强度尺度方法在模式定量降水预报检验中的应用

引 言
定 量降 水预报 检验 是数值 天 气预 报检 验最具 挑 战性 的任 务 之 一 。降 水 在 时 空 分 布 中 表 现 出高
有其 不 同的物 理过 程 ， 具有 不 同 的可预报 性 ， 只有对 不 同的空 间尺 度进 行 评估 检 验 ， 才能 更 加 深 入 地 了 解模 式对 这些 不 同物理过 程 的模拟 能力 。 国外 学者 在 这方 面 已经 开 展 了一 系 列 工 作 。Ｂｉｇ ｒ ｓ等 … ｇ 于 １９ ９ ７年 发展 出一种 基 于小 波 的多 尺 度检 验 技术 ， 该 技 术被应 用 于位势 高 度 场 的检 验 ， 未能 扩 展 到 降 但 水 预报场 ， 方法采 用 二 维 离 散 小 波变 换 对 预 报 和 该 观 测高度 场进行 分 解 ， 算 不 同 空 间 尺度 上 的 均方 计 根 误差及 相关 系数 ， 以评 估 预 报 场 与观 测 场 之 间 用 的误 差 。Ｃ ｓｔ等¨ ａａｉ 于 ２ ０ ０ ４年 发 展 出 一种 基 于二 维 离散小 波变 换 的尺 度 分解 技 术 ， 应 用 于 临 近 降 并 水 预报检 验 。Ｃ ｓｔ等 ３于 ２ ０ ａａ ｉ １ ３ ０ ７年 又将 该 小 波 分 解 检验技 术用 于不 同空 间尺度 的概率 预 报检验 。孔 荣 等 将强 度尺 度检验 技术 应用 于 “ 界气 象 组织 世 天 气研 究 计 划—— 北 京 奥 运 会 预报 示 范 项 目” ４ 中
Ｓ Ｅ Ｓ Ｃ Ｒ Ｓ 的 １ｈ定 量 降水 预报 检 验 ， 究 降 Ｔ Ｐ ，Ａ Ｄ ） 研 水 预报技 巧与 降水 时空尺 度 与强度 之 问的关 系 。 目
报降水 场 的固有 属 性 。例 如 ， 方 根 和相 关 系 数 等 均 检验 指标对 降水 的非 连 续 性 和 噪音 就非 常 敏 感 ， 并 且 无法 反映 降水在 不 同空 间尺度 上 的预报 特性 。 因
以及 预 报 降 水 与观 测 的 偏 差 情 况 。
关 键 词 ：小 波 ； 度 分 解 ； 方 差 ； 验 尺 均 检 中 图分 类 号 ：Ｐ ５ ４６ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ３— １ ８ ２ １ ） １ ０ ０ — ７ １７ ７ ４ （０ ２ ０ — ０ １ ０
验 中 。结 果 表 明 ， 强度 尺度 检 验 技 术 可 以提 供 一 种 从 不 同 降 水 率 闽值 和 空 间尺 度 对 模 式 定 量 降 水 预 报 进 行 评 估 的 方 案 。该 方 法首 先 对预 报 场 和 观 测场 进 行 降 水 率 闽 值 获 得 二进 制 误 差 场 ， 通 过 二 维 离 散 Ｈ ａ 波 对 二进 制 误 并 ａｒ小
个 临 近 预 报 参 加 系 统 （ Ｊ Ｎ ， Ｒ Ｐ Ｓ— Ｓ Ｆ ＢＡ Ｃ Ｇ Ａ Ｅ ＷＩＴ，
度 的非连续 性 以及 嘈杂 性 ， 些 特 征 使 得定 量 降水 这
预报 检验技 术研 究成 为 国内外数 值预 报技 术研究 领 域 的一大难 点 。 总体 上 ， 去几 十 年检 验 技 术 的研 究 和 应用 主 过 要集 中于针 对预 报和 观测数 据 的几个 统计 评分 指标 的计算 ， 这些 方法 也被称 之 为传统 检验 技术 ， 传统 的 定量 降水预 报检验 方法 主要 包括 连续 性检 验方法 以 及 确定 性检 验方法 。其 中最 常用 的连 续性 检 验
究 和实验 。本 文将 介绍 Ｃ ｓｔ等提 出 的强度 尺 度空 ａａ ｉ
间 检验技 术 ， 空 间尺度分 解 的角度 人手 ， 从 将此 种方
方法包 括均 方根误 差 以及 相 关 系数 ； 确定 性 检 验 方 法主 要包括 Ｔ Ｓ评分 、 Ｔ Ｅ Ｓ评 分 、 报 率 、 报 率 、 空 漏 击 中率 等 。天 气 要 素 预报 总 是 在 一 定 空 间 范 围 内进行 的 ， 些要 素 场 往往 具 备 一 定 的 空 间特 征 属 这 性 。传统 的基 于点对 点 的检 验技 术通 常很 难解 释预
差 场 进行 各个 空 间尺 度 的分 解 ， 而 评 估 模 式 在 各 个 降水 率 闯 值 和 空 间 尺 度 上 的 均 方 差 和 预 报 技 巧 。 通 过 计 算 各 从 空 间 尺度 二进 制误 差场 的 均 方 差 百分 比 和 能 量 平 方 偏 差 ， 分 析 不 同的 降 水 特 征 尺 度 误 差 对 总 体 误 差 的 贡 献 情 况 可
第 ３ ５卷
第 １期
气 象 与 环 境 科 学
Ｍ ｅｅ ｒｌ ｇｃ ｌａ ｖｒ ｎ ｎｔｌＳ ｉｎ ｅ ｔｏ ｏｏ ｉａ ｎｄ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ａ ｃｅ ｃ ｓ
Ｖ０ ． ＮＯ． １ ３５ １
２１ ０ ２年 ２月
Ｆｅ ２ ２ ｂ． Ｏ１
强 度 尺 度 方 法 在 模 式 定 量 降 水 预 报 检 验 中 的 应 用
徐 同 ，戴建 华 ，李 佳 ，王 晓峰 ，陈葆德
（ ． 海 台风 研 究 所 ，上 海 ２ ０ ３ ； ． 海 中心 气 象 台 ，上 海 ２ ０ ３ ） １上 ０００ ２ 上 ０ ０ ０
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摘 要 ：介 绍 了 Ｃ ｓｔ 于 ２ ０ ａａｉ ０ ４年 提 出的 强 度 尺 度 检 验 技 术 ， 将 该 方 法 应 用 到 上 海 区域 中尺 度 模 式 的 预 报 检 并
此如何 对不 同空 间尺度 的预 报技 巧进行 评估 是一 个 值 得思 考和 研究 的问题 。不 同空 间尺度 的降水事 件
收 稿 日期 ：０ ｌ一 ７—２ ； 订 日期 ：０ １—１ ２ ２１ ０ １修 ２１ ０— ８
前 国 内对 于强 度尺 度检验 技术 在模 式定 量降水 预报
中 的 应 用 研 究 还 比 较 少 见 ， 此 有 必 要 对 其 开 展 研 因