数值模式产品解释应用系统

杨铁钢

摘要：该系统基于T639、ECMWF、GRAPES和WRF等模式产品，采用最近格点和格点插值方法建立气象站点预报数据库。根据气象局预报检验有关规定或自行客观分级实时检验各类模式产品。通过绝对平均误差、平均误差、均方根误差和多元线性回归等方法订正模式产品误差。基于模式产品研究精准化预报预警指标体系，研究探讨最佳预报模型、预报准确率权重模型、天气学解释模型和天气跟踪预报模型等统计学预报模型。同时开展图形化分析，实现物理量诊断解读、天气学诊断分析、模式产品对比分析等主观精细化分析功能。

【关键词】数值模式 解释应用 误差订正 统计学预报模型

1 前言

目前地级市气象台站存在接收到国内外数值模式产品种类多，存储数据量大、预报质量参次不齐等实际情况，预报员针对预报站点多（乡镇精细化预报）、预报时间紧、气象要素多、预报时效长的要求下，怎么使用集成预报。集成预报方法中参与的成员和权重都是基于历史样本回代计算而得出，基本都是静态的、固定的。但是对于复杂的天气预报中使用这样的固定指标是显然效果不佳。

基于上述问题，本软件平台解决多模式产品分级实时自动检验功能，提供模式产品误差订正方法及自定义多级检验功能，基于模式产品自定义建立定量化、精准化预报预警指标、探讨或研究统计学预报模型，提出了多模式动态变权的集成预报方法，可摆脱大量样本实况资料的依赖性，实现多模式产品在集成预报中的权重系数能够预报员要求动态调整，动态反应每一个模式产品在不同季节、不同时效、不同站点的预报水平。

2 业务系统设计

从模式特点来分析，使用区域中尺度模式产品，在24h预报时间分辨率上可以发挥更好的作用，更好的解决短临灾害性预报预警，开展新一代天气雷达产品和实况信相结合的WRF th定量化精细化的要素预报；在lOd内以T639、ECMWF等模式产品开展累计降水量、平均气温定量预报和指数预报。

该软件平台系统以Microsoft .NET为框架，以Visual C#为编程语言，采用c/s结构（客户端与服务器端），后台服务器采用Microsoft SQL server 2008数据库。基于不同时空尺度天气系统特点，建立“高低分辨率搭配、长短时效兼顾、有限区域与全球模式相配合”的站点式精细化数值模式产品解释应用系统。

3 检验方案

国际气象组织（WMO）的基本系统委员会（CBS） 1985年确定数值天气预报标准化检验方法，方法包括两个部分，一是采用客观分析检验，本系统按照天气预报质量考核管理办法进行客观检验，二是用全球交换系统的探空观测资料进行检验，由于通辽市本站是探空观测站，所以只检验通辽本站高空模式产品。

4 误差订正方法

4.1 平均误差

4.1.1 计算平均误差

5 统计学天气预报模型

（1）最佳预报模型，根据预报员定期计算情况（例如前面10天的误差订正）下，多模式产品分级检验误差订正后再次检验，最后得出预报准确率最高，平均绝对误差最小的模式产品预报。

（2）预报准确率权重模型，根据最佳预报模型的基础上，确定前三或前五，然后基于预报准确率计算权重系数，最后得出多模式产品的权重预报。

（3）天气跟踪模型，根据预报員定期计算情况下，模式预报针对不同的初始场预报同一个时次气象要素或物理量，首先确定每一次预报时效的最佳预报，然后基于预报准确率计算权重系数，最后得出预报结果。

（4）天气学解释模型，根据预报员定期计算情况下，通过某一个预报时效的多模式产品采用多元线性回归方法计算出回归方程，最后用方程计算对应预报时效的气象要素预报。

6 定量化预报预警指标

例如大风预报预警，预报员根据历史样本资料确定一个大风指标（200hPa的风速大于36m/s并且850hPa的风速大于18m/s并且十米风速大于8m/s）通过多模式产品计算出每一个站点的24h、48h内大风开始时间、结束时间和持续时间；基于业务的需求不断修改完善指标，该系统实现自定义建立指标和自动检验预报指标功能。

7 结束

本文的误差订正方法、集成预报方法都是一种超级集合思想，最大特点在多模式产品权重系数的可变性和参与多模式产品数量的不确定性以及集成产品的多样性。

提供模式产品对比诊断、天气预报诊断分析、误差订正为一体的平台，实现全自动模式产品检验功能，规范化模式产品入库管理，开展乡镇精细化气象要素预报和指数预报。

优化现有的算法，引入相似力度算法开展降水相似预报，引入EOF正交展开算法开展天气分型预报。

参考文献

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