数值预报产品天气学检验月报
制作:宫宇   2017 年  05 月  11 日  15 时 

一、 4月历史同期降水分布特征分析

4月较强降水主要位于长白山地区、江淮、西南东部和南部、江南和华南大部地区,该地区总降水量普遍在50-100 mm,其中江南和华南地区普遍在100 mm以上;东北东部、黄淮、河套南部、西南地区西部平均总水量在25-50mm之间,其他大部地区平均月总降水量约10-25mm。4月的极端日降水量在华中、江南和华南大部达100mm以上,其中个别站点的极端日降水量超过了200mm。黄淮地区、河套南部、西南地区大部、东北地区和华北地区东部的极端日降水量为25-50mm,其中东北地区东部和云贵地区局地极端日降水量超过了50mm。

图1 4月平均总降水分布(上)和极端日降水分布(下)(数据范围:1981-2010年)

近三年的总降水量和降水距平分布显示, 2014年、2015年和2016年4月的全国平均降水量分别为43.2mm、43.7mm和62.2mm,较常年同期(44.7mm)分别偏少3.4%、2.2%和偏多39.1%。2014年4月,新疆东北部、内蒙古西部和中部、西北地区东部、华北西部、黄淮西部、江淮、江汉和广西西北部等地偏多2成至1倍,部分地区偏多2倍以上;东北地区、新疆大部、西藏中西部、西南地区西部、江南、华南东部等地降水偏少2-8成;东北地区西部、新疆南部、西藏西北部和西南地区南部部分地区等地偏少8成以上。2015年4月,广西大部、广东西南部降水量不足50mm,华南大部较常年同期普遍偏少5-8成,局部偏少8成以上。2016年4月,与常年相比淮河以南大部、新疆北部、甘肃北部、西藏东部、青海大部、黑龙江东部、吉林中东部、山西等地降水量偏多5成至1倍,部分地区偏多2倍以上;新疆中南部、西藏西部、内蒙古大部、河套地区、黑龙江中西部、吉林西部、辽宁大部等地降水量偏少2到8成,部分地区偏少8成以上。

图2 2014(上)、2015(中)、2016(下)4月降水分布(左)降水距平(右)

二、 4月历史同期模式背景误差分析

2.1 定量降水预报评分

对2014-2016年4月预报员、EC和T639模式定量降水预报进行检验。从整体上看,对暴雨量级的预报2016年预报员评分显著较2014和2015年高,三年的预报员预报明显优于两家模式;大雨量级预报评分,2014年和2016年预报员评分高于两家模式,但2015年大雨量级的预报员评分低于两家模式。具体分析模式24h降雨预报情况显示: 4月EC模式除了2015年大于以上量级降水预报评分低于T639模式外,2014和2015年各量级降水预报均较T639模式预报有一定优势。从大雨的预报偏差、空报率和漏报率看,EC模式2016年预报相对准确,2014年预报较T639模式为优,但2015年略差于或略持平于T639模式。

就大雨预报看,预报员2014年和2016年的大雨预报技巧评分高于两家模式,相对于EC和T639模式的改进率分别达到了16.4%和23%以及9.4%和36.9%;而2015年大雨的技巧评分相对于T639模式为负值,预报员预报对大雨的把握略差于T639模式。

表1 2014-2016年24h各量级预报员和模式TS评分

图3 2014-2016年4月预报员和模式预报大雨24小时预报TS评分(左上)、偏差(右上)、空报率(左下)、漏报率(右下)

表2 2014-2016年4月预报员24h大雨预报相对于EC模式和T639模式技巧评分和改进率

2.2 环流形势和要素预报误差

4月500hPa平均高度场显示,2016年,我国南方地区低槽活动活跃,北方地区则主要受槽后脊前偏北气流控制,2015年我国上空北方地区呈一槽一脊的形势控制,2014年北方地区主要由高空脊控制。2016年模式误差大值区域位于我国华南西部,江南中西部,西南地区大部,说明对于这些地区的活跃的低值系统预报出现了一定不足;2014年的模式误差主要位于江淮地区,主要以短波槽影响特征为主,高空平均场较为平直,系统较弱;2015年的模式误差主要位于黄淮地区和东北地区,其中东北地区模式误差略有升高,南方地区的模式误差从范围到强度均有所降低。

图4 4月500hPa平均高度场(等值线)和平均绝对误差(填色) 2014年(左下)2015年(右下)2016年(上)

4月850hPa平均风场在东北华北地区为较强的西北风,在江南南部到华南地区为西南气流,江南中南部或华南北部有一条切变线存在。2014年模式对东北华北地区的西北风预报均把握较好,误差较小,2015年模式对东北华北地区的西北风预报有一定误差;2014年对南方西南风的预报较好。2016年,850hPa风场偏差主要出现在北方的偏北气流中以及我国南方大部的偏南气流中,说明对于我国该年的大型雨带南北位置预报有一定摆动,南北冷空气结合位置预报具有不确定性。

图5 4月850hPa平均风场、500hPa平均高度场、850hPa平均风速绝对误差2014年(左下)2015年(右下)2016年(上)

过去3年4月的850hPa比湿平均绝对误差显示:4月,我国北方大部分地区的比湿均比较小,分布呈从西南向东北方向延伸趋势;与2016年相比,2014年和2015年的华南沿海地区比湿误差相对较小,普遍未超过1g kg-1,其中2016年为整体性比湿误差较大,华南中部大部出现了1g kg-1以上的偏差2015年误差较大区域呈散点化分布;南海海上的比湿误差,2015年误差明显小于2014年和2016年。

图6 4月850hPa平均比湿(等值线)、850hPa平均比湿绝对误差2014年(左下)2015年(右下)2016年(上)

三、 4月历史同期主要降水过程空间检验分析

2013-2016年4月共出现16次主要降水过程,2016年最为多发,达到了9次,主要发生于华南地区,多呈分散态分布,局地性明显,预报难度较大。下面选取2次降水强度较强,影响区域较广的代表个例,对EC模式24h降水预报的空间检验和天气学检验情况介绍如下:

2013年4月4-6日,我国西南地区东部、江南中部和西部地区、华南中部地区出现大到暴雨,其中江南西北部局地出现大暴雨。这次强降水是由于高原槽东移加深,低层形成切变系统,结合强盛的偏南暖湿气流的共同作用所产生。从预报空间检验看,EC模式对暴雨量级的降水落区预报较实况范围与实况接近,在福建与广东沿海有一定的空报。大雨量级降水预报在江西、湖南等地出现了空报,在福建出现了漏报。对流层低层风场预报检验显示,模式对切变线附近的风场预报较实况偏强明显,最强可超过3m s-1,福建南部风场偏强区域较切变线实际位置偏南,这是造成福建大雨漏报的主要原因之一;江西湖南中部出现小范围的风场偏强区域,与这些地区空报范围基本重合,是造成这些地区大雨空报的主要原因。对对流层低层湿度场预报进行检验,模式对湖南和江西大部的低层湿度场预报较实况偏强,直接导致了该地区的空报现象。

图7 2013年4月6日08时24小时EC模式24h大雨(左上、填色:观测连续雨区;等值线:预报连续雨区)、暴雨(右上)模式36h预报空间检验,5日20时24h预报天气学检验(填色:24h预报和EC零场风速大小偏差,风向:EC零场相应高度风速,等值线:EC零场500hPa高度场)

2015年4月18-20日,受东移高原槽及低层暖式切变的共同影响,我国江南东部、广东北部、广西北部、湖南南部出现暴雨,其中广东东北部沿海大暴雨。从预报空间检验结果看,EC模式对大雨量级的降水落区预报较实况出现较大偏差,位置偏南,在广东沿海出现大范围空报,在广东东北部、湖南南部、江西大部和福建西部出现大范围漏报。暴雨量级降水预报EC模式预报也出现明显偏离,出现大范围漏报和空博爱。对流层低层风场预报检验显示,模式对暖式切变线南侧偏南风预报较实况明显偏强,而在广东沿海偏南风预报偏弱,说明切变线位置较实况有所北抬,而暖区内西南气流偏弱。湿度场显示模式对华南地区整体水汽输送预报偏弱,因此模式预报在华南地区水汽输送不足,降水区域较实况明显偏南。

图7 2015年4月19日08时24小时EC模式24h大雨(左上、填色:观测连续雨区;等值线:预报连续雨区)、暴雨(右上)模式36h预报空间检验,18日20时24h预报天气学检验(填色:24h预报和EC零场风速大小偏差,风向:EC零场相应高度风速,等值线:EC零场500hPa高度场)

四、 主要结论和讨论

1)近三年的总降水量和降水距平分布显示, 2014年、2015年和2016年4月的全国平均降水量分别为43.2mm、43.7mm和62.2mm,较常年同期(44.7mm)分别偏少3.4%、2.2%和偏多39.1%。2014年4月,新疆东北部、内蒙古西部和中部、西北地区东部、华北西部、黄淮西部、江淮、江汉和广西西北部等地偏多2成至1倍,部分地区偏多2倍以上;东北地区、新疆大部、西藏中西部、西南地区西部、江南、华南东部等地降水偏少2-8成;东北地区西部、新疆南部、西藏西北部和西南地区南部部分地区等地偏少8成以上。2015年4月,广西大部、广东西南部降水量不足50mm,华南大部较常年同期普遍偏少5-8成,局部偏少8成以上。2016年4月,与常年相比淮河以南大部、新疆北部、甘肃北部、西藏东部、青海大部、黑龙江东部、吉林中东部、山西等地降水量偏多5成至1倍,部分地区偏多2倍以上;新疆中南部、西藏西部、内蒙古大部、河套地区、黑龙江中西部、吉林西部、辽宁大部等地降水量偏少2到8成,部分地区偏少8成以上。

2)对2014-2016年4月预报员、EC和T639模式定量降水预报进行检验。从整体上看,对暴雨量级的预报2016年预报员评分显著较2014和2015年高,三年的预报员预报明显优于两家模式;大雨量级预报评分,2014年和2016年预报员评分高于两家模式,但2015年大雨量级的预报员评分低于两家模式。具体分析模式24h降雨预报情况显示: 4月EC模式除了2015年大于以上量级降水预报评分低于T639模式外,2014和2015年各量级降水预报均较T639模式预报有一定优势。从大雨的预报偏差、空报率和漏报率看,EC模式2016年预报相对准确,2014年预报较T639模式为优,但2015年略差于或略持平于T639模式。

就大雨预报看,预报员2014年和2016年的大雨预报技巧评分高于两家模式,相对于EC和T639模式的改进率分别达到了16.4%和23%以及9.4%和36.9%;而2015年大雨的技巧评分相对于T639模式为负值,预报员预报对大雨的把握略差于T639模式。

3) 4月500hPa平均高度场显示,2016年,我国南方地区低槽活动活跃,北方地区则主要受槽后脊前偏北气流控制,2015年我国上空北方地区呈一槽一脊的形势控制,2014年北方地区主要由高空脊控制。2016年模式误差大值区域位于我国华南西部,江南中西部,西南地区大部,说明对于这些地区的活跃的低值系统预报出现了一定不足;2014年的模式误差主要位于江淮地区,主要以短波槽影响特征为主,高空平均场较为平直,系统较弱;2015年的模式误差主要位于黄淮地区和东北地区,其中东北地区模式误差略有升高,南方地区的模式误差从范围到强度均有所降低。4月850hPa平均风场在东北华北地区为较强的西北风,在江南南部到华南地区为西南气流,江南中南部或华南北部有一条切变线存在。2014年模式对东北华北地区的西北风预报均把握较好,误差较小,2015年模式对东北华北地区的西北风预报有一定误差;2014年对南方西南风的预报较好。2016年,850hPa风场偏差主要出现在北方的偏北气流中以及我国南方大部的偏南气流中,说明对于我国该年的大型雨带南北位置预报有一定摆动,南北冷空气结合位置预报具有不确定性。过去3年4月的850hPa比湿平均绝对误差显示:4月,我国北方大部分地区的比湿均比较小,分布呈从西南向东北方向延伸趋势;与2016年相比,2014年和2015年的华南沿海地区比湿误差相对较小,普遍未超过1g kg-1,其中2016年为整体性比湿误差较大,华南中部大部出现了1g kg-1以上的偏差2015年误差较大区域呈散点化分布;南海海上的比湿误差,2015年误差明显小于2014年和2016年。

4) 模式使用建议:

a. 4月份的强降水主要位于华南和江南地区,系统均比较明显。多高原槽、低空急流、切变线等系统造成的降水。

b. 从全月平均和个例分析看,模式对低层风场和湿度场预报的主要误差均位于切变线南侧的西南气流中,且切变线位置多有偏差,在使用时要注意订正。

c. 4月强降水多呈分散性,EC模式对该阶段降水落区把握有一定不足,位置偏差较大,强度预报偏弱。切变线附近降水和暖区降水之间的关联需要注意订正。

参考文献:

1. 樊利强,张涛,孙瑾.2014.2014年4月大气环流和天气分析.气象,40(7):898-904。

2. 周康辉,方翀.2015.2015年4月大气环流和天气分析.气象,41(7):915-920.

3.陶亦为,张芳华,刘涛.2016.2016年4月大气环流和天气分析.气象,42(7):898-904.