丁 凡，安婷婷，陈小苏，程 月,潘 玲

(1.日照市气象局，山东日照 276800；2.张掖市气象局，甘肃张掖 734000 )

强对流天气是大气不稳定能量释放的产物，主要包括雷雨大风、冰雹、龙卷风、局部强降雨等。由于发生突然、移动迅速、产生的天气现象剧烈、破坏力极强，一直是天气预报的重点和难点[1-5]。随着预报技术的不断发展，数值预报已经成为预报员制作强对流天气预报不可缺少的工具，尤其是ECMWF模式，在强对流预报中发挥着举足轻重的作用；但是由于数值模式的预报结果受到边界条件、地形、物理过程及初始场等诸多因素的影响，使得模式预报的要素在量级和时空分布上与实况有着不同程度的差异[6-8]。因此了解数值模式产品的预报性能、掌握模式存在的问题和不足并对其加以订正和评估[9-11]，可以有效提高预报员的模式应用和订正能力，提高天气预报的准确率，从而取得更好的预报效果。

目前，学者们运用了多种新技术、新方法对不同模式下降水预报的各个方面进行了大量研究[12-16]，主要为不同区域、不同时段、不同要素预报效果的分析检验。通过对不同模式产品进行大量主客观检验与评估，使预报员的预报技术得到明显提高。郑婧[17]给出了预报西北气流下特大暴雨的着眼点和预报概念模型以及订正模式降水的思路。曲巧娜[18]对多种模式的强降水落区进行了检验,结果表明EnWRE和EC-thin降水落区的预报优于其它模式，并且表现出一定的互补性。谌芸[19]对北方一次暖区大暴雨降水预报失败案例进行剖析，结果表明高温高湿的环境中未能捕捉到可触发对流的次天气及以下尺度的小扰动，加之对中尺度对流系统环境场条件的精细分析不足是导致强降水预报量级偏弱的重要因素。本文对细网格模式产品(下简称EC产品)的形势场、物理量场、强降水中心量级进行主客观检验分析，旨在研究EC产品对强对流天气的影响系统、关键物理量及降水量大小的预报效果，为数值模式产品的订正提供参考，以期提高天气预报准确率。

1 资料和强对流过程的选取

利用2018—2019年发生在山东省汛期6—9月的20次强对流过程(表1)，对与暴雨相对应的欧洲中心0.25°×0.25°EC产品08时起报的24 h、48 h的预报场进行检验，将预报场与NCEP1°×1°再分析资料及常规观测资料进行对比，主要检验20次强对流过程中系统的位置及移速、物理量大小、降水中心量级与范围等。检验内容为强对流天气影响系统(500 hPa副热带高压、500 hPa西风槽)、关键物理量(低层湿度、500 hPa与850 hPa温度差(T500-850)、0 ℃层与-20 ℃层高度、K指数、LI指数(抬升指数)、CAPE值)、强降水中心降水量及降水范围。

表1 2018—2019年6—9月山东省20次强对流天气过程影响系统

2 预报效果检验分析

2.1 影响系统

2.1.1 500 hPa西风槽 表2为2018—2019年山东省汛期强对流发生时EC产品24 h、48 h预报时效内500 hPa西风槽的预报结果，其中用500 hPa环流形势场上三条特征线与槽交点的经纬度的平均值来确定西风槽的强度和移速，规定该特征线为576、580、584 dagpm线。经度偏差为预报经度与实况经度之差，当-1°≤经度偏差≤1°时，西风槽移动速度预报与实况相一致；经度偏差>1°时，则西风槽移动速度预报偏快；经度偏差<-1°时，则预报移速偏慢。纬度偏差为预报纬度与实况纬度之差。当-1°≤纬度偏差≤1°时，西风槽强度预报与实况相一致；纬度偏差>1°时，则预报强度偏弱；纬度偏差<-1°时，则预报强度偏强。

对西风槽强度的预报，EC产品24 h预报效果与48 h预报效果一致，预报准确率均为80%。当预报与实况不一致时，除48 h有1次漏报之外，其余预报纬度均比实况低，强度预报偏强，偏强误差在2.3个纬度以内。EC产品对西风槽移动速度的预报随着预报时效的延长，预报效果变差，24 h预报准确率为80%，48 h预报准确率为70%。预报移速偏快或偏慢的次数几乎相当，24～48 h预报时效内，偏快4次，偏慢5次，经度误差均在4.3°以内。由此看出，EC产品对西风槽的移速和强度的预报相对较好，除48 h的移速预报准确率为70%外，其余预报准确率均达到了80%，具有较好指示意义。

表2 EC产品对山东省2018—2019年6—9月20次强对流天气500 hPa西风槽预报强度和移速检验 单位：次

2.1.2 500 hPa副热带高压 副热带高压(下简称副高)是制约大气环流变化的重要成员之一，是控制热带和副热带地区的、持久的、大型天气系统之一。副高北界的位置变动与山东省天气变化有着极其密切的关系。通过检验2019年山东省汛期暴雨发生时EC产品预报的24 h、48 h预报时效内120°E上588 dagpm线最北界的纬度值，来分析EC产品对副高北界的预报能力。规定120°E上588 dagpm的副高纬度偏差为预报纬度值与实况纬度值之差，当-1°≤副高纬度偏差≤1°时，副高北界位置预报正确；当副高纬度偏差<-1°时，副高北界位置预报偏南；当副高纬度偏差>1°时，预报偏北。

通过检验可以看出，对副高北界的预报，48 h预报准确次数仅比24 h多1次，预报效果略优于24 h，预报能力大致相当，准确率在80%以上。24 h预报时效内有16次过程预报正确，2次过程偏北，1次过程偏南，1次漏报；48 h预报时效内有17次过程预报正确，3次过程预报偏北。可以看出，EC产品对副高北界预报误差以偏北为主，且误差均在2.3°以内，总体误差较小。出现偏差的过程中，仅有一次过程24 h与48 h预报与实况均不一致，有3次过程24 h预报与实况不一致而48 h预报正确，有两次过程48 h预报偏北而24 h预报正确。总体而言，EC产品对副高北界预报效果较好，具有较好的指示意义。

2.2 物理量

2.2.1 特殊高度检验 在做冰雹预报时，除天气形势分析之外，0 ℃层和-20 ℃层高度的探空分析是首先需要注意的。一般来说，冰雹都发生在0 ℃层和-20 ℃层高度适宜的条件下，因此，模式预报的特殊高度的准确度对预报员判断未来有无冰雹发生有着极其重要的作用。规定当模式的预报结果与实况之差的绝对值小于等于200 m时，预报正确，大于200 m时预报错误。

通过检验可知，EC产品对0 ℃层高度预报的准确率达到100%，误差在200 m以内，预报效果非常好。但是，其对-20 ℃层高度的预报效果不太理想，24 h预报时效内有11次预报正确，3次高度偏高，6次偏低，9次预报失误的误差绝对值的平均值为352 m；48 h预报时效内有12次预报正确，3次偏高，5次偏低，8次预报失误的误差绝对值的平均值为402 m。由此看出，24 h和48 h预报时效内的误差均以偏低为主，虽然48 h时效的预报准确率略高于24 h，但48 h预报错误过程的误差绝对值的平均值却大于24 h。

2.2.2 能量指标 大气对流是有效能量之间的相互转换和释放，对流有效位能(CAPE)从理论上反映出对流上升运动可能发展的最大强度，是可以转化为动能的位能，近年来有广泛的应用。规定CAPE的EC产品预报值与实况值之差的绝对值小于等于200 J/kg为预报准确，大于200 J/kg为预报错误。

通过分析CAPE值绝对误差发现，EC产品对CAPE的预报效果较差，24 h预报时效内成功预报4次，偏大16次，偏小0次，16次偏大的误差绝对值的平均数为1 330 J/kg；48 h预报时效内成功预报3次，偏大17次，偏小0次,17次偏大的误差绝对值的平均值为1 510 J/kg。由此看出，EC产品预报CAPE的准确率较低，误差较大，且均以偏大为主。

2.2.3 热力不稳定指数 稳定度分析是对流天气诊断和分析常用的方法。在预报业务中，常常用一些指数表示大气的稳定度。参与检验的指数为K指数、LI指数和500 hPa与850 hPa温差(T500-850)，并且规定，EC产品的预报值与实况值之差的绝对值小于等于2 ℃时，预报正确，大于2 ℃时预报错误。

分析K指数发现，EC产品24 h预报准确率略高于48 h。24 h的预报准确率为65%，13次预报正确，4次预报偏大，3次预报偏小；48 h预报准确率为60%，12次预报正确，5次预报偏大，3次预报偏小。由此看出，EC产品对K指数的预报效果一般，但仍具有一定的指示意义。

分析抬升指数发现，无论是24 h还是48 h，EC产品准确预报的过程次数为0次，且预报的数值均为偏大，都在0 ℃以上，因此EC产品对LI指数的预报无指示意义。

分析T500-850发现，EC产品对其预报效果较好。24 h、48 h的预报准确率分别为90%、80%，误差来源均为温差偏小，24 h偏小2次，48 h偏小4次，且24 h、48 h的误差分别在-2.5 ℃、-3 ℃以内，准确率较高，具有很好的指示意义。

由此看出，EC产品对热力不稳定指数的预报效果参差不齐，差别较大，T500-850的预报效果最好，其次为K指数，效果最差为LI指数。

2.2.4 低层湿度 水汽条件对强对流天气的发生发展有着极其重要的作用，通过地面露点温度、925 hPa比湿及850 hPa比湿来检验EC产品对水汽的预报能力。规定预报与实况值之差的绝对值地面露点温度小于等于2 ℃或比湿小于等于2 g/kg时，预报正确，反之，预报错误。

EC产品对2 m露点温度的预报与实况几乎一致。24 h预报准确率为100%，48 h仅有1次与实况不一致，预报准确率为95%， 效果非常好。

EC产品对925 hPa比湿的预报准确率很高，24 h只有1次与实况不一致，预报准确率为95%，48 h有2次与实况不一致，预报准确率为90%，3次预报失误的原因均为预报偏大，且误差在3 g/kg以内，预报效果非常好。

EC产品对850 hPa比湿的预报效果较好，24 h的预报准确率高于48 h，分别为90%、80%。除48 h有一次比湿预报偏小外，其余误差均为比湿预报偏大，误差在3 g/kg以内，具有较好的指示意义。

由此可见，EC产品对低层湿度的预报效果较好，预报准确率2 m露点温度>925 hPa比湿>850 hPa比湿，误差以偏大为主，随着高度的降低，预报准确率升高，随着时效的延长，预报准确率降低。

2.3 强降水中心

首先将EC产品预报的强降水中心与实况强降水中心的降水量差值进行检验(表3)，发现在强对流过程中，EC产品预报的降水量最大值一般小于实况。24 h预报时效内，有3次降水量预报值偏大，17次预报值偏小，最大负偏差达到-115 mm，平均负偏差为-45.7 mm。在7次暴雨以下量级的降水过程中，有5次过程降水量预报中心值比实况小10 mm以上；13次暴雨及以上的降水过程中，有10次偏差小于-20 mm，5次偏差小于-50 mm，3次偏差小于-100 mm。48 h预报时效内，有4次预报值偏大，16次预报值偏小，最大负偏差达到-136 mm，平均负偏差为-54.6 mm。在7次暴雨以下量级的降水过程中，有5次过程预报的中心值比实况小10 mm以上，13次暴雨及以上量级的降水过程中，有8次偏差小于-20 mm，有6次偏差小于-50 mm，有3次偏差小于-100 mm。

其次，对强对流过程中中雨及以上量级的降水范围进行检验，规定其预报值与实况值之差的绝对值小于等于实况值的1/4为预报正确，大于实况值的1/4预报错误。经检验可知，模式预报的中雨及以上量级的降水范围一般小于等于实况。EC产品24 h内预报中雨及以上量级的降水范围与实况一致9次，偏小10次，偏大1次；48 h预报降水范围与实况一致5次，偏小13次，偏大2次。

表3 EC产品强降水中心降水量预报与实况差值

3 结论

(1)EC产品对500 hPa西风槽和副高的预报相对较好，除48 h的西风槽移速预报效果较差，其余时次的预报准确率均达到了80%。

(2)EC产品对0 ℃层高度预报的准确率达到100%，但对-20 ℃层高度24 h和48 h的预报准确率仅为55%、60%。EC产品对CAPE值24 h和48 h的预报准确率仅为20%、15%，且误差均以偏大为主。EC产品对热力不稳定指数的预报效果参差不齐，T500-850的预报效果最好，其次为K指数，效果最差的为LI指数。EC产品对低层湿度的预报准确率均在80%以上，预报效果2 m露点温度>925 hPa比湿>850 hPa比湿，误差以偏大为主。

(3)EC产品预报强对流过程的降水量最大值一般小于实况，预报中雨及以上量级降水的范围一般小于等于实况。