2014-2015年汛期ECMWF、NCEP集合预报降水产品检验评估

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集合预报是在合理的范围内通过构造集合成员进行的"一组"或"一群"预报,它能有效减小单一数值预报由于初值误差、模式物理过程误差等带来的不确定性。由于集合预报多成员的特点,其提供的信息量非常丰富,针对降水产品经过统计学算法可以获得不同百分位数的统计量产品,对统计量产品使用多元数据的一些数学算法,比如融合方法、概率匹配方法,又可以获得新的产品。陕西省自2014年开始业务化应用集合预报产品,一种数值预报产品能否在业务中很好地发挥作用,取决于该产品对本地天气的预报性能,分析检验预报效果在新产品应用之初显得尤为重要。因此,本文基于ECMWF、NCEP集合预报10种降水预报产品(最小值、10%分位数、25%分位数、中位数、75%分位数、90%分位数、最大值、控制预报、概率匹配产品、融合产品)和陕西省100个台站降水实况资料,利用TS评分、空报率、漏报率对上述产品2014-2015年汛期(6月1日至8月31日)在陕西的预报效果进行对比分析,以期了解两家模式不同降水产品的效果和特点,为预报人员较好的选择预报产品、订正预报结果提供参考依据。文中使用最优插值法,将格点预报结果插值到陕西省100个自动站,得到各站点的降水预报产品,对全省以及陕北、关中、陕南三个预报片区72H时效的累加降水量进行客观检验分析。全省TS评分结果显示:随雨量等级增大,TS评分显著减小;随时效延长TS评分减小微弱;小雨预报效果显著高于中雨、大雨、暴雨,并且小雨的产品间差异小,其他量级降水产品间差异相对明显,72H内不同等级预报效果最优产品依次为90%分位数、75%分位数、控制预报、概率匹配产品;除小雨外,中位数以下产品的预报评分低,尤其是对暴雨基本没有预报能力;ECMWF预报效果总体而言优于NCEP,由于NCEP产品间差异小,所以小分位数的评分略比ECMWF高,大分位数产品比ECMWF低。因此,对于小雨,中位数以上产品参考价值相差不大,对于其他量级预报可以优先参考90%分位数产品,其次是75%分位数产品、概率匹配产品和控制预报,后三者的评分相当。全省漏报率结果显示:漏报率由大到小依次为中雨、大雨、小雨、暴雨;从最小值到最大值随分位数增大漏报率有减小趋势;NCEP、ECMWF漏报率平均而言相当,由于NCEP产品间差异小,所以小分位数的漏报率略比ECMWF小;控制预报、融合产品、概率匹配产品三者的漏报率相当,融合产品的漏报率略比其他两个产品大,小雨概率匹配产品漏报率最小,其他量级降水三者相当。全省空报率结果显示:随雨量等级增大,空报减少;从最小值到最大值随着分位数增大,空报逐渐增大,90%分位数、最大值的空报率显著高于其他产品;NCEP产品空报率普遍比ECMWF大,产品间差异比ECMWF小。控制预报、融合产品、概率匹配产品三者的空报率从大到小依次为控制预报、概率匹配产品、融合产品。陕北、关中、陕南三个预报片区检验结果显示:TS评分陕南预报效果最好,陕北、关中相当;漏报率小雨陕北最大,陕南最小,中雨三片区相当,大雨陕南最大,陕北最小;空报率小雨陕北最小,关中、陕南相当,中雨、大雨陕南空报最大,陕北、关中相当。ECMWF评分整体优于NCEP,NCEP空报率三片区的差异比ECMWF大,小分位数的空报比ECMWF大,大分位数比ECMWF小;不同降水量级各片区的ECMWF优势产品略有不同。陕北小雨、中雨、大雨的优势产品依次为:概率匹配产品、最大值、最大值;关中依次为:75%分位数、90%分位数、90%分位数;陕南依次为:75%分位数概率匹配产品、90%分位数、75%分位数90%分位数。综合而言:ECMWF预报效果优于NCEP,NCEP不同产品间的差异比ECMWF小,因此与ECMWF相比,其小分位数的TS评分略高,空报多,漏报少,大分位数TS评分低,空报少,漏报多。百分数产品中75%、90%的TS评分较高,中位数以下产品的预报评分低,尤其是对暴雨基本没有预报能力。控制预报、融合产品、概率匹配产品无论在TS评分还是预报偏差上表现均较好,稳定性高,三者相比较,小量级降水预报差异明显,大量级降水预报差异较小,具体而言对小量级降水融合产品TS评分低、漏报多、空报少,对大量级降水融合产品评分高,漏报少,空报高,控制预报、概率匹配两者预报效果相当。三个预报片区中TS评分陕南最高,陕北、关中相当。在具体预报中应根据空漏报和TS评分的影响,选择更合适的产品作为参考。
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