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青海省一次降水过程的数值模式预报及误差分析

2021-03-23石秀云陈红松刘成丰祁雨佳

青海农林科技 2021年1期
关键词:实况风场时效

石秀云,陈红松,刘成丰,祁雨佳

(青海省格尔木市气象局,青海 格尔木 816099)

1 天气实况综述

受新西风槽底西北气流和南支槽前较强西南气流的共同影响,图1(a),2020年5月5日08时至6日08时,全省大部出现降水,图1(b),共计522个测站出现降水,其中小雨478个,中雨44个,较大降水量出现在野牛沟(23.8mm)、化隆金源乡士哇仓村(16.6mm)、冷湖行委(9.7mm)等地。

全省24h内高温区域在青海中东部,图1(c),主要位于柴达木盆地东部和和东部农业区,其中最高气温31.0℃出现在尖扎康杨镇宗子拉村。全省24h内低温区主要在海西西部、唐古拉山区、玉树和果洛等地,其中最低气温-6.7℃位于格尔木市的不冻泉,另外五道梁附近最低气温也在-6℃左右,图1(d)。

图1 青海省天气实况图

2 降水预报检验

2.1 各模式降水落区预报定性分析

从EC模式24h(5日08时起报6日08时)降水落区图(图2a)看出EC全省预报降水、EC模式48h(4日08时预报6日08时)预报时效(图2b)图中也给全省预报降水。NCEP模式24h降水落区图(图2c)中,全省预报降水,NCEP模式48h降水落区图(图2d)中,西北部没预报降水,省内其余各地预报有降水。GRAPES-GFS 24h降水落区图(图2e)中,柴达木盆地中东部没预报降水,其余各地小雨,其中给我省东北部预报有中雨,GRAPES-GFS 48h降水落区图(图2f)中,除了对柴达木盆地中部没预报降水外,其余各地预报有降水。因此,从青海区域的降水落区预报来看:EC模式、NCEP模式不论是24h还是48h,对柴达木盆地中部的降水均有空报,EC 模式对东北部和西北部少量站较大降水中心有漏报,NCEP 对较大降水中心漏报更多。而GRAPES-GFS 的 24 h预报降水落区和降水量级更准确,也更接近实况。

图2 青海省5月5日24h累积降水量预报图

2.2 各模式对青海区域要素(降水、温度)预报偏差分析

2.2.1 晴雨及一般性降水预报(24h预报时效)

对各模式晴雨及一般性降水24h预报时效,在青海区域内各站点的预报准确率、空报率、漏报率统计分析来看:GRAPES3km和GRAPES-MESO晴雨准确率(图3a)最高分别为 59.23%和58.11%;NCEP准确率较低,为47.07%;晴雨空报率(图3c)GRAPES-MESO 空报率最低,为33.78%;NCEP和EC-thin空报率较高,分别为51.8%和42.34%。一般性降水准确率(图3b)GRAPES 3km最高,为47.69%,其次为GRAPES-GFS(47.54%)和EC-thin(47.18%),NCEP准确率较低,为43.24%。

综合来看,GRAPES-MESO和GRAPES 3km准确率最高,其次是GRAPES-GFS较高,而NCEP最低。EC-thin仅对一般性降水的准确率较高。

图3(b) 5月6日08时各模式一般性降水预报准确率

图3(c) 5月6日08时各模式晴雨预报空报率

2.2.2最高、最低温度预报(24 小时预报时效)

对各模式24h预报(5日08时预报6日08时)最高温度(图4a)预报准确率统计分析来看,在青海区域内:GRAPES-GFS准确率最高,为31.39%,其次为GRAPES3km模式,为26.46%,EC-thin模式最低,仅为11.66%。对各模式24h预报(5日08时预报6日08时)最低温度(图4b)预报准确率统计分析来看:GRAPES3km模式准确率最高,为53.36,其次为GRAPES-GFS,为52.47,EC-thin为51.12%。由此可见,三种模式对最低温度的预报准确率较高,均在50%以上,而对最高温度的预报准确率较低。

图4(a) 5月6日08时各模式最高温度预报准确率

图4(b) 5月6日08时各模式最低温度预报准确率

3 全球模式500hpa环流形势检验

3.1 500hpa高度场预报

3.1.1 预报稳定性分析

5月 6 日 08 时 500hpa 高空图上(图5a),中高纬度为宽广的西风槽多波动,我省北部受西风槽底部下滑冷空气影响,有高空短波活动;南部有风场弱切变线活动,并且偏南风较强。从各模式 24、48、72h预报稳定性分析来看,EC模式高度场预报(图5b)更稳定,但对我省北部大降水区的短波系统预报较弱。EC 和 NCEP模式(图5c) 对我省系统预报偏弱,而GRAPES-GFS模式预报(图5d) 在全省范围内的高度预报场和实况更趋于一致,但对省北部系统预报略比实况偏南,对南支系统预报位置略比实况偏北。

图5 青海省5月6日08时500hp高度场预报图(注:图中黑色线条为000场,蓝色线条为 24h预报场,绿色线条为48h预报场,红色线条为72h预报场)

3.1.2 预报偏差分析

从各模式 24、48、72h预报偏差分析来看,EC 模式预报图6(a)在各预报时效(24、48、72h)预报偏差以正偏差为主,即 500hpa 预报高度场偏高,预报偏弱;GRAPES-GFS模式预报图6(b)对于青海中部和北部预报偏差以正偏差为主,对东部预报以负偏差为主,即对最大降水落区(野牛沟附近)预报偏弱,对次最大降水落区(化隆附近)预报偏强,与GRAPES-GFS 对大降水落区预报偏南对应。

图6(a) 不同时效EC模式500hpa高度场预报偏差

图6(b) 不同时效GRAPES-GFS模式500hpa高度场预报偏差

3.2 500hpa 温度场预报

3.2.1 预报稳定性分析

5月 6日08时500hPa高空图上,我省北部受弱冷槽控制,北部为-12℃的低温区。沱沱河南部为-8℃的相对暖区。从各家模式 24、48 预报稳定性分析来看,EC 模式24h(图7b)对整个青海省温度预报相对较好,与实况(图7a)基本吻合,而EC 模式48h(图7c)对青海南部预报偏弱;NCEP模式24h(图7e)温度预报对青海南部的预报均偏强,而NCEP模式48h(图7f)温度预报对青海南部的预报稍偏强,北部预报与实况(图7d)基本吻合;GRAPES-GFSP模式24h(图7h)温度预报与实况(图7g)更接近,但仍然对玉树南部预报偏强,GRAPES-GFSP模式48h(图7i)温度预报对东南部的预报稍偏弱。

图7 5月6日08时各模式500hpa温度场24、48h预报稳定性分析(a)EC模式温度初始场 (b)EC模式温度24h预报场 (c)EC模式温度48h预报场 (d)GRAPES-GFS模式温度00场 (e)GRAPES-GFS 模式温度24h预报场 (f)GRAPES-GFS模式温度48h预报场 (g)NCEP模式温度00场 (h)NCEP模式温度24h预报场 (i)NCEP模式温度48h预报场

3.2.2 预报偏差分析

从各模式24、48、72h预报偏差分析来看,EC模式图8(a)在各预报时效(24、48、72h)对省北部预报偏差以正偏差为主,特别是对弱冷槽位置的温度预报偏高。GRAPES-GFS模式8(b)对于青海中西部正偏差为主,且偏差值普遍高于EC模式,最高偏差达到4℃左右。说明GRAPES-GFS对南支槽前的弱冷温槽预报偏弱。

图8(a) 不同时效EC模式500hpa温度场预报偏差

图8(b) 不同时效GRAPES-GFS模式500hpa温度场预报偏差

3.3 500hPa风场预报偏差分析

综合各模式24h 500hPa预报偏差,可以看出EC模式(图9a)对柴达木盆地高空风场预报偏强,对唐古拉地区的风场预报偏弱;GRAPES-GFS模式(图9b)对柴达木盆地的高空风场预报更准确,但对南支槽前的西南风预报偏强;NCEP模式(图9c)对柴达木盆地高空风场预报偏强,对唐古拉地区的风场预报偏弱。

图9 5月6日08时各模式500hpa风场与实况对比图(a)EC模式 (b)GRAPES-GFS 模式 (c)NCEP 模式

4 结论

通过以上分析可知,对于500hPa环流形势场预报而言,EC模式预报相对稳定,但对影响我省的低值系统预报偏弱;而GRAPES-GFS 与实况更靠近,但对省北部浅槽预报偏南而对南支槽前西南气流预报偏强,导致降水落区和大降水中心偏南。NCEP 模式预报仍然偏弱。

对于降水落区预报来说GRAPES-GFS的24h预报降水落区和降水量级更准确,但其48h预报大降水落区偏南。对于降水和最高、最低气温预报准确率,整体来看GRAPES3km 准确率最高,其次是GRAPES-GFS,再次是EC-thin,NCEP准确率最低。

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