2006号台风“米克拉”过程数值模式预报检验分析

黄书捷 吴新宇 陈志韫

(涵江区气象局，福建 莆田 351100)

随着气象业务现代化建设的迅速发展和通信条件的改善，可为预报提供的数值预报产品[1-4]越来越多。数值预报理论的不断完善，以及高速度、大容量的巨型计算机及网络的快速发展，数值预报已成为中短期天气预报的基础[5-8]。台风登陆时性质复杂多变，给沿海地区带来狂风暴雨，导致山洪、泥石流、滑坡等次生灾害[9]，造成严重的财产损失和生命威胁。数值预报是国内外台风业务预报最重要的途径之一[10]，对台风路径、强度、风向风速、暴雨的准确预报对保障人民生命财产安全至关重要。准确的模式预报对台风天气有重要的参考，能够给预报员更强的信心。本文分析了三家模式对台风过程的预报性能，分析了各家模式的优劣，为台风预报提供了一定的参考价值。

1 资料来源与处理

本文利用经典统计方法，选取欧洲中心细网格模式(简称EC细网格)、美国国家环境预报中心数值预报模式(简称GFS数值模式)、GRAPES全球同化预报模式(简称GRAPES模式)三家模式的预报资料。对副热带高压检验的预报时效为12～36h，3h极大风风速检验的预报时效为24～60h，雨量检验的预报时效为24h和48h。自动站观测资料来源于全省294个预报考核站点。

2 台风“米克拉”发展动态及风雨实况

2.1 发展动态

2020年8月10日11时位于南海的热带低压升格为热带风暴，国际编号2006，命名为“米克拉”。8月11日6时，中央气象台将其升格为台风，当日7时30分左右台风“米克拉”在福建漳浦县沿海登陆。登陆时中心附近最大风力12级，中心最低气压为980hPa。8月11日14时降格为热带低压，17时中央气象台对其停止编号。台风米克拉为近海生成，突然加强为台风，从生成到登陆间隔不到一天，移动路径为偏北方向，不断西折(图1)。

图1 2006号台风“米克拉”移动路径

2.2 风雨实况

受台风“米克拉”影响，8月10—11日，全省沿海都出现了8级以上大风，厦门、漳州出现了12级以上阵风，其中以漳州龙海隆教畲族乡50.4m/s(15级)为最大，10日20时—11日20时，福州、厦门、莆田、泉州、漳州、龙岩出现了暴雨到大暴雨。

3 不同模式对副热带高压预报的检验

一般通过观察5880gpm(588线)来判断副热带高压的演变趋势，副热带高压主体西伸增强代表副高强度增强，反之则为副高减弱。对2020年8月10日20时副高588线检验如图2(a)、(b)、(c)所示。①GFS模式对副高的预报：36h时效内副高588线位于台湾岛以东洋面上，24h时效内，强度加强，588线位置调整为穿过台湾岛，12h时效内，588线位置预报继续东移，已经压到福建沿海，12h时效预报与实况最接近。以20°N为分界线，588线北段位置在过去36小时内不断向西调整，同时592线也有西伸加强的趋势，说明副高整体加强西伸。②GRAPES模式对副高的预报：36h时效内预报偏强，但588线位于福建的位置偏北，24h和12h预报588线位置基本不变，与实况整体较为接近，北段略微偏弱。整体预报调整较小，24h预报已经接近于实况。③EC模式对副高的预报：36h整体预报都偏强，588线涵盖福建大部分区域，24h预报偏弱，588线退出福建上空，12h预报与实况最为接近，尤其是20°N以北与实况几乎一致，对20°N以南副高预报偏强。

选取临近台风登陆时间的2020年8月11日08时副高588线检验，详见图2(a1)、(b1)、(c1)。①GFS模式对副高的预报：在20°N以北3个预报时效内都预报偏弱，但临近时效内是往副高增强的方向调整。②GRAPES模式对副高的预报：只有36h时效的预报偏弱，在24h和12h时效预报与实况场非常接近，预报效果最好，调整很小。③EC模式对副高的预报：3个时效内预报都偏弱，但是逐渐往偏强方向调整。

(a)

综合3家模式对台风登陆前后的2个时次副高强度的预报可以看出，EC模式随着预报时间的接近，预报场与实况场越来越接近，说明了越临近的预报与实况的接近程度越高；GFS模式预报始终偏弱，尤其是在20°N以北段预报；GRAPES模式虽然在36h预报时效内出现了预报偏强和偏弱，但是在24h和12h都表现出与实况高度吻合，是3家模式表现最好的。同时可以看出，各家模式对副高强度变化基本上都是往增强方向调整。季亮等[10]通过数值模拟研究得出，副高强度的加强有利于台风后期再次增强，同时加速了台风北上速度，参照台风登陆前后12h内中心风速差超过13m/s，可以定义为属于近海突然加强台风，从生成到登陆间隔不到1天，副高增强对台风强度和移速影响都具有一定的指示。副高西伸加强后，引导气流由偏南气流转为东南气流，引导台风往北偏西方向移动。与实况上台风北上后往北偏西方向移动相符。

4 3h极大风速和24h降水量预报检验

本文对2020年8月10日20时—8月11日20时，全省294个关键考核站点进行3h极大风速和24h降水量检验。其中，极大风速检验包括EC细网格和GFS模式，雨量检验包括EC细网格、GFS模式和GRAPES模式。为保证检验结果的公平性，统一采用临近点插值法将网格点资料插值到站点上。

4.1 风的检验

通过分析24～60h时效内风速的平均绝对误差分布可以看出，GFS模式总体表现优于EC细网格，只有在48～54h时效内GFS模式的平均绝对误差大于EC细网格，GFS模式平均绝对误差为4.07m/s，在33h时效内平均绝对误差最小为3.24m/s；EC细网格平均绝对误差为4.97m/s，在45h时效内平均绝对误差最小为3.68m/s。从平均情况上看，GFS模式整体平均绝对误差比EC细网格小18%，预报性能更好，如图3所示。

图3 全省关键考核站点24～60h时效风速绝对误差

为了进一步体现大风平均绝对误差在地理位置上的分布特征，选取了实况站点出现8级以上阵风时，各家模式的平均绝对误差分布情况。从图4可以看出，两家模式平均绝对误差大值区主要分布于福建南部，主要集中于漳州市沿海区域，平均绝对误差在16～24m/s之间，预报明显偏小。进一步分析原因，参考预报时效为24h两家模式对地面10m阵风的预报可以看出(图略)，EC细网格预报台风登陆位置为厦门，登陆时漳州沿海一带阵风为6～8级，GFS模式预报台风登陆位置为泉州，登陆时漳州沿海一带阵风为6级左右，而台风登陆漳州时，在漳州和厦门沿海部分站点出现了12级以上的阵风，预报风力显著偏小，预报位置偏北。对于本次近海生成的台风“米克拉”，台风迅速加强并登陆时，EC细网格和GFS模式对“米克拉”这种近海生成突然加强的台风强度和登陆位置预报把握较差。

图4 全省站点8级以上阵风平均绝对误差分布情况

4.2 雨的检验

对本次过程24h降水量预报情况检验，将降水量分为暴雨以下(<50mm)、暴雨(50～100mm)、大暴雨以上(≥100mm),3家模式在暴雨以下量级实况与预报的样本数最接近是EC细网格模式(为0.73)，接近观测的0.75，其次是GFS模式的0.82，GRAPES模式达到了0.91；在暴雨量级中与观测样本占比0.2最接近的是EC细网格模式和GRAPES模式，分别为0.22和0.19；在大暴雨以上量级样本中，只有EC细网格模式体现并且与观测样本占比一致(皆为0.05)，如图5所示。总体上看，三个量级的样本占比中，EC细网格模式与实际观测雨量分布样本最为接近。但是样本数接近不能代表预报性能好，还需要进一步分析预报准确率、空报率、漏报率，只有高的准确率低的空报率和漏报率，才能说明预报准确。

图5 观测与预报样本数量不同类别占比

为更加直观表现预报模式对本次台风过程中降水预报，从24h降雨量为大雨以上的站点分布(见图6)可以看出，大雨以上的站点主要集中分布于福建中南部和沿海地区，其中大暴雨以上站点主要集中在漳州和龙岩。

图6 2020年8月10日20时—11日20时全省大雨以上量级(≥25mm)站点分布图

由于3家模式在72h时效的预报都没有预报本次暴雨落区，因此暴雨检验的预报时效为24h和48h，预报量级站点分布见图7。24h预报：EC细网格模式在福建东北部沿海大雨漏报，龙岩西南部暴雨漏报，部分大暴雨点漏报，对漳州暴雨和大暴雨落区预报比较准确，整体预报与实况接近，预报准确率为19.75%，空报率为51.85%，漏报率为28.4%；GRAPES模式预报大暴雨落区偏南，范围偏小，降水集中于西南部，对中部东部沿海大雨和暴雨都漏报，预报准确率为3.64%，空报率为40%，漏报率为56.36%；GFS模式预报暴雨落区偏小，对龙岩、莆田、福州的大雨、暴雨漏报，大暴雨落区偏北，预报准确率为7.94%，空报率为38.1%，漏报率为53.97%。48h预报：EC细网格模式对厦门以北暴雨落区预报较好，但未能预报出漳州、龙岩暴雨、大暴雨落区，暴雨预报准确率为13.92%，空报率为51.9%,漏报率为34.18%，其余两家模式皆为漏报，漏报率达100%。

(a) (b)

总体上看，无论是24h还是48h，EC细网格模式表现最好，预报准确率最高，GRAPES模式和GFS模式预报准确率远低于EC细网格模式，预报参考价值较低。

5 结论与讨论

①近海生成的台风预报难度高，登陆位置较难把握，需要加强预警监测。

②副热带高压强弱与台风移动关系密切，当各家模式对副高加强西伸的预报都一致时，近海生成的台风快速加强西移，并登陆可能性高。

③ GFS模式和EC细网格模式在24～48h预报时效内，平均绝对误差变化较小，当预报时效超过48h时，随着预报时效增加而迅速增大，GFS模式整体平均绝对误差比EC细网格模式小18%，同时两家模式对极端大风漏报，没有预报12级以上大风。

④在本次过程大雨及以上量级预报中，24h时效内，EC细网格准确率远高于GRAPES模式和GFS模式，当预报时效变成48h时，各家模式预报性能严重下降，表明模式24h的预报结果较48h的预报更有参考价值。这说明在降水预报中，模式预报时效越短，准确率也越高。

⑤EC细网格模式在本次台风过程中，对风雨预报表现出了一定的预报能力，但本文仅对本次台风过程进行了检验分析，未来将收集更多台风个例及更长时间序列的资料，对各家模式进行更全面、准确的评估分析，为本地气象决策服务提供预报依据。