ECMWF细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用.pdf

第 46 卷第 5 期气象与环境科学Vol.46 No.52023 年 9 月Meteorological and Environmental SciencesSep.2023收稿日期:2020-06-29;修订日期:2021-09-03基金项目:宁波市科技计划项目(2019C50004);浙江省气象科技计划重点项目(2017ZD06);浙江省气象科技计划项目(2018YB03)共同资助作者简介:吕劲文(1985),男,福建厦门人,工程师,硕士,从事天气预报和服务.E-mail:通信作者:涂小萍(1968),女,四川隆昌人,研究员级高级工程师,硕士,从事天气预报及其应用研究.E-mail:txp_吕劲文,申华羽,涂小萍,等.ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用J.气象与环境科学,2023,46(5):75-85.Lyu Jingwen,Shen Huayu,Tu Xiaoping,et al.Verification and Interpretation of ECMWF Fine-grid Model in Areal Precipitation Forecast in Zhejiang Prov-inceJ.Meteorological and Environmental Sciences,2023,46(5):75-85.Doi:10.16765/ki.1673-7148.2023.05.010ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用吕劲文,申华羽,涂小萍,方艳莹,杨小荣(宁波市气象局,浙江 宁波 315012)摘要:区域面雨量预报是决策部门开展防灾减灾工作的重要参考依据。基于20122018年浙江省气象站逐日逐小时雨量和 ECMWF 细网格模式降水产品,探讨各地市中等及以上过程的面雨量月际分布特征,评估模式对上述面雨量过程的预报水平,综合考虑不同时效的降水预报,应用逐步回归方法建立分区域的面雨量解释应用预报方程。结果表明:浙江沿海暴雨个例相对较多,而内陆区域性明显降水发生概率呈现出由西南向东北减小的趋势,中等及以上面雨量过程主要集中在梅雨期和台汛期,台汛期暴雨平均面雨量是梅雨期的 1.3 倍。ECMWF 细网格 24 h 面雨量预报一般较实况偏小,中雨普遍偏小 3 mm 左右,大雨偏小 712 mm,暴雨偏小 2040 mm,并且大雨和暴雨预报偏小距平百分率明显高于中雨的。随着时效的临近,模式的预报效果逐渐改善,72 h 以内的预报具有更好的参考价值。各地市订正后的预报方程预报的面雨量,较确定性预报均有不同程度的提高,其中中雨 Ts 评分提高最为明显,普遍超过 50%,同时经释用后多数地市不同量级降水的 RMSE 和 MAE 较 ECMWF 细网格预报的有所减小,预报稳定性更好,预报偏差更小。关键词:面雨量;ECMWF 细网格模式;释用;浙江中图分类号:P459.9文献标志码:B文章编号:1673-7148(2023)05-0075-11引言 面雨量的预报服务是各级政府和有关部门组织区域防汛、抗洪和水库调度等决策的重要依据,也是沟通水文预报和气象预报的桥梁。面雨量估算与预报涉及多学科技术且难度较大,其精确性很大程度上取决于空间降水估测和预报1。浙江省多山地和丘陵,汛期受梅雨带及台风等天气系统影响,强降水多发,降水时空分布具有较大的复杂性。1323“菲特”台风等造成的强降水过程,引发省内城市内涝、山体滑坡和泥石流等灾害,给人民生命、财产造成了较大损失。开展数值预报产品释用,探索面雨量预报方法,对水文模型中计算河道流量、预估洪水,以及决策部门开展中小河流洪水、山洪地质灾害防治等工作具有重要的意义。面雨量系指单位面积上的降雨量,即某一特定区域或流域的平均降雨状况2。1998 年夏季长江流域和嫩江、松花江流域发生特大洪涝灾害期间,为适应国家水文部门需求,中央气象台开始进行面雨量估算和预报服务,尝试为水文模式提供准确初值,从而延长洪水预见期1-2。多年来气象工作者运用不同方法开展了面雨量预报的探索,包括运用天气学方法建立天气学模型,查找面雨量预报判据,并进一步依据数值模式输出的螺旋度、500 hPa 高度和850 hPa 温度等物理量,采用要素空间建模、水汽收支平衡和支持向 量机等方法 开 展 区 域 面 雨 量 预气象与环境科学第 46 卷报3-6。上述研究工作都是提高面雨量预报准确率的有益尝试。近年来,研究人员直接采用数值模式降水产品对不同省份各主要流域、盆地的面雨量预报进行了评估,结果表明,模式产品对于面雨量预报具有较好的参考价值,部分研究分析了模式对不同降水量级的预报能力,表明预报效果普遍随降水等级增大而下降7-11。ECMWF 细网格数值预报产品是气象业务重点参考的数值模式产品之一。2011 年 9 月中央气象台开始下发,前 72 h 的时间分辨率达到 3 h,72240 h 的时间分辨率为 6 h,空间分辨率为 0.25 0.25,2015 年 1 月 开 始 进 一 步 细 化 到 0.125 0.125。业务人员对细网格产品的不同要素在不同区域进行了初步检验12-14,结果表明 ECMWF 细网格模式较 T639、日本数值模式等模式产品有更好的预报性能,并且能为区域降雪、降雨、气温等要素的定点、定量和定时预报提供一定的依据15-19。数值模式对定量降水的预报水平不断提升20。智协飞等21以模式降水产品为基础,利用雨量分级回归的统计降尺度方法开展分析,ETS 评分等评估参数较未分级的降水预报明显提高。一些学者的研究也表明22-26,模式对于复杂地形影响下的降水及区域极端降水预报方面仍存在不足。浙江省地形复杂,是个多山、缺水、少地的省份,素有“七山一水二分田”之说,复杂地形对模式预报性能必定有影响。ECMWF 细网格降水产品已积累多年,目前浙江省对该产品长时间尺度的面雨量应用还比较少。天气预报服务以行政区域进行责任划分,强降水发生时行政区域内面雨量的预报在决策服务中有重要参考价值。本研究以 ECMWF 细网格模式降水产品为基础,所作的浙江省不同行政区域中雨及以上过程的面雨量预报评估工作,可帮助预报员了解 ECMWF 模式强降水产品在浙江省不同区域的预报性能,所开展的释用研究,可为日后应用该产品开展预报提供参考。1资料和方法1.1资料介绍所用气象资料为20122018年逐日资料,包括:(1)浙江省气象观测站逐小时降水资料,含国家基本(准)气象站和中尺度自动气象站(以下统称观测站),数据来源于浙江省气象信息中心,资料保存时已进行过自动质量控制,应用时进一步进行了人工质量控制,有效资料量达 80%及以上的站点才参与本文分析。(2)ECMWF 细网格预报(以下简称 EC细网格)的降水资料,逐日 2 次,起报时间为 08 时和20 时,检验时效为 120 h。1.2研究方法1.2.1面雨量计算方法 面雨量的计算方法较多,主要有泰森多边形法、三角形法、算术平均法和等雨量线法等。研究表明27-28,算术平均法简单易行,在测站多而分布较均匀的区域,与泰森多边形法等多种方法的计算结果之 间 基 本 无 差 异。浙 江 观 测 站 空 间 密 度 低 于10 km,分布较为均匀,故采用算术平均法。站点逐小时雨量用于计算 12 h 累计雨量,而后计算行政区域内站点的算术平均值来代表行政区域面雨量(以下简称面雨量)。计算 EC 细网格预报的面雨量时,先将格点预报插值到观测站点,然后进行算术平均。1.2.2个例挑选 根据历史实况计算的面雨量挑选研究个例。按照行政区划,根据观测站降水资料,分别计算浙江省11 个地市08 20时(白天)、20时次日 08 时(夜间)面雨量,挑选中雨(10.0 24.9 mm)、大雨(25.0 49.9 mm)和暴雨(50.0 mm)个例作为分析对象。实际业务预报服务中,对于部分过程,其面雨量虽未达到等级阈值,但降水站点比例高且影响范围大,服务中常常作晋级处理。以面雨量小雨为例,如果满足面雨量大于中雨个例平均值减去 2 倍标准差,降水站点百分比大于中雨个例平均百分比加上 1倍标准差,则本次小雨过程(图 1 中阴影区域)归入中雨个例,参与本文分析。同理分别挑选部分中雨和大雨个例,分别归入大雨和暴雨个例。对所有挑选个例通过天气形势的判别,剔除午后强对流个例。通过上述资料分析和处理,得到20122018年浙江省各地市不同等级面雨量个例(表 1)。图 1小雨个例晋级处理阈值示意R中为中雨个例平均面雨量,为中雨个例面雨量标准差,R中%为中雨个例平均百分比,%为中雨个例平均百分比标准差67第 5 期吕劲文等:ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用分析表 1 发现,浙江西南部的丽水和衢州个例总数及中雨个例数均较多,总个例数分别为 422 次和 411 次,而浙北的嘉兴、湖州 2 市个例总数较少,内陆 7 市区域性中雨以上降水发生概率呈现出由西南向东北减小的趋势,沿海城市宁波、温州、台州的暴雨个例较多,14 次,这是这些区域更易受到台风影响所致。对所挑选的个例,评估 EC 细网格12120 h 预报(以下用 12 h、24 h 等表示)水平。采用双线性插值方法,将降水预报格点值插值到观测站点,再根据站点预报降水,计算各行政区域预报面雨量。表 12012 2018年浙江省各市不同等级面雨量个例数次地市杭州宁波温州嘉兴湖州绍兴金华衢州舟山台州丽水中雨291270261197236256281310247274354大雨6859725651656989425262暴雨10151513101161211146总个例数3693443482662973323564113003404222浙江省中雨以上面雨量月际分布及模式预报能力评估2.1不同区域面雨量月际分布 图 2(ac)为浙江省不同行政区域面雨量为中雨、大雨和暴雨的个例数堆积图和全省平均雨量月际变化曲线。由图 2 可见,36月各量级降水个例数呈逐渐增多的趋势,6 月(梅雨期)中雨和大雨个例数达到峰值,全省超过 56.7%的中雨个例集中在上述 4 个月,而大雨和暴雨的比例分别为 58.7%和30.9%。空间上,浙江西南的衢州、金华和丽水等地36 月中雨和大雨占全年比例更高。7 月随着副热带高压北抬,午后强对流天气增多,满足条件的降水个例数下降;8 月由于台风影响增多,降水个例数明显增大,特别是暴雨个例数达到峰值;9、10 月中雨和大雨个例逐渐减小,但暴雨个例与 8 月的基本持平;11 月到次年 2 月个例相对较少,且没有暴雨个例。浙北的杭州、湖州和嘉兴出现大雨的概率很低,而其余地市均有大雨的可能,其中浙南的温州个例数最多(4 个月累计大雨个例数达到 12 个)。全省平均面雨量分析结果表明,中雨个例510月相对较大,平均面雨量 15 mm 左右,11 月到次年 3 月普遍小于 14 mm,且各市差异不大,3 月和910月各地市平均面雨量离散性较大,如 3 月份衢州中雨个例平均面雨量达到 16.1 mm,而同期台州平均面雨量仅为 12.5 mm。大雨个例的平均面雨量同样在510月最大,在 30 mm 以上,其余月份在 30 mm 以下。4 7月的暴雨个例平均面雨量相对810月的更小,前者在 68 mm 以下,而后者则在 68 mm 以上。6 月和8 10月是全省暴雨高发时段,分别对应着浙江省的梅雨期和台汛期,所有地市均可能出现区域性暴雨。台汛期暴雨平均雨量是梅雨期的 1.3 倍,各市面雨量超过 90 mm 的个例均为台风暴雨。10 月暴雨雨量最大,12 h 累积平均超过 80 mm,主要是因为台风“菲 特”(1323)、“艾 力”(1619)和“卡 努”(1720)影响浙江时遭遇弱冷空气,冷空气对降水产生了明显的增幅作用。不同地市各等级降水累积雨量分析(图略)结果表明,沿海的宁波、台州、温州及浙北嘉兴表现出明显的双峰型降水,降水集中在江淮梅雨期和台汛期,其中温州的台汛期雨量高于梅雨期的,其余 3 个地市梅雨期雨量略高于台汛期雨量;浙北的湖州、绍兴、舟山及浙南的丽水亦表现为双峰型降水,但梅雨期雨量明显高于台汛期的;全省仅浙西南的金华、衢州 2 市表现为单峰型降水,降水峰值出现在江淮梅雨期。2.2模式预报能力评估 采用 Ts 评分(2005 年中国气象局中短期天气预报质量检验办法(试行),以及相关系数 R、均方根误差 RMSE、平均绝对误差 MAE 3 个统计量检验回归方程的效果评估模式预报能力。Ts 计算公式为Tsk=NAkNAk+NBk+NCk100%(1)式中,NAk为 k 等级降水预报正确站(次)数,NBk为k 等级降水空报站(次)数,NCk为 k 等级降水漏报站(次)数。R、RMSE 和 MAE 计算公式分别为R=1n ni=1(xi-xsx)(yi-ysy)(2)RMSE=ni=1(xi-yi)2/n(3)MAE=1n ni=1|xi-yi|(4)式中 xi为预报面雨量,yi为实况面雨量,x 为预报均值,y 为实况均值,sx为预报标准差,sy为实况标准差。77气象与环境科学第 46 卷图 220122018 年浙江省各市不同量级降水个例数及平均面雨量逐月分布图(a)为中雨,(b)为大雨,(c)为暴雨各地市逐 12 h 预报 Ts 评分和相关系数 R 变化见图 3。随着时效延长,各地市面雨量 Ts 评分和相关系数整体逐渐降低,12 h 预报的 Ts 评分一般在40%以上,仅绍兴和嘉兴的低于 40%,而衢州的最高,达到 45.9%,除衢州和丽水外,各地市96120 h预报的 Ts 评分基本在 30%以下,表明随着时效临近,模式的预报效果逐渐改善。1248 h 各地市预报 Ts 评分和相关系数一般缓慢降低,而4872 h 预报的下降渐趋明显,并且各地市大雨和暴雨个例相同预报时效的 RMSE 和 MAE(图略)也表现出相似的特征,而 72 h 之后的预报偏差总体较大,可见模式12 72 h 的预报具有相对较高的参考价值。空间方面,浙西南的衢州和丽水的 Ts 评分总体高于其他地市的,两地市12 48 h 预报的评分均超过 40%,并且变化总体较稳定,可能是因为两市的中雨比例更高,而模式对中雨的预报能力相对高于对大雨和暴雨的87第 5 期吕劲文等:ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用图 32012 2018年浙江省各市 EC 细网格降水预报产品12 120 h 的 Ts 评分和相关系数散点图蓝圈表示 Ts 评分(%),蓝星号表示相关系数,红星号表示相关系数未通过 0.01 的显著性检验预报能力。不同季节预报分析看,各地市中雨的 Ts评分一般没有明显的季节差异,仅浙北的杭州、嘉兴和湖州 3 地秋季评分略低于其他季节的,并且各地市普遍表现出夏季的 RMSE 和 MAE 较高,冬季的较低,其中温州和台州两地夏季上述两指标明显高于其余季节的,表明模式对冬季中等量级的降水预报能力优于夏季的。模式对大雨暴雨的预报 Ts 评分一般存在季节性差异,表现为夏季的优于其他季节的,仅浙西南的丽水、衢州和金华季节差异不明显,同时多数地市夏季和秋季的 RMSE 和 MAE 明显高于春季和冬季的,表明夏秋季节受梅雨带、台风等天气系统影响,个例雨量增大,模式对于此类天气过程有一定的预报能力,预报准确率相对较高,但预报偏差和模式不稳定性也高于春季和冬季的。浙江省 11 个地区不同等级面雨量实况与 EC细网格 24 h 预报平均偏差、偏差百分比及标准差见表 2。由表 2 可看出,各量级预报平均偏差均小于0,表明模式预报总体偏小,随着量级增大,预报偏小程度增大,不同地区间的差异也逐渐增大。各市中雨预报普遍偏小 3 mm 左右(距平百分率约 20%),大雨预报偏小 712 mm(距平百分率 25%40%),暴雨量 级 预 报 偏 小 20 40 mm(距 平 百 分 率 约25%55%)。EC 预报的大雨和暴雨偏小距平百分率明显高于中雨的,嘉兴、湖州和衢州等地的暴雨预报甚至偏小 50%以上。进一步分析还发现,非台风暴雨预报面雨量大于实况的情形较少出现,即使出97气象与环境科学第 46 卷现偏差也在 12 mm 以下,但台风暴雨出现预报明显大于实况的可能性增加明显,这与台风路径、强度等预报的不稳定性有关。以 1211“海葵”台风为例,EC 细网格连续多个起报时次对于杭州暴雨的面雨量预报明显超过实况,48 h 预报超过实况面雨量48 mm(距平百分率 84%)。可见模式对非台风暴雨的预报与实况偏差更小,出现明显大于实况的概率较台风暴雨的更低。因此在梅雨期,当模式预报出明显的大到暴雨过程时,需要在预报和服务中予以高度重视,而台风暴雨预报则需要更加审慎地对待。表 22012 2018年浙江省各市不同量级降水 24 h 预报的平均偏差、距平百分率及标准差地市24 h 中雨Ave/mm%/%/mm24 h 大雨Ave/mm%/%/mm24 h 暴雨Ave/mm%/%/mm杭州-2.7-18.9 8.5-12.1-37.6 13.0-20.4-33.4 17.9 宁波-2.8-19.1 8.5-12.8-39.2 15.9-34.4-43.9 36.7 温州-4.0-26.8 7.8-6.6-22.0 14.4-29.9-37.4 13.5 嘉兴-3.4-22.8 9.1-12.3-40.4 13.7-45.8-65.4 24.0 湖州-3.3-22.3 7.9-12.6-38.9 12.3-35.8-52.8 21.8 绍兴-3.5-23.1 7.9-9.6-31.9 13.5-27.7-40.8 25.4 金华-2.6-18.2 8.5-12.0-38.2 12.2-17.4-28.3 23.1 衢州-2.7-17.6 8.2-11.4-35.2 12.4-35.7-56.0 17.9 舟山-1.9-13.9 8.8-10.6-34.2 11.4-14.8-23.4 29.5 台州-3.7-22.5 8.4-11.6-36.0 19.3-20.9-30.9 24.5 丽水-2.6-19.0 7.2-8.6-27.1 12.8-18.0-22.1 28.5 不同时效的预报分析结果(图略)表明,随着时效的临近,各地市各等级降水预报和实况偏差总体趋于减小。12 h 中雨预报普遍偏小 2 4 mm(距平百分率约 20%),而 120 h 的预报则偏小 5 8 mm(距平百分率 30%50%);各地市1260 h 预报标准差缓慢增大(从 8 mm 增至 10 mm 左右),而此后直到 120 h 标准差变化不大,表明 60 h 以内随着时效延长模式不确定性略有增大,此后模式预报不确定性变化不大。12 h 大雨预报各市普遍偏小 6 12 mm(距平百分率约 25%40%),120 h 的预报偏小 20 mm 左右(距平百分率约 60%左右),但标准差随时效临近没有明显趋势性,普遍在 10 16 mm。对于暴雨预报,由于个例偏少,各地市表现出较大的离散性,随着时效临近,多数地市预报偏差有所减小,各地市 12 h 预报偏小 1535 mm(距平百分率约20%50%),120 h 预报普遍偏小 40 mm 以上(距平百分率约 60%80%),其中宁波和丽水 2 市甚至超过 60 mm,标准差随时效临近总体变化不大,量级大于中雨和大雨个例,普遍在 1535 mm。3模式面雨量释用和检验3.1预报方程的建立 综合考虑 EC 细网格不同时效的降水预报,采用逐步回归方法29,以因子既显著、方程的残差估计又最小为原则,选择不同时效预报构建方程。建立预报方程时,首先将各市降水个例数按 2 1 分为统计样本和检验样本,以统计样本的实况面雨量为因变量,EC 细网格预报面雨量为自变量。如前所述,模式12 72 h 的预报具有相对较高的参考价值,由于日常短期预报中 12 h 的预报数据获取相对较迟,不足以满足日常业务工作的需要,因此研究中采用24 72 h 模式预报面雨量作为自变量。释用分析时,暴雨和大雨个例归并为一类。方程效果检验分析为检验样本统计结果,检验时效为2460 h 的逐12 h 检验。各市逐步回归方程参数及 F 检验结果见表 3。不同地市回归方程的自变量个数不等,对方程进行显著性检验,各市方程的 F 检验值明显大于显著性水平 0.01 的 F 临界值,说明回归方程是显著的。表 32012 2018年浙江省各市逐步回归方程参数及检验值地市构建个例数回归截距回归自变量各自变量斜率F 检验值杭州2257.425 X24h X36h X48h0.316 0.248 0.31773.106 宁波2016.203 X24h X36h X72h0.464 0.391 0.27754.817 温州2116.751 X24h X36h X60h0.471 0.267 0.304114.203 08第 5 期吕劲文等:ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用续表 32012 2018年浙江省各市逐步回归方程参数及检验值地市构建个例数回归截距回归自变量各自变量斜率F 检验值嘉兴1639.824 X24h X48h0.426 0.45753.348 湖州1866.409 X24h X48h0.487 0.506121.413 绍兴1997.479 X24h X36h X48h0.316 0.289 0.28970.496 金华2108.821 X24h X36h0.486 0.26989.745 衢州2447.879 X24h X36h X48h0.365 0.210 0.28956.467 舟山1787.697 X24h X36h X60h0.319 0.291 0.19491.006 台州2017.445 X24h X36h0.408 0.482132.415 丽水252 5.993 X24h X36h X60h0.374 0.281 0.183114.869 3.2方程效果检验 经逐步回归订正后,各市所有检验个例 Ts 评分均超过 48%,其中丽水和金华两地超过 60%,最大值为丽水的 62.7%,而订正前各地市 EC 细网格预报 Ts 评分均在 44%以下,表明通过回归订正后面雨量预报均得到改善。由于实际业务需求更关注面雨量的分级预报,图 4(af)给出中雨和大雨暴雨检验个例的分级 Ts 评分、RMSE 和 MAE 及其与不同时效的 EC 细网格预报对比。由图 4 可看出,经订正后各市中雨 Ts 评分较 EC 细网格2460 h 预报的评分明显提高,同时多数地市 RMSE 和 MAE 也有所减小。各市中雨 Ts 评分普遍超过 50%,表明订正后预报准确率超过 50%,较 EC 各单次预报评分提高10%以上;RMSE 和 MAE 方面,EC 单次预报分别在10 mm 和 8 mm 左右,经订正后多数地市两个统计量均有所减小,表明预报稳定性更好,预报偏差减小。EC 细网格对于大雨暴雨预报 Ts 评分普遍在25%左右,明显低于中雨个例的。经订正后各地市Ts 评分均有不同幅度的提升,其中丽水、温州和金华 3 地订正后 Ts 超过 40%;大雨暴雨预报的 RMSE和 MAE 大于中雨个例的,其中 RMSE 各地市略有差异,宁波和嘉兴等地在 25 mm 以上,而其他地市多在 15 20 mm,表明模式对于上述两市的大雨暴雨预报离散度大于其余地市的,经订正后,绝大多数地市 RMSE 和 MAE 较 EC 细网格24 60 h 单次预报的有所减小。可见经过逐步回归订正的预报方程,不仅提高了各降水量级的预报准确率,同时预报稳定性也有不同程度的提高,预报偏差有所减小,表现出良好的预测技巧,在实际业务中具有较好的参考价值。图 5 给出了梅汛期和台汛期两个明显降水个例的面雨量订正结果与实况及 EC 细网格预报的对比。没有绘制柱状图的地市表示该市本次过程未出现中雨以上降水。梅雨个例发生在 2015 年 7 月 5日,受切变线影响,浙中北部普降中到大雨。解释应用方程较好地改进了 5 日白天 EC 细网格对宁波、金华等地的大雨预报,5 日夜间大部地区订正后的中雨雨量也较模式预报更接近实况,过程订正预报降水距平百分率为 37.0%,较订正前2460 h 预报平均降低 6.7%,过程订正预报 MAE 为 5.3 mm,较订正前24 60 h 预报平均降低 3.5 mm,但也出现过程中对于台州和绍兴两个站点大雨空报的现象。台风个例出现在 2015 年 9 月 28 日夜间到 29 日白天,受 1521“杜鹃”影响,浙江大部雨量明显。订正后明显改进 28 日夜间浙北的中雨雨量,同时 29 日白天的温州、丽水的大雨或暴雨雨量预报也得到改进,过程订正预报降水距平百分率为 46.9%,较订正前24 60 h 预报平均降低 3.7%,过程订正预报的 MAE为 9.9 mm,较订正前2460 h 预报平均降低 2.2 mm。与梅雨个例相似,订正后金华和台州也有大雨和暴雨空报的情况。分析发现,两个例空报的地区当日降水空间差异均较大,模式对空间差异大的降水预报能力有限,解释应用不能从根本上解决这个难题。但对于区域性较为明显的降水过程,解释应用是有效果的。18气象与环境科学第 46 卷图 4逐步回归订正后各市不同降水量级 Ts 评分、RMSE 和 MAE 与 EC 细网格的比较(a)(c)(e)为中雨个例,(b)(d)(f)为大雨暴雨个例,图中右下角横向图例表示订正和 EC 不同时效预报,纵向图例标记数值表示订正后的图例长度代表的数值大小28第 5 期吕劲文等:ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用图 5典型降水个例面雨量预报订正结果与实况、EC 细网格的比较(a)(b)为梅雨期个例,(c)(d)为台汛期个例4结论和讨论 本文对2012 2018年浙江省各地市面雨量达到中雨及以上量级的明显降雨个例进行分析,评估了EC 细网格对上述个例的预报水平,而后综合考虑不同时效的降水预报,应用逐步回归方法,分区域建立面雨量预报方程,可为业务应用提供较好的参考,主要结论如下:(1)浙江沿海暴雨个例相对较多,而内陆区域性明显降水发生概率呈现出由西南向东北减小的趋势。中雨和大雨多集中在江淮梅雨期,6 月和810月是全省暴雨高发时段,分别对应着浙江省的梅雨期和台汛期,台汛期暴雨平均雨量是梅雨期暴雨平均雨量的 1.3 倍。各市面雨量超过 90 mm 的个例均为台风暴雨。(2)EC 细网格对于中雨以上量级降水的 24 h预报总体偏小,随着量级增大,预报偏小程度增大。24 h 预报的各市中雨普遍偏小 3 mm 左右,预报的大雨偏小 7 12 mm,预报的暴雨偏小 20 40 mm。模式对非台风暴雨的预报与实况偏差更小,出现预报明显大于实况的概率较台风暴雨的更低。因此在梅雨期当模式预报出明显的大到暴雨过程时,需要在预报和服务中予以高度重视,而台风暴雨预报则需要更加审慎地对待。(3)随着时效临近,各地市面雨量 Ts 评分和相关系数整体逐渐升高,模式的预报效果逐渐改善,多数地市48 72 h 后的 Ts 评分和相关系数下降趋于明显,因此4872 h 以内的预报具有更好的参考价值。浙西南的衢州和丽水 Ts 评分总体较其他地市的更高。38气象与环境科学第 46 卷 (4)逐步回归订正的分地市面雨量预报方程检验结果表明,预报的浙江省各市中雨量级的 Ts 评分较 EC 细网格24 60 h 的预报评分明显提高,各市普遍超过 50%,大雨暴雨个例普遍超过 30%;经过订正后,多数地市不同量级降水的 RMSE 和 MAE 较EC 细网格预报的有所减小,表明订正后的预报方程预报稳定性更好,预报偏差更小。数值模式产品在当前预报业务中具有不可替代的作用,运用合理的客观方法,开展强降水等要素的评估和释用,可以帮助预报员深入理解模式对不同天气系统预报的特点和不足,提高模式产品的应用能力。除梅雨期、台汛期等大范围强降水过程的预报服务外,午后强对流降水也是浙江省预报业务的重点和难点。考虑到强对流降水具有空间尺度小、生命史短等特点,其预报和评估方法有别于大范围强降水天气过程,需要重视中尺度数值模式在这类天气中的预报和评估,同时关注基于雷达回波及相关衍生产品的短时临近补充预报预警服务。参考文献1徐晶,姚学祥.流域面雨量估算技术综述J.气象,2007,33(7):15-21.2毕宝贵,徐晶,林建.面雨量计算方法及其在海河流域的应用J.气象,2003,29(8):39-42.3丁太胜,刘惠敏.汛期强降水面雨量分析和预报J.气象科学,2003,23(3):346-351.4刘惠敏,郑兰芝.螺旋度诊断分析与短时强降水面雨量预报J.气象,2002,28(10):37-40.5冯汉中,陈永义.处理非线性分 类和回归问题 的 一 种 新 方 法()支持向量机方法在天气预报中的应用J.应用气象学报,2005,15(3):355-365.6王红燕,张晓鹏,靖春悦,等.利用 T213 物理量“垂叠法”模型制作沙澧河上游关键区面雨量预报J.气象与环境科学,2010,33(4):43-47.7布亚林,张金彬,黄真文,等.淇、卫河流域面雨量预报J.气象与环境科学,2002,25(4):18-19.8熊传辉,马安国,饶传新,等.三种数值预报产品在清江流域面雨量预报中的应用检验J.暴雨灾害,2004,23(1):24-26.9朱占云,潘娅英,骆月珍,等.浙江省水库流域面雨量的多模式预报效果分析与检验J.气象与环境科学,2017,40(3):93-100.10Ran Q H,Fu W,Liu Y,et al.Evaluation of quantitative precipitation predictions by ECMWF,CMA,and UKMO for flood forecasting:Ap-plication to two basins in ChinaJ.Natural Hazards 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J.气象,2012,38(10):1267-1277.24肖玉华,赵静,蒋丽娟.数值模式预报性能的地域性特点初步分析J.暴雨灾害,2010,29(4):322-327.25周鑫,刘杰,王新敏,等.“云雀”残涡影响下豫西南一次大暴雨过程特征分析J.气象与环境科学,2020,43(3):93-100.26陈豫英,陈楠,任小芳,等.贺兰山东麓罕见特大暴雨的预报偏差和可预报性分析J.气象,2018,44(1):159-169.27秦承平,居志刚.清江和长江上游干支流域面雨量计算方法及其应用J.湖北气象,1999(4):16-18.28方慈安,潘志祥,叶成志,等.几种流域面雨量计算方法的比较J.气象,2003,29(7):23-26.29黄嘉佑.气象统计分析与预报方法(第 2 版)M.北京:气象出版社,2000:29-75.48第 5 期吕劲文等:ECMWF 细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用Verification and Interpretation of ECMWF Fine-grid Model in Areal Precipitation Forecast in Zhejiang ProvinceLyu Jingwen,Shen Huayu,Tu Xiaoping,Fang Yanying,Yang Xiaorong(Ningbo Meteorological Bureau,Ningbo 315012,China)Abstract:Areal precipitation forecasting provides an important help for decision-making for disaster prevention and mitigation.Based on daily and hourly rainfall observations of automatic weather stations,as well as precipitation forecasts of ECMWF fine-grid model from 2012 to 2018,this study discussed the inter-monthly variation characteristic of moderate-and-above rainfalls in different cities of Zhejiang prov-ince,moreover,the model forecast skills for rainfall had been evaluated.Using rainfall forecasts of ECM-WF model in different lead hours,areal rainfall forecasting equations for different cities were established by stepwise regression method.Results show that torrential rainfalls were more likely to happen in coastal cities,and probability of moderate-and-above rainfalls tended to declined from south-west to north-east areas in Zhejiang.Moderate-and-above rainfall mainly occurred in Meiyu periods and typhoon sea