一种由单值预报生成定量降水概率预报的方法及初步应用_刘莹

中国 气 象 局 公 共 气 象 服务 中心 , 北 京 成都信息工程学院 , 成都 。 。。
。 。
提
要
利用
年
月
日至
年
月
日淮河流域
个 站的降水观测及 同时段美 国
集合预 报模式 回算 的
降水量集合平均预报资料 , 建 立条 件亚正态分布函数 的概率预报 模型并 得到集成预 报 。 针对淮 河流 域子流 域的试验 结 果表明 新方法生 成的集成 预报的均方 根误差在所有 子流域 和各个季节 的误 差都有 显著降低 , 其 中蚌 埠至洪泽 湖流域 均方根误差 降低 了 。 个子流域通过该模型得到的集 成预报 的 技巧评分在 年都具有一定预报价值 。 在淮河上游大坡岭至息县流域 , 当实际 日面雨量 闭值为 。 出现不 同程度 的低报 但当实际 日面雨量阂值 为
估计 条 由于 、 ,
件 亚正 态分 布为
下 ,实 际观 测 出现各种 情 况 的可 能性 , 即实 际观测 出
现各 种情 况 的概率 。
的联 合分 布为 二元 标 准 正态 , 则 条 一 叫 。
具体 的做法 是采 用 方法 。用 二元联 合分 布 函数 预报 和相 应 的降 水 观 测 , 单 值预 报的 预报 面 雨 量 出现 的条件 分布 函数 报 的降 水预 报
气
象
第
卷
,
, , ,
,
一
,
,
一
,
二元 随机 变量 的联合 分 布来实 现对 单个 预报 的概率
引
言
降水 预 报在 及 时 、 准 确 的洪 水预 警 和 防灾 减 灾
化 , 这样 做的好 处是 在概 率化 的过 程 中 , 考虑 了历史
资料 的 应用 ,不 但 实现 了对数 值预 报进行 订正 , 而且 还将 数值 预报 的不 确 定 性 进行 了量 化 , 使 预 报 包含 的不 确定 性信 息更加 完整 。例 如
水 文预报 的基础 , 将 有 一 定技 巧 的单值 降水 预 报 生
成包 含 不 同可能 性 的 概率 预 报 产 品 , 同 时降 低 其 预
报偏 差 , 产生 使 降水 预报更加 有技 巧 的产 品 , 对于 在
防汛抗 旱和 水资 源管 理决 策 中服 务不 同需求 的用 户
是 非 常有意 义 的 。 集 成 预 报 技 术 主 要 是 用 于 处 理 模 式 的 随机 误 差 ,统计 方 法则 可 以用来 消除 系统 性 的误 差 ,如 和 等 就是 这 样 的方法 提 出使 用 , 回归方 程 。但 这 些 方 法 无 法 表 达 预 报 的 不 确 定 性 。
作 为单 值 的确定性 预报 , 为 了叙 述简 便 , 以下 简称这
方 法 简介
流域面 雨量 的计算 方法
对 于 流 域的实 际面雨 量 , 本 文采 用 较 为 常用 的
域 简记 为
,流 域 面 积
,流 域 面 积
,
又 , 流域面 积
洪 泽湖以
, 蚌埠 只 护 “
下 流域 简记为
见图 。
至 洪泽 湖流域 简记 为
布 函数 别 记为 和 必 。
等
所 用到 的
, 妇 表示 单 值 降水 的关系 。为得到在某
, 仁 妇 〕一 了 一 ` 仁 〕 里 丫一 一 一一 万于亩一一一 其 中 ,条 件 平 均 为
一尹 。 得 出在 时的分 位数 将 得到 的
, 户
又,
在给定
的条 件 下 , 实 际 面雨 量 川 , 需 要 计算 单 值 预 的边 际气 候 累积 分
些不 确定 性 ,使 得 数值 预报仍存 在一 定 的误差 杜钧
二元联 合分 布进行 了一 定 的改 进 , 对 改 进 效 果 的检 验则再 一次证 明该 方法 能得 到一个 更有 技巧 的降水
集合预 报 。 在 气象一 水 文 预报 中常 常要 用 到基 于单 个数 值
等 ,
。有 技 巧 的降水数值 预报 是产 生有 技巧 的
泰森多 边形 法进 行计 算 毕 宝贵 等 ,
。
为 了简 单起 见 ,对 应子 流域 的预 报面雨 量 , 则是 个气 象 站点 的 年 降水 月 采 用距 离子 流域 的几 何 中心位置 最近 的模 式格 点 降 水 预报 , 作 为 该子 流 域 面 雨 量 预 报 近 似 值 图 实 际面 雨量 的分月演 变见 图
季 一 月 。
采用 对应子 流域 内
量 由前 一 日
至当 日
,北 京 时 ,下 同 为
。
降水 观 测资料 , 总 的时 间序列 长 度 为 日至 年 月 日 ,共 计
, 雨 量 主要 集 中在 夏
年 。 降水 数值 预
旧 僵 咧 日
。
,
时间 月
图
淮河子流域示意图 三角代表使用到的 几何 中心 的位置 ,
预报计 算 的面 雨 量 ① 预 报 , 虽 然可 以较 为容 易地 得 到一个 确定 性预 报 , 但是 如何 把 预报 的不 确 定 性定 量 、 完 整地 表达 出来 ,在 产 品概率化 的 同时把历 史资 料 的信 息 吸收进 去 , 使得 对 预 报 不确 定 性 的表 达不
但定 量化 , 而且 还具有 一定 的完整 性 , 这 方面 的工作
〕
, 一
第二种情况 当
一
一尸 二
尸 二
一 二 , 但无法 确定 具体 值 , 因此 条件 分 布为
二 夕 。
式中 尸 二为单 值预 报 的 降水 发 生 概率 水 的边 际气 候 累积 分 布 函数
同 , 与 增 的连续 函数 。梁莉 等 文也 采用 分 布对
】 形式相
为单 值预 报有 降水发 生 时的降水 概率分 布 。观测 降 刃与
,
格点资料 , 圆点为子流域
个 子流域 面雨量 分月演变 单位
,
单 值预报 生成概 率预 报的方 法
事件 时 ,对 应 观测 到 的实况 可能会 是一 系列 的数值 。 例如 预报 可 能是 些值 会 是 〔 ,
年。
降 水 , 实况 可 能会 出现 , 也 有 可 能是
,也
正 如引言所 述 , 由于预报 是有 不确定 性的 , 因此
件 分 布 函数 。 进而 得 到 在 预报 某 事 件发 生 的情况
一尸 毛 , 镇 尔森 相关 系数 。 在 给定确 定性 预 报
, 其中 一 一
,
,是 皮
条件下 ,利用条件分
布 函数 由于
川
估 计观测
的累积分布情 况 。
一 进 行 正 态 分 位 数 变 换 后 的值 无 法 确 定 , 。时 , 进 行分 位 数 变 换 后值
第
卷第
年
期
月
气
象
刘莹 , 赵琳 娜 , 段青云 , 等
一 种由单值预报生成定量降水概率预报的方法及初 步应用 气象 ,
一
一 种 由单值 预 报 生成 定 量 降水概 率预 报 的方 法 及 初 步应 用 `
刘
四
莹 ` 赵琳 娜 ,
巩远发
省 气 象 台 ,成 都
段青云
董航 宇
梁
莉
中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室 , 北京 北京师范大学 , 北京
,分
一
一
条件 方差为
的条 件 下 ,
和 降 水 观测
变换 到原
丫 一 尹犷 , , 的空间
由于
和
都 是离 散一 连 续型 的 随机 变量 , 单值 定义为
,
一 尸二, 沈 一
夕, 二
`
「动
。〕
预报 的降水 预报 的边 际气 候累积 分布
一
。 `
一 '
一 `
一
抓 万了犷 ,
时 ,变换后 二 镇 】镇
加 气
` , 介 于长 江 、黄 河 之 间 ,
组成 的集合 预报 系统 , 资 料从 本文具 体使 用该 回算 资料 的 种资料 为 单值 预 报 。
开始 回算 至今 , 。 降 水 量集 合平 均
为东亚 季风 区 , 是我 国南北 气 候 的过渡 地带 , 旱涝 灾
害频 繁 。该 流域 天气 气候 变化 复 杂 , 兼 具南北 特 点 ,
中 图分 类号
文献 标 识码
一
一
一
, ,` , `
,
,
,
,
,
王 ,
公益性行业 气象 科研专项
一年 月 日收 稿 年 月
和
日收 修 定 稿
共同资助 · 。
第 一 作 者 刘 莹 ,从 事定 量 降 水 和水 文 气 象 研 究 通 信 作 者 赵 琳娜 , 主要 从 事 数 值 预报 及 其 相 关应 用 的关 键 技 术 研 究
报 资料取 自美 国 国家 大 气 管 理 局 地 球 系统 实 验 室
研 究 流域 概况 和 资 料
来自 淮河 流 域 地 处 我 国 东 部 , 位 于
厂 、 ` 一 “
,
,
的
全球 预报 系统
的 回算 资 个集 合 成员
`一
料 每
②。 该 回算 系统 是 由 输 出一 次 , 模 式水 平 分 辨率 为
希 望 对水 文预 报 的 不 确定 性进 行定 量 估 计 。 因此 ,
运用 二元联 合分 布法将 单值 降水 数值 预报转
化 成 了一系 列有意 义 的降 水概 率 预 报 , 并 在 这些 概 率 预报 的基础 上生 成 了集 合预 报 , 为 水 文 集 合 预报
降水 预报 的不 确定性 对 于水文 预报 不确定 性有非 常
表 明该 集 成 预 报 能 较 好 地 预 报 出小 量 级 的 面 雨 量 , 而 对