ECMWF极端天气指数在新疆强降水预报中的检验评估

使用2015年10月—2018年9月欧洲中期天气预报中心集合预报系统(ECMWF EPS)逐日降水极端天气指数(EFI)预报资料,分析新疆区域降水EFI产品与强降水的对应关系并得到预报阈值。结果表明:预报的EFI与实况降水量存在正相关关系,随着降水量增加,EFI预报结果具有线性增加趋势,说明EFI对强降水有一定的指示意义。各量级降水预报的最高TS评分随着预报时效的增加而减小,且随着降水量等级的增大而减小。不同季节暴量降水发生站次为夏季最多,冬季最少,对应的EFI阈值大都在0.4～0.6,夏季EFI值范围在0.2～0.7,夏季更易发生暴量降水。随着预报时效增加,暴量降水发生站点频次最多所对应的EFI值逐渐减小。随着降水量级增加,空报率减小幅度不大,但漏报率增加。     

T213降水预报产品在新疆区域的检验分析——晴雨检验

利用2006年新疆地面气象观测站的实况降水资料和T213模式的降水预报值,根据中短期天气预报质量检验办法中客观降水检验方法,对T213降水预报产品的24h晴雨预报能力进行了检验分析.结果表明:新疆地区T213降水的晴雨TS评分和空、漏报率均存在明显的时空分布差异;伊犁河谷、阿勒泰地区东部和西部沿天山地区TS值较高,而地形条件复杂的区域和降水少的沙漠腹地TS值较低;晴雨TS评分空间分布情况在少雨的春季与多雨的夏季大体一致,这与新疆三山夹两盆的特殊地形有关;晴雨TS评分存在明显的季节变化,与季节雨量多寡存在一定的对应关系.     

WRF-RUC在2014年江西汛期降水预报中的检验分析

利用江西省92个国家气象观测站雨量资料,对2014年汛期江西WRF-RUC系统的降水预报进行逐6 h、12 h和24 h晴雨检验、降水分级检验以及同期区域暴雨个例检验分析。结果表明:1)6 h、12 h、24 h晴雨检验PC评分分别达0.6、0.7、0.8,系统表现了稳定的预报性能。2)系统对小雨、中雨和大雨具有较好的预报能力,对局地暴雨、大暴雨的预报能力较弱,而对区域暴雨的预报具参考意义。3)系统有效地缩短了spin-up时间,系统在积分6 h后达到最佳预报性能,并在起报后6—12 h时段,预报效果最佳。4)系统对降水范围以及小雨、中雨、大雨过度预报,对暴雨、大暴雨范围预报比较合理。     

新疆213数值预报降水评价

利用2006年新疆107个测站的实况降水资料和T213模式的降水预报值,根据中短期天气预报质量检验办法中客观降水检验方法,对T213数值降水预报产品的24 h预报能力进行了分析检验,结果表明：（1）T213对新疆地区暴雨和大暴雨基本无预报能力。（2）T213在新疆区域对于小量和中量降水的整体预报能力北疆要明显好于南疆。（3）T213的预报能力存在一定的季节性,对弱降水过程预报能力较差。（4）从小量到大量降水,T213的空报率和漏报率都很高,整体预报效果不好。     

基于降水极端预报指数的福建台风极端降水预报研究

应用1961—2017年中国气象局热带气旋最佳路径数据集、国家地面气象观测站日降水观测资料和2015年8月—2017年12月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合预报系统降水极端预报指数(EFI)数据,根据百分位法定义台风影响期间福建省各站点的台风极端降水阈值,采用最小阈值法剔除台风极端降水时EFI箱线图中的异常值,保...     

2007年汛期AREM模式降水预报效果检验分析

过对2007年6～8月AREM模式降水预报做不同时效、不同区域的TS评分对比,比较AREM与T213、JAPAN三个模式降水预报TS评分,并对AREM模式2007年汛期主要降水过程预报效果进行检验分析,从而获得AREM模式2007年汛期降水预报效果和特点,结果表明:(1)从AREM模式不同时效降水预报TS评分对比可知,对长江中下游区域,AREM模式12～36 h预报效果好于0～24 h预报,24～48 h效果相对较差,对华南、华北、东北、西南东部区域的降水,AREM模式预报效果均随时效延长而减弱。(2)由AREM模式对不同区域降水预报TS评分的对比可知,AREM模式(各预报时效)对长江中下游地区各量级降水预报的TS评分均高于全国范围的TS评分,西南东部(各预报时效)小雨(以上)量级TS评分均为各区域最高,但中雨以上各量级TS评分均低于全国范围,其他区域无稳定的预报特性。(3)从AREM、T213、JAPAN对长江中下游地区12～36 h降水预报TS评分对比可知,三个模式小雨(以上)量级降水的TS评分基本相当,对该区域暴雨、大暴雨强降水中心的预报,AREM好于T213,JAPAN相对较差,随量级增加AREM预报优势表现更为明显。(4)对2007年汛期6次个例分析可知,AREM模式对长江中下游尤其是江淮流域的大范围强降水过程预报效果较好,对暴雨、大暴雨中心的预报较T213和JAPAN有明显的优势,但对小范围、局地强降水过程的预报效果不够理想。     

2022年汛期四川多模式降水预报检验

采用站点观测和EC、EC订正场（ECR）、CMA_3KM、SWC_3KM模式12~36 h降水预报资料,基于TS评分、SAL检验等指标,对2022年汛期四川多模式降水预报效果进行检验和对比分析。结果表明：（1）SWC_3KM有雨日数预报最接近实况分布,EC模式雨日空报最多且在川西高原和攀西地区尤为显著,EC模式大雨日数预报优于其余模式。（2）BS评分显示EC模式大量级降水预报偏干,其余模式均以湿偏差为主。TS评分暴雨量级各月均以ECR预报最优。（3）个例评分对比,ECR预报效果最稳定,过程最高TS评分次数最多,SWC模式次数最少。（4）ECR个例预报降水强度及雨带位置、走向与实况最接近,EC模式预报偏弱。SWC_3KM模式强降水雨带位置预报在盆地西北部和凉山州北部参考性较高。CMA_3KM和SWC_3KM模式预报大量级降水在高海拔地区存在较大范围空报。     

近45年来河北省极端降水事件的变化研究

利用河北省1961-2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45年河北省极端降水事件频率变化的时空特征.结果表明,全省平均年最大日降水量呈下降趋势,1980年为由多向少的转折点;强降水日数和暴雨日数变化不大,但南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,暴雨日数和强度在1990年代中后期显著增加;降水日数有较明显减少,南部和东南部平原减少更显著;降水日数的减少主要是中、小雨(雪)日数减少造成的.这些结果说明,河北省强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能增加了.这种相对增加趋势主要发生在1990年代中期以后.     

攀西地区2021年夏季多模式降水预报检验

为提高定量降水预报产品在攀西地区的预报能力,对2021年夏季格点预报（Grid Weather Forecasting,GWF）、西南区域模式（South West Center-WRF ADAS Real-time Modeling System,SWCWARMS）、欧洲中心中期预报 （European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF）及中国气象局中尺度模式（China Meteorological Administration Meso-Scale Model,CMA-MESO）降水预报情况进行了检验分析。结果表明：（1）ECMWF模式雨日空报最明显,但其暴雨量级预报较实况偏干,其余各家产品中各量级降水均以湿偏差为主。有雨日数在攀西地区南部预报效果较好,其余地方空报较大。大雨日数在凉山州中部预报偏差较大,攀西地区南部预报偏差较小。（2）从16次过程检验来看,各预报产品在8月份过程中的表现优于其余月份,GWF产品25 mm以上TS（Threat Score）评分高于20分的过程次数最多且预报效果最稳定,CMA-MESO模式空报最大。（3）各产品3 h累计强降水开始时间大多早于实况,SWCWARMS模式雨强偏大且对于持续时间较长的过程预报效果较好,而GWF、ECMWF模式累计雨量较实况偏小。     

1959—2012年我国极端降水台风的气候特征分析

利用上海台风研究所整编的1959—2012年台风最佳路径和台风日降水资料,采用百分位法确定单站台风极端降水阈值,针对单个台风影响过程中所造成极端降水的影响范围、降水日数和降水强度异常等指数进行逐个评估,建立了极端降水台风综合指数,依据该指数确定了影响我国的57个极端降水台风,并统计分析了这些台风个数及强度的月际分布特征和路径特点。结果表明：台风极端降水阈值在我国呈由东南沿海向西北内陆减小的分布特征。极端降水台风影响我国的路径大致分为两类,一类穿过台湾或经过台湾北部洋面在我国东南沿海登陆,另一类则于华南沿海登陆或在其近海活动。极端降水台风在20世纪60—70年代及2000年以后相对频发,70年代平均综合指数最高。极端降水台风均出现在5—10月,7—8月频次最多。57个台风中达到台风和强台风级别的最多。     

三个模式对2008年夏半年西南区降水预报效果的检验

利用AREM(-YWand SY)、T213L31、JAPAN三个模式对2008年夏半年(5~11月)西南地区(25°~34.5°N,97°~110.5°E)降水预报进行了统计检验,并对其中两次强降水过程的预报效果进行对比分析,以期了解各模式在西南地区的预报效果及特点,结果表明:(1)小雨-大雨量级JAPAN模式预报情况较好,暴雨量级T213L31、JAPAN、AREM均预报较好,大暴雨量级AREM-SY模式预报较好。(2)对西南地区的降水预报,T213L31预报偏强情况较多,AREM预报偏弱情况多,JAPAN预报相对适中。(3)在西南地区,当降水陡增(即实况降水量较前一天大一个量级以上,且雨量比前一天多5 mm以上)和其后强降水持续阶段,是各模式预报偏弱情况最可能发生的时期,同时也是各模式预报效果较差的时段。(4)三个模式在青藏高原东南缘地区均有降水空报现象,AREM模式的降水空报与其在此处存在低涡空报有关。(5)对于西南低涡这一尺度小、结构复杂的特殊天气系统,当前模式对其强度、位置和诱发的强降水预报效果仍有待提高。     

乌鲁木齐夏半年降水演变及可能最大降水估算

对乌鲁木齐4-9月夏半年大雨以上降水各年代际降水量和降水日数统计分析表明：除20世纪60年代外,乌鲁木齐4-9月各年代大雨以上降水占总降水量的40％以上。大雨以上降水量和降水日数都呈增加趋势,2000年以后大雨以上降水量和暴雨次数都达到最大值。在此基础上,采用水文气象学的原理和方法对当地暴雨进行水汽效率放大和水汽输送率放大,推求乌鲁木齐1、2、3d的可能最大降水量,对比两种放大方法,采用水汽效率放大,1d可能最大降水为102mm。并用极值分布法推求乌鲁木齐最大日降水量重现期。为防汛抗灾提供了可靠的气象决策依据,最大可能降低了暴雨洪涝灾害造成的损失。     

西南地区夏半年降水的多时空尺度特征

根据国家气象中心提供的西南地区夏半年月降水资料,利用旋转经验正交函数(REOF)展开方法,将西南地区划分为川西北、川渝区、云川区和贵州区4个区域,并在此基础上,利用多项式拟合趋势线、小波变换等方法,对各区域降水的变化特征进行了分析。结果表明,西南地区各区域降水的长期变化趋势不尽相同,川西北没有显著的趋势变化,川渝区表现为缓慢上升的趋势,而云川区和贵州区则均表现为先下降后上升的趋势。西南地区各区域降水的周期特征也不尽相同,较短时间尺度的周期变化在西南地区各区域普遍存在;而较长时间尺度的周期,各个区域则有较大的差别,不仅表现在长时间尺度周期的显著性上,还表现在具有相同时间尺度周期,不同区域的干湿期配置等方面。     

新疆天山山区夏季极端降水的日变化特征

基于天山山区11个国家气象站2012—2018年夏季（6—8月）逐小时降水资料,使用百分位法计算极端降水阈值,分析极端降水特征量（包括极端降水量、极端降水频次、极端降水强度、极端降水贡献和极端降水量最大值）的日变化特征,揭示极端降水与海拔高度的关系。结果表明：87°E以东地区,极端降水量最大值出现的时间大致都存在自西向东顺时针变化的特点。极端降水主要以短持续性为主,极端降水贡献和极端降水量最大值的谷值都出现在白天。极端降水与海拔密切相关,总极端降水频次更多发生在高海拔地区,在海拔2 000 m左右存在一个极端降水最大值带。     

环青海湖地区夏半年极端降水时空特征及其对大气环流因子的响应

研究利用环青海湖地区8个气象站点1961—2018年逐日降水数据,分析了该地区夏半年降水量和极端降水指标的时空演变和大气环流特征,为准确理解水资源变化提供了重要的研究基础。结果表明：近60年环青海湖地区夏半年降水量呈显著增加趋势;极端降水事件各项指标（夏半年极端降水量、夏半年极端降水日数、夏半年极端降水强度、夏半年1日最大极端降水量、夏半年极端降水事件频率）呈上升趋势,尤其2005年以来各项极端降水指标上升趋势特别明显。21世纪初期是环青海湖地区的降水突变期,夏半年降水量和极端降水事件多项指标均在这一时期发生了突变。通过对极端降水指标与环流变化的关系研究发现,南极涛动指数(AAO)、西太平洋副高强度指数(WPSH)与极端降水指标显著正相关。在2006年前后南极涛动指数(AAO)和西太平洋副高指数(WPSH)发生比较明显的转折性变化,最终导致环青海湖地区夏半年极端降水各项指标在2006前后出现比较明显的突变。环青海湖地区夏半年降水量和极端降水量均存在6年的短周期和16年左右的长周期。环青海湖地区夏半年极端降水量和半年极端降水日数的均表现为西部较东部显著的空间变化特征。     

ECMWF集合预报统计量产品在重庆降水预报中的检验与分析

利用ECMWF集合预报降水资料和重庆市自动站降水资料,运用晴雨、TS评分、预报偏差等检验方法对重庆地区2014—2016年ECMWF集合预报降水产品在短期时效的预报性能进行检验分析。结果表明:最小值的晴雨预报准确率最高。对于TS评分检验,小雨量级可优先参考最小值、10%分位数和融合产品,中雨量级参考平均数和概率匹配平均,大雨和暴雨量级分别参考75%分位数和90%分位数。对于预报偏差检验,小雨量级可优先参考最小值、Mode,中雨量级参考融合产品、中位数,大雨量级参考控制预报、融合产品,暴雨量级参考90%分位数。对于百分位值预报产品和概率预报产品,小雨量级可参考5%～10%分位数和80%～90%概率预报产品,中雨量级可参考45%～55%分位数和40%概率预报产品,大雨量级可参考70%～80%分位数和20%概率预报产品,暴雨量级可参考90%～95%分位数和10%概率预报产品。     

基于ECMWF集合预报的极端天气预报产品应用和检验

通过个例总结和大样本分析的方法,本文分析和总结了ECMWF集合预报系统(EPS)中的极端温度和降水预报产品。以上产品主要为08—08时的平均气温、最高气温、最低气温和降水量四个要素的极端天气预报指数(extreme forecast index,EFI)和SOT("shift of tail"index)。研究显示,气温EFI和SOT预报效果接近,降水SOT优于EFI。运用过去3年的资料,以TS评分最大为标准,分别确定了不同时效、不同百分位的极端高低温和极端强降水事件在我国的预报阈值,及其对应的各检验参数。对于1%(99%)百分位的极端低温(高温)事件,平均气温EFI和SOT的阈值分别在-0.85(0.75)和0.38(0),最高和最低气温的阈值与平均气温的阈值接近。对于95%和99%的极端强降水事件,EFI的阈值分别在0.45和0.7左右,SOT的阈值分别在-0.6和0.4左右。整体上呈现时效越长阈值越小,预报效果越差;事件越极端,阈值越大的特点。且此时的bias接近或略大于1,表明预报的发生频率与实况比较接近,具有较好的应用价值。气温EFI和SOT的预报效果和阈值存在明显的季节差异,夏季预报较好,阈值较大,冬季预报较差,阈值较小。降水的季节差异不明显。EFI和SOT的预报效果和阈值在空间分布上也存在一定的差异,且不同的产品空间分布差异不同。     

中国北方夏半年极端干期的时空变化特征

利用1951—2004年我国北方348个测站的夏半年逐日降水资料,首先整理出各站点的极端干期日数和无雨总日数两个序列,得到极端干期日数的空间分布,并将北方划分为A、B、C 3个区,其中A、B 2个区相对湿润,C区则相对干旱和半干旱,这种分布与地理环境有密切的联系。然后建立这3个区夏半年极端干期以及无雨总日数的时间序列,采用经验模态分解(EMD)方法,分析极端干期序列的多尺度振荡结构以及多年变化的总趋势。结果显示,北方各区夏半年极端干期变化主要由前2个较高频的本征模态函数(IMF)分量构成,这表明3～4年和6～7年的变化对整个极端干期的变化起主要作用。对较低频分量和总趋势的分析表明,近54年来东北和华北大部分相对湿润的地区极端干期延长,有变干的趋势;北方主要干旱半干旱地区的极端干期变短,干旱有所缓解。近10～20年来整个北方极端干期日数增加,干旱化加剧,但西北局部干旱地区的极端干期在缩短,干旱有所缓解。这说明,分析的时—空尺度不同,得到的结果会有所不同。