2016年夏季DOGRAFS系统站点24 h降水量级预报检验

李 曼，琚陈相，辛 渝，杜 娟，马玉芬，马秀梅

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐830002；2.中亚大气科学研究中心，新疆 乌鲁木齐830002）

降水是气象预报预测业务中的重要要素，也是社会公众最为关心的气象要素[1]。随着社会各个领域对降水预报的要求越来越高，传统的晴雨预报已无法满足需求，需要提供高时空分辨率、定量化、更精准的降水预报产品。新疆地处干旱半干旱区，复杂的“三山夹两盆”地形（北部阿尔泰山、中部天山、南部昆仑山，北疆准噶尔盆地、南疆塔里木盆地）使新疆降水具有独特的分布特征[2-4]，例如北疆降水多于南疆、西部降水多于东部、山区降水多于盆地等等，进一步增大了新疆区域精细化定量降水预报的难度。

随着数值预报技术的发展，模式表现出对客观定量降水的巨大潜力，已经成为目前天气预报业务领域中不可替代的可用参考预报方法[5-8]。由于定量降水提供的是一段时间内的总降水量，其准确度受到降水发生位置、移动方向、持续时间等诸多因素的影响[1，9]，加之模式的初始条件、边界条件、物理过程、复杂下垫面以及模式框架自身设计不足等诸多因素产生的不确定性，模式降水预报与实况始终存在一定偏差[10-12]。不同模式在不同地区，对降水预报的系统性误差方面表现各异[13-14]，有必要对本地区域数值预报系统的降水性能进行时空上定量的检验和评估，为降水偏差订正方法和集合预报技术研究做铺垫[15-17]。乌鲁木齐区域数值天气预报系统DOGRAFS（Desert-Oasis-GobiRegionalAssimilation and Forecast System）前身为新疆快速更新循环同化数值预报系统XJ-RUC，经过参数化方案优选优化、同化方案优选等本地化工作，2014年升级并更名，2015年底通过中国气象局业务化评审，现行版本为1.0。该系统为全疆区、地、县气象部门以及国家电网等业务单位提供精细化预报产品，在实际预报预测业务中得到广泛应用。目前对DOGRAFS系统的检验多针对2 m温度和地面风场[18-19]，也有基于TS评分的逐6 h降水的检验[20-21]，未对站点逐日不同量级降水的定量预报性能做综合评估。因此本文针对乌鲁木齐区域数值天气预报系统在2016年夏季各站点逐日24 h累积降水量的预报性能进行统计检验。

1 资料和方法

DOGRAFS v1.0基于WRF v3.5.1和WRFDA v3.5.1搭建，采用三重嵌套网格（27/9/3 km），9 km水平分辨率区域覆盖全疆，文中主要对9 km区域预报产品进行分析；垂直方向采用滓坐标共40层，模式层顶为100 hPa。模式主要采用WSM6微物理参数化方案、KF积云参数化方案、ACM2边界层参数化方案、RRTM辐散方案和Noah陆面过程，每日运行4次（08时、14时、20时、02时）（北京时间，下同），其中08时和20时为冷启、预报时效84 h，为新疆气象台等业务部门提供预报产品。

实况资料为2016年6月1日—8月31日每天08时—08时的全疆105个站（站点分布见图1）24 h累积降水，预报结果为与实况对应的前一日08时和20时起报的相应预报时段的24 h累积降水。文中将前一日08时起报的预报结果定义为提前24 h预报，将前一日20时起报的预报结果定义为提前12 h预报。例如：实况为2016年6月2日08时—3日08时累积降水量，提前24 h预报指的是2016年6月1日08时起报的24耀48 h累积降水量，提前12 h预报指的是2016年6月1日20时起报的12耀36 h累积降水量。

图1 检验站点及地形高度（单位：m）

DOGRAFS v1.0生成的产品均为格点预报产品，首先利用反距离权重法[22-23]将网格预报值插值到图1中的105个观测站点上生成预报值，再与观测值进行对比检验，分别检验各个站点92个样本中晴天预报正确率，不同量级降水（根据新疆降水量级标准的划分[24]，24 h降水量逸6.1 mm为中雨，逸12.1 mm为大雨，逸24.1 mm为暴雨）的正确率、漏报率、报强率和报弱率，其中正确率是指预报降水量级与实况相一致的比率；漏报率是指实况出现降水、模式未预报出降水的比率；报强率是指实况出现降水、模式预报降水量级大于实况的比率；报弱率是指实况出现降水、模式预报也出现降水但降水量级小于实况的比率。

2 降水量级预报性能

根据24 h累积降水实况统计出全疆105个站点2016年夏季晴天日数和各量级降水日数（图2），从结果上可以看出，塔城、博州、伊犁、天山山区及其两侧、阿克苏、克州降水日数较高，晴天日数大部分小于65 d；大雨及以上量级降水主要出现在天山山区及其两侧、南疆西部山区、北疆局部，与新疆降水空间分布特征相一致。2016年夏季全疆只有3个站点24 h累积降水量达到大暴雨，分别是尼勒克（1 d）、天池（3 d）、巴里坤（1 d）。巴州中南部、吐鲁番和哈密大部分地区晴天日数在80 a以上；昭苏和大西沟晴天日数最少（31 d和32 d）。

2.1 晴天预报性能

统计各个站点2016年夏季DOGRAFS系统对晴天的预报性能（图3），可以看出除阿勒泰北部山区、塔城北部山区、西天山、中天山和南疆西部山区外，DOGRAFS系统两个起报时次对晴天预报准确率均在85%以上，其中和田地区、巴州南部、吐鲁番地区、哈密东部地区晴天预报准确率达到95%以上。比较两个预报时次预报结果，可以看到提前12 h预报结果中，昌吉州北部地区、乌苏—奎屯晴天预报准确率也在95%以上；提前12 h预报结果中巴州北部山区、南疆西部山区晴天预报准确率在50%左右，提前24 h预报结果中上述区域晴天预报准确率在40%左右；降水日数最多的昭苏站晴天预报提前12 h预报准确率仅为25%，提前24 h预报准确率仅为15%，表明模式对该站空报率较高。乌鲁木齐站提前12 h晴天预报准确率为92%，提前24 h晴天预报准确率为82%。整体来看，随着预报时效的延长，DOGRAFS系统对全疆站点的晴天预报准确率有所降低。

2.2 降水量级预报性能

2.2.1 小雨

图2 2016年夏季晴天天数和各个量级降水天数（单位：d）

图3 模式各起报时次对2016年夏季晴天预报性能（单位：%）

从2016年夏季小雨出现日数统计结果上来看（图2），北疆西部、天山山区及其两侧、南疆西部山区出现小雨的日数较多，大部分在25耀30 d，温泉、大西沟和昭苏站达到40 d；吐鲁番盆地、巴州南部出现小雨日数小于10 d。统计各个站点2016年夏季DOGRAFS系统对小雨的预报性能（图4）可以看到，两个起报时次的预报结果中对降水出现较多的站点，预报准确率达到55%以上，部分站点准确率达到70%；对于降水较多的站点，DOGRAFS系统预报结果中存在一定的报强率，报强概率大体在15%左右；对于降水较少的和田、巴州南部、吐鲁番盆地等地区DOGRAFS系统整体以漏报为主，漏报率在80%以上。对比两个起报时次的预报结果可以看到，提前12 h预报结果在南疆西部地区的小雨预报准确率达到60%耀70%，提前24 h预报结果在该区域小雨预报准确率为40%耀45%；提前12 h预报结果对昌吉州、乌鲁木齐地区小雨预报准确率仅为20%，提前24 h对该区域小雨预报准确率为40%耀45%；提前12 h预报结果在和田、巴州南部、吐鲁番地区的漏报率低于提前24 h预报结果；提前24 h预报结果对伊犁地区小雨的报强率高于提前12 h预报结果。整体来看，对全疆站点的小雨降水来说，DOGRAFS系统提前12 h预报性能优于提前24 h预报。

2.2.2 中雨

本研究严格按照Delphi专家咨询法,构建了一套科学、合理的康复专科护士核心能力评价指标体系，包括8个一级指标、21个二级指标和66个三级指标。专家对各个指标的意见具有高度的一致性，可信度高，同时具有一定的科学性和权威性，并且各指标的权重设置合理，为康复专科护士培养、资质认证和能力评价提供参考依据。本研究并未对指标内在品质进行研究，因此，对康复专科护士核心能力评价指标的信效度检验，将是下一步研究的重点内容。

从2016年夏季各站点中雨出现日数统计结果上来看（图2），除巴州南部、和田、吐鲁番地区外，全疆大部分站点在夏季都出现中量降水，塔城、博州、伊犁、天山山区及其两侧、南疆西部山区中雨日数在5 d及以上，其中昭苏站13 d、中天山多个站点中雨日数达到10 d。统计DOGRAFS系统两个起报时次对全疆各个站中雨预报的性能（图5）可以看到，模式对北疆大部分地区和南疆西部山区的中雨预报准确率整体在30%左右，北疆中部及哈密中西部准确率在60%左右；对于伊犁、阿克苏、喀什南部、巴州大部、阿勒泰地区模式主要以报弱为主，部分站点报弱率达到85%及以上；北疆沿天山山区一带存在一定的漏报，漏报率在30%左右，提前12 h预报结果中漏报站点较多，对于喀什北部、和田、巴州东南部、吐鲁番东部地区模式两个起报时次主要以漏报为主；对于中雨出现较多的中天山及其两侧，模式预报结果中有20%左右的报强率，提前24 h预报结果在伊犁和博州地区也出现20%左右的报强率；整体来看两个起报时次对全疆各个站点的中量降水预报性能相当。

2.2.3 大雨

从2016年夏季大雨出现日数统计结果上来看（图2），大雨主要出现在塔城北部山区、博州、伊犁、天山山区及其两侧以及南疆西部部分地区，其中博州、伊犁和天山山区大雨日数在5 d左右，大雨日数较多的站点为新源（10 d）、特克斯（8 d）、大西沟（8 d），其余站点大雨日数在3 d以内。统计DOGRAFS系统两个起报时次对各个站点大雨预报结果（图6）可以看到，对于大雨日数出现较多的伊犁地区，提前24 h预报准确性优于提前12 h预报（昭苏站大雨日数6 d，提前24 h准确预报出5 d），准确率达到30%；整体以报弱为主，无漏报，个别站点报强。对于中天山及其两侧，提前24 h预报准确率较高，在昌吉、乌鲁木齐区域达到25%左右；两个起报时次在巴州北部存在一定的漏报，漏报率在60%左右；整体仍以报弱为主。阿勒泰、塔城、博州、石河子地区整体以报弱为主，个别站点存在漏报。南疆西部地区，提前12 h预报准确率平均值约30%，优于提前24 h预报结果；对乌恰站基本漏报；整体仍以报弱为主。和田地区大雨均漏报，巴州南部盆地均报弱。

图4 模式各起报时次对2016年夏季小雨预报性能（单位：%）

图5 模式各起报时次对2016年夏季中雨预报性能（单位：%）

图6 模式各起报时次对2016年夏季大雨预报性能（单位：%）

2.2.4 暴雨及大暴雨

2016年夏季24 h累积降水达到暴雨量级的站点主要出现在伊犁、博州、塔城局地、中天山山区及其两侧和克州北部山区，各站点暴雨日数多为1耀2 d。统计各个站点模式不同起报时次对暴雨的预报性能（表1）可以看出，DOGRAFS对暴雨的预报整体偏弱，未报降水的站点极少，报强的站点极少。提前12 h预报结果中能准确预报出5 d暴雨、1 d报强，这些站点大多位于伊犁地区；提前24 h预报结果中能准确预报出4 d暴雨，站点相对分散。

2016年夏季共3个站、5日出现大暴雨，两个起报时次模式均预报的有降水，但量级均偏弱。

表1 模式各起报时次对2016年夏季暴雨预报性能%

报弱率霍尔果斯 1 0 0 0 100 0 0 0 100霍城 1 0 0 0 100 0 0 0 100察布查尔 1 0 0 0 100 0 100 0 0伊宁县 1 0 0 0 100 0 0 0 100新源 1 100 0 0 0 100 0 0 0昭苏 1 100 0 0 0 0 0 0 100小渠子 2 0 0 0 100 0 0 0 100大西沟 2 0 0 0 100 0 0 0 100米泉 1 0 0 0 100 0 0 0 100乌鲁木齐 1 0 0 0 100 0 0 0 100牧试站 1 0 0 0 100 0 0 0 100天池 3 33 0 0 67 0 0 0 100蔡家湖 1 0 0 0 100 0 0 0 100昌吉 1 0 0 0 100 0 0 0 100阜康 1 0 0 0 100 0 0 0 100吉木萨尔 1 0 0 0 100 0 0 0 100奇台 1 0 0 0 100 0 0 0 100木垒 1 0 0 0 100 0 0 0 100巴仑台 2 0 0 0 100 0 0 0 100巴音布鲁克 2 0 0 0 100 100 0 0 0和硕 1 0 0 0 100 0 0 0 100尉犁 1 0 100 0 0 0 0 0 100库尔勒 1 0 0 0 100 0 0 0 100新和 2 0 0 0 100 0 0 0 100沙雅 1 0 0 0 100 0 0 0 100乌什 1 0 0 0 100 0 100 0 0阿合奇 2 0 0 0 100 0 0 0 100吐尔尕特 1 0 0 0 100 0 0 0 100站名观测出现日数提前12h预报 提前24h预报正确率漏报率报强率报弱率正确率漏报率报强率

2.2.5 乌鲁木齐站降水预报性能

表2 模式各起报时次对2016年夏季乌鲁木齐站降水的预报性能 %

3 结论

本文对乌鲁木齐区域数值天气预报系统DOGRAFS v1.0在2016年夏季全疆105个站点的24 h累积降水量的预报性能进行统计检验，分别检验各个站点92个样本中晴天预报正确率，不同量级降水的正确率、漏报率、报强率和报弱率，主要结论如下：

（1）除中天山山区、南疆西部山区外，全疆晴天预报准确率达到85%以上，其中和田地区、巴州南部、吐鲁番地区、哈密东部地区晴天预报准确率达到95%以上。降水日数最多的昭苏站空报率明显，提前12 h晴天预报准确率为25%，提前24 h晴天预报准确率仅为15%。提前12 h预报结果对中天山北侧地区晴天预报准确率也达到95%以上，整体预报性能优于提前24 h预报。

（2）对于小雨出现较多的站点，DOGRAFS系统预报准确率达到55%以上、部分站点达到70%，系统对上述区域的预报存在15%左右的报强率；对于降水较少的和田、巴州南部、吐鲁番盆地等地DOGRAFS系统整体以漏报为主，漏报率在80%以上。整体来看，提前12 h预报性能较优。

（3）DOGRAFS系统对北疆大部分地区和南疆西部山区的中雨预报准确率整体在30%左右，中雨日数较多的中天山及其两侧准确率在60%左右，该区域也存在20%左右的报强率；对于伊犁、阿克苏、南疆西部地区模式主要以报弱为主；和田地区大部分为漏报。整体来看，两个预报时次的预报性能相当。

（4）大雨及以上量级降水，DOGRAFS系统整体表现为预报降水偏弱，无明显漏报，对于降水出现较多的地区，如伊犁、中天山山区及其两侧，预报平均准确率为25%耀30%。

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