数值预报产品检验和评估

数值预报产品检验和评估
总结归纳近年来煤炭地区集合预报模式检验中出现的新方法，结果表明：可靠性图能展现概率预报系统性能，概率分布包含了概率预报系统所能提供的所有信息，对概率预报持怀疑态度的人认为，预报员可能通过夸大预报的不确定性来掩盖预报不准的事实。

通过分析预报概率的“可靠性”等方式，可以检验出预报员所作概率预报的不足之处。

标签：集合预报;概率预报;确定性预报;检验方法
1 前言
集合数值预报是估计数值预报中不确定性的一种方法，将单一确定性预报转变为概率预报。

集合预报的关键在于如何刻画和表征初值不确定性、模式本身不确定性和边界条件不确定性，由此衍生出不同的集合预报技术。

近几年来，集合预报系统建设日趋成熟，相关研究成果也为集合预报的理解和应用提供了更为充实的依据，集合应用工作开始全面展开。

目前，在国外各主要业务预报中心所采用的数值预报产品中，集合预报产品已经成为最重要的组成部分，同时也是提高预报技巧最有效的途径之一。

面对众多的集合预报模式，预报员如何在有限的时间内对集合产品进行分析应用，综合集成多个集合成员的优势，得到适合本区域的最优确定性预报，是实际业务中需要深入探讨的问题。

2 可靠性图
2.1 可靠性和锐度
可靠性（Reliability）是用来衡量预报概率和实况观测频率的匹配程度。

如果预报概率与事件发生频率一致，绘图点将分布在45°对角线上，这表明概率预报系统的结果是可信的。

另外，以气候概率的平均作为预报容易产生极高的可靠性，而在实际中又缺乏实用性。

理论上，我们希望概率预报系统在保持较高可靠性水平的条件下，尽可能给出偏离气候平均而趋近0%或100%的概率预报。

预报概率偏离气候平均的性质被称为锐（Sharpness）。

在预报概率与事件发生频率一致且锐度良好的情况下，预报概率群趋近于0%或100%而偏离气候频率（50%）;锐度欠佳的情况下，预报概率群趋近于气候频率。

实际上，在可预报性较低的情况下，虽然概率预报有时能表现出较高的可靠性，但预报概率群往往分布在气候平均附近。

2.2 过分乐观和过分保守的概率预报
大多数概率预报系统趋于给出较为平缓的预报概率分布，这说明，对低频（高频）事件，系统给出了过低（高）的发生概率，因此，此类系统的表现是过分乐观的;相反，如果系统趋于给出较为陡峭的预报概率分布，则此类概率预报是过分保守的，对低频（高频）事件，系统高（低）估了其发生概率。

3 煤矿机电设备故障检测技术应用
3.1 检测技术在电动机中的应用
煤矿机电设备中，矿用高压异步电动机在煤矿生产过程中发挥重要作用，可以不断提升煤矿开采的工作效率，一旦这一部位出现故障会直接影响煤矿的正常运行和导致严重的经济损失。

振动、扫膛、损坏、轴承过热是矿用高压异步电动机故障的主要表现，而其检测随着信号处理技术和人工智能技术的不断发展而提升，主要包括三种技术检测，电流高次谐波检测，能够避免高低压影响，对检测人员的要求也比较高，需具备较高的专业检测知识，能应对较为复杂的操作步骤;磁通检测和局部放电检测是针对高压电器故障而采用的有效和准确检测技术，两者分别对弱信号和低电压电机设备故障的检测效果不佳。

3.2 检测技术在矿井提升机中的应用
作为煤矿开采中煤炭运输主要设备的矿井提升机，其主要工作包括人员升降、运煤矸石运输及材料下放三个方面，是影响煤矿生产效率的直接因素，矿井提升机表现的故障包括软、硬故障两种，前者是指工况参数，一旦这些控制参数发生变化，则会使提升机的运行工作发生偏差，所以需要在科学分析和合理处理后进行有效控制，而硬故障一般是软故障未合理有效处理后的结果，体现为工况参数远远超出运行的正常水平，所以对矿井提升机的故障检测需明确软障碍情况，以降低硬故障的发生频率，从而保证矿井提升机的正常工作。

3.3 检测技术在采煤机中的应用
矿井环境恶劣，在其中长期工作的采煤机容易发生故障，故障原因主要包括采煤机使用不合标准以及检修不及时不到位，再加上我国采煤机设备发展时相对较短、技术薄弱，在煤矿运行过程中，采煤机故障普遍存在，在具体检测中，首先需确定和记录采煤机在正常运行过程中的工况参数数据;其次，以数据为依据定位采煤机会发生故障的位置，以及分析故障发生时间;第三，工作人员故障发生前，对确定故障位置进行检查，发现不正常情况时及时维修，从而实现采煤机维修效率和煤矿生产效率的提高。

4 结束语
可靠性图能展现概率预报系统性能，概率分布包含了概率预报系统所能提供的所有信息，对概率预报持怀疑态度的人认为，预报员可能通过夸大预报的不确定性来掩盖预报不准的事实。

通过分析预报概率的“可靠性”等方式，可以检验出预报员所作概率预报的不足之处。

排序直方图，是一种检验集合预报系统离散度的有效方法。

一般对于理想的集合预报系统，验证值往往位于经过排序后的两个毗邻集合成员之间，有时也存在验证值位于集合预报值域之外的情况。

参考文献：
[1]赵振宇，陶倩，高越，等.数值预报产品误差检验订正研究[J].环球人文地理，2016（22）.
[2]曲巧娜，盛春巖.山东省2016年夏季（2016年6-8月）数值预报产品检验[J].山东气象，2016，36（3）：73-76.
[3]吴哲红，彭波，符凤平，等.一种气温的数值预报权重误差订正释用方法[J].贵州气象，2016，40（4）：11-15.。