2020年CMA-GD模式萝岗站水平风场检验评估.pdf

第 卷第 期 年 月广 东气 象 收稿日期：基金项目：国家重点研发计划项目（），广东气象局科学技术研究项目（）作者简介：龚月婷（年生），女，硕士，工程师，主要从事短期天气预报工作。：龚月婷，张华龙，时洋，等 年 模式萝岗站水平风场检验评估 广东气象，（）：年 模式萝岗站水平风场检验评估龚月婷，张华龙，时洋，林青（广东省气象台，广东广州 ）摘要：为评估区域模式对华南水平风场的预报性能，利用 年 月 年 月萝岗站风廓线雷达资料，对华南区域中尺度模式（）预报的萝岗站上空 内逐时水平风开展检验分析。结果表明：模式预报 风速较实况偏弱，和 较实况偏强。通过不同天气分类检验发现，在一般降水天气下纬向风预报误差最小；在无降水天气下经向风预报误差最小；在强降水天气下纬向风和径向风预报误差均最大，呈现出在对流层低层西风预报偏强，南风预报偏弱的特点。关键词：预报检验；水平风；风廓线；华南区域中尺度模式；萝岗站中图分类号：文献标志码：华南区域 中尺度模式（）已业务运行多年，为全省提供高时效、高分辨率的数值预报产品，作为精细化智能网格预报业务的重要基础，已在天气预报业务中得到广泛应用。目前已有较多研究从多方面对 模式产品进行客观检验，包括不同季节或系统的降水要素，如前汛期、后汛期降水 ，热带系统、暖区和锋面降水 、暖季非台风降水 等，一系列的检验结果为基于 模式降水释用技术研发提供了依据 。除降水外，也有研究对温度、风场等要素的预报性能进行了评估 。总体而言，多数检验评估主要针对地面要素场，但对于与天气和环流背景密切相关，且易受边界层特征影响的高空风场方面的检验仍相对较少。低空急流等系统演变特征、边界层风场三维结构与华南暴雨落区和强度密切相关 ，因此了解数值模式对高空风场预报性、加强对模式误差规律的认识对有效预报订正十分重要，也能为模式改进提供更多的客观依据。作为一种主动遥感设备，风廓线雷达通过对大气湍流运动的观测提供高时间分辨率的大气垂直廓线信息。不少研究已证明了风廓线探测数据的准确性和可靠性，如 等 利用单点风廓线雷达与探空资料风场进行对比发现二者的差异较小，风速误差小于 ；吴蕾等 通过对风廓线与多普勒雷达风矢产品对比，表明了风廓线雷达在测风应用上更具有优势；等 利用风廓线雷达资料同 再分析资料对比，显示了它在天气分析中的可行性；周芯玉等 通过多个例和统计研究表明，风廓线雷达对水平风速的垂直结构探测能力较强，能较好地反映华南地区与暴雨有关的高、低空急流变化特征。此外，风廓线雷达资料通过循环同化过程进入数值预报系统，也被用于改进华南区域模式预报 。以上研究表明了风廓线探测数据的可靠性。本研究充分应用风廓线雷达高频探测的优势，对区域模式逐时风场开展检验，以评估区域数值模式对低空风场的预报性能。资料和方法 每天 ：（世界时，下同）和 ：更新一次，预报时效为 ，时间分辨率为 ，空间分辨率为 。本研究针对 年月 年 月 ：起报的未来 内萝岗站上空各气压层上的逐时水平风进行检验。实况风场使用萝岗站风廓线雷达逐时探测数据，垂直探测范围为 ，分辨率在 以下为 ，以上为 。为对比不同天气下模式的预报性能，根据萝岗站日降水量将样本分为无降水、一般降水（日降水量为 以下）和强降水（日降水量为 及以上）。取 预报场上各气压层同萝岗站最近的网格点上纬向风（）、经向风（）作为模式预报水平风。结果与分析 年 月 年 月，风廓线雷达共有 探测数据，其中包括 无降水日、一般降水日和 强降水日。图 显示了不同气压层上风廓线水平风场获取率（实际获取的有效数据量与应获取的数据总量之比），可见水平风场获取率从低层到高层逐渐减小，在 及以下可达 以上，在 及以上的高度风速获取率明显减小，其中无降水样本获取率不足 ，因此本研究主要针对有效数据量较多的 至 共个气压层上的水平风场进行检验。统计可知，个样本平均 、绝对误差为 ，在 和 全风速平均相对误差分别为 和 ，模式预报风速偏强；其余各层全风速相对误差均为负，平均约 ，模式预报偏弱。图 不同气压层上风廓线雷达资料的水平风场获取率图 为风廓线与模式 、在强降水、一般降水和无降水天气下的散点图，横、纵坐标分别对应风廓线雷达探测（、）和模式预报（、）。由图 可见，在不同天气下多数散点呈现沿对角线分布的棒槌形，预报与实况风较为接近，但仍有部分散点不在上述主要分布区域内。在一般降水天气下，误差较大的散点主要出现在对角线左侧的第一象限，表明模式对西风预报偏强；在强降水和无降水天气下，误差较大的散点在对角线两侧均有分布，西风预报偏强和偏弱的情况均会出现。对 ，各类天气下误差较大的散点多出现在对角线右侧，说明较大误差来源于模式对于南风预报偏弱，北风预报偏强，或将南风预报为北风。图 强降水（、）、一般降水（、）和无降水（、）天气下风廓线风和 风散点分布（单位：）为考察不同气压层高度上误差分布情况，本研究给出各层 、相对误差散点图（图 ），由图 可见，不同天气下，整体而言对流层中高层 风相对误差分布范围大于对流层低层。强降水天气下各层相对误差分布范围最小，集中在 之间，无降水天气下相对误差分布范围最广，相对误差大于 和小于 的散点明显增加。对于 而言，各类天气下高低层相对误广东气象第 卷 差分布范围差异不大，多集中在 之间。对比而言，对流层低层 相对误差分布范围明显大于 。图 不同天气时不同气压高度上 、相对误差散点分布、强降水；、一般降水；、无降水在各层的平均绝对误差、相对误差、相关系数和均方根误差如图 所示，由图 可以看出，强降水天气下预报误差最大，平均绝对误差达 ，相关系数最小，平均约 ，特别是在对流层低层相关系数不到 ，平均均方根误差达 ，各层均有不同程度的相对偏差量。无降水天气下模拟误差也较大，平均绝对误差 ，平均均方根误差达 。一般降水天气下误差最小，平均绝对误差约 ；各层相关系数可达 及以上，平均约 ，均方根误差除 较大以外，其余各层均最小，平均约 。对比各层来看，强降水天气下对流层低层相对误差平均为负偏差量，说明西风预报偏强，在对流层中层为正偏差量，说明西风预报偏弱。相关系数主要呈现出从对流层低层到高层逐渐增加的趋势，但均方根误差也趋于增加，说明高层风场误差离散度更大，但系统性误差比低层更稳定。图 不同天气时各气压层风廓线和 的绝对误差（）、相对误差（）、相关系数（）和均方根误差（）同样呈现强降水天气下预报误差最大的特征，平均绝对误差达到 ，相关系数各层差异不大，平均约 ，平均均方根误差 。一般降水条件下预报误差相对较大，平均绝对误差达到 ，平均相关系数 ，平均均方根误差 。无降水天气下 风预报误差最小，平均绝对误差 ，平均相关系数约 ，平均均方根误差 。对比各层来看，在强降水天气下平均相对误差为负，说明南风预报偏弱北风预报偏强，在无降水天气和一般降水天气下对流层中低层相对误差主要为正，南风预报偏强（图 ）。第 期龚月婷等：年 模式萝岗站水平风场检验评估图 不同天气时各气压层风廓线和 的绝对误差（）、相对误差（）、相关系数（）和均方根误差（）随着预报时效的增加，、各层预报误差呈增加趋势（图）。在对流层低层 、上、在预报时效 预报误差约 ，自 开始预报误差明显增加，在预报时效 的夜间段预报误差达到最大约 。和 在预报时效 预报误差较小，维持在 左右，自 之后预报误差略有增加至 左右。对流层高层 的预报误差随预报时效的增加变化幅度小于中低层，绝对误差维持在 左右。图 各气压层 （）、（）绝对误差随时间的演变 结论以萝岗风廓线雷达探测资料为代表，对 模式预报的水平风场进行检验分析，得到以下结论：）内逐时纬向、径向风的预报平均绝对误差约 。在 预报全风速相对实况偏弱；和 预报全风速相对实况偏强。）不同天气下分类检验评估显示，在一般降水天气下纬向风预报误差最小，在无降水天气下经向风预报误差最小，在强降水天气下纬向和经向风预报误差均最大。）在强降水天气下，模式对于对流层低层西风预报偏强，南风预报偏弱。在无降水天气下，模式对于对流层中低层西风预报偏弱，南风预报偏强。）预报误差随预报时效的增加而增加，在对流层中低层预报时效自 开始预报误差明显增加，在预报时效 的夜间时段预报误差达到最大约 。参考文献：林晓霞，冯业荣，陈子通，等 华南区域高分辨率数值模式前汛期预报初步评估 热带气象学报，（）：张华龙，涂静，黄晓莹 年广东后汛期主客观预报检验评估 广东气象，（）：涂静，黄晓莹，张华龙 年度气温和降水预报时空检验 广东气象，（）：吴俞，冯箫，李勋，等 模式对 年海南岛暖季非台风降水预报的时空检验 热带气象学报，（）：陈锦鹏，冯业荣，蒙伟光，等 基于卷积神经网络的逐时降水预报订正方法研究 气象，（）：，（）：，：，（下转第 页）广东气象第 卷 ）列为省级以上挂牌督办整改单位未完成隐患整改的，提高两个等级；市级挂牌督办未完成整改的，提高 个等级。评价结果根据上述方法，对佛山市 个重点单位进行风险评价，其中红色级别 个、橙色级别 个、黄色级别 个、蓝色级别 个、白色级别 个，评价结果比较符合实际。结论）影响气象灾害防御重点单位风险等级的因素较多，且难以数量化，采用风险矩阵法，将定性分析与定量分析相结合，提升了重点单位风险的科学性，通过对佛山市 个重点单位风险评价应用，发现此方法简单易用，且能较好地反映现实情况。）根据气象灾害防御重点单位风险等级划分结果，可实现对气象灾害防御重点单位的差异化管控和精细化递进式气象服务。）在对事故发生可能性评价中的危险性区域评分时，仅考虑了台风、暴雨和雷电等灾害，结合气象灾害风险普查结果，考虑更多种类的气象灾害，将进一步提高事故发生可能性分析的精准性和气象灾害防御重点单位风险等级评价的有效性。参考文献：广东省人民政府 广东省气象灾害防御重点单位气象安全管理办法 广东省人民政府令 号，朱启超，匡兴华，沈永平 风险矩阵方法与应用述评 中国工程科学，（）：俞素平 基于风险矩阵法的公路高边坡风险评估 长春工程学院学报（自然科学版），（）：殷中强，韩跃 风险矩阵法在金融产品洗钱风险评估中的应用 山东财经大学学报，（）：闫世春，王晓平，安莹，等 风险矩阵法在传染病类突发公共卫生事件风险评估中的应用 中国公共卫生管理，（）：何朋，张凤苛，陈姿霖 基于 序值法与风险矩阵法的矿山开采安全风险评估 工业安全与环保，（）：，刘志雄，刘敏 基于风险矩阵法的湖北省柑橘冻害风险区划 华中农业大学学报，（）：广东省市场监督管理局 气象灾害防御 第 部分：风险区划：广州，罗多 基于风险矩阵的 在矿山排土场安全评价中的应用 矿山机械，（）：国务院第 次常务会议 生产安全事故报告和调查处理条例：中华人民共和国国务院令第 号 北京，檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰 （上接第 页），（）：吴蕾，陈洪滨，康雪 风廓线雷达与 波段雷达探空测风对比分析 气象科技，（）：，?，（）：周芯玉，廖菲，孙广凤 萝岗两次暴雨期间风廓线雷达观测的低空风场特征 高原气象，（）：周芯玉，廖菲，胡东明 利用风廓线雷达对广东前汛期短时强降水类暴雨过程低空风场特征的研究 热带气象学报，（）：邓华，廖菲，张旭斌，等 风廓线雷达资料对华南区域模式预报的影响 应用气象学报，（）：张旭斌，万齐林，薛纪善，等 风廓线雷达资料质量控制及其同化应用 气象学报，（）：第 期杨晓雁等：气象灾害防御重点单位风险分级方法与应用