網(wǎng)格格點及中央氣象臺指導(dǎo)預(yù)報最高氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率 %

3.1.2 最低氣溫 表2為EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)預(yù)報對最低氣溫預(yù)報的準(zhǔn)確率，可以看出最低氣溫年均準(zhǔn)確率4個格點高低排序依次為T右上、T左上、T左下、T右下，準(zhǔn)確率分別為73.8%、66.1%、59.4%、47.4%，指導(dǎo)預(yù)報年均準(zhǔn)確率為68.3%，T右上的準(zhǔn)確率明顯高于其它格點和指導(dǎo)預(yù)報。從逐月預(yù)報準(zhǔn)確率上看，4個格點1月、2月、11月、12月預(yù)報準(zhǔn)確率均較差，3—10月T右上準(zhǔn)確率均高于其它格點準(zhǔn)確率，且除4月準(zhǔn)確率為69.0%外，其余月份均在75%以上，尤其是9月預(yù)報準(zhǔn)確率更是達91.1%。指導(dǎo)預(yù)報準(zhǔn)確率除11月高于T右上外，其余各月準(zhǔn)確率均低于T右上。從季節(jié)上來分析，T右上和指導(dǎo)預(yù)報冬季最低溫度預(yù)報能力較差，其它季節(jié)準(zhǔn)確率均較高，夏季6—8月最高，平均準(zhǔn)確率達84.5%。

表2 EC細(xì)網(wǎng)格格點及中央氣象臺指導(dǎo)預(yù)報最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率 %

3.1.3 霧、降水情況下 受地形和氣候條件影響，烏魯木齊米東區(qū)11月至次年2月多大霧天氣，大霧的出現(xiàn)對日最高、最低氣溫的預(yù)報造成較大困難，選取2015年2月—2017年1月大霧日和降雨(雪)日兩種天氣條件下，EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)預(yù)報的預(yù)報準(zhǔn)確率。因最高氣溫準(zhǔn)確率T左上最高，最低氣溫準(zhǔn)確率T右上最高，故最高氣溫檢驗時挑選T左上預(yù)報數(shù)值，最低氣溫檢驗時挑選T右上預(yù)報數(shù)值。

表3為大霧日、降雨(雪)日EC細(xì)網(wǎng)格格點及指導(dǎo)預(yù)報氣溫準(zhǔn)確率?？梢钥闯觯箪F日、降雨(雪)日EC細(xì)網(wǎng)格最高氣溫和最低氣溫的預(yù)報準(zhǔn)確率均高于指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品的預(yù)報準(zhǔn)確率，其中大霧日最高氣溫、最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率分別為50.8%和55.1%，均低于60.0%，參考意義不大；但降雨(雪)日最高氣溫、最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率分別為68.6%和80.5%，特別是最低氣溫的準(zhǔn)確率高于80.0%，參考意義較大。

3.2 降水預(yù)報

3.2.1 TS評分 根據(jù)毛煒嶧等[15]定義的當(dāng)年11月至次年3月為暖季，降水以雪為主，4—10月為暖季，以降雨為主。對24 h降水量進行分級(小雨、中雨、大雨、暴雨、小雪、中雪、大雪、暴雪)TS檢驗，由于米東區(qū)站點南側(cè)和東側(cè)分別為南天山和東天山，受地形和氣候特征的影響，降水預(yù)報場的4個格點(分別定義為R左上、R左下、R右上、R右下)中,除最接近站點的R左上外，其余格點均靠近山區(qū)或海拔較高地區(qū)，降水預(yù)報量級較實況明顯偏大，且空報率也較高，故選取R左上格點進行降水分級檢驗。從模式對24 h各級別降水的TS評分檢驗(表4)可以看出，LSP、TP和指導(dǎo)預(yù)報對降水的預(yù)報性能整體偏低，對于降雨天氣，LSP、TP的預(yù)報能力高于指導(dǎo)預(yù)報，特別是對大雨的預(yù)報準(zhǔn)確率，LSP和TP明顯高于指導(dǎo)預(yù)報；對于降雪天氣，指導(dǎo)預(yù)報對小雪和大雪的預(yù)報準(zhǔn)確率高于LSP和TP。

表3 大霧日、降雨(雪)日EC細(xì)網(wǎng)格格點及指導(dǎo)預(yù)報氣溫準(zhǔn)確率 %

表4 EC細(xì)網(wǎng)格及指導(dǎo)預(yù)報對24 h各級降水TS評分檢驗 %

從24 h晴雨預(yù)報來看(表略)，LSP、TP和指導(dǎo)預(yù)報的準(zhǔn)確率分別為82.0%、77.1%和78.9%，預(yù)報準(zhǔn)確率均較高，對預(yù)報員判斷24 h內(nèi)是否會出現(xiàn)降雨(雪)天氣的參考意義非常大。

3.3 日極大風(fēng)速

選取米東區(qū)周圍的4個格點f左上、f左下、f右上、f右下，將逐日預(yù)報場最大風(fēng)速與實況場極大風(fēng)速做相關(guān)性分析，得到的相關(guān)系數(shù)分別為0.59、0.05、0.39和0.12，f左上即最接近米東區(qū)站點的相關(guān)性最好，且該點通過0.01顯著性水平檢驗，故將其作為分析點。將f左上逐日預(yù)報場最大風(fēng)速與實況場極大風(fēng)速通過線性回歸方程，得出預(yù)報場與實況的關(guān)系方程(圖1)，對日后做極大風(fēng)速的預(yù)報有一定的參考價值。

圖1 烏魯木齊米東區(qū)EC細(xì)網(wǎng)格左上格點逐日預(yù)報場最大風(fēng)速與實況場極大風(fēng)速相關(guān)性

4 結(jié)論

(1) 最高氣溫預(yù)報年準(zhǔn)確率最高是T左上格點值，為69.1%，高于指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品；夏季指導(dǎo)預(yù)報準(zhǔn)確率較明顯的高于EC細(xì)網(wǎng)格以外，其余季節(jié)EC細(xì)網(wǎng)格的參考意義更大。最低氣溫預(yù)報年準(zhǔn)確率最高是T右上格點值，為73.8%，高于指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品；T右上和指導(dǎo)預(yù)報冬季最低溫度預(yù)報能力較差，其它季節(jié)準(zhǔn)確率均較高，夏季6—8月最高，平均準(zhǔn)確率達84.5%。

(2) 對于霧日和降雨(雪)日的高、低溫準(zhǔn)確率來看，霧日最高、最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率均低于60.0%，對預(yù)報人員參考意義不大；但降雨(雪)日最高、最低氣溫預(yù)報準(zhǔn)確率分別為68.6%和80.5%，特別是最低氣溫的準(zhǔn)確率高于80.0%，參考意義較大。

(3) 24 h各級別降水的TS評分檢驗，LSP、TP、指導(dǎo)預(yù)報準(zhǔn)確率均不是太高，對于降雨天氣，LSP、TP的預(yù)報能力略高于指導(dǎo)預(yù)報；對于降雪天氣，指導(dǎo)預(yù)報對小雪和大雪的預(yù)報準(zhǔn)確率高于LSP和TP。24 h晴雨預(yù)報，EC細(xì)網(wǎng)格和指導(dǎo)的預(yù)報準(zhǔn)確率均較高，對預(yù)報員判斷24小時內(nèi)是否會出現(xiàn)降水有很大的參考意義。

(4)f左上格點逐日最大風(fēng)速預(yù)報場與極大風(fēng)速實況場有較好的相關(guān)性。