陳思蓉，周秀華，陸虹，何慧根

（1.廣西區(qū)氣候中心，廣西南寧 530022；2.重慶市氣候中心重慶 401147）

月動力延伸預測產(chǎn)品DERF2.0對廣西氣溫和降水的預測評估

陳思蓉1，周秀華1，陸虹1，何慧根2

（1.廣西區(qū)氣候中心，廣西南寧 530022；2.重慶市氣候中心重慶 401147）

基于國家氣候中心第二代月動力延伸預測模式業(yè)務系統(tǒng)（DERF2.0）開展的1983～2015年的回報試驗結(jié)果和廣西87個臺站氣象資料，利用距平相關系數(shù)ACC、距平符號一致率R和短期氣候預測業(yè)務趨勢異常綜合評分（Ps）等3種方法，綜合評估了DERF2.0系統(tǒng)對廣西的氣溫和降水的預測性能。結(jié)果表明：DERF2.0模式對廣西月氣溫的總體預測效果優(yōu)于降水，氣溫與降水的預測效果有明顯的月季變化，氣溫和降水在夏季的總體預報效果不好，但對降水異常的把握程度較高。DERF2.0對廣西發(fā)生在1994、1996、1998、2005年6、7月的典型洪澇個例有一定的預測能力，影響模式6、7月降水預報誤差的原因可能是模式對中高緯度阻塞系統(tǒng)預報偏差，模式仍有很大的改進空間。

DERF2.0；氣候預測；性能評估

隨著計算機技術的發(fā)展，短期氣候預測逐漸從早期統(tǒng)計氣候方法向數(shù)值模式預測方向轉(zhuǎn)變，氣象模式預測的精度與準確率也得到提高。但是，模式預測不可避免地存在預報誤差，需要對數(shù)值預報產(chǎn)品進行檢驗，分析數(shù)值預報產(chǎn)品的預報能力，以及數(shù)值預報各要素的可用預報時效，為改進數(shù)值預報產(chǎn)品的預報能力做必要的準備［1－3］。

為了考察DERF2.0模式對廣西月平均氣溫和月降水趨勢的預測能力，本文基于DERF2.0模式1983～2015年回報試驗結(jié)果，綜合評估DERF2.0對

廣西氣溫和降水預測的性能，為改進模式預報性能，后期開展模式產(chǎn)品業(yè)務化應用提供科研基礎。

1 資料及方法

1.1 資料

本文所用資料主要包括：（1）從廣西92個站中挑選出資料相對完整的87個氣象站1983～2015年逐月平均氣溫和逐月降水量資料。（2）DERF2.0進行的1983～2015年逐月地面氣溫和降水的回報結(jié)果。格點插值到站點的方法采用的是雙線性插值法。多年平均采用1983～2010年共28a平均。（3）NCEP／NCAR全球再分析逐月平均500hPa位勢高度場資料（2.5°×2.5°經(jīng)緯格距）。

1.2 模式產(chǎn)品評估方法簡介

DERF2.0模式提供從候、旬、月時間尺度及全球、北半球、東北半球、東亞地區(qū)、中國等不同空間尺度的模式預測數(shù)據(jù)產(chǎn)品和圖形產(chǎn)品［4］。出于業(yè)務需求考慮，本文使用每月21日起報資料，預報下個月。選用距平相關系數(shù)ACC［5］、距平符號一致率R［5］和短期氣候預測業(yè)務分級檢驗Ps［6］評分等3種方法對預報回報試驗結(jié)果進行定量評估。

距平相關系數(shù)ACC，主要反映的是預報值與實況值的相似程度，是世界氣象組織（WMO）于1996年11月在意大利召開的第11屆工作會議上確定并建議使用的指標?！熬盼濉逼陂g我國短期氣候預測系統(tǒng)的評估就以此作為評估參數(shù)之一［7］。距平相關系數(shù)公式如下：

式中N為評分的氣象站總站數(shù)，和分別為預測的距平值及其所有臺站的平均值，和分別為觀測的距平值及其所有臺站的平均值。

距平（距平百分率）符號一致率簡稱同號率，以百分率的形式表現(xiàn)預報與實況的相似程度，是過去我國長期天氣預報中用來檢驗的一種有效方法，是指預測值與實況值距平符號相同，或是有一個距平為0的氣象站站數(shù)與評分的氣象站總站數(shù)的百分比。

式中，N為評分的氣象站總站數(shù)，Nt為預測與實況距平（距平百分率）符號相同或兩者中有一個距平為0的氣象站站數(shù)。

趨勢異常綜合評分（Ps）主要分別考慮預報的趨勢項、異常項和漏報項。根據(jù)中國氣象局2013年9月起執(zhí)行的業(yè)務預測評分標準，趨勢是以預報和實況的距平符號是否一致為判斷依據(jù)，采用逐站進行評判。當預測（A）和實況距平（距平百分率，B）符號一致時認為該站預測正確。

異常是以考察預報對一級異常（50%＞X≥20%，－20%≥X＞－50%；2℃＞X≥1℃，－1℃≥X＞－2℃）和二級異常（≥50%，≤－50%；≥2℃，≤－2℃）的預報能力。采用逐站、逐級進行評判。

評分步驟如下：

（1）逐站判定預報的趨勢是否正確，統(tǒng)計出趨勢預測正確的總站數(shù)N0；

（2）逐站判定一級異常預報是否正確，統(tǒng)計出一級異常預測正確的總站數(shù)N1；

（3）逐站判定二級異常預報是否正確，統(tǒng)計出二級異常預測正確的總站數(shù)N2；

（4）沒有預報二級異常而實況出現(xiàn)降水距平百分率≥100%或等于－100%、氣溫距平≥3℃或≤－3℃的站數(shù)（稱為漏報站，記為M）；

（5）統(tǒng)計實際參加評估的站數(shù)N，即規(guī)定參加考核站數(shù)減去實況缺測的站數(shù)；

使用公式

a、b和c分別為氣候趨勢項、一級異常項和二級異常項的權(quán)重系數(shù)，本辦法分別取a＝2，b＝2，c＝4。

2 結(jié)果分析

2.1 距平相關系數(shù)ACC評估

距平相關系數(shù)ACC是短期氣候預測中最常用的檢驗方法之一，反映模式總體預測能力。

表1是DERF2.0回報的1983～2015年逐月氣溫和降水的平均ACC評分，由各月平均評分可見，DERF2.0回報的氣溫ACC評分普遍較高，月平均氣溫ACC為0.26。ACC評分除夏季的6、7、8月和10月分值較低外，其余各月均達到了0.1以上，春季3個月的評分較高，均超過0.5，2月達到0.63。

降水的ACC評分較氣溫略低，月平均ACC評分為0.11，降水預報ACC評分較好的月份在秋冬季，11、12和1月評分較高，1月達到0.31，汛期的預報ACC評分偏低。

表1 DERF2.0回報1983～2015年月平均距平相關系數(shù)ACC

2.2 距平符號一致率R評估

實際業(yè)務預測中距平相關系數(shù)都不容易很高。上世紀80～90年代我國汛期預測業(yè)務降水的ACC平均值為0.1［8－10］，DERF2.0模式的預測較過去的氣候業(yè)務評分相比有所提高，氣溫提高的較明顯。

同號率R反映的是一定范圍內(nèi)預測值與實況值距平（距平百分率）符號一致的站點數(shù)占總站點數(shù)的比例，也是以往模式檢驗常用方法之一。當同號率大于50%，降水的主要趨勢被反映出來時，在考慮強度預測才有意義［7］。從DERF2.0回報來看，1982～2015年各月氣溫同號率平均值為57.6%，較好的月份在1～4月和11月，一致率均超過60%，而6、7月比較差，低于50%。各月降水的同號率平均值在52%左右，各月的值均在60%以下，7月的同號率值最低，僅有42.2%。

2.3 趨勢異常綜合評分（Ps）

從趨勢異常綜合評分（Ps）能反映模式對極端異常預報的把握程度來看1982～2015年DERF2.0回報的月氣溫Ps評分平均為65.9分，氣溫預報Ps評分較高的月份在1～4月和11月，均高于70分，較差在7月，評分均低于60分。降水的Ps評分則比較好，基本保持在80分以上，平均達87.7分。其中前汛期4～6月的評分最高，各月評分均高于90分，7月、12月的評分則相對較低。表明DERF2.0回報試驗對降水異常的把握程度較高。

2.4 典型洪澇事件分析

6月和7月是廣西的降水高峰月，90年代以來，廣西幾次重大洪澇災害過程均發(fā)生在6月和7月［12－13］。如1994年7月、1996年7月、1998年6月和2005年6月的西江大洪水，均造成了廣西歷史上影響嚴重的洪澇災害［13－14］。對上述幾次嚴重洪澇事件進行回報檢驗和評估，考察DERF2.0對極端氣候事件的預測能力。

從幾次重大洪澇災害事件發(fā)生月份的同號率及Ps評分來，模式對1994年7月和1996年7月的降水回報效果較差，同號率不到20%，Ps評分較低。從模式回報與實況的月降水距平百分率比較來看（圖略）兩個月的預報與實況趨勢基本相反。但1998年6月和2005年6月的模式回報效果較好，降水同號率達到84.2%和92.2%。Ps評分達到100分，表明模式不僅預報出了降水偏多的趨勢，對降水異常的量級也把握準確。

為了考察模式預報誤差形成的可能原因，我們比較了幾次洪澇事件發(fā)生月份的預測與實況環(huán)流場特征。7月降水偏多的氣候場特征（圖略）表現(xiàn)為南海至華南上空呈負距平，有利于西南系統(tǒng)加強，歐亞中高緯經(jīng)向度大，貝湖附近呈明顯正距平，有利冷空氣南下，并在華南地區(qū)與西南暖濕氣流交匯形成降水［16－17］。在1994年7月的500hPa高度和距平實況場上（圖1b，見彩頁），歐亞中高緯呈二脊一槽，貝湖阻高偏強，副高偏北偏東，華南地區(qū)上空呈負距平，這是廣西7月典型澇年環(huán)流形勢，但在預報場上（圖1a，見彩頁），中高緯環(huán)流平直，槽脊不明顯，冷空氣勢力弱。1996年7月500hPa實況與預報場也體現(xiàn)了這一差異特征（圖1c、d，見彩頁）。從兩次過程的回報與實況場比較來看，模式在低緯熱帶地區(qū)的預報效果較好，能很好的反映了副高及低緯度系統(tǒng)的特征，但對中高緯預測的高度場偏低，對烏拉爾山阻高及鄂霍次克海高壓的預測較實況偏強，對貝加爾湖阻高的預測偏弱。

廣西6月降水偏多的500hPa氣候場特征表現(xiàn)為副高脊線位置偏南，烏拉爾山阻高偏強（圖略）。從1998年6月和2005年6月兩次過程的月500hPa模式回報與實況場比較來看（圖略），模式預報中高緯環(huán)流預測仍較為平直，但副高的脊線位置偏南、烏拉爾山阻高強度偏強的特征均預測準確，所以針對1998和2005年6月兩次重大洪澇事件的降水預報效果較好。

中高緯環(huán)流場預報效果的好壞，直接影響到廣西6、7月降水的預測準確性。從幾次洪澇事件發(fā)生月份的預報與實況環(huán)流場特征比較的結(jié)果看來，模式對于烏拉爾山及貝加爾湖阻高預報存在偏差，可能是造成廣西6、7月模式降水預測效果較差的原因之一。

3 小結(jié)

（1）用3種方法綜合評估DERF2.0在1983～2015年的回報試驗結(jié)果對廣西的氣溫和降水的預測性能，其中DERF2.0對廣西月氣溫、降水預測的距平相關系數(shù)ACC平均分別達到0.26和0.11，但氣溫預測總體高于降水；對廣西月氣溫、降水預測的距平符號一致率平均都高于50%，且氣溫預測也高于降水；對廣西月氣溫、降水預測的趨勢異常綜合評分平均分別是65.9和87.7，月降水異常預報能力高于氣溫。

（2）對典型洪澇事件年份位勢高度場的分析，模式在低緯熱帶地區(qū)的預報效果較好，在中高緯高度場的預測能力較弱。模式對中高緯度阻塞系統(tǒng)存在預報偏差可能是導致6、7月模式降水預測評分偏低的原因之一。

（3）總體上看，DERF2.0對廣西的月氣溫和降水有較好的預測能力，但對部分月份，尤其是對廣西降水高峰月的預報能力偏弱，必然會影響模式產(chǎn)品在業(yè)務上的應用。后期需開展針對廣西區(qū)域的模式訂正方法研究，提高模式在廣西的預測能力。

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Temperature and precipitation evaluation of monthly Dynamic extended range forecast Operational system DERF2.0 in Guangxi

Chen Si-rong,Zhou Xiu-hua,He Hui-gen
(1.Guangxi Climate Centre,Nanning Guangxi 530022;2.Chongqing Municipal Climate Centre, Chongqing 401147)

Based on the hindcast data from 1983 to 2015supplied by the National Climate Center second-generation monthly Dynamic Range Forecast operational system(DERF2.0)and the data of 87 meteorological stations of Guangxi,temperature and precipitation performance were evaluated and analyzed by using the anomaly coefficient(ACC),anomaly sign consistency rate(R)and short-term climate predication operational grading evaluation scores(Ps).The results show indicated that compared with temperature,the precipitation prediction performance of DERF2.0 was relatively poor.Both of their predictions have obvious monthly changes.The overall forecast of temperature and precipitation in summer are not good,but performance good in the precipitation anomaly.DERF2.0 has certain ability in predicting the typical flood of Guangxi in 1994,1996,1998,1996 in June and July,while precipitation forecast error may be caused by the deviation of block system in high latitudes,so the mode still gets a lot to improve.

DERF2.0;climate forecast;performance evaluation

P46

A

1673-8411（2016）03-0016-04

2016-07-25

廣西自然科學基金項目（2013GXNSFBA019219）國家氣候中心公益性行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY201306021）

陳思蓉（1982－），女，廣西容縣人，碩士，工程師，主要從事短期氣候預測及氣候變化研究。