ECMWF集合预报在安徽大别山区降水预报中的检验

收稿日期：2017-10-19；定稿日期：2018-10-18资助项目：国家自然科学基金(91637211、4162010009);安徽省气象局2016年硕博士工作启动经费项目（RC201617）第一作者：武英娇，主要从事天气预报及气候诊断分析研究。

E-mail:wyj8642135@引言随着集合预报技术的发展，越来越多的集合预报产品在业务或科研中得到应用，有效地改善了降水预报效果[1-4]。

欧洲中期天气预报中心（ECMWF ，以下简称EC ）的集合预报系统在实际业务中应用广泛，且具有很高的参考价值，Roberto Buizza 等[5]对比了EC 、美国国家环境预报中心（以下简称NCEP ）和加拿大气象中心（以下简称MSC ）的集合预报结果，指出EC 的综合预报系统整体性能最好；张宏芳等[6]对比了EC 和日本高分辨率模式的降水预报能力，研究结果表明EC 对降水的预报优于日本模式，尤其是对晴雨和暴雨的预报能力。

EC 集合预报系统在科研中也获得了更多认可[7-9]，张华龙等[10]利用EC 的降水集合预报历史资武英娇,杨浩,钱仙桃,等.ECMWF 集合预报在安徽大别山区降水预报中的检验[J].暴雨灾害,2019,38(1):66-71WU Yingjiao,YANG Hao,QIAN Xiantao，et al.Verification of ECMWF ensemble prediction in precipitation forecast of Ta-pieh Mountains area in Anhui Province [J].Torrential Rain and Disasters,2019,38(1):66-71ECMWF 集合预报在安徽大别山区降水预报中的检验武英娇1,杨浩2,钱仙桃1,曹晋娟1,李冰1（1.安徽省六安市气象局，六安237000；2.中国气象局武汉暴雨研究所，武汉430000）摘要：利用2015年6月1日至8月31日ECMWF 集合预报系统（EPS ）51个成员的降水预报结果，基于安徽省大别山区12个代表站点1～3d 的逐12h 降水观测资料，采用TS 评分、箱须图、泰勒图等方法，研究ECMWF 集合预报降水结果在安徽省大别山区降水分级预报中的应用效果。

主要结论如下：ECMWF 集合降水预报中，08时起报的24h 降水量和20时起报的48h 降水量可参考性较大；降水分级检验中，晴雨预报正确率在70%以上，小雨和中雨的空报率较高，对大雨以上量级的预报能力相对较差；大型降水过程中，暴雨以上量级的预报需关注不同预报时效下降水量预报的变化趋势，个别成员对极端降水的表现也值得关注。

关键词：集合预报；大别山；预报检验中图法分类号:P435文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1004-9045.2019.01.008Verification of ECMWF ensemble prediction in precipitation forecast ofTa-pieh Mountains area in Anhui ProvinceWU Yingjiao 1,YANG Hao 2,QIAN Xiantao 1,CAO Jinjuan 1,LI Bing 1（1.Liuan Meteorological Bureau of Anhui Province ，Liuan 237000；2.Institute of heavy rain of China MeteorologicalAdministration ，Wuhan 430000）Abstract ：Using the precipitation forecast data of 51members of the ECMWF Ensemble Prediction System (EPS)from June 1to August 31,2015,TS skill score,boxplot and Taylor diagram method are used to research the application effect of precipitation forecast by ECMWF en-semble prediction in the Ta-pieh Mountains area of Anhui Province based on the 1-3days 12h precipitation observation data of 12represen-tative sites in the Ta-pieh Mountains area.The main results are as follows.For the precipitation of ECMWF,the 24h projected precipitation from 08:00and the 48h projected precipitation from 20:00can be used for reference.In the precipitation classification test,the accuracy of rainfall forecast is more than 70%.There are high miss forecasts for light and moderate rain.The forecast ability of the magnitude of heavy rain is relatively poor.During the large-scale precipitation events,the trend of the forecast precipitation in different forecast times should be paid attention when forecasting the magnitude of precipitation above the heavy rain.Meanwhile,the performance of the individual members for extreme precipitation should be worthy of attention.Key words ：ensemble prediction;Ta-pieh Mountains;forecast verification第1期武英娇，等：ECMWF集合预报在安徽大别山区降水预报中的检验料，对广东省86个地面气象站的集合统计量产品进行分级统计检验，发现对于东部和西南部沿海地区的站点降水，集合预报能显著改善确定性预报对暴雨的预报效果；李俊等[11]选取湖南4个典型山洪个例，分析嵌套模式不同分辨率的预报效果，并采用多物理过程组合的集合预报方法，研究区域集合数值预报技术在山洪预报中的应用。

大别山位于安徽、湖北、河南三省交界处，山脉整体呈西北—东南走向，具有典型的山地气候和森林小气候特征，其降水预报，尤其是夏季暴雨、短时强降水等灾害性天气的预报一直是当前气象学者亟待解决的难题[12]。

地形对天气系统的演变以及强降水过程的重要影响是大家公认的，如李子良[13]利用中尺度数值模式研究发现，地形降水是水汽、气流和地形相互作用而形成，并不只是简单的上坡降水,还有背风回流和背风波降水机制；赵玉春等[14]通过对梅雨锋暴雨影响的个例研究，指出大别山的地形坡度最有利于降水的加强和低涡的维持；苗春生等[15]通过对梅雨期间江淮低涡暴雨过程的多年统计分析，对比诊断与模拟研究绕行大别山南北两侧时低涡暴雨的不同发生机制。

集合预报在区域性降水预报中的研究[16]也是学者们关注的重点，赵琳娜等[17]研究了多模式概率预报降水面向流域的评估方法；潘留杰等[18]对比了EC和NCEP两个EPS在秦岭及周边地区的降水预报性能。

大别山区的暴雨发生频率高、强度大，易引发山洪、泥石流等次生灾害，因而在日常业务预报中，准确地预报暴雨（或短时强降水）的发生时间和强度显得特别重要。

本文主要利用2015年夏季（6—8月）安徽省大别山区1～3d的集合预报降水结果和降水观测资料，采用基于降水等级划分的确定性TS评分等方法对该区域的12h降水预报效果进行评估，重点检验集合预报在12h、24h、48h及72h降水预报中的应用效果，为以后大别山区的降水量预报，尤其是12h内暴雨预报提供定量化的参考依据。

1资料与方法1.1研究区域本文研究区域为安徽省境内的大别山区(115°—117°E,30°—32°N)，山区海拔高度一般在500～800m，山地主要部分海拔在1500m左右。

研究区域及区域内的12个观测站点的空间分布及地形状况如图1所示。

1.2研究资料本文所用观测资料为质控后的2015年6月1日08时9月1日08时每12h（08—20时，20—08时）累计降雨量。

EC集合预报系统包含51个成员，空间分辨率为1°×1°，本文使用的模式降水预报时段为2015年6月1日—8月30日，起报时间为每日08时和20时（北京时），预报间隔为12h。

1.3研究方法为研究模式对大别山区不同站点降水量的预报效果，本文采用双线性插值法将EC格点预报结果插值到研究区域内的12个站点上，并在与观测进行区域对比时将12个站点数据平均，检验方法采用基于降水等级划分的确定性预报结果的TS评分及表现预报结果离散度的百分位数法。

TS评分的计算公式为：TS=NANA+NB+NC´100%（1）晴雨预报的正确率PC的计算公式为：PC=NA+NDNA+NB+NC+ND´100%（2）预报偏差B的计算公式为：B=NA+NBNA+NC´100%（3）式中NA为降水预报正确站（次）数、NB为空报站（次）数、NC为漏报站（次）数、ND为预报无降水正确站（次）数。

TS和PC值越大表示预报效果越好。

预报偏差B的值等于1时表示该降水量级的预报无偏差，大于1时表示存在空报，小于1时表示存在漏报，B值越接近1表示预报效果越好。

2结果分析根据国家气象中心业务常用的12h降水等级划分标准，将降水划分为晴雨、小雨、中雨和大雨四个等级，晴雨预报仅针对有降水和无降水两种类别进行检验。

本文主要针对1～3d的12h降水量预报结果进行检验，以下预报时效均只代表逐12h的累计降水量。

图1研究区域地形图及区域内的12个观测站点分布Fig.1The topographic map of12stations used in the research area.32°0′N31°30′N32°0′N30°30′N30°0′N115°30′E116°30′E高：1748低：-60(m)67暴雨灾害第38卷2.1相关性及误差EC 集合预报系统对大别山区1～3d 降水的逐12h 预报与观测的相关系数均在0.6～0.9之间（图2），08时起报的24h 时段降水与观测的相关系数最高，达0.86,48h 和72h 的相关系数为0.62；而同一时刻的20时起报的48h 降水与观测的相关系数达0.82，而24h 和60h 的相关系数仅为0.6。