2020年广东省中期降水和气温预报检验评估

李珊珊，张华龙，陈玉梅，黄晓莹

（广东省气象台，广东广州 510640）

为评估中期主客观网格预报产品的质量，本研究对广东省2020年中期主客观网格预报产品进行检验分析。目前全球中期数值预报模式是中期预报的主要参考工具，主要包括ECMWF和NCEP模式的确定性预报，以及ECMWF的集合预报［1－2］。对于ECMWF集合预报产品，杨国杰等［3］、涂静等［4］、刘霞等［5］针对广东要素预报开展了一系列的释用和订正工作，其中对降水的释用产品为中期预报提供了重要的参考价值［6－7］。

1 资料与方法

本研究对2020年中期时效的主客观网格预报产品进行检验评估，由于中期的预报时效较长，本研究选取96、144和192 h 3个预报时效为代表进行检验。检验内容包含3个要素：20：00—20：00（北京时，下同）的日降水、日最高气温和日最低气温。检验的主观预报产品为省级主观网格预报（以下简称省级网格）；检验的客观预报产品包含ECMWF和NCEP模式的确定性预报，以及融合使用频率匹配和最优百分位方法释用的ECMWF降水集合预报产品（以下简称融合法MIX）。实况资料来源于广东省国家级观测站和区域级自动站的降水和气温观测数据。

网格预报和站点实况的匹配方法为临近法：即选择距离站点最近的格点预报作为站点预报值，有多个距离相等的格点取东北角格点，该站点预报值与站点实况对比进行降水检验。本研究选取主客观产品的起报时间均为20：00，另外客观预报较主观预报取起报时间提前24 h的产品进行对比评估（例如：实况时间为10日20：00—11日20：00，本研究中的96 h预报指：省级网格6日20：00起报的72～96 h预报；客观模式5日20：00起报的96～120 h预报）。

本研究应用的检验评估指标包括降水TS评分、晴雨准确率、空报率、漏报率、预报偏差以及气温的平均绝对误差。计算以上指标应用的方法来源于中国气象局的《中短期天气预报质量检验办法》［8］。

2 预报检验评估

2.1 降水预报检验评估

2020年广东省全年平均降水量为1 505.2 mm，较常年偏少16%［9］。从中期降水预报评分来看，省级网格预报的晴雨准确率均高于客观预报产品，其中96 h晴雨准确率为76.93%，144 h晴雨准确率为74.38%，192 h晴雨准确率为71.25%；而在客观预报产品中，融合法MIX的晴雨预报准确率明显高于ECMWF和NCEP。对于中雨以上量级降水，ECMWF在3个客观预报产品中评分最高，省级网格预报对客观产品有一定的订正作用。对于大雨以上和暴雨以上量级降水，融合法MIX在所有主客观产品中表现最好；省级网格的96和144 h预报评分高于ECMWF和NCEP，192 h预报评分则低于客观预报（表1）。

表1 2020年广东中期主客观降水预报评分 %

综合来看，省级网格和融合法MIX的降水预报评分总体上优于客观模式ECMWF和NCEP。其中省级网格较客观预报对于大雨以下量级降水有较好的订正能力，对于大雨和暴雨以上量级降水的订正效果则伴随预报时效的增长而降低；融合法MIX对于晴雨、大雨和暴雨以上量级降水的预报评分高于ECMWF和NCEP的确定性预报，ECMWF则对中雨量级降水的预报评分较高。

进一步分析各个预报产品的空报率、漏报率和预报偏差（以下简称bias），如图1所示。

图1 2020年广东省主客观96 h（a）、144 h（b）和192 h（c）降水预报的空报率、漏报率、预报偏差（bias）和TS评分

总体上省级网格的降水预报偏差较客观产品更趋近1，即空漏报相对持平。具体来看，对于小雨以上量级降水，所有主客观产品均表现为bias＞1，即空报多于漏报，整体上省级网格和融合法MIX是bias最趋近1的产品，即二者的晴雨预报相较ECMWF和NCEP有一定的消空作用。对于中雨以上量级降水，ECMWF和省级网格的bias更趋近1，空漏报相对持平；NCEP表现为空报偏多；融合法MIX表现为漏报偏多。对于大雨以上和暴雨以上量级降水，省级网格伴随预报时效的增长，bias均呈现减小趋势（大雨以上降水96 h预报bias＝1.17，144 h预报bias＝1，192 h预报bias＝0.72；暴雨以上降水96 h预报bias＝0.9，144 h预报bias＝0.45，192 h预报bias＝0.15），在192 h预报中bias显著偏低，漏报明显多于空报。

分析以上现象产生的可能原因：模式中期降水预报的稳定性往往伴随预报时效的增长而下降，表现为降水强度、降水落区和降水时间在不同起报时次的调整较大，主观预报从提升稳定性的角度考虑，往往对6～10 d（尤其是8～10 d）大量级降水的预报趋于保守，常将模式大雨和暴雨以上降水的量级和落区适当调小，以为后续预报的调整提供充足的空间，但也因此导致漏报明显多于空报，即bias显著偏低。在客观暴雨以上量级预报中，融合法MIX的bias偏大，即空报偏多，NCEP的bias最趋近1，空漏报基本持平。

2.2 气温预报检验评估

2020年全省平均气温22.8℃，较常年偏高0.9℃，与2019年并列为1951年有气象记录以来最高［8］。从2020年广东中期主客观气温预报平均绝对误差（表2）来看，省级网格的最高气温和最低气温误差均最小，尤其是对于最高气温的预报，较客观模式有明显正技巧。客观模式ECMWF和NCEP对于最高气温预报的误差接近，主要表现为系统性的低估；对于最低气温的预报，ECMWF的误差明显低于NCEP，且预报时效越短优势越明显。

表2 2020年广东中期主客观逐日气温平均绝对误差 ℃

进一步分析气温预报平均绝对误差的逐月变化（图2）。对于最高气温的预报，省级网格在盛夏季节（6—9月）对于客观模式订正效果最好，平均绝对误差较客观模式普遍减少1℃或以上。对比两家客观模式的最高气温预报，ECMWF在冬半年（1—3月和10—12月）的误差小于NCEP，而夏半年（4—9月）的误差普遍大于NCEP。对于最低气温的预报，省级网格在3和4月的订正效果较好，其他月份的平均绝对误差与ECMWF接近，而ECMWF全年各月的误差普遍小于NCEP。

图2 2020年广东省逐月主客观日最高气温（a、c、e）、最低气温（b、d、f）预报的平均绝对误差

3 结论

1）2020年中期降水预报方面，省级网格和融合法MIX的预报评分总体上优于客观模式ECMWF和NCEP，具体来说，省级网格较客观预报对于大雨以下量级降水有较好的订正能力，对于大雨和暴雨以上量级降水的订正效果伴随预报时效的增长而降低；融合法MIX对于晴雨、大雨和暴雨以上量级降水的预报评分高于ECMWF和NCEP的确定性预报。总体上省级网格的预报偏差较客观产品更趋近1，即空漏报相对持平，但省级网格对大雨和暴雨以上量级降水的192 h预报则从提高预报稳定性的角度出发，预报的量级和落区趋于保守，漏报明显多于空报。

2）2020年中期气温预报方面，省级网格对模式订正有正技巧，最高气温的订正能力强于最低气温，其中盛夏季节（6—9月）对模式最高气温预报的订正效果最好。客观模式ECMWF和NCEP最高气温预报全年的误差接近，其中ECMWF在冬半年（1—3月和10—12月）的误差小于NCEP，而夏半年（4—9月）的误差普遍大于NCEP；低温预报ECMWF的误差明显小于NCEP，且预报时效越短优势越明显。

本研究展示的结果基于多种检验指标的计算和统计，评估了中期不同预报产品在不同预报时效的预报效果。未来有待针对评分高低和误差大小产生的原因进行深入分析，并从空间检验和分天气类型检验等多角度开展进一步研究，为中期预报提供更多的检验信息和改善建议。