ECMWF细网格要素预报场在乌鲁木齐米东区的预报性能检验

贾 健，蒋慧敏，王 健

(乌鲁木齐市气象局，乌鲁木齐 830000)

近年来，随着数值模式产品的下发,国内学者通过对气温、降水、大风等气象要素的检验评估[1-9]，很好地掌握了数值预报模式的预报能力、预报质量及可能的变化趋势。新疆气象工作者也对数值模式进行了检验评估工作，特别是ECMWF细网格模式(以下简称“EC细网格”)产品出现后，对EC细网格做了大量的检验工作，万瑜等[10]利用该模式对乌鲁木齐一次东南大风过程的风场做了释用分析，张俊兰等[11]针对2012年前冬季3场暴雪天气过程中细网格模式大尺度降水产品的预报能力进行了检验，刘春风等[12]对ECWMF细网格2 m温度预报在新疆区域的准确率进行了检验分析，万瑜等[13]通过ECMWF细网格风场和气压场资料对乌鲁木齐9次典型东南大风天气过程进行分型检验。从上述数值模式预报性能的检验来看，多为针对天气系统或区域性预报能力方面的检验，但区域性预报能力的检验及个例分析中的应用对于单站精细化预报要素产品的制作发布，指导能力较为有限。

2015年1月15日EC细网格调整升级后，在新疆维吾尔自治区各级气象预报业务工作中开始释用，调整后的EC细网格温度和降水要素产品的空间分辨率提高至0.125°×0.125°，时间分辨率为3 h，为短期临近预报提供了更精细的参考依据。本文基于升级后的EC细网格2 m温度、大尺度降水量(以下简称“LSP”)、累计降水量(以下简称“TP”)及850 hPa风速场，对乌鲁木齐米东区2015年2月至2017年1月的最高气温、最低气温、降水、极大风速等进行检验，并与中央气象台指导预报产品(以下简称“指导预报”)进行对比，为日后单站气象要素的预报提供有利参考依据。

2 资料和方法

2.1 资料选取

选取乌鲁木齐市米东区国家气象观测站2015年2月1日至2017年1月31日逐日(北京时，前日20：00—当日20：00)最高气温、最低气温、降水量、极大风速实况资料，模式资料为EC细网格逐日08时起报的24 h(当日20：00—次日20：00，北京时)、时间分辨率为3 h的2 m温度(与站点对应的4个格点数据，分别定义为T左上、T左下、T右上、T右下)、大尺度降水量(LSP)、累计降水量(TP)、850 hPa风速场四类气象要素产品及中央指导产品(包括24 h最高气温、最低气温、降水量)。

2.2 检验方法

参考《中短期天气预报质量检验办法》[14]规定，对于最高气温、最低气温预报准确率，若逐日最高(最低)气温的模式预报值与实况值之差的绝对值≤2 ℃，则记当日最高(最低)气温的预报准确，预报准确率为T=(R/F)×100%，其中R为预报正确次数，F为预报总次数。对于降水量级，参照新疆地区24 h降水量，进行TS评分检验。TS=NA/(NA+NB+NC)×100%，其中NA为预报正确次数，NB为漏报次数，NC为空报次数。

晴雨预报检验：当预报有雨，若实况降水量≥0.1 mm评定为正确，若实况无雨或降水量为0.0 mm则评定为空报；当预报无雨，若实况无雨或降水量为0.0 mm不做评定，若实况降水量≥0.1 mm评定为漏报。当测站出现降水，若模式预报有降水，则评定为正确；若测站无降水，模式预报有降水，则算空报；若测站有有量降水，模式预报无降水，则算漏报；微量降水(0.0 mm)无论模式有无预报降水均为正确。

对于风速场，将乌鲁木齐米东区站点周围4个格点(分别定义为f左上、f左下、f右上、f右下)的逐日(24 h、分辨率3 h)850 hPa风速预报场最大值与当日极大风速实况场做相关性分析，选出相关性最好的点，并给出线性回归方程。

3 检验结果分析

3.1 温度预报

3.1.1 最高气温 表1为EC细网格和指导预报对最高气温预报的准确率，从最高气温预报年均准确率分析，米东区站点周围分布的4个格点中，T左上的年均预报准确率最高，T右上次之，年均准确率分别为69.1%和61.3%，这2个格点对最高气温预报的参考意义大，而T左下和T右下格点最高温度预报的年均准确率低，分别为43.8%和26.0%，对最高气温预报的参考意义不大。指导预报的年均准确率为61.2%，低于T左上和T右上的预报准确率，且低于T左上近8个百分点。从最高气温预报逐月准确率分析，T右上3月的预报准确率达80%，为逐月预报准确率中最高值，T左上除了11月和12月准确率较低外，其余月份均高于60%，3、5、6、7、8、10月的准确率均在70%以上，5月和10月最高温度预报准确率达78.7%。同样地， 5—9月指导预报最高气温的预报准确率在70%以上，且8—9月的参考意义大于EC细网格。从季节来看，夏季最高温度准确率指导预报明显高于EC细网格，其余季节EC细网格的参考意义均大于指导预报。

表1 EC细网格格点及中央气象台指导预报最高气温预报准确率 %

3.1.2 最低气温 表2为EC细网格和指导预报对最低气温预报的准确率，可以看出最低气温年均准确率4个格点高低排序依次为T右上、T左上、T左下、T右下，准确率分别为73.8%、66.1%、59.4%、47.4%，指导预报年均准确率为68.3%，T右上的准确率明显高于其它格点和指导预报。从逐月预报准确率上看，4个格点1月、2月、11月、12月预报准确率均较差，3—10月T右上准确率均高于其它格点准确率，且除4月准确率为69.0%外，其余月份均在75%以上，尤其是9月预报准确率更是达91.1%。指导预报准确率除11月高于T右上外，其余各月准确率均低于T右上。从季节上来分析，T右上和指导预报冬季最低温度预报能力较差，其它季节准确率均较高，夏季6—8月最高，平均准确率达84.5%。

表2 EC细网格格点及中央气象台指导预报最低气温预报准确率 %

3.1.3 雾、降水情况下 受地形和气候条件影响，乌鲁木齐米东区11月至次年2月多大雾天气，大雾的出现对日最高、最低气温的预报造成较大困难，选取2015年2月—2017年1月大雾日和降雨(雪)日两种天气条件下，EC细网格和指导预报的预报准确率。因最高气温准确率T左上最高，最低气温准确率T右上最高，故最高气温检验时挑选T左上预报数值，最低气温检验时挑选T右上预报数值。

表3为大雾日、降雨(雪)日EC细网格格点及指导预报气温准确率。可以看出，大雾日、降雨(雪)日EC细网格最高气温和最低气温的预报准确率均高于指导预报产品的预报准确率，其中大雾日最高气温、最低气温预报准确率分别为50.8%和55.1%，均低于60.0%，参考意义不大；但降雨(雪)日最高气温、最低气温预报准确率分别为68.6%和80.5%，特别是最低气温的准确率高于80.0%，参考意义较大。

3.2 降水预报

3.2.1 TS评分 根据毛炜峄等[15]定义的当年11月至次年3月为暖季，降水以雪为主，4—10月为暖季，以降雨为主。对24 h降水量进行分级(小雨、中雨、大雨、暴雨、小雪、中雪、大雪、暴雪)TS检验，由于米东区站点南侧和东侧分别为南天山和东天山，受地形和气候特征的影响，降水预报场的4个格点(分别定义为R左上、R左下、R右上、R右下)中,除最接近站点的R左上外，其余格点均靠近山区或海拔较高地区，降水预报量级较实况明显偏大，且空报率也较高，故选取R左上格点进行降水分级检验。从模式对24 h各级别降水的TS评分检验(表4)可以看出，LSP、TP和指导预报对降水的预报性能整体偏低，对于降雨天气，LSP、TP的预报能力高于指导预报，特别是对大雨的预报准确率，LSP和TP明显高于指导预报；对于降雪天气，指导预报对小雪和大雪的预报准确率高于LSP和TP。

表3 大雾日、降雨(雪)日EC细网格格点及指导预报气温准确率 %

表4 EC细网格及指导预报对24 h各级降水TS评分检验 %

从24 h晴雨预报来看(表略)，LSP、TP和指导预报的准确率分别为82.0%、77.1%和78.9%，预报准确率均较高，对预报员判断24 h内是否会出现降雨(雪)天气的参考意义非常大。

3.3 日极大风速

选取米东区周围的4个格点f左上、f左下、f右上、f右下，将逐日预报场最大风速与实况场极大风速做相关性分析，得到的相关系数分别为0.59、0.05、0.39和0.12，f左上即最接近米东区站点的相关性最好，且该点通过0.01显著性水平检验，故将其作为分析点。将f左上逐日预报场最大风速与实况场极大风速通过线性回归方程，得出预报场与实况的关系方程(图1)，对日后做极大风速的预报有一定的参考价值。

图1 乌鲁木齐米东区EC细网格左上格点逐日预报场最大风速与实况场极大风速相关性

4 结论

(1) 最高气温预报年准确率最高是T左上格点值，为69.1%，高于指导预报产品；夏季指导预报准确率较明显的高于EC细网格以外，其余季节EC细网格的参考意义更大。最低气温预报年准确率最高是T右上格点值，为73.8%，高于指导预报产品；T右上和指导预报冬季最低温度预报能力较差，其它季节准确率均较高，夏季6—8月最高，平均准确率达84.5%。

(2) 对于雾日和降雨(雪)日的高、低温准确率来看，雾日最高、最低气温预报准确率均低于60.0%，对预报人员参考意义不大；但降雨(雪)日最高、最低气温预报准确率分别为68.6%和80.5%，特别是最低气温的准确率高于80.0%，参考意义较大。

(3) 24 h各级别降水的TS评分检验，LSP、TP、指导预报准确率均不是太高，对于降雨天气，LSP、TP的预报能力略高于指导预报；对于降雪天气，指导预报对小雪和大雪的预报准确率高于LSP和TP。24 h晴雨预报，EC细网格和指导的预报准确率均较高，对预报员判断24小时内是否会出现降水有很大的参考意义。

(4)f左上格点逐日最大风速预报场与极大风速实况场有较好的相关性。