乌鲁木齐机场中尺度模式降水预报质量评估

文章编号：2095－6835（2017）20－0045－04
乌鲁木齐机场中尺度模式降水预报质量评估
朱雯娜
（民航新疆空管局气象中心，新疆乌鲁木齐830016）
摘要：使用常规地面观测资料检测乌鲁木齐机场中尺度模式（WRF模式、MM5模式）预报的新疆16个机场的24h降水质量。

结果表明，2个模式晴雨（雪）预报正确率PC较好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、东疆测站TS评分普遍偏低，而空报率、漏报率普遍偏高，同时，空报率普遍高于漏报率。

这说明，在地形条件较为复杂和几乎没有降水的测站，有无降水的预报误差比较大，中尺度模式降水的预报能力比较弱。

北疆测站伊宁、乌鲁木齐测站WRF模式漏报率高于MM5模式，而空报率低于MM5模式，漏报率随着月降水量的增加而增加，对夏季对流性降水预报能力比较弱。

南疆阿克苏、喀什测站TS评分偏低，空报率普遍远高于漏报率。

东疆哈密测站空报率、漏报率均偏高。

关键词：WRF模式；MM5模式；晴雨（雪）检验；空报率
中图分类号：P457文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.20.045
新疆地区地形复杂，一直被认为是数值预报难以取得较好效果的地区之一。

新疆气象台对T213数值模式、GRAPES 区域数值模式降水预报产品在新疆区域进行检验分析，发现新疆地区T213数值模式降水的晴雨TS评分和空、漏报率均存在明显的时空分布差异，空报率和漏报率都很高，整体预报效果不好；而对于GRAPES区域模式的降水落区位置和落区面积预报准确率，北疆高于南疆，降水中心强度预报易偏强，随预报时效延长其准确率呈降低趋势[1-4]。

乌鲁木齐机场于2009年建立了中尺度数值预报试验项目，利用WRF和MM5这2种中尺度数值模式分别构建了2套中尺度预报业务试验系统。

为了更加深入地了解中尺度数值模式降水预报产品对新疆地区的预报性能，同时，也为模式改进提供一些有益的信息，本文根据中国气象局制定的《中短期天气预报质量检验办法》中的降水客观评分方法对晴雨（雪）预报进行客观分析、检验，分析晴雨（雪）预报正确率PC、TS评分、空报率和漏报率的特征及其原因。

1中尺度数值模式的配置情况
WRF和MM5模式均采用三重嵌套模式，以乌鲁木齐机场（44N，87E）为中心，水平分辨率分别为45km、15km、5km，格点数分别为151×131，166×136，112×112，各区域范围如图1所示，垂直方向有27层（MM5模式垂直方向有23层），时间步长分别为150s、50s、17s，输入GFS全球模式预报场，将起报时间20时、间隔6h的GFS模式预报资料作为模式的初始场和侧边界条件，每隔3h输出一次预报结果，积分到48h结束。

WRF模式微物理过程采用WSM3简单冰方案，长波辐射采用rrtm方案，短波辐射采用dudhia方案，近地面层采用Monin-Obukhov方案，陆面过程采用适量扩散方案，边界层采用YSU方案，积云参数化采用浅对流Kain-Fritsch（new Eta）方案（d03区不采用积云参数化方案）。

图1模式嵌套区域示意图
MM5模式显式水汽方案选用混合相方案，辐射采用云辐射方案（d02与d03区不采用辐射方案），边界层采用MRF PBL方案，积云参数化采用Grell方案（d03区不采用积云参数化方案）。

2降水预报质量评估
2.1资料选取
本文对中尺度模式在2009-01-19—2013-03-13之间的降
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水预报能力进行统计检验，因为新疆区域除了乌鲁木齐机场外都是供航观测，即观测资料不是连续的，同时，乌鲁木齐机场的日降水量是00时至00时，与地面测站不同，所以，全部选取新疆区域内有机场的地面测站资料来检验，包括布尔津、阿勒泰、塔城、博乐、克拉玛依、伊宁、新源、乌鲁木齐、吐鲁番、阿克苏、库车、库尔勒、喀什、和田、且末和哈密共16个地面测站的降水量作为检验对象。

用当日20时起报的d02区降水预报中12～36h 的累计24h 降水量与相应时段的实况降水量相对应。

2.2检验方法
本文运用最短距离插值方法将中尺度模式降水预报格点资料插值到所选站点，根据中国气象局制定的《中短期天气预报质量检验办法》中的降水客观评分方法进行晴雨（雪）检验，预报正确率PC ，TS 评分、空报率FAR 、漏报率PO 检验。

预报正确率为：
%.
ND
N N N ND
N PC 100C B A A ⨯++++=
（1）
式（1）中：NA 为有降水预报正确站（次）数；NB 为空报站（次）数；NC 为漏报站（次）数；ND 为无降水预报正确的站（次）数。

TS 评分为：%.
NC NB NA NA k
k k k
k 100TS ⨯++=
（2）
漏报率为：
100%.
⨯+=
k
k k
k NC NA NC PO （3）
空报率为：
100%.
⨯+=
k
k k
k NB NA NB F AR （4）
式（2）（3）（4）中：NA k 为预报正确站（次）数；NB k 为空报站（次）数；NC k 为漏报站（次）数。

2.3中尺度模式降水检验分析
总体而言，16个测站晴雨（雪）检验预报正确率PC 较好，WRF 模式均大于85，MM5模式均大于80，2个模式都有较好的预报能力。

除了伊宁测站，其余测站WRF 模式结果均略好于MM5模式。

但是，16个测站的TS 评分存在明显的差异，北疆测站普遍好于南疆、东疆测站，除了伊宁、阿克苏测站，其余测站WRF 模式结果均略好于MM5模式。

对于北疆测站WRF 模式，除了克拉玛依TS 评分为53外，其余均大于60，而MM5模式除克拉玛依TS 评分为49外，其余均大于55.南疆测站WRF 模式和MM5模式TS 评分均低于60.东疆的吐鲁番WRF 模式TS 评分38，MM5模式TS 评分28，达到最低，如图2（a ）所示。

对于WRF 模式和
MM5模式，除了博乐、吐鲁番外，其余测站空报率均大于漏报率，北疆测站空报率、漏报率普遍低于南疆、东疆测站，如图2（b ）所示。

出现这种情况的主要原因是，在地形条件较为复杂和几乎没有降水的测站，有无降水的预报误差比较大，中尺度模式降水的预报能力比较弱。

（a ）16个测站预报正确率PC 、TS 评分
（b ）16个测站预报漏报率PO 、空报率FAR 评分
图216个测站预报情况
下面对这16个测站按月进行降水质量评估，从中选择了比较有代表性的5个站点，其中，北疆为伊宁、乌鲁木齐，南疆为阿克苏、喀什，东疆为哈密。

（a ）伊宁预报正确率PC 和TS 评分
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（b ）乌鲁木齐预报正确率PC 和TS
评分
（c ）伊宁预报漏报率PO 和空报率
FAR
（d ）乌鲁木齐预报漏报率PO 和空报率FAR 图3伊宁、乌鲁木齐的评分、预报情况
伊宁、乌鲁木齐的中尺度模式降水预报晴雨（雪）检验预报正确率PC 均维持较高的水平，振幅在15%左右，而TS 评分有较明显的震荡趋势，如图3所示。

伊宁WRF 模式TS 评分在7月、11月、12月达到极大值88～89，3月、6月、9月达到极小值46～55，而MM5模式TS 评分11月达到极大值90，3月、7月、9月达到极小值55～59.乌鲁木齐WRF 模式TS 评分在9月达到极大值80，7月达到极小值45，MM5模式在1月、4月、11月达到极大值75～77，7月、8月达到极小值54，WRF 模式TS 评分波动幅度均略大于MM5模式。

伊宁WRF 模式在3月
空报率达到极大值38，6月漏报率达到极大值48，而在9月漏报率、空报率均处于较高水平，分别对应TS 评分极小值时期；MM5模式在3月空报率达到极大值
37，7月、9月漏报率达到极大值33～35，分别对应TS 评分极小值时期。

WRF 模式漏报率高于MM5模式，而空报率低于MM5模式，乌鲁木齐WRF 模式和MM5模式漏报率均呈现出春秋季最低、冬季次之、夏季最高的特征，说明漏报率随着月降水量的增加而增加；漏报率和空报率在夏季都维持较高的水平，说明有无降水的预报误差比较大，中尺度模式对夏季对流性降水预报能力比较弱。

（a ）阿克苏预报正确率PC 和TS 评分
（b ）喀什预报正确率PC 和TS 评分
（c ）阿克苏预报漏报率PO 和空报率FAR
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（d）喀什预报漏报率PO和空报率FAR
图4阿克苏、喀什的评分、预报情况
阿克苏、喀什的中尺度模式降水预报晴雨（雪）检验预报正确率PC在75～97之间，WRF模式要普遍好于MM5模式，而TS评分明显偏低，均低于71，如图4所示。

（a）哈密预报正确率PC和TS 评分
（b）哈密预报漏报率PO和空报率FAR
图5哈密的评分、预报情况
阿克苏WRF模式TS评分在5—6月、9—10月维持较高，在57～63之间，8月达到极小值29，MM5模式TS评
分在5—7月期间维持较高，在58～68之间，4月达到极小值14；喀什WRF模式TS评分10月达到极大值71，4月、8月达到极小值33，MM5模式TS评分也在10月达到极大值67，在11月达到极小值29.阿克苏WRF模式漏报率PO 在8月、11—12月达到极大值44～55，喀什WRF模式漏报率在8—9月达到极大值47～63，远高于其他月份，而WRF 模式漏报率普遍高于MM5模式。

阿克苏、喀什2个模式空报率FAR均在1—4月维持较高，而漏报率维持较低，阿克苏空报率FAR超过50，喀什空报率FAR超过40，并且WRF 模式空报率普遍低于MM5模式，空报率普遍远高于漏报率。

哈密中尺度模式降水预报晴雨（雪）检验预报正确率PC维持较高，除了8月份，其他月份均高于90，而TS评分均低于80，如图5所示。

哈密2个模式TS评分均在2月达到极大值，WRF模式在8月、10月达到极小值，MM5模式在9月达到极小值，空报率FAR在4—7月下降，7—12月上升，漏报率PO在3—5月下降，5—9月上升。

哈密降水稀少，2个模式空报率、漏报率均偏高，说明有无降水的预报误差比较大，中尺度模式降水的预报能力比较弱。

3小结
2个模式晴雨（雪）预报正确率PC比较好，WRF模式略好于MM5模式，但是，南疆、东疆测站TS评分普遍偏低，而空报率、漏报率普遍偏高，同时，空报率普遍高于漏报率。

这说明，在地形条件较为复杂和几乎没有降水的测站，有无降水的预报误差比较大，中尺度模式降水的预报能力较弱。

北疆测站伊宁、乌鲁木齐测站WRF模式漏报率高于MM5模式，而空报率低于MM5模式，漏报率随着月降水量的增加而增加，对夏季对流性降水预报能力较弱。

南疆阿克苏、喀什测站TS评分偏低，空报率普遍远高于漏报率。

东疆哈密测站空报率、漏报率均偏高。

参考文献：
［1］霍文，秦贺，杨莲梅.新疆T213数值预报降水评价［J］.
沙漠与绿洲气象，2010（3）.
［2］秦贺，霍文.T213降水预报产品在新疆区域的检验分析——晴雨检验［J］.沙漠与绿洲气象，2009（6）.［3］秦贺，赵克明，汤浩，等.新疆中强天气过程GRAPES 区域模式降水预报检验［J］.沙漠与绿洲气象，2010（6）.［4］窦新英，孙贵成.MM5模式对乌鲁木齐地区冬、春季降水预报能力检验［J］.新疆气象，2001（6）.————————
作者简介：朱雯娜（1983—），女，主要从事航空气象方面的工作。

〔编辑：白洁〕
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