择优法降水集合预报试验的研究
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但在 如何 选 择对 降 水具 有 明确 指示 意义 的择 优标
段 明铿等［ ９ ］ 通过使用气候等概率 区间来对集合成
员进行分组 ，并根据气候等概率区间的大小及其
中的成员数确定权重系数 ，得 出一种改进 的集合 平均预报方法。艾说 秀等［】 加提出用历史 回报的
力 ，甚至产生误导［ 。王晨稀等［６研究也表明 ， 勺 】
报方法 ，对降水预报有所改进 。陈力强等 提出 ］
收稿 日期 ：２ ０．９１；修订 日期 ：２ １—４１ ０ ９０ ４ ０ ００ —６
Байду номын сангаас
基金项目：浙江省 自然科学基金项 目 “ 多参数化方案集合预报应用研究” （ ０ ２６）资助 Ｙ５５ ８ 通讯作者 ：郝世峰，男，河北省人 ，高级工程师，硕士 ，主要从事数值预报的研究。Ｅｍａｌ ｈｆｎｈ ｏ ａｏ ． ｍｌ － ｉ ｉ ｇａ＠ｙｈ ｏ ｏ ｃ ：ｓ ｅ ｃ ｎ
文章编号 ：１０ ．９ ５２ １ ）３０ ３ ・９ ４４ ６ （０ ０ —３ ６０ ０ １
择优 法降水集合预报试 验的研 究
郝世峰 ，潘劲松 ，李冲 ２ ，崔晓鹏 。
（ ．浙江 省气 象 台 ，浙 江 杭 州 ３ ０ １ ；２ １ １０ ７ ．汾 阳市气 象局 ，山西 汾 阳 ０２ ０ ； ３２ ０ ３ ．中 国科 学 院大 气物 理研 究所 ／ 降水 物理 与 强风暴 实验 室 ，北京 １０２ ） 云 ０ ９ ０
集合平均 明显 降低 了对极 端天气事件 的预报能
１ 引
言
力 ，对暴雨等天气有很高的漏报率。
一
近 ｌ年来集合预报技术取得 了重大进展 ，得 ５ 到广泛的应用 。集合预报从开始仅考虑初值的不 确定性 ，发展为同时考虑多模式和多物理过程不 确定性的集合预报 ，发展了多模式多分析的集合 预报技术 ，并应用到各种尺度的数值预报中。短 期集合 预报始于Ｂ ｏｋ等【的研究工作 ， ０ ２ ｒｏ ｓ ］ ２０ 年４ 月Ｎ Ｅ 短期集合预报系统开始对外发布产品。 ＣＰ 近年来 ，短期集合预报在我国也得到不断发
个好的集合预报系统 ，从统计意义上来
说 ，各成员应该遵循Ｔ ｌ ｒ ｄ ａ ｇａ 分布［ｃ但对某一 ａ ｎ ５ ］
次天气事件来讲 ，集合预报系统各个成员的预报
能力是有优劣之分的，甚至有较大差异 ，某一个 或几个成员的预报结果可能与实况较接近 ，而其 余的预报成员相对较差。集合平均预报从统计意
平均预报是降水定量预报 的主要产品，集合平均 法可把可能影响到预报结果的随机信息过滤掉。
集合平均预报通常 比单个预报 、甚至 比用更高分
辨率模式所产生的单个预报要准确［。但在大气 ４ ］ 不稳定 、出现分叉或处于多平衡态的情况下 ，集 合平均法所秉承的平均意义上的预报往往无能为
有聚集法 ，瑞典气象局使用神经元法 ，法 国气象 局使用位移和最大相关距离对预报成员划分等方 法 。在中国，周兵等［通过对神经元网络法和穷 ］ 人集合法的比较认为 ，二者 的预报能力可互相补 充 ，并基于国内外业务特点提出了多模式集合预
算时间 ，提高集合预报时效 ，具有 一定 的业务应用价值 。 关 键 词 ：天气预报 ；集合预报 ；择优法 ；集合平均法
文献标识码：Ａ Ｄ ｉ ０３ ６／ｉ ｎ１０ ．９ ５ ０ １ ３０ ６ ｏ ：１ ． ９ ．ｓ．０４４ ６ ． １． ． ９ ｊｓ ２ ０ ０
中图分 类号：Ｐ ５ ． ４ ６７
摘
要 ：基于集合平均预报方法的基础上，提出了择优法降水集合预报方法，以多物理过程集合预报系统
为例 ， 对该方法进行阐述和试验 。 利用集合预报系统各成员过去 ２ ４ｈ预报的 ５ ０ Ｐ 和 ７ ０ｈ ａ温度差（ ０ ７ ） ０ ａ ｈ ０ Ｐ ｏ０ ＿０
与实况温度差 的相关 系数作为集合预报成员 的筛选因子 ， 选择相关系数较 大的成员作为集合成员进行降水集合 预报试 验。 初步试 验结 果表明 ， 择优法 降水集合预报要略优于集合平均法的预报 ， ４ 降水集合预报有所改善。 ２ ｈ 择优法降水集合 预报 简单 易行 ， 在计算资源有限的情 况下 ， 可优先计算择优 的成员 ，因此比集合平均法节约计
第 ２ 卷 第 ３期 ７
２１ ０ １年 ０ 月 ６
热
带
气
象
学
报
、０ ． ７ ， ２ ．Ｎｏ ３ １ ．
Ｊｎ ２ １ ｕ 一 ０ｌ
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＴＲ０ＰＩ ０Ｆ ＣＡＬ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ Ｍ
郝世峰，潘劲松，李冲，等．择优法降水集合预报试验的研究［ ｌ Ｊ 热带气象学报 ，２ １ ，２ （）３ ６３４ 】 ０ ７３：３ －４ １
义上来讲是 比较稳定 的预报解 ，但不一定是最好
的预报结果 ，特别是对极端天气事件的预报能力 相对较差。在某一次天气事件 中如何识别各集合 成员的预报能力 ，提取有效信息改进集合预报水
平 是非 常重 要 的 问题 。 目前 国 际上较 常用 的方 法
展和应用［ 】 在短期集合预报产品中， ２。 降水集合
３期
郝世 峰等 ：择优法降水集合 预报试验的研究
３７ ３
用 “ 两步法”来确定各成员的权重系数 ，进 而对 集合成员进行平均 ，使降水预报能力有所改善 。
集合平均法 的结果将 与实况偏离较远。无论实况
是在 ａ 还是 ｂ附近 ，如果只选择它们附近的几个
预报成员做集合 ，均会取得较好 的预报结果 。那 么该如何判断一个集合预报系统中哪几个预报成 员可能与实况更 为接近呢？钟科等［］ １在利用奇 ３ 异 向量法构建初始场扰动做 １ ２ 的短期集合预 ｄ 报时发现 ，当把所有成员都进行集合时 ，由于各 成员间预报的 “ ”、 “ 正 负”效果相抵 消，所 以 集合平均的结果并不理想。通过理论推导和实际 计算证明了对集合成员进行优化的必要性 ，提 出 了做集合预报时 ，将集合成员分成预报离差大和 小的两组集合 ，选择有可能预报好的一组做集合 而舍掉另一组。 这与 图 ｌ 所阐述 的思想是一致的，
段 明铿等［ ９ ］ 通过使用气候等概率 区间来对集合成
员进行分组 ，并根据气候等概率区间的大小及其
中的成员数确定权重系数 ，得 出一种改进 的集合 平均预报方法。艾说 秀等［】 加提出用历史 回报的
力 ，甚至产生误导［ 。王晨稀等［６研究也表明 ， 勺 】
报方法 ，对降水预报有所改进 。陈力强等 提出 ］
收稿 日期 ：２ ０．９１；修订 日期 ：２ １—４１ ０ ９０ ４ ０ ００ —６
Байду номын сангаас
基金项目：浙江省 自然科学基金项 目 “ 多参数化方案集合预报应用研究” （ ０ ２６）资助 Ｙ５５ ８ 通讯作者 ：郝世峰，男，河北省人 ，高级工程师，硕士 ，主要从事数值预报的研究。Ｅｍａｌ ｈｆｎｈ ｏ ａｏ ． ｍｌ － ｉ ｉ ｇａ＠ｙｈ ｏ ｏ ｃ ：ｓ ｅ ｃ ｎ
文章编号 ：１０ ．９ ５２ １ ）３０ ３ ・９ ４４ ６ （０ ０ —３ ６０ ０ １
择优 法降水集合预报试 验的研 究
郝世峰 ，潘劲松 ，李冲 ２ ，崔晓鹏 。
（ ．浙江 省气 象 台 ，浙 江 杭 州 ３ ０ １ ；２ １ １０ ７ ．汾 阳市气 象局 ，山西 汾 阳 ０２ ０ ； ３２ ０ ３ ．中 国科 学 院大 气物 理研 究所 ／ 降水 物理 与 强风暴 实验 室 ，北京 １０２ ） 云 ０ ９ ０
集合平均 明显 降低 了对极 端天气事件 的预报能
１ 引
言
力 ，对暴雨等天气有很高的漏报率。
一
近 ｌ年来集合预报技术取得 了重大进展 ，得 ５ 到广泛的应用 。集合预报从开始仅考虑初值的不 确定性 ，发展为同时考虑多模式和多物理过程不 确定性的集合预报 ，发展了多模式多分析的集合 预报技术 ，并应用到各种尺度的数值预报中。短 期集合 预报始于Ｂ ｏｋ等【的研究工作 ， ０ ２ ｒｏ ｓ ］ ２０ 年４ 月Ｎ Ｅ 短期集合预报系统开始对外发布产品。 ＣＰ 近年来 ，短期集合预报在我国也得到不断发
个好的集合预报系统 ，从统计意义上来
说 ，各成员应该遵循Ｔ ｌ ｒ ｄ ａ ｇａ 分布［ｃ但对某一 ａ ｎ ５ ］
次天气事件来讲 ，集合预报系统各个成员的预报
能力是有优劣之分的，甚至有较大差异 ，某一个 或几个成员的预报结果可能与实况较接近 ，而其 余的预报成员相对较差。集合平均预报从统计意
平均预报是降水定量预报 的主要产品，集合平均 法可把可能影响到预报结果的随机信息过滤掉。
集合平均预报通常 比单个预报 、甚至 比用更高分
辨率模式所产生的单个预报要准确［。但在大气 ４ ］ 不稳定 、出现分叉或处于多平衡态的情况下 ，集 合平均法所秉承的平均意义上的预报往往无能为
有聚集法 ，瑞典气象局使用神经元法 ，法 国气象 局使用位移和最大相关距离对预报成员划分等方 法 。在中国，周兵等［通过对神经元网络法和穷 ］ 人集合法的比较认为 ，二者 的预报能力可互相补 充 ，并基于国内外业务特点提出了多模式集合预
算时间 ，提高集合预报时效 ，具有 一定 的业务应用价值 。 关 键 词 ：天气预报 ；集合预报 ；择优法 ；集合平均法
文献标识码：Ａ Ｄ ｉ ０３ ６／ｉ ｎ１０ ．９ ５ ０ １ ３０ ６ ｏ ：１ ． ９ ．ｓ．０４４ ６ ． １． ． ９ ｊｓ ２ ０ ０
中图分 类号：Ｐ ５ ． ４ ６７
摘
要 ：基于集合平均预报方法的基础上，提出了择优法降水集合预报方法，以多物理过程集合预报系统
为例 ， 对该方法进行阐述和试验 。 利用集合预报系统各成员过去 ２ ４ｈ预报的 ５ ０ Ｐ 和 ７ ０ｈ ａ温度差（ ０ ７ ） ０ ａ ｈ ０ Ｐ ｏ０ ＿０
与实况温度差 的相关 系数作为集合预报成员 的筛选因子 ， 选择相关系数较 大的成员作为集合成员进行降水集合 预报试 验。 初步试 验结 果表明 ， 择优法 降水集合预报要略优于集合平均法的预报 ， ４ 降水集合预报有所改善。 ２ ｈ 择优法降水集合 预报 简单 易行 ， 在计算资源有限的情 况下 ， 可优先计算择优 的成员 ，因此比集合平均法节约计
第 ２ 卷 第 ３期 ７
２１ ０ １年 ０ 月 ６
热
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学
报
、０ ． ７ ， ２ ．Ｎｏ ３ １ ．
Ｊｎ ２ １ ｕ 一 ０ｌ
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＴＲ０ＰＩ ０Ｆ ＣＡＬ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ Ｍ
郝世峰，潘劲松，李冲，等．择优法降水集合预报试验的研究［ ｌ Ｊ 热带气象学报 ，２ １ ，２ （）３ ６３４ 】 ０ ７３：３ －４ １
义上来讲是 比较稳定 的预报解 ，但不一定是最好
的预报结果 ，特别是对极端天气事件的预报能力 相对较差。在某一次天气事件 中如何识别各集合 成员的预报能力 ，提取有效信息改进集合预报水
平 是非 常重 要 的 问题 。 目前 国 际上较 常用 的方 法
展和应用［ 】 在短期集合预报产品中， ２。 降水集合
３期
郝世 峰等 ：择优法降水集合 预报试验的研究
３７ ３
用 “ 两步法”来确定各成员的权重系数 ，进 而对 集合成员进行平均 ，使降水预报能力有所改善 。
集合平均法 的结果将 与实况偏离较远。无论实况
是在 ａ 还是 ｂ附近 ，如果只选择它们附近的几个
预报成员做集合 ，均会取得较好 的预报结果 。那 么该如何判断一个集合预报系统中哪几个预报成 员可能与实况更 为接近呢？钟科等［］ １在利用奇 ３ 异 向量法构建初始场扰动做 １ ２ 的短期集合预 ｄ 报时发现 ，当把所有成员都进行集合时 ，由于各 成员间预报的 “ ”、 “ 正 负”效果相抵 消，所 以 集合平均的结果并不理想。通过理论推导和实际 计算证明了对集合成员进行优化的必要性 ，提 出 了做集合预报时 ，将集合成员分成预报离差大和 小的两组集合 ，选择有可能预报好的一组做集合 而舍掉另一组。 这与 图 ｌ 所阐述 的思想是一致的，