Page 18 - 《高原气象》2022年第5期
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5 期                  孔祥伟等：西北地区东部强降水大尺度数值模式预报空间误差分析                                         1111
               过程识别出了有效的 CRA（表 1），其中 43个天气过                      征对比分析。文中涉及的地图是基于国家测绘地
               程是相同的。因此，不论是有效 CRA 个数还是天                          理信息局标准地图服务网站下载的审图号为 GS
               气过程数两种模式都很接近，二者可以进行偏差特                           （2019）1711号的中国地图制作，底图无修改。

                             表1   2019—2020年5—9月西北地区东部强降水天气过程识别的有效CRA及其环流分型
                         Table 1  The effective CRAs and circulation classification of heavy precipitation weather processes
                                     in Eastern Northwest China from May to September in 2019—2020
                                              CRA     有效CRA     有效CRA天气       低槽型天气      西南气流型       两高切变型
                   模式          强降水阈值
                                              面积        /个        过程/个         过程/个      天气过程/个      天气过程/个
                  ECMWF       25 mm·（24 h） -1  ≥1°×1°   51          44           19          13         12
                GRAPES-GFS    25 mm·（24 h） -1  ≥1°×1°   48          43           21          11         11

               2. 2  资料选取                                        移后的平均总方差：
                   CRA方法检验对象为单个降水目标或雨带，而                                 MSD displacement = MSD total - MSD shifted  （5）
               不是整个预报场，因此更便于预报员理解模式对于                                强度偏差（MSD      volume ）为平移后的模式平均降水
               不同影响系统下的降水空间定量偏差（Ebert and                        强 度 减 去 实 况 平 均 降 水 强 度 的 平 方 ，计 算 如
               McBride，2000；符娇兰和代刊，2016）。该方法首                    式（6）：
               先用某一降水阈值来定义由模式预报场和实况观                                           MSD volume = ( f ' - O ) 2  （6）
                                                                                               ˉ
                                                                                          ˉ
               测场组成的连续雨区 CRA，考虑到西北地区东部                               形态偏差（MSD      pattern ）为平移后偏差减去强度偏
               日 降水量较小的气候背景，本文强降水阈值取                             差，计算如式（7）：
                           -1
               25 mm·（24h） 。然后进行连续雨区的识别和分                                 MSD pattern = MSD shifted - MSD volume  （7）
               离，因大尺度数值模式对局地中尺度对流天气模拟                                以 2019 年 7 月 21 日 08:00（北京时，下同）至 22
                                                        -1
               能力不足，故将大雨以上量级［≥25 mm·（24h）］强                      日 08:00 强降水天气过程为例，说明 CRA 的识别、
               降 水 连 续 雨 区 的 范 围 超 过 1°×1°才 定 义 为 一 个            分离及平移过程。图 1（a）为强降水实况观测与相
               CRA。在识别出的 CRA 范围内计算和分析实况观                         应的ECMWF模式36 h预报时效的24 h累积降水预
               测和模式预报的强降水质心、面积、平均降水量、                            报，主观上可以看出大雨以上量级雨带位于甘肃东
               最大降水量以及总降水量等。为进一步分析模式                             部至陕西西部一带。图 1（b）中填值为“1”的是识别
               预报偏差来源，对 CRA 内相应的模式预报进行平                          和分离后得到预报场和观测场组成且满足最小范
               移，最大可在原有连续雨区上向各个角度平移 5°，                          围的有效CRA，整体结果与主观分析比较一致。按
               当平移后模式预报与实况之间均方根偏差达到最                             照均方根偏差最小的标准将ECMWF模式降水预报
               小时，则该平移距离即为模式位移偏差。由此可将                            向东向南分别平移 0. 62°和 1. 50°后，模式降水预报
               模式降水预报偏差 MSE（Mean Squared Deviation）              和实况观测更为接近［图1（c）］。
               分解为位移偏差（MSD          displacement ）、强度偏差（MSD vol‐  2. 3  强降水环流形势分型
                ）和形态偏差（MSD          ），见式（1）~（2）：                     为进一步探究西北地区东部不同环流形势下
               ume               pattern
                                                         （1）     模式降水预报空间偏差分布，采用基于影响系统的
                       MSD total = MSD displacement + MSD shifted
                                                         （2）     流型识别法进行环流分型。常见的造成西北地区
                        MSD shifted = MSD volume + MSD pattern
               式中：总偏差 MSD total 为原始模式预报（f i ）与实况                 东部大范围强降水的环流形势包括低槽型、西南气
                                                                 流型和两高切变型（白晓平等，2016；白肇烨等，
              （O i ）偏差平方和的平均值：
                                    1  n                         1991）。将 ECMWF 和 GRAPES-GFS 两种模式识别
                           MSD total = ∑ ( f i - O i ) 2  （3）
                                    N  i = 1                     出有效CRA的天气过程按上述三种类型分型（表1）
                   平移后的偏差（MSD         shifted ）为平移后模式预报          并统计逐月分布情况（图略），结果表明西北地区东
              （f ' i ）与实况偏差平方和的平均值，见式（4）：                        部强降水天气以低槽型为主，西南气流型和两高切
                                    1  n                         变型发生次数都较少。低槽型强降水主要受西风
                          MSD shifted = ∑ ( f ' i - O i ) 2  （4）
                                    N  i = 1                     槽和高原槽影响，主要发生在 5-9月。西南气流型
                   位移偏差（MSD      displacement ）是将平均总方差减去平        强降水发生时西太平洋副热带高压（以下简称西太
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