Page 17 - 《高原气象》2022年第5期

高 原 气 象 41 卷
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分离法和基于目标属性的空间检验方法。基于目 预报员对该地区强降水天气落区的预报难度均较
标属性的空间检验方法利用对象属性间的拟合程 大。随着近些年大尺度数值模式预报性能的不断
度作为评价预报优劣的判据，侧重于检验预报场与 提升，模式对某一具体降水目标有一定的预报能
观 测 场 的 空 间 偏 差 特 征 。 Davis et al（2006a， 力，但在降水落区和强度上仍存在一定的空间偏
2006b，2009）、Marzban and Sandgathe（2006）、Gil‐ 差。预报员只有了解模式这些偏差特征，才可以在
leland et al（2008）、Ebert and McBride（2000）、Ebert 此基础上进行订正从而做出较为准确的预报（符娇
and Gallus（2009）和 Wernli et al（2008，2009）相继开 兰和代刊，2016；Turco and Milelli，2010）。因此，
发 了 CRA（Contiguous Rain Area）、SAL（Structure 有必要开展数值模式对西北地区东部强降水预报
Amplitude Location）、MODE（Method for Object- 的空间偏差特征研究。
based Diagnostic Evaluation）等多种基于目标属性的 利用基于目标属性的 CRA 空间检验技术，开
能提供更详细模式预报偏差信息空间检验方法。 展 ECMWF 和中国气象局 GRAPES 全球数值预报
其中，CRA 方法从位置、强度和形态三方面将总体 业务系统（Global Forecast System，GRAPES-GFS）
偏差定量化地分解，提供预报偏差信息的来源以及 两种大尺度数值模式对西北地区东部强降水预报
如何通过空间平移来提高预报技巧等信息，具有明 的空间偏差检验及对比分析，重点分析模式落区偏
确的天气学检验意义。 差、强度偏差和不同环流形势下的降水预报偏差，
CRA 空间检验方法在数值模式 24 h 和 48 h 累 以期检验结果能为预报员订正数值模式在该地区
积降水预报（Ebert et al，2003）、基于雷达的临近降 的预报提供偏差背景，同时为模式研发提供有价值
水预报（Ebert et al，2004）、集合预报降水估测（Gal‐ 的降水空间偏差信息。
lus，2010）等方面广泛应用。Willaims（2013）利用
CRA 检验技术评估了美国东部 32 个温带气旋降水 2 资料选取和方法介绍
的模式预报偏差，发现模式对此类天气的降水面积 2. 1 CRA检验方法
预报偏大。Yost（2013）利用 CRA 检验技术分析指 目前预报业务中应用较为广泛的大尺度数值
出 NCEP-GFS（National Centers for Environmental 模式是 ECMWF和 GRAPES-GFS模式，且更为关注
Prediction Global Forecast System）、ECMWF（Euro‐ 的是短期降水预报，故本文主要对这两种数值模式
pean Center for Medium-Range Weather Forecast）等
20 h起报的 36 h预报时效的 24 h累积降水量在西北
全球模式预报的中尺度对流系统造成的中尺度雨
地区东部（32°N-40°N，100°E-111°E）的预报空间
带较实况偏北。在国内，符娇兰和代刊（2016）利用
偏差进行分析研究。为减少模式版本升级对预报
CRA 空间检验技术对西南地区东部强降水的 EC‐
性能评估的影响，使用最近的 2019-2020年 5-9月
MWF 模式预报进行了检验，结果表明模式对于不
两种模式降水预报数据。降水观测数据使用兰州
同水平尺度降水目标及不同环流型降水的预报效
中心气象台提供的同时段的自动站（基准站、基本
果不同，并有针对性地对预报员订正模式降水提供
站和一般站）和区域自动站 24 h 累积降水资料。
了建议。王新敏和栗晗（2020）利用 FSS（Fractional
ECMWF 和 GRAPES-GFS 模式空间分辨率分别为
Skill Score）和 CRA 方法对 2018 年 8 月三次登陆台
0. 125°×0. 125°和 0. 25°×0. 25°，采用基于变分技术
风暴雨过程进行多数值模式评估，表明 CRA 方法
的插值方法（刘凑华等，2013b）将 GRAPES-GFS 模
能更全面详细地评估模式的偏差来源，且大部分模
式预报和实况观测数据均统一为 0. 125°×0. 125°的
式预报降水个体的偏差主要来源于位移偏差，强度
偏差和形态偏差均较小。 网格数据。基于变分技术的插值方法是将客观分
西北地区东部处在青藏高原向黄土高原的过 析所要求的准确性和平滑性设计成关于格点场的
渡带，也是东亚夏季风北边缘过渡带（李栋梁等， 目标函数，通过求解目标函数的最小值对应的格点
2013；陈婕等，2018），位于高原阻碍形成绕流气流 场从而获得最优插值结果，通过实例表明该方法具
的降水异常敏感的区域，受东亚夏季风系统、西风 有较好的分析结果。
带天气系统和高原天气系统的共同影响（刘玉芝 2019 -2020 年 5 -9 月 ECMWF 和 GRAPES-
等，2018；王雅琦等，2020；张桂莲等，2020）。降 GFS 两种模式在西北地区东部各自识别出 51 和 48
水量年内分布极不平衡，多发强降水天气，极易造 个强降水有效CRA，因某些天气过程有两个或两个
成山洪泥石流等次生灾害。不论是数值模式还是 以上有效 CRA，实际上二者分别有 44 和 43 个天气