于躍 畢明林 閻琦 林海峰 馮冬蕾 于凡越

（1.中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110166；2.遼寧省氣象臺(tái)，遼寧 沈陽(yáng) 110166；3.沈陽(yáng)市渾南區(qū)氣象局，遼寧 沈陽(yáng) 110180）

引言

隨著氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，數(shù)值模式產(chǎn)品已成為中、短期天氣預(yù)報(bào)的主要參考依據(jù)。尤其是CMA數(shù)值模式，是中國(guó)氣象局研發(fā)推廣的模式，應(yīng)用實(shí)況對(duì)其性能進(jìn)行檢驗(yàn)尤為重要。不同數(shù)值模式對(duì)遼寧區(qū)域性暴雨過(guò)程的預(yù)報(bào)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于不同數(shù)值模式產(chǎn)品的釋用、選取及訂正成為數(shù)值預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。

數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)的相關(guān)研究較多［1-5］，早期主要用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法。根據(jù)預(yù)報(bào)員的業(yè)務(wù)需求，有一些針對(duì)不同天氣分型降水檢驗(yàn)的研究，如陳濤等［8］對(duì)比了華南前汛期鋒面對(duì)流系統(tǒng)和暖區(qū)對(duì)流系統(tǒng)的多尺度特征和可預(yù)報(bào)性分析，發(fā)現(xiàn)與暖區(qū)對(duì)流性降水相比，主流業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式對(duì)鋒面對(duì)流系統(tǒng)的預(yù)報(bào)更為準(zhǔn)確。近些年空間檢驗(yàn)的發(fā)展比較迅猛，張博等［6］利用最流行的降水空間檢驗(yàn)法—MODE方法，通過(guò)對(duì)比質(zhì)心距離、軸角以及縱橫比等要素，討論幾種常規(guī)業(yè)務(wù)模式對(duì)中國(guó)華北地區(qū)夏季強(qiáng)降水的中期預(yù)報(bào)能力；李子良等［7］利用鄰域空間檢驗(yàn)FSS（Fraction Skill Score）方法，構(gòu)建了適用于集合預(yù)報(bào)的降水空間檢驗(yàn)指標(biāo)EFSS（Ensemble Fraction Skill Score）；公穎［9］全面而詳細(xì)地對(duì)SAL（Struucture，Amplitude，Location）檢驗(yàn)方法進(jìn)行闡釋，通過(guò)對(duì)2009年三次大范圍強(qiáng)降水的檢驗(yàn)和分析，總結(jié)了SAL方法在降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)中的應(yīng)用方法；金小霞等［10］采用SAL定量降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法，對(duì)2017年梅雨期一次區(qū)域性極端降水過(guò)程高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該方法較MODE、FSS等方法可以更加直觀的說(shuō)明模式性能的優(yōu)缺點(diǎn)，便于日常業(yè)務(wù)使用。

應(yīng)用CMA數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)遼寧區(qū)域性暴雨預(yù)報(bào)效果定量檢驗(yàn)和對(duì)比分析的研究較少，因此本文對(duì)2020年12次區(qū)域性暴雨天氣過(guò)程按照不同影響系統(tǒng)進(jìn)行分型檢驗(yàn)，針對(duì)模式性能表現(xiàn)較差的暴雨類型選取典型個(gè)例進(jìn)一步檢驗(yàn)分析，利用EC＿THIN、CMA-MESO3km、CMA-MESO10km、CMA＿GFS四種數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品與實(shí)況降水資料分別進(jìn)行傳統(tǒng)檢驗(yàn)和SAL空間檢驗(yàn)，對(duì)比不同模式對(duì)遼寧區(qū)域性暴雨的預(yù)報(bào)能力，以期為更好地應(yīng)用數(shù)值模式提高本地降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

分型檢驗(yàn)實(shí)況資料來(lái)源于2020年汛期（5—9月）291個(gè)國(guó)家（區(qū)域）自動(dòng)站觀測(cè)資料。典型個(gè)例實(shí)況資料來(lái)源于2021年7月12—14日中國(guó)氣象局下發(fā)的三源融合格點(diǎn)降水實(shí)況（0.05°×0.05°），參與檢驗(yàn)的數(shù)值預(yù)報(bào)模式包括全球數(shù)值預(yù)報(bào)模式EC＿THIN（0.125°×0.125°）、CMA＿GFS（0.25°×0.25°）及區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式CMA-MESO10km（10 km×10 km）、CMA-MESO3km（3 km×3 km）共4種模式產(chǎn)品。本文評(píng)分采用的暴雨量級(jí)指24 h降水量50.0—99.9 mm。

首先對(duì)各數(shù)值模式3 h降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品統(tǒng)一進(jìn)行累加處理，輸出24 h累加值，使4種數(shù)值模式檢驗(yàn)值均為08—08時(shí)的24 h累積降水量；典型個(gè)例檢驗(yàn)將檢驗(yàn)時(shí)段內(nèi)的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品及格點(diǎn)實(shí)況產(chǎn)品通過(guò)雙線性插值的方法插值統(tǒng)一到0.05°×0.05°格點(diǎn)上，作為典型個(gè)例檢驗(yàn)的降水預(yù)報(bào)值及實(shí)況值；分型檢驗(yàn)將時(shí)段內(nèi)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品通過(guò)雙線性插值方法插值統(tǒng)一到291個(gè)站點(diǎn)上，作為分型檢驗(yàn)對(duì)各站點(diǎn)的預(yù)報(bào)值。完成數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)況觀測(cè)資料的時(shí)空匹配。

1.2 TS評(píng)分算法

依據(jù)中國(guó)氣象局國(guó)家氣象中心發(fā)布的《智能預(yù)報(bào)技術(shù)方法競(jìng)賽檢驗(yàn)方案》中降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括暴雨量級(jí)降水的預(yù)報(bào)評(píng)分（TS）。具體檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。預(yù)報(bào)評(píng)分

式（1）中，TS為預(yù)報(bào)評(píng)分；NA為降水預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)；NB為空?qǐng)?bào)的站（次）數(shù)；NC為漏報(bào)的站（次）數(shù)；ND為無(wú)暴雨預(yù)報(bào)正確的站（次）數(shù)。

表1 暴雨檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 A rainstorm test and evaluation Criteria

1.3 SAL空間檢驗(yàn)算法

SAL方法是將降水主體從結(jié)構(gòu)（Structure，簡(jiǎn)稱S）、強(qiáng)度（Amplitude，簡(jiǎn)稱A），位置（Location，簡(jiǎn)稱L）3個(gè)方面進(jìn)行定量化檢驗(yàn)，從被標(biāo)記過(guò)的網(wǎng)格范圍內(nèi)降水場(chǎng)中統(tǒng)計(jì)降水的均勻性，平均強(qiáng)度和質(zhì)心分布等屬性，檢驗(yàn)預(yù)報(bào)和觀測(cè)之間的均勻性、平均強(qiáng)度和距離等偏差屬性。計(jì)算過(guò)程中首先選用半徑為smooth＝5倍格距（15 km）的圓盤形卷積內(nèi)核，將觀測(cè)場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)進(jìn)行卷積平滑；設(shè)定閾值threshold＝50 mm，將平滑后觀測(cè)和預(yù)報(bào)格點(diǎn)場(chǎng)中的數(shù)值小于threshold的格點(diǎn)設(shè)置為0；通過(guò)聯(lián)通閾提取算法識(shí)別出觀測(cè)和預(yù)報(bào)中的目標(biāo)，設(shè)置目標(biāo)的最小面積m inisize＝5，將預(yù)報(bào)和觀測(cè)場(chǎng)中目標(biāo)面積（格點(diǎn)數(shù)）小于5的刪除，將未標(biāo)記成目標(biāo)的網(wǎng)格點(diǎn)設(shè)置為0，然后按如下方法計(jì)算不同的檢驗(yàn)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)誤差為

式（2）—式（4）中，m為降水過(guò)程個(gè)數(shù)；Rn（mm）為第n個(gè)降水過(guò)程的總降水量；（mm）為第n個(gè)降水過(guò)程的最大降水量；vn為第n個(gè)降水過(guò)程總降水量與最大降水量的比值；v（R）為m個(gè)降水過(guò)程以總降水量值為權(quán)重的vn的加權(quán)平均，其中v（Rmod）為模式預(yù)報(bào)場(chǎng)的加權(quán)平均值，v（Robs）為實(shí)況觀測(cè)場(chǎng)的加權(quán)平均值。S為結(jié)構(gòu)參數(shù)，取值范圍為［-2，2］，S＞0為模式預(yù)報(bào)范圍較實(shí)況偏大，或最大降水量較實(shí)況偏小，或兩者均存在；S＜0則相反，為模式預(yù)報(bào)范圍較實(shí)況偏小，或最大降水量較實(shí)況偏大，或兩者均存在。強(qiáng)度誤差為

式（5）—式（6）中，D（R）（mm）為區(qū)域內(nèi)所有非缺測(cè)格點(diǎn)降水量的均值；D（Rmod）為模式預(yù)報(bào)場(chǎng)的均值；D（Robs）為觀測(cè)實(shí)況場(chǎng)的均值；A為強(qiáng)度參數(shù)，A＞0為模式預(yù)報(bào)較實(shí)況偏強(qiáng)，A＜0為模式預(yù)報(bào)較實(shí)況偏弱，A＝0為實(shí)況與預(yù)報(bào)一致。A的絕對(duì)值越接近0，表明降水預(yù)報(bào)與實(shí)況越接近。距離誤差為

式（7）—式（10）中，x（Rmod）為模式預(yù)報(bào)場(chǎng)降水過(guò)程主體重心位置；x（Robs）為觀測(cè)實(shí)況場(chǎng)降水過(guò)程主體重心位置；dmax為區(qū)域內(nèi)非缺測(cè)格點(diǎn)間的最大距離；x為降水主體重心；xn為第n個(gè)降水過(guò)程的重心；r為m個(gè)降水過(guò)程以總降水量為權(quán)重｜x-xn｜加權(quán)平均，其中r（Rmod）為模式預(yù)報(bào)場(chǎng)的加權(quán)平均，r值越大，表示降水過(guò)程主體的降水量越大、離降水過(guò)程主體重心越遠(yuǎn)；L為位置參數(shù)，由L1、L2組成，其中L1為區(qū)域內(nèi)預(yù)報(bào)與實(shí)況降水過(guò)程主體重心間的距離，L2表示降水過(guò)程主體重心與每個(gè)降水過(guò)程主體重心之間的平均距離。對(duì)L值分析可知，如果L1對(duì)于L的誤差貢獻(xiàn)比較大，表明降水過(guò)程主體的整體位置與實(shí)況有一定差異；如果L2對(duì)L的誤差貢獻(xiàn)較大，表明模式預(yù)報(bào)場(chǎng)與觀測(cè)實(shí)況場(chǎng)識(shí)別的降水過(guò)程與主體重心位置存在一定偏差，未能較好地捕捉到降水過(guò)程與降水過(guò)程主體重心的分布情況。因此，預(yù)報(bào)降水過(guò)程主體重心與實(shí)況降水過(guò)程主體重心重合度越高，且預(yù)報(bào)與實(shí)況降水過(guò)程個(gè)體重心加權(quán)平均值越接近，L就越接近0，預(yù)報(bào)降水過(guò)程的位置與實(shí)況降水的位置越接近。

2 結(jié)果分析

2.1 2020年暴雨過(guò)程分型檢驗(yàn)

根據(jù)不同的高空、地面系統(tǒng)，將2020年遼寧地區(qū)汛期（5—9月）12次區(qū)域性暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分型，其中地面氣旋型暴雨過(guò)程（2次）、臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)型暴雨過(guò)程（4次）、東北冷渦型暴雨過(guò)程（6次），具體分型、過(guò)程集中時(shí)段及過(guò)程雨量、最大小時(shí)雨量見表2。不同類型暴雨過(guò)程TS評(píng)分表明（表3），各數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)于冷渦型暴雨整體預(yù)報(bào)優(yōu)于臺(tái)風(fēng)型和氣旋型暴雨，其中氣旋型暴雨模式可預(yù)報(bào)性較低，各數(shù)值模式中CMA-MESO10km和CMA-MESO3km的TS評(píng)分分別為15.15%和14.50%，高于CMA＿GFS模式1.41%，明顯好于EC模式。

表2 2020年遼寧地區(qū)區(qū)域性暴雨天氣過(guò)程分型情況Table 2 Classification of regional rainstorm s in 2020 in Liaoning areas

表3 2020年不同類型區(qū)域性暴雨過(guò)程TS評(píng)分情況Table 3 TS scores of various types of regional rainstorms in 2020 %

2.2 典型個(gè)例過(guò)程概況

2021年7月12—14日，副熱帶高壓勢(shì)力強(qiáng)盛，500 hPa中高緯冷渦逐漸東移南下（圖1a），至中國(guó)東北地區(qū)，受東側(cè)阻塞高壓阻擋，移動(dòng)緩慢，形成了從中國(guó)華北伸向長(zhǎng)江中下游地區(qū)的高空槽，槽后冷空氣東移南下，低空急流建立，水汽充沛，配合地面氣旋東移北上，遼寧地區(qū)產(chǎn)生了大范圍的強(qiáng)降水（圖1b）。降水集中時(shí)段為12日午后至14日夜間，遼寧西部、東南部出現(xiàn)暴雨到大暴雨，個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)特大暴雨。此次過(guò)程為一次典型的東北冷渦和地面氣旋環(huán)流背景下的區(qū)域性暴雨過(guò)程，具有降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，暴雨區(qū)域集中，局地雨強(qiáng)大，伴隨強(qiáng)對(duì)流、大風(fēng)天氣等特征，遼寧12個(gè)氣象站累計(jì)降水量大于250 mm，314個(gè)氣象站累計(jì)降水量達(dá)100—250 mm，最大累計(jì)降水量316.4 mm，出現(xiàn)在大連莊河市塔嶺鎮(zhèn)朝陽(yáng)寺村，13日岫巖國(guó)家地面氣象觀測(cè)站日雨量達(dá)219.4 mm，突破該站7月歷史極值（192 mm，1999年7月31日）。

圖1 2021年7月12日20時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)（a）和15日08時(shí)72 h累計(jì)降水量（b）Fig.1 Geopotential height at 500 hPa and w ind field at 850 hPa at 20：00 on July 12，2021（a），observed 72 h rainfall at 08：00 on July 15，2021（b）

2.3 不同階段實(shí)況特征及降水成因

2.3.1遼寧西部地區(qū)強(qiáng)降水階段

利用FNL再分析資料（1°×1°）、遼寧地面自動(dòng)站觀測(cè)資料、雷達(dá)基本反射率產(chǎn)品，分析不同階段實(shí)況特征表明，2021年7月12日08時(shí)至13日08時(shí)遼西大部出現(xiàn)大雨到暴雨，局部大暴雨，72個(gè)氣象站出現(xiàn)100—250 mm的降雨（圖2a）。12日20時(shí)遼寧位于冷渦前側(cè)，副熱帶高壓西側(cè)急流中，水汽條件充沛（圖2b）；遼西地區(qū)處于槽前正渦度平流區(qū)，有利于地面系統(tǒng)減壓，引導(dǎo)地面氣旋東移北上，受高空槽、暖切變線、地面氣旋頂部的共同作用（圖2c），動(dòng)力抬升條件較好，同時(shí)隨著偏南水汽通道建立，向西部地區(qū)輸送暖濕空氣（圖2d），遼西地區(qū)有混合性降水回波發(fā)展，中心強(qiáng)度為35—50 dBz（圖2e），伴隨強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，回波頂高發(fā)展到15 km以上，強(qiáng)回波中心維持在6 km左右（圖2f），遼西地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過(guò)程。

2.3.2遼寧東、西雙雨帶階段

2021年7月13日17時(shí)至14日20時(shí)遼寧出現(xiàn)東、西兩條強(qiáng)雨帶，西部地區(qū)出現(xiàn)中雨到大雨，局部暴雨，東南部地區(qū)出現(xiàn)大雨到暴雨，局部大暴雨，33個(gè)氣象站出現(xiàn)100—250 mm的降雨，206個(gè)氣象站出現(xiàn)50—100 mm的降雨（圖3a）。13日20時(shí)副熱帶高壓略有西伸北抬，中國(guó)華北、東北部低槽前側(cè)偏南氣流中不斷有降水回波生成（圖3b），沿氣旋前側(cè)氣流影響遼寧西部地區(qū)，遼西處于濕度飽和區(qū)及能量鋒區(qū)頂端（圖3c和圖3d）。遼寧中東部處于副熱帶高壓后部東南急流中，受低渦旋轉(zhuǎn)和偏南引導(dǎo)氣流影響，降水回波向西北方向移動(dòng)形成列車效應(yīng)，與有利地形配合，降水強(qiáng)度顯著加強(qiáng)。從雷達(dá)反射率因子分布來(lái)看（圖3e），降水回波結(jié)構(gòu)密實(shí)，以對(duì)流性降水回波為主，回波頂高維持在15 km以上，且較上一階段強(qiáng)回波中心強(qiáng)度增加至55 dBz，同時(shí)回波質(zhì)心整體呈下降趨勢(shì)（圖3f），表明此次過(guò)程中伴有明顯短時(shí)強(qiáng)降水天氣，遼寧地區(qū)出現(xiàn)東、西兩條強(qiáng)降雨帶。

2.3.3遼寧東部強(qiáng)降水階段

圖2 2021年7月13日08時(shí)24 h累計(jì)降水量（a）、12日20時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)（b）、12日20時(shí)海平面氣壓場(chǎng)（c）、12日20時(shí)850 hPa相當(dāng)位溫和相對(duì)濕度（d）、12日17時(shí)雷達(dá)反射率因子（e）和反射率因子沿（119.78°E，41.79°N）垂直剖面時(shí)間變化（f）Fig.2 Observed 24 h rainfall at 08：00 on Ju ly 13（a），geopotential height at 500 hPa and w ind field at 850 hPa at 20：00（b），sea level pressure at 20：00（c），equivalent potential temperature and relative hum idity at 850 hPa at 20：00（d），radar reflectivity factor at 17：00（e），vertical section of time evolution of reflectivity factor along the location（119.78°E，41.79°N）（f）on July 12，2021

圖3 2021年7月13日17時(shí)至14日20時(shí)累計(jì)降水量（a）、13日20時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)（b）、13日20時(shí)海平面氣壓場(chǎng)（c）、13日20時(shí)850 hPa相當(dāng)位溫和相對(duì)濕度（d）、13日18時(shí)雷達(dá)反射率因子（e）和反射率因子沿（123.13°E，40.48°N）垂直剖面時(shí)間變化（f）Fig.3 Observed rainfall from 17：00 on July 13 to 20：00 on July 14（a），geopotential height at 500 hPa and w ind field at 850 hPa at 20：00（b），sea level p ressure at 20：00（c），equivalent potential tem perature and relative hum idity at 850 hPa at 20：00（d），radar reflectivity factor at 18：00（e），vertical section of time evolution of reflectivity factor along the location（123.13°E，40.48°N）（f）on July 13，2021

2021年7月14日20時(shí)至15日08時(shí)，遼東出現(xiàn)大雨到暴雨，局部大暴雨，13個(gè)氣象站降水量達(dá)100—250 mm，42個(gè)氣象站降水量達(dá)50—100 mm（圖4a）。14日20時(shí)低渦北上外圍急流減弱，遼寧西部盡管受到切變線影響（圖4b和圖4c），但是整層風(fēng)場(chǎng)較弱、熱力條件較差（圖4d），不利于回波的組織化，有分散性弱回波生成。東南部位于副熱帶高壓后邊界急流中，維持高能高濕的環(huán)境條件，水汽和動(dòng)力條件相對(duì)較好，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)伸展至600 hPa左右，仍有較強(qiáng)的降水回波產(chǎn)生（圖4e和圖4f）。

圖4 2021年7月15日08時(shí)12 h累計(jì)降水量（a）、14日20時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)（b）、14日20時(shí)海平面氣壓場(chǎng)（c）、14日20時(shí)850 hPa相當(dāng)位溫和相對(duì)濕度（d）、14日21時(shí)雷達(dá)反射率因子（e）和反射率因子沿（123.00°E、40.21°N）垂直剖面時(shí)間變化（f）Fig.4 Observed precipitation in the past 12-h at 08：00 on July 15（a），geopotential height at 500 hPa and w ind field at 850 hPa at 20：00（b），sea level pressure at 20：00（c），equivalent potential temperature and relative hum idity at 850 hPa at 20：00（d），radar reflectivity factor at 21：00（e），vertical section of time evolution of reflectivity factor along the location（123.00°E，40.21°N）（f）on July 14，2021

2.4 數(shù)值模式檢驗(yàn)結(jié)果

2021年7月這次過(guò)程中，由于各種數(shù)值模式預(yù)報(bào)差異主要體現(xiàn)在7月12日08時(shí)至13日08時(shí)遼寧西部強(qiáng)降水階段，所以本文著重選取該時(shí)段遼西地區(qū)強(qiáng)降水不同模式性能做進(jìn)一步檢驗(yàn)分析，傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法如TS評(píng)分等能夠有效評(píng)估模式對(duì)降水預(yù)報(bào)的綜合結(jié)果，但是對(duì)模式在雨帶結(jié)構(gòu)、位置等方面的偏差檢驗(yàn)表現(xiàn)不足。因此，為了多角度對(duì)模式進(jìn)行評(píng)估，減少預(yù)報(bào)員對(duì)于雨帶位置、結(jié)構(gòu)等方面的主觀判斷，引入SAL方法對(duì)降水過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)，定量給出雨帶位置、結(jié)構(gòu)等方面的檢驗(yàn)結(jié)果。

2.4.1傳統(tǒng)檢驗(yàn)結(jié)果

傳統(tǒng)檢驗(yàn)結(jié)果表明，各數(shù)值模式對(duì)于遼西地區(qū)強(qiáng)降水均有較好的預(yù)報(bào)能力，強(qiáng)降水落區(qū)預(yù)報(bào)較為接近。暴雨TS評(píng)分，CMA-MESO3km（27.11%）高于CMA-MESO10km（21.74%），明顯優(yōu)于EC＿THIN和CMA＿GFS，強(qiáng)降水TS評(píng)分中CMA區(qū)域模式較全球模式占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（表4），其中CMA-MESO3km模式表現(xiàn)最好。

表4 2021年7月12日08時(shí)至13日08時(shí)遼西強(qiáng)降水階段預(yù)報(bào)檢驗(yàn)TS得分情況Table 4 TS scores of forecasting test during heavy precipitation stage in western Liaoning province from 08：00 on July 12 to 08：00 on July 13，2021

2.4.2SAL空間檢驗(yàn)結(jié)果

SAL檢驗(yàn)各模式對(duì)2021年7月13日08時(shí)遼西地區(qū)降水暴雨以上量級(jí)的目標(biāo)識(shí)別和實(shí)況匹配情況見圖5，CMA-MESO3km與實(shí)況匹配度最高，下面均對(duì)目標(biāo)1計(jì)算各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)。

從結(jié)構(gòu)（S）檢驗(yàn)來(lái)看，CMA-MESO10km、CMA＿GFS、EC＿THIN三個(gè)數(shù)值模式均大于0，說(shuō)明各模式的誤差為暴雨預(yù)報(bào)范圍較實(shí)況偏大或者最大降水中心數(shù)值較實(shí)況偏小，或者兩種情況均存在。三個(gè)模式在本次過(guò)程中暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)范圍偏小，最大降水中心數(shù)值較實(shí)況明顯偏?。ū?），造成S誤差的主要原因?yàn)樽畲蠼邓行臄?shù)值較實(shí)況偏??；而CMA-MESO3km的S值小于0，S誤差的主要來(lái)源為最大降水中心數(shù)值較實(shí)況偏大。從S的數(shù)值看，EC＿THIN、CMA-MESO3km和CMA-MESO10km模式對(duì)于雨帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)預(yù)報(bào)與實(shí)況較為接近，CMA＿GFS次之。

從強(qiáng)度（A）檢驗(yàn)來(lái)看，CMA＿GFS小于-1，說(shuō)明預(yù)報(bào)和實(shí)況差異較大，而CMA-MESO3km的A值最接近0，說(shuō)明CMA-MESO3km的降水強(qiáng)度預(yù)報(bào)較全球模式更加接近實(shí)況，EC＿THIN次之。

圖5 2021年7月13日08時(shí)24 h EC＿THIN（a1）、CMA-GFS（b1）、CMA-MESO10km（c1）、CMA-MESO3KMSAL（d1）模擬結(jié)果以及EC＿THIN（a2）、CMA-GFS（b2）、CMA-MESO10km（c2）及CMA-MESO3KMSAL（d2）預(yù)報(bào)檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)實(shí)況匹配情況Fig.5 M atching situations between observations（1）and test targets（2）by EC＿THIN（a），CMA-GFS（b），CMAM ESO10km（c），and CMA-MESO3KM SAL（d）at 08：00 on July 13，2021

表5 2021年7月12日08時(shí)至13日08時(shí)遼寧西部強(qiáng)降水各模式SAL空間檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 M odel test results of SAL from 08：00 on July 12 to 08：00 on July 13，2021

從位置（L）檢驗(yàn)看，各模式L值均在0.20以下，可認(rèn)為本次過(guò)程暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)較為成功。CMA＿GFS、CMA-MESO10km模式L值在0.10以上明顯高于EC＿THIN、CMA-MESO3km，說(shuō)明二者的位置偏差較大，而CMA-MESO3km的L值為0.06，最接近0，說(shuō)明暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)最接近實(shí)況。從L1、L2的數(shù)值分析，各模式均是L1對(duì)于L的整體貢獻(xiàn)較大，說(shuō)明暴雨落區(qū)的誤差主要由于識(shí)別目標(biāo)降水主體重心與實(shí)況降水主體重心偏差較大造成。

3 結(jié)論與討論

（1）2020年遼寧地區(qū)汛期分型暴雨過(guò)程檢驗(yàn)表明，各數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)于氣旋型暴雨可預(yù)報(bào)性較低，各模式中CMA-MESO10km和CMA-MESO3km表現(xiàn)優(yōu)于其余模式。

（2）遼寧地區(qū)典型暴雨過(guò)程呈雙雨帶特征，遼寧東、西部降水成因不同。2021年7月12日08時(shí)至13日20時(shí)副熱帶高壓穩(wěn)定少動(dòng)，受到高空槽前、低渦切變線和氣旋頂部影響，遼寧西部地區(qū)出現(xiàn)暴雨。13日17時(shí)至15日08時(shí)受副熱帶高壓外圍偏南急流影響，遼寧東部維持高溫高濕的環(huán)境條件，配合中尺度切變線、地形抬升作用下出現(xiàn)暴雨。

（3）傳統(tǒng)檢驗(yàn)結(jié)果表明，各模式對(duì)于2021年7月遼寧西部強(qiáng)降水落區(qū)的預(yù)報(bào)較為接近，CMA區(qū)域模式暴雨TS評(píng)分明顯高于全球模式，CMA區(qū)域模式對(duì)于暴雨量級(jí)的降水預(yù)報(bào)參考性較高。

（4）TS評(píng)分體現(xiàn)了模式的預(yù)報(bào)質(zhì)量，而SAL從不同方面反映了評(píng)分高低的原因。2021年7月12—14日遼寧西部暴雨過(guò)程，EC＿THIN、CMA-MESO3km、CMA-MESO10km對(duì)于暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)效果較好；CMA-MESO3km降水強(qiáng)度和觀測(cè)最為接近；位置上各模式誤差均在0.2以下，CMA-MESO3km最小。SAL檢驗(yàn)對(duì)于雨區(qū)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和位置某一方面的預(yù)報(bào)較好，并不能對(duì)應(yīng)高的TS評(píng)分，而三方面整體均衡的預(yù)報(bào)效果對(duì)應(yīng)高的TS評(píng)分，實(shí)際工作中應(yīng)將二者結(jié)合，客觀分析各模式預(yù)報(bào)結(jié)果及誤差。