唐延婧,夏曉玲,雷坤江
(貴州省氣象服務(wù)中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)
霧是由懸浮近地面空氣中微小水滴或冰晶組成的天氣現(xiàn)象,是近地面層空氣中水汽凝結(jié)(或凝華)的產(chǎn)物[1]。其首要危害是對(duì)交通運(yùn)輸?shù)挠绊懀河捎谀芤姸鹊蜆O易造成交通事故,阻礙交通,對(duì)國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。霧的分布有明顯的地域性及季節(jié)性特點(diǎn),其生消變化可以是一個(gè)較為迅速的過程,有時(shí)甚至幾分鐘內(nèi)能見度就有可能急劇下降[2-5]。因此對(duì)濃霧等低能見度天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)已經(jīng)成為當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)的重要課題[6]。
數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品是天氣預(yù)報(bào)分析業(yè)務(wù)中最主要的參考資料,目前主流的數(shù)值模式有ECMWF、NCEP、GRAPS、華東區(qū)域數(shù)值模式等等……數(shù)值模式的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率直接影響天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率,進(jìn)而影響氣象服務(wù)的質(zhì)量和效果。近年來,國(guó)內(nèi)外對(duì)一維的局地模式[6-8]和三維的數(shù)值預(yù)報(bào)模式[9-10]進(jìn)行了有益的嘗試,輸出了客觀的確定性能見度產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外在關(guān)注模式發(fā)展的同時(shí)也注重模式預(yù)報(bào)性能的分析[11-14]。針對(duì)能見度數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的預(yù)報(bào)性能方面的研究,杜鈞等就霧的集合預(yù)報(bào)檢驗(yàn)[15]、黃彬等對(duì)海霧的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法[16]進(jìn)行了探討與總結(jié),謝超等運(yùn)用TS檢驗(yàn)探討了華南低能見度天氣的客觀預(yù)報(bào)[17]。以上研究都為能見度的客觀模式產(chǎn)品檢驗(yàn)提供了很多可借鑒的方法與經(jīng)驗(yàn)。但霧在山區(qū)有多發(fā)性和地域性的特點(diǎn),針對(duì)山區(qū)復(fù)雜地形下的低能見度天氣,開展客觀數(shù)值模式預(yù)報(bào)性能研究,仍有實(shí)際的研究?jī)r(jià)值。
貴州省地形復(fù)雜,水網(wǎng)交縱,地理環(huán)境的復(fù)雜使得霧的分布有明顯的地域性特點(diǎn),在低海拔的貴州省東部及近水體的部分地區(qū),以輻射霧居多;貴州省中西部云貴高原斜坡地帶的較高海拔地區(qū),冬半年經(jīng)常受到地域性天氣系統(tǒng)——滇黔靜止鋒影響,鋒后大片區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)鋒面霧;此外由于地形原因,部分高山地區(qū)如六盤水市的梅花山等,常年都有地形霧出現(xiàn)。貴州山區(qū)的低能見度天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)難度更大[5],且貴州省氣象業(yè)務(wù)中對(duì)客觀精細(xì)化能見度預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用較少,原因一是長(zhǎng)期以來能見度的客觀精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品較少;二是能見度數(shù)值預(yù)報(bào)在貴州省山區(qū)復(fù)雜地形和氣象條件下的預(yù)報(bào)性能的研究較少。近年來,ECMWF全球模式和在貴州省推廣應(yīng)用的華南區(qū)域模式等都有相應(yīng)的客觀精細(xì)化能見度預(yù)報(bào)產(chǎn)品覆蓋貴州山區(qū)范圍,為其在復(fù)雜地形的預(yù)報(bào)性能分析及釋用研究提供了可能。此外近年來推行的能見度自動(dòng)觀測(cè),較之前的人工觀測(cè)頻次更高,觀測(cè)結(jié)果更為客觀,彌補(bǔ)了以往純?nèi)斯けO(jiān)測(cè)的時(shí)次少、數(shù)據(jù)不連續(xù)等不足,促進(jìn)客觀精細(xì)化能見度預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)更為精細(xì)和全面。
本文以2016年10月—2017年2月秋冬季貴州省區(qū)域性連續(xù)低能見度天氣過程作為檢驗(yàn)對(duì)象,開展ECMWF全球數(shù)值模式和華南中尺度數(shù)值模式兩種客觀能見度預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)貴州山區(qū)典型低能見度天氣過程的預(yù)報(bào)性能研究,并為客觀精細(xì)化能見度產(chǎn)品在貴州山區(qū)等復(fù)雜地形區(qū)域的釋用奠定基礎(chǔ)。
貴州省2014年開始逐步推行氣象自動(dòng)化觀測(cè),到2016年全省縣級(jí)以上氣象站點(diǎn)中,有78個(gè)站采用能見度儀自動(dòng)觀測(cè),6個(gè)站仍為人工觀測(cè)能見度。2016年10月—2017年2月,貴州省出現(xiàn)了多次區(qū)域性連續(xù)低能見度天氣過程,本次研究選取期間的逐時(shí)能見度自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù),以及6個(gè)人工觀測(cè)站每日(08時(shí)、14時(shí)、20時(shí))3個(gè)時(shí)次的能見度觀測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行區(qū)域性連續(xù)低能見度天氣過程篩選。
本文選取ECMWF(歐洲中心高分辨率全球模式)及華南中尺度模式作為檢驗(yàn)對(duì)象。目前,ECMWF模式代表了天氣預(yù)報(bào)較先進(jìn)的數(shù)值模式水平,是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中參考和應(yīng)用最多的資料。華南中尺度模式是以GRAPES_MESO為核心模塊,開發(fā)建立起來的數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng),預(yù)報(bào)范圍包括了貴州全省。ECMWF模式空間分辨率為1.125°,時(shí)間分辨率為3 h,每日輸出08時(shí)、20時(shí)2次結(jié)果。華南模式空間分辨率為0.09°,時(shí)間分辨率為1 h,每日輸出08、14、20、02時(shí)4次結(jié)果。
與其他氣象要素預(yù)報(bào)不同,能見度預(yù)報(bào)的關(guān)注點(diǎn)主要在低能見度,大范圍的低能見度天氣又是氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)和服務(wù)的重點(diǎn)。如果將大部分能見度較好的天氣也納入能見度數(shù)值模式預(yù)報(bào)檢驗(yàn)范圍,因其樣本量大,數(shù)值區(qū)間大,對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果有較大影響,不能真實(shí)反映低能見度的預(yù)報(bào)能力。因此將檢驗(yàn)時(shí)段集中在秋冬季,該時(shí)段是區(qū)域性低能見度天氣過程的多發(fā)季節(jié),可客觀反映模式能見度要素產(chǎn)品的預(yù)報(bào)能力。
在選取的2016年10月—2017年2月期間,由于逐時(shí)能見度自動(dòng)觀測(cè)資料與之前大部分研究中僅有3個(gè)時(shí)次的人工觀測(cè)資料差別很大[18],需重新定義大范圍低能見度過程。綜合考慮低能見度天氣的嚴(yán)重程度、影響范圍和持續(xù)時(shí)間,重點(diǎn)考慮對(duì)交通出行、生產(chǎn)生活影響較大的<500 m低能見度天氣。本文定義連續(xù)3 h內(nèi)10個(gè)站以上出現(xiàn)能見度<500 m,滿足條件的連續(xù)時(shí)段作為一次區(qū)域性連續(xù)低能見度天氣過程。
貴州鋒面霧和輻射霧的時(shí)空分布、特點(diǎn)、性質(zhì)上都差異很大[19,20],沿用參考文獻(xiàn)[19]中方法:根據(jù)夜間云量進(jìn)行初步判斷,再結(jié)合天氣形勢(shì),對(duì)所篩選出的低能見度過程進(jìn)行輻射霧和鋒面霧的分類。最終在檢驗(yàn)時(shí)段內(nèi)篩選出了21次過程,持續(xù)時(shí)間從3~32 h不等。其中輻射霧9次,鋒面霧11次。
圖1 輻射霧(a)、鋒面霧(b)過程中各等級(jí)能見度站次分布實(shí)況Fig.1 The distribution of different grades in process of radiation fog and frontal fog
考慮到能見度觀測(cè)值區(qū)間大,預(yù)報(bào)難度大,將所篩選的低能見度過程期間所有時(shí)次內(nèi),貴州省縣級(jí)以上氣象站點(diǎn)能見度觀測(cè)站數(shù)據(jù),按照表1劃分為8級(jí),將能見度等級(jí)作為實(shí)況場(chǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)。
表1 能見度等級(jí)劃分Tab.1 Classification of visibility
2.2.1 預(yù)報(bào)場(chǎng)選擇 在預(yù)報(bào)時(shí)效選取上,一般來說短預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)的預(yù)報(bào)效果優(yōu)于長(zhǎng)時(shí)效的;另一方面預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)解析傳輸需要一定時(shí)間,實(shí)際的預(yù)報(bào)分析業(yè)務(wù)需要最少6 h的預(yù)報(bào)時(shí)效,因此起報(bào)場(chǎng)宜選取12~36 h鄰域時(shí)效。選取所篩選出的低能見度過程時(shí)間段內(nèi),ECMWF高分辨率全球模式24 h、36 h等2個(gè)起報(bào)時(shí)次,及華南中尺度模式36 h、30 h、24 h、18 h等4個(gè)起報(bào)時(shí)次的預(yù)報(bào)結(jié)果作為檢驗(yàn)對(duì)象。
2.2.2 預(yù)報(bào)值處理 實(shí)況場(chǎng)為站點(diǎn)數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)預(yù)報(bào)場(chǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)采取插值、鄰域兩種方式進(jìn)行實(shí)況點(diǎn)上的預(yù)報(bào)值提取。插值采用反距離加權(quán)方法,根據(jù)實(shí)況點(diǎn)周圍4個(gè)格點(diǎn)值及其相對(duì)位置進(jìn)行插值。鄰域法也被稱為模糊法,是通過比較預(yù)報(bào)和觀測(cè)場(chǎng)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)臨近區(qū)域內(nèi)的特征而命名的,其能夠更好地區(qū)別不同尺度上模式預(yù)報(bào)能力的差異,與傳統(tǒng)校驗(yàn)的差別在于模糊校驗(yàn)假定當(dāng)預(yù)報(bào)值相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)位置有偏移時(shí),預(yù)報(bào)仍然是可用的[16]。本文采用實(shí)況檢驗(yàn)點(diǎn)鄰近4個(gè)格點(diǎn)值中最接近實(shí)況值的作為預(yù)報(bào)值。預(yù)報(bào)值同樣按照表1進(jìn)行等級(jí)劃分,得到能見度等級(jí)作為預(yù)報(bào)場(chǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)。
預(yù)報(bào)要素的客觀檢驗(yàn)方法主要基于二分類事件,即事件發(fā)生(1)或不發(fā)生(0),進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的檢驗(yàn)。傳統(tǒng)二分類檢驗(yàn)指標(biāo),包括TS/ETS評(píng)分、命中率(H)、空?qǐng)?bào)率(FAR)、漏報(bào)率(PO)等,考察預(yù)報(bào)某一方面的性能[21],在氣溫、降水等常規(guī)預(yù)報(bào)要素的檢驗(yàn)中也有普遍應(yīng)用[22-23]。結(jié)合天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的站點(diǎn)檢驗(yàn)方法,本文采用H(命中率)、BIAS(預(yù)報(bào)偏差)、HSS(廣義技巧評(píng)分)和ETS(公平技巧評(píng)分)作為檢驗(yàn)指標(biāo)。
BIAS為預(yù)報(bào)事件的發(fā)生頻率,BIAS>1,空?qǐng)?bào)次數(shù)多于漏報(bào)次數(shù),表示預(yù)報(bào)過度;BIAS<1,漏報(bào)次數(shù)多于空?qǐng)?bào)次數(shù),表示預(yù)報(bào)不足。HSS和ETS評(píng)分都是對(duì) TS評(píng)分的改進(jìn),HSS是線性對(duì)稱的,比ETS指標(biāo)更加公平和穩(wěn)健[24],取值-1~1;ETS是去除隨機(jī)事件后的公平T 評(píng)分,是氣象業(yè)務(wù)中常用的檢驗(yàn)指標(biāo),其取值-1/3~1;兩者值越大,預(yù)報(bào)效果越好。
通過對(duì)所有站次輻射霧、鋒面霧兩類過程實(shí)況場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)配對(duì),得到12組數(shù)據(jù),實(shí)況場(chǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)完整性很好,缺測(cè)數(shù)據(jù)占比<0.1%;數(shù)值預(yù)報(bào)缺報(bào)率總體在8%以內(nèi),可較完整的反映能見度預(yù)報(bào)場(chǎng)的預(yù)報(bào)性能。
若能見度等級(jí)的實(shí)況與預(yù)報(bào)相符,視為預(yù)報(bào)正確,其占所有實(shí)況樣本的比例,作為等級(jí)預(yù)報(bào)正確率。此外,對(duì)預(yù)報(bào)的能見度等級(jí)在實(shí)況等級(jí)的上、下一級(jí)之間的,都視為預(yù)報(bào)有參考性,其占所有實(shí)況樣本的比例,作為等級(jí)預(yù)報(bào)接近正確率。對(duì)所選低能見度過程中各模式能見度等級(jí)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下:
表2 能見度等級(jí)預(yù)報(bào)正確率檢驗(yàn)結(jié)果(單位:%)Tab.2 Results of visibility grade predictionaccuracy(unit:%)
從能見度預(yù)報(bào)等級(jí)正確率及接近正確率來看,ECMWF兩個(gè)鄰域時(shí)次的預(yù)報(bào)效果相差不大;兩種取值方法預(yù)報(bào)效果略有差異,模式大多是鄰域方法優(yōu)于插值方法;輻射霧過程的預(yù)報(bào)效果明顯差于鋒面霧過程。華南中尺度模式的能見度預(yù)報(bào)等級(jí)正確率及接近正確率都明顯低于ECMWF模式。
圖2 ECMWF輻射霧預(yù)報(bào)等級(jí)正確率(a),ECMWF鋒面霧預(yù)報(bào)等級(jí)正確率(b)Fig.2 (a)ECMWF’s accuracy of radiation fog grade,(b)ECMWF’s accuracy offrontal fog grade
圖3 ECMWF輻射霧預(yù)報(bào)等級(jí)接近正確率(a),ECMWF鋒面霧預(yù)報(bào)等級(jí)等級(jí)接近正確率(b)Fig.3 (a)ECMWF’s approximate accuracy of radiation fog grade,(b)ECMWF’s approximate accuracy of frontal fog grade
用ECMWF模式兩種取值方法和兩個(gè)鄰域時(shí)次的平均能見度預(yù)報(bào)等級(jí)正確率及接近正確率繪制空間分布,發(fā)現(xiàn)輻射霧過程中預(yù)報(bào)效果在貴州省區(qū)域內(nèi)幾乎都低于鋒面霧過程;輻射霧過程在貴州省西部的等級(jí)預(yù)報(bào)效果略好,而鋒面霧過程的等級(jí)預(yù)報(bào)效果在東部較好;但從文獻(xiàn)[19]中給出的貴州省輻射霧與鋒面霧年多年平均霧日數(shù)分布情況來看,輻射霧在貴州省中東部較多,而鋒面霧主要集中在貴州省中西部。反映出ECMWF模式在低能見度區(qū)域效果并不理想,因此需要進(jìn)行分能見度等級(jí)的深入分析。
從實(shí)況場(chǎng)與預(yù)報(bào)場(chǎng)各類霧的占比(圖4),分析各等級(jí)能見度的預(yù)報(bào)偏差??梢娫谫F州山區(qū)大范圍鋒面霧低能見度天氣過程中,5級(jí)以下能見度等級(jí)的比例,預(yù)報(bào)場(chǎng)都比實(shí)況場(chǎng)要小,預(yù)報(bào)場(chǎng)在7級(jí)高能見度的范圍內(nèi)占比最多,且明顯多于實(shí)況,即預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況場(chǎng)相比更傾向于能見度值偏大。此外,所關(guān)注的3級(jí)以下低能見度天氣的累計(jì)占比實(shí)況場(chǎng)為16.5%,鄰域場(chǎng)為13.5%,插值場(chǎng)為6.1%,插值、鄰域兩種預(yù)報(bào)場(chǎng)有明顯差異,鄰域法獲取的預(yù)報(bào)值比例分布更接近實(shí)況。由于鄰域法通過擴(kuò)大取值范圍,實(shí)際擴(kuò)大了預(yù)報(bào)的空間范圍,反映出低能見度天氣中預(yù)報(bào)場(chǎng)在空間上存在一定偏差。
而在輻射霧過程中,兩種方法獲取的預(yù)報(bào)值都集中在7級(jí)高能見度范圍,表現(xiàn)出數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)輻射霧過程中有明顯的預(yù)報(bào)不足。
在所有低能見度的天氣過程中,5級(jí)以上的高能見度預(yù)報(bào)占比都很大,因此前述的等級(jí)正確率及接近正確率也相應(yīng)有很大比例集中在高能見度區(qū)間,并不能完全反應(yīng)模式對(duì)于災(zāi)害性的低能見度落區(qū)的預(yù)報(bào)能力。
本文研究的大范圍低能見度過程是依據(jù)3級(jí)以下(能見度<500 m)低能見度進(jìn)行篩選的;此外,4級(jí)低能見度(即達(dá)到霧的標(biāo)準(zhǔn))也是業(yè)務(wù)工作中的重要參考。因此本文對(duì)4級(jí)/3級(jí)的低能見度天氣有無預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn):能見度在4級(jí)/3級(jí)以下,視為有霧/大霧,反之視為無霧/無大霧。
從貴州區(qū)域所有檢驗(yàn)站點(diǎn)的檢驗(yàn)指標(biāo)平均值來看,在各個(gè)過程中各模式有無霧的ETS和HSS平均值均在0.1以下,其中華南模式均在0.05以下(表略),表現(xiàn)最好的為ECMWF模式在24 h起報(bào)場(chǎng)的鋒面霧預(yù)報(bào)中,采用鄰域法取值的ETS為0.05,HSS為0.1(表3)。有無大霧的預(yù)報(bào)結(jié)果更不理想(表略)。
表3 ECMWF模式霧的有無預(yù)報(bào)檢驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果(區(qū)域平均)Tab.3 ECMWF’s test indexesof fog forecast (area mean)
鑒于霧/大霧的有無預(yù)報(bào)結(jié)果不理想,將檢驗(yàn)條件進(jìn)一步放寬為檢驗(yàn)5級(jí)以下(含5級(jí))的有無輕霧的檢驗(yàn)。
表4 ECMWF模式輕霧的有無預(yù)報(bào)檢驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果(區(qū)域平均)Tab.4 ECMWF’s test indexesof light fog forecast(area mean)
輕霧的有無預(yù)報(bào)技巧明顯高于霧的有無檢驗(yàn)結(jié)果,尤其鋒面霧的鄰域法預(yù)報(bào)值更接近實(shí)況,ECMWF模式的區(qū)域平均ETS為0.3,HSS達(dá)到了0.4以上,可見ECMWF模式在鋒面霧過程中,對(duì)輕霧以下的預(yù)報(bào)有一定參考性。華南模式的檢驗(yàn)結(jié)果仍較差,其在貴州山區(qū)的鋒面霧、輻射霧過程中,預(yù)報(bào)能力都很弱。
從輻射霧過程的霧和輕霧有無的區(qū)域平均BIAS來看,BIAS分別在0.2和0.5以下,對(duì)輻射霧的預(yù)報(bào)不足尤為明顯,其他預(yù)報(bào)指標(biāo)會(huì)表現(xiàn)也都不理想。相對(duì)而言,模式對(duì)鋒面霧這種天氣系統(tǒng)相關(guān)的天氣現(xiàn)象有較好的預(yù)報(bào)能力,而對(duì)更多涉及到微物理過程的輻射霧則存在明顯的預(yù)報(bào)缺陷,由于預(yù)報(bào)性能差,以下討論不再對(duì)輻射霧過程展開。
為了客觀反映低能見度落區(qū)的預(yù)報(bào)性能,在鋒面霧過程中,將表現(xiàn)較優(yōu)的ECMWF模式對(duì)各站點(diǎn)的HSS檢驗(yàn)結(jié)果(ETS和HSS結(jié)果近似)展開討論;針對(duì)二元預(yù)報(bào)的確定樣本太少,會(huì)導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果不夠客觀,因此剔除實(shí)況有霧/有輕霧樣本小于5的站點(diǎn)。
圖5可見在鋒面霧過程中,ECMWF模式各時(shí)次、方法在鋒面霧較多的西部高原地區(qū)都有一定的預(yù)報(bào)能力,但在鋒面霧較多的中部一帶預(yù)報(bào)效果均不理想。尤其24 h鄰域預(yù)報(bào)場(chǎng)在不僅在西部地區(qū)預(yù)報(bào)效果較好,在東部地區(qū)出有較高的HSS區(qū)域;但其在效果較好的西部對(duì)BIAS求取平均值為1.48,為各類預(yù)報(bào)場(chǎng)中最高,有過度預(yù)報(bào)的傾向。36 h的效果與24 h預(yù)報(bào)場(chǎng)的預(yù)報(bào)效果差別很大,并且BIAS反映出明顯的預(yù)報(bào)不足。
圖6可見在鋒面霧過程中,ECMWF模式對(duì)輕霧在貴州西部都有一定的預(yù)報(bào)能力,與霧的有無HSS相比略高或相當(dāng);在貴州省的東部區(qū)域輕霧有無的HSS大大高于霧的有無,且插值法表現(xiàn)略好;但在中部一帶HSS仍較低。對(duì)應(yīng)兩個(gè)起報(bào)時(shí)次的鄰域預(yù)報(bào)場(chǎng)中,所有站點(diǎn)平均BIAS接近于1,預(yù)報(bào)頻數(shù)更接近實(shí)況場(chǎng)。
總體來說,ECMWF模式預(yù)報(bào)在鋒面霧過程中有一定的參考性,尤其在貴州西部高原地區(qū);東部的輕霧有無預(yù)報(bào)有參考性;但各時(shí)次各方法預(yù)報(bào)場(chǎng)在貴州中部地區(qū)的預(yù)報(bào)效果都不好,是實(shí)際業(yè)務(wù)中需要人工訂正的重點(diǎn)區(qū)域。
a.24 h插值法預(yù)報(bào)場(chǎng) b.36 h插值法預(yù)報(bào)場(chǎng)
c.24 h鄰域法預(yù)報(bào)場(chǎng) d.36 h鄰域法預(yù)報(bào)場(chǎng)圖5 ECMWF模式鋒面霧過程中霧的有無HSS評(píng)分Fig.5 ECMWF’s HSS indexof fog forecast in frontal fog
a.24 h插值法預(yù)報(bào)場(chǎng) b.36 g插值法預(yù)報(bào)場(chǎng)
c.24 h鄰域法預(yù)報(bào)場(chǎng) d.36 h鄰域法預(yù)報(bào)場(chǎng)圖6 ECMWF模式鋒面霧過程中輕霧的有無HSS評(píng)分Fig.6 ECMWF’s HSS indexof light fog forecast in frontal fog
本文通過定義低能見度過程,提取2016年秋冬季的貴州山區(qū)典型低能見度過程,并進(jìn)行輻射霧和鋒面霧的分類,以過程期間的氣象站觀測(cè)能見度數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)場(chǎng),對(duì)ECMWF全球數(shù)值模式和華南中尺度數(shù)值模式的能見度預(yù)報(bào)采取插值、鄰域兩種方式提取預(yù)報(bào)場(chǎng),進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的經(jīng)典檢驗(yàn)方法。采用H(命中率)、BIAS(預(yù)報(bào)偏差)、HSS(廣義技巧評(píng)分)和ETS(公平技巧評(píng)分)作為預(yù)報(bào)技巧指標(biāo),檢驗(yàn)結(jié)果如下:
①能見度預(yù)報(bào)等級(jí)正確率及接近正確率反應(yīng)出鄰域取值優(yōu)于插值取值,輻射霧過程的預(yù)報(bào)效果明顯差于鋒面霧過程,華南中尺度模式明顯低于ECMWF模式;但等級(jí)正確率及接近正確率有很大比例集中在高能見度區(qū)間,而非災(zāi)害性的低能見度區(qū)間。
②在各個(gè)過程中各模式有無霧的ETS和HSS區(qū)域平均值均在0.1以下,輕霧的有無預(yù)報(bào)技巧明顯高于霧的有無檢驗(yàn)結(jié)果,尤其ECMWF模式對(duì)鋒面霧過程中輕霧的預(yù)報(bào)有一定參考性,但對(duì)輻射霧的預(yù)報(bào)不足尤為明顯。
③ECMWF模式預(yù)報(bào)鋒面霧過程中,在貴州西部高原有霧的預(yù)報(bào)能力,在東部對(duì)輕霧的預(yù)報(bào)有參考性;但各時(shí)次各方法預(yù)報(bào)場(chǎng)在貴州中部地區(qū)的預(yù)報(bào)效果都不好。
雖然針對(duì)典型低能見度過程的檢驗(yàn)更有針對(duì)性,但使樣本量受到了局限。通過增加樣本量開展深入研究能使檢驗(yàn)結(jié)果更為細(xì)致客觀,但就本文針對(duì)典型過程的研究已反映出數(shù)值模式對(duì)災(zāi)害性低能見度天氣的預(yù)報(bào)效果非常有限。對(duì)于輻射霧而言,其以夜間大氣邊界層底層輻射冷卻為主要特征,湍流和輻射過程具有很大的不確定性,只有更好地對(duì)這些關(guān)鍵過程進(jìn)行更深入的基礎(chǔ)研究,并在精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)模式中進(jìn)行物理參數(shù)化,才能提高輻霧的預(yù)報(bào)性能。對(duì)華南中尺度模式來說也有貴州處于模式范圍邊界,以及云貴高原山區(qū)復(fù)雜地形和天氣系統(tǒng)的原因。建議業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)對(duì)系統(tǒng)性漏報(bào)或預(yù)報(bào)不足的輻射霧天氣、區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)訂正,并需要研發(fā)更多的預(yù)報(bào)方式來彌補(bǔ)客觀數(shù)值模式產(chǎn)品的不足。