转折性天气降水预报检验方法及应用

兰建春

摘 要 转折性天气降水是一种特殊天气条件，随着当前气象预报技术的进步，预报准确率得到了巨大提升，对转折性天气来说还是存在一定挑战。这就要求利用检验方法，检验数值预报模式降水预报能力。由此，从当前我国天气预报领域现状着手，简单探讨了转折性天气降水及其预报检验方法，并结合数值预报等模式，分析了转折性降水预报检验方法的应用效果，以供参考。

关键词 转折性天气；预报；降水；检验

中图分类号：P457.6 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.27.089

转折性天气降水，通俗的说法是气象条件出现转折，少降水转向强降水，或是强降水转向少雨天气等。当气象工作者预报有降水，却没有出现降水，这就表示出现了转折性天气。简单地说，天气预报是为人们的生产生活提供准确的天气信息，方便人们的出行、生产活动等，这就要求天气预报必须准确、严谨，而出现转折性天气降水却会使天气预报的准确性降低。

1 概述

2016年12月11日，搭载风云四号卫星的运载火箭在西昌卫星发射中心发射成功，它实现了我国静止轨道气象卫星升级换代和技术跨越，将对我国及周边地区的大气、云层以及空间环境进行高分辨率（包括时间、空间和光谱）的观察，将大幅提升天气预报和气候预测能力。以目前的情况来看，天气预报的准确度越来越高是事实，对转折性天气预报服务来说，也有很高的准确性，预报时间也很及时。例如，内蒙古自治区部分县市实施转折性预报之后，气象防灾减灾能力有了明显增强，相关机制、体系建设逐步完善，气象灾害造成的年均死亡人数减少10%，经济损失减低1.5%，公众气象服务满意度88分以上。预报预测业务方面基本建立了小时到月的无缝气象预报业务体系，突发性天气预警提前量21 min，24h晴雨、最高（低）气温预报准确率分别提升2.6%、17.2%和14.7%，气象要素预报精细到乡镇，过程预测延伸至30 d，数值模式产品空间分辨率为3公里。

2 检验

中国气象局局长郑国光指出短时临近预报不能只看雷达，要利用多种资料全面分析，及时关注系统变化，通过分析过程，总结主要系统到来之前暖区降水规律，要高度重视这样对流天气的影响。如果发生在山区，有极大可能对群众生命财产安全产生重大威胁。对于提高预报准确率问题，需要进行科学研究分析，特别是带有地方特点的预报预警[1]。在数值预报模式研究应用的同时，进一步提炼科学问题，与之配套的就是预报检验方法。

就数值预报模式而言，检验方法很多，如TS评分，技巧评分，预报偏差，ETS评分等。其中TS评分比较依赖降水气候概率，季节性变化大，如夏季通常比冬季高，因为冬季少雨，夏季多雨。ETS有TS的一些优点，不会很依赖降水概率。

业内对降水检验方法的研究提出了一些新方法，如特征分析、模糊检验、空间检验误差分解、尺度分解等。这些方法涉及到一个前提，就是降水预报检验特点，相关研究综合起来设计了专门针对转折性天气降水的检验方法——CTS评分。具体可由如下公式表示：

式中，CNA指实况与预报天气转折状况相同次数，CNS指实况天气转折总数，CNY代表预报天气转折次数。

这种检验方法能够提高转折性天气降水数值预报模式的预报能力，可避免有过程预报低评分，而无过程则高评分的现象。

3 应用

T213数值预报模式在全世界多个国家和地区作为制作日常天气预报的主要方法，20世纪50年代中期，我国开始摸索数值天气预报，随后不断完善。本文选取该模式以及德国模式和日本模式，探究CTS检验方法的检验能力。不同的预报模式，评估人员在检验时一般都会从时效、季节以及空间三个方面进行。所以选取由国家气象局选取某个时间段进行研究讨论，总时为2 a。

首先，时效检验方面。利用CTS评分，对比检验T213数值预报模式以及日本、德国模式。以24h为基准点，时效则以12h为准，经过CTS评分检验，在基准点德国模式明显比另外两种模式的评分要高，至36h后评分明显低于其他模式只有6%左右，但相对比较平稳。而日本模式和T213模式在预报能力评分上大体上相当，日本模式要稍好。即除24h段外日本模式>T213模式>德国模式。当然随着失效延长三种模式均会则呈现衰弱趋势，必定会提高空报和漏报率。利用TS评分进行比对检验，分析晴雨、小雨、中雨的评分。得出晴雨方面德国模式>T213>日本模式。而小雨以及中雨评分方面则是日本>T213>德国，通过计算，得出小雨评分同CTS评分相关系数约为0.93，雨评分方面则约为0.06。

其次，季节检验。对于T213模式来说，季节变化对其预报能力会产生一定影响，这就需要分析模式在不同季节的预报特点和能力，才能更好地指导实际预报。利用CTS评分进行分析，春季评分高，夏季稍低但平稳。总体上随时效延长，呈下降趋势。德国模式，则在24h时表现好，随后便一直降低，其中春季稍好，秋冬季次之。日本模式的评分同T213模式相差不大，在36h时春季评分与T213模式相当，而且春季预报效果最好，秋冬季次之。而夏季的预报效果最低，与其他季节相比，表现得十分明显。对比3个模式，24h时效三种模式差别不大，随后T213模式和日本模式表现较好。其中又以春季表现最佳，夏季表现差。这可能是夏季降水系统复杂，降水频繁所致[2]。

最后，空间检验。分析选取时段全国小雨TS评分空间分布和48h的T213模式转折性天气降水预报能力，华北、东北、青海、西藏东部、内蒙古东部及中部、长江中下游这些地区CTS评分相对较高。TS评分方面黑龙江西北部、内蒙古东部及中部、长江以南及沿岸地区、青藏高原东部这些地区评分高。由此得出，T213模式在上述高評分相同地区，预报效果较好。采用同样的分析方法分析日本模式和德国模式。得出结论日本模式和T213模式在长江中下游地区有着较高评分，有较好的预报效果，德国模式则在四川盆地有着较好的效果。可能原因是这些地区发生转折性天气以及降水的概率相对较高。

4 结语

通过研究时段的过程分析，检验3种预报模式，可知CTS评分方法是当前能够补充降水检验方法的一种有效方法。以CTS评分来说，随着时效延长，转折性降水预报性能会逐渐降低，在一定时效内，春季预报效果最好，而对于一些降水概率较高，以及有较高几率出现转折性天气的地区有着很好的效果。相对来说，有一定参考价值，但值得注意的是，这种检验方法实质上并不是很完善，对降水量级变化考虑不周全，这也是有实际例子可以参考的。所以，需从降水量级考虑降水变化，完善评分方法，以便能够真实有效地检验模式降水预报。

参考文献

[1]刘凑华，牛若芸.基于目标的降水检验方法及应用[J].气象，2013（6）：681-690.

[2]戴建华，茅懋，邵玲玲.强对流天气预报检验新方法在上海的应用尝试[J].气象科技进展，2013（3）：40-45.

（责任编辑：赵中正）