数值预报产品天气学检验月报
制作:霍达   2016 年  11 月  28 日  15 时 

一、12月历史同期降水分布特征分析

12月我国主要降水区位于江南中东部、华南大部等地,该地区总降水量普遍在25mm以上,局地可达50mm以上,东北东部、新疆北部、江淮大部、江汉、江南西部、西南地区等地总降水量在10-25mm之间,其他地区总降水量小于10mm。12月的极端日降水量在江南东部和南部、华南大部、云南南部在50mm以上,其中广西中东部、广东沿海、海南等地个别站点的极端日降水量超过100mm。

图1 1971年-2000年12月月尺度降水分布特征,气候态(左上)、标准差(右上),(来源:国家气候中心http://cmdp.ncc-cma.net/climateCharacteristics/pr_month.php);1981年-2010年12月极端日降水分布(下)

近三年的总降水量和降水距平分布显示,2013年、2014年和2015年12月的降水平均值分别为15.4mm、7.9mm和24.1mm较常年同期(10.5mm)分别偏多46.7%、偏少24.8%、偏多129.5%。

2013年12月,新疆北部和南部局部、西北地区中东部部分地区、内蒙古东部局部、西藏东南部、西南地区中南部、江南南部以及华南大部降水量较常年同期偏多2成以上,其中西南地区南部和华南大部偏多2倍以上;全国其余大部地区降水量均偏少5至8成,部分地区偏少8成以上。月内,华南平均降水量118.6mm,较常年同期(32.4mm)偏多2.7倍,是1951年以来历史同期最大值。

2014年12月,黑龙江中东部、吉林西部、内蒙古东南部、河北东北部、山东半岛东北部、新疆南部、青海南部、西藏中部、广西东部、广东西部、海南中东部、云南西部等地降水偏多5成至2倍,局部地区偏多2倍以上;全国其余大部分地区接近常年同期或明显偏少,其中内蒙古西部、西北地区东部、华北、黄淮、江淮、江汉等地偏少8成以上。

2015年12月,东北大部、内蒙古大部、西北地区东部大部及新疆大部、西南地区东部、长江中下游以南地区降水量偏多2成至2倍,新疆中南部、西北地区东北部、内蒙古西北部和中东部、东北中部、江南南部、华南大部等地偏多2倍以上;西藏大部、青海大部、新疆西部部分地区、华北大部、黄淮、江淮、江汉等地降水量偏少2-8成,部分地区偏少8成以上。

图2 2013年(上)、2014年(中)、2015年(下)12月降水分布(左)及降水距平(右)

二、未来一个月历史同期模式背景误差分析

2.1 定量降水预报评分

对2013-2015年12月预报员、EC和T639模式定量降水预报进行检验。从整体上看,2015年各量级降水均较2014年高,略低于2013年,预报员暴雨量级降水评分达到0.491。从大雨总站数和降水总量来看,降水略低于2013年但明显较2014年强。

具体分析24h大雨和暴雨预报情况显示:EC模式评分均略高于T639。EC模式预报除2013年空报率、2014年偏差略高于T639模式,其他均小于T639模式。预报员QPF的TS评分2014年和2015年中雨预报、大雨预报略低于EC模式,暴雨预报2013年低于EC模式,其余时间各量级均高于两家模式预报,但其预报偏差和空报率也较大,漏报率相比模式有所改进。从大雨预报技巧评分和改进率来看, 2014年提高幅度较大,效果最佳。

表1 2013-2015年12月24h各量级预报员和模式TS评分

图3 2013-2015年12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 2013-2015年12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

12月500hPa高度场误差主要位于北方受槽脊影响频繁地区。2013年,高度场的经向度较大,说明该年冷空气活动较频繁,但槽脊活动区域误差明显较小,说明模式对中高纬度系统预报较为优秀,相应的,这一年的预报评分最高。2014年,东亚大槽位置偏西,在我国东北上空出现了一定的误差,说明这一地区冷空气活动频繁,但模式预报有一定偏差。2015年,孟湾系统较强,北方脊前冷空气活跃,我国长江中下游降水系统活动频繁,模式在这一地区则出现了较大的高度场预报偏差。同时对蒙古西部到我国西北地区的脊前冷空气预报也较为不稳定,在东北地区出现了一定偏差。

图4 12月500hPa平均高度场(等值线)和平均绝对误差(填色) 2013年(左上)、2014年(右上)、2015年(下)

12月850hPa平均风场误差主要位于南海海面和我国东南沿海地区,2015年12月的850hPa平均风场误差较2013和2014年更明显,且集中出现在华南地区,及热带环流与副热带环流过渡区域,即对偏北冷空气的南界的位置预报,说明这一区域的温度及降水预报带来一定误差。

图5 12月850hPa平均风场、500hPa平均高度场、850hPa平均风速绝对误差2013年(左上)、2014年(右上)、2015年(下)

三、历史同期主要降水过程空间检验分析

2013-2015年12月共出现4次明显的暴雨过程,根据每次过程的雨带位置和降水特点,选取1个代表个例,对EC模式24小时降水预报的空间检验和天气学检验情况介绍如下:

2013年12月14-18日,受南支系统、副高外围偏南暖湿气流及低层冷空气的共同影响,云南东部、广西中部、广东大部、江西南部、福建西部、浙江中东部自西向东出现暴雨,其中广东西南部15日出现大暴雨。对流层低层风场预报检验显示模式对东南暖湿气流较实况偏强,并且湿度较实况则偏大,这些因素有利于降水预报的偏强,而实际预报的暴雨落区范围则较实况偏弱偏小,因此,上述分析说明模式降水预报有一定的偏弱的系统性误差。

图6 2012年12月15日08时24小时EC模式36h预报检验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,14日20时24小时预报天气学检验(左下:填色为24小时预报和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;右下:24小时预报和EC零场850hPa比湿大小偏差,等值线:EC零场850hPa比湿)

主要结论和讨论

(1)12月总降水量超过25mm的区域主要位于江淮南部、江汉南部、江南、华南西部偏东地区、海南东部及云南南部,其中江南中东部局部超过50mm。通过分析历史同期降水可知,在长江以南大部地区,历史最大降水均有出现过50mm以上,在华南沿海及海南东部甚至出现过100mm以上降水。

(2)2013年-2015年,这三年EC模式的大到暴雨评分均略高于T639。EC模式预报偏差、空报率和漏报率相对较小,只有2014年的预报偏差较T639模式大。预报员QPF的TS评分2014年和2015年中雨预报、大雨预报略低于EC模式,暴雨预报2013年低于EC模式,其余时间各量级均高于两家模式预报,但其预报偏差和空报率也较大,漏报率相比模式有所改进。从大雨预报技巧评分和改进率来看, 2014年提高幅度较大,效果最佳。

(3)12月500hPa高度场误差主要位于北方受槽脊影响频繁地区。2013年,高度场的经向度较大,说明该年冷空气活动较频繁,但槽脊活动区域误差明显较小,说明模式对中高纬度系统预报较为优秀,相应的,这一年的预报评分最高。2014年,东亚大槽位置偏西,在我国东北上空出现了一定的误差,说明这一地区冷空气活动频繁,但模式预报有一定偏差。2015年,孟湾系统较强,北方脊前冷空气活跃,我国长江中下游降水系统活动频繁,模式在这一地区则出现了较大的高度场预报偏差。同时对蒙古西部到我国西北地区的脊前冷空气预报也较为不稳定,在东北地区出现了一定偏差。

模式使用建议:

(1)12月强降水主要位于长江以南地区,影响系统包括南支系统、副高、高原系统、中高纬度槽脊系统。

(2)EC模式预报偏北冷空气对我国南方沿海地区的降温过程会有一定的不确定性,使用时注意订正。

(3)EC模式对南方地区的中到大雨降水落区位置和强度把握较好,但由于低层风场预报可能存在的误差及全球模式局限性,对暴雨及其以上量级的降水强度预报偏弱,落区一般存在预报偏差。

参考文献:

吕梦瑶,何立富.2014.2013年12月大气环流和天气分析.气象,41(2):254-260.

饶晓琴,马学款,黄威.2015.2014年12月大气环流和天气分析.气象,40(2):253-260.

李明,花丛,马学款.2016.2015年12月大气环流和天气分析.气象,42(3):382-388.