SWAN在短时临近预报中的应用与检验

摘 要：本文对石河子地区2010-2017年暴雨、短时强降水和冰雹22场天气形势场进行了分析及分型。对601个回波个例swan系统titan结果进行了定性分析，按照降水、冰雹和合并个例分组，分别对经度和纬度进行统计，得出swan系统 30分钟Titan产品较60分钟的预报更接近实际，且预报位置较实况更偏西偏北，但幅度差异大。对601个数据进行统计分析，通过spss工具计算和统计分析，按降水和冰雹不同灾害性天气性质，得到指数、线性、对数、多项式和乘幂经度和纬度10组模拟模型，并进行了检验，结果表明线性、对数和乘幂拟合率好，效果接近，而指数和多项式效果差。在实际应用中，可根据天气形势选择合适的模式进行计算，获得更接近实际的订正的回波位置，提高预报准确性。通过 swan系统应用，提高了应用能力，开展了本地化应用检验，为titan产品提供了检验应用和短时临近回波路径模式，为短临临近预报提供了技术方法。

关键词：swan系统; titan产品 ;灾害性天气; 分型; 模式; 检验

一、立题依据及设计指导思想

收集历史上对石河子地区造成显著影响的历史个例，利用swan系统的回放功能，对历史个例分类进行大量的回算、检验，确定swan产品在石河子当地较为科学合理的参数，根据系统应用情况，确定石河子地区短时临近预报技术流程和方法。

二、研究主要内容及研究成果

1.研究内容。统计2010-2016年对石河子地区造成严重影响的冰雹及短时强降水天气个例，收集天气过程发生期间的雷达、自动站以及灾情等资料，并按照天气类型进行分类。

基于SWAN系统，对历史个例进行回算，结合实况、灾情信息对SWAN系统的预报预警产品进行检验（2017年）;完善石河子地区短时临近预报预警技术方法和业务流程。

2.研究方法和技术路线。采用天气学方法对收集到的历史个例进行分类整理，确定个例。

系统回算、分析和检验过程中，采用定量定性相结合的方法获取预报模式、检验系统产品的预报准确性。

运算数据种类多、数据量大，使用spss软件，提高分析能力和工作效率。

三、研究成果

对历史个例进行swan回放，在swan系统中对titan产品结果进行整理分析。

1.形势分型

（1）资料。2010-2016年22场灾害性天气中有4场为短时强降水、暴雨天气;18场冰雹天气。

（2）形势。按降水和冰雹个例进行500hpa高度场形势分析，得出各自的形势特征。

2.定性分析

（1）降水。对降水和冰雹个例swan系统titan数据与实况回波位置分别进行对比分析，得出以下结论，其中以偏西、偏南为负，偏东、偏北为正，以下均同。

①30分钟。经度，负/正个数为38/42，数值为-10/7，以偏东为多，但如果偏西，偏西幅度大于偏东。

纬度，负/正个数为26/54，数值为-6/5，以偏北为多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

②60分钟。经度，负/正个数为22/16，数值为-16/7，以偏西为多，且偏西幅度明显大于偏东。

纬度，负/正个数为7/31，数值为-19/7，以偏北为多，但如果偏南，偏南幅度明显大于偏北。

（2）冰雹

①30分钟。经度，负/正个数为199/132，数值为-9/9，以偏西为多，振幅相同。

纬度，负/正个数为114/217，数值为-8/5，以偏北为多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

②60分钟。经度，负/正个数为114/38，数值为-21/11，以偏西为多，且偏西幅度明显大于偏东。

纬度，负/正个数为34/118，数值为-12/10，以偏北为多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

（3）合并

①30分钟。经度，负/正个数为237/174，数值为-10/8，以偏西为多，幅度大于偏东。

纬度，负/正个数为140/271，数值为-7/5，以偏北为多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

②60分钟。经度，负/正个数为136/54，数值为-19/9，以偏西为多，且偏西幅度明显大于偏东。

纬度，负/正个数为41/149，数值为-16/9，以偏北为多，但如果偏南，偏南幅度大于偏北。

3.定量分析。将降水、冰雹天气雷达资料通过swan回放，获得Titan资料，灾害性天气出现灾情前后1小时，每个雷达单体的实况、30分钟和1小时的预报值和实况值。对以上资料进行分析，得到如下结果：

（1）相关分析。30分钟和60分钟回波预报与实况位置相关系数均达到0.95以上，相关显著，路径预报与实况趋势有很好的一致性。30分钟回波路径预报普遍好于60分鐘，短时效预报好于长时效预报。30分钟降水经度预报与实况的相关性好于其他。

（2）模式预报

①降水30分钟预报模式

经过spss演算、统计计算，降水30分钟经度指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、对数和乘幂拟合效果好，指数和多项式效果差。

将三种模式放于201000730个例中检验，拟合效果接近。

30分钟纬度预报，指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、 对数和乘幂拟合效果好，指数和多项式效果差。

②降水60分钟预报模式。60分钟经度预报，指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、 对数和乘幂拟合效果好，多项式和指数效果差。

从相关系数来看，经度好于纬度。

③冰雹30分钟模式。30分钟经度预报，指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、 对数和乘幂拟合效果好，多项式和指数效果差。

几种模式相关系数分析来看，30分钟经度和纬度相关系数基本相同。

④冰雹60分钟模式。60分钟经度、纬度预报中，指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、对数和乘幂拟合效果好，多项式和指数效果差。

几种模式预报和实况相关系数分析来看，60分钟经纬度相关系数相差不大。

⑤降水、冰雹综合模式（30分钟、60分钟）。30分钟综合模式中，经度、纬度预报中，指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、对数和乘幂拟合效果好，多项式和指数效果差。

几种模式预报和实况相关系数分析来看，30分钟经纬度相关系数相差不大。

60分钟综合模式中，经度、纬度预报中，指数、线性、对数、多项式和乘幂预报模式中，线性、对数和乘幂拟合效果好，多项式和指数效果差。

几种模式预报和实况相关系数分析来看，60分钟经纬度相关系数相差不大，但比30分钟综合模式相关性略差。

⑥模式样例

通过分析研究，提高了swan系统的应用能力，开展了本地化应用检验，为 titan产品提供了检验应用和短时临近回波路径模式，为短临临近预报提供了技术方法。

模拟公式举例如下，以降水（30分钟）titan产品为例，其中x，a为titan30 分钟后预报经度和纬度，y，b为模式订正titan30分钟预报位置后的经纬度。

经度： y1=1.0171*x1-146.75;（线性模式）

y2=8718.7*LNx2-70387;（对数模式）

y3=0.8578*POWER（x3，1.0169）（乘幂模式）

纬度： b1=1.0988*a1-435.82;（线性模式）

b2=4854.7*LN（a2）-36328;（对数模式）

b3=0.4365*POWER（a3，1.0988）;（乘幂模式）

4.结论

（1） swan系统titan产品30分钟和60分钟预报与实况有较好的相关性。

（2） Titan产品30分钟、60分钟预报产品，纬度偏西和经度偏北的概率大，但幅度各有不同。

（3）Titan产品30分钟的预报准确性高于60分钟预报准确性。

（4）通过对大量资料的模拟检验，发现降水、冰雹或两者合并，其线性 、对数和乘幂模式模拟效果良好，而多项式和指数模拟效果差。经检验，三种模式均可用于短临预报，模拟效果相近，差异微小。

四、短临预报流程完善

在短临预报流程中，除了密切监视雷达、云图等变化外，增加swan系统 titan 预报产品的解释应用，也将为短临预报的准确性提供参考依据。监视 SWAN 系统中Titan预报产品，进行形势判断后，通过定性和模式模拟，得出定量的30分钟和60分钟雷达回波动向，为灾害性天气的发生地点及强度提供参考，做出预警判别判识，具有较好的指示和应用意义。

五、研究难度及创新点

应用大量的灾害性天气swan反算资料，运用spss统计软件、统计方法检验得出swan系统Titan产品的模拟模式，有较大的分析计算难度。

对swan系统的Titan产品进行了全面细致的分析、检验，获得了可信的应用成果，对灾害性天气落区预报具有较好的参考价值，成为本研究的创新点。

短临预报工作中，根据对Titan预报产品，进行订正和模拟计算，可以提高灾害性天气落区预报准确性。

六、存在问题及今后努力的方向

暴雨、短時强降水灾害性天气资料少，近几年冰雹天气也有所减少，建立的模式应用性有局限。今后将进一步加强swan系统的应用以及对其他产品开展检验应用工作，为短临预报预警服务提供更全面的理论保障。

参考文献：

[1]傅朝，闫晗，刘维成等.SWAN雷达产品在甘肃河东地区冰雹短临预报中的应用[J].干旱气象，2013，31（1）：199-205.

[2]王泽斌，李建庭，于红伟等.SWAN系统在西安咸阳国际机场雷暴天气预报中的应用[J].科技风，2016，（15）.

作者简介：徐腊梅（1974-01-）女，汉族，湖北省新洲县人，大学本科， 高级工程师，从事气象预报及相关研究工作。