夏季影响我国的重要中期环流过程集合预报效果研究

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本文使用NCEP集合预报系统(EPS)输出的500hPa高度场预报资料和相应的NCEP/NCAR再分析实况资料,采用多种集合预报产品和预报效果检验评价方法,在亚欧与北美区域预报效果比较的基础上,以统计平均和个例分析相结合的方式,分析了夏季影响我国的重要中期环流过程的集合预报效果。分析的重点是亚欧中高纬阻塞高发区域和西太平洋副高区域,以及其中的低概率事件。结论如下: 1,NCEP-EPS对亚欧区域的环流集合预报效果总部上不亚于其对北美区域的预报效果。它表现在:(1)ACC检验表明,亚欧区域的集合平均预报效果在除冬季外的三个季节都明显优于北美区域,可用预报的时效相差达0.6~1d以上,且夏季的差别最大。RMSE检验表明,亚欧区域的预报效果在四个季节里均优于北美区域。(2)集合概率预报可靠性的季节差别不明显,均为预报时效较短(长)时,北美(亚欧)区域的可靠性更好。系统对亚欧区域的事件识别范围相对较小,但其预报可靠性比较高,北美区域则正好相反。(3)夏季亚欧区域的集合概率预报效果明显地优于北美区域,冬季时北美区域的预报效果较好,秋季两个区域的预报效果相当,春季在预报时效小于5d时北美区域占优,而其后则是亚欧区域的预报效果更好。 2,夏季西太平洋副高活动区域集合预报效果优于单一确定性预报。它表现在:(1)ACC检验表明:在预报时效小于7.5d时,集合平均预报效果优于单一确定性预报;集合平均预报能将可用预报的最大时效在低分辨率预报的基础上提高近1d;副高活动区域集合平均预报的可用预报最大时效比整个亚欧区域低近1.5d。RMSE检验表明,集合平均预报效果明显高于确定性预报;它远较提高模式分辨率取得的效果好。(2)集合概率预报效果明显地高于确定性预报,造成这一结果的原因是概率预报结果在低概率阈值下的高命中率和低空报率。概率预报结果还可以使更大范围内的用户获得更高的经济价值。 3,夏季亚欧中高纬阻塞高发区域的集合预报优越性随着预报时效的延长而凸现。表现在:(1)ACC检验表明:预报时效大于5d时,集合平均预报的效果优于高、低分辨率的确定性预报,它能将可用预报的最大时效在低分辨率预报的基础上延长12h以上,达到7.5d。RMSE检验的结果与ACC类似。(2)集合概率预报效果明显地高于确定性预报。它可以使更多的用户获得更高的经济价值。(3)对亚欧中高纬区域、西太平洋副高区域和整个亚欧区域的EV分析表明,不同预报时效下三个区域预报经济价值大于0的成本/损失比范围基本相当。预报时效小于9.5d时,亚欧中高纬(整个亚欧)区域的最大经济价值最高,概率预报效果最好;副高活动区域最低,这与低纬环流系统可预报性低有关。 4,对2003年夏季一次副高北跳和一次阻塞过程的集合预报个例分析也肯定了集合预报的效果。它表现在:(1)NCEP-EPS可以成功地预报这两次典型中期环流过程。总体上集合平均预报相对于实况的偏差小于高分辨率预报;对中高纬区域阻塞形势的集合平均预报效果比西太平洋副高更好。(2)通过集合预报离散度和RMOP分析得到的关于预报不确定性的分布特征可以反映预报对象在位相(位置)、振幅(强度)上的不一致性。(3)个别特征等值线的分析提供了集合成员的不一致信息,获得了预报对象出现的概率估计,达到了提高预报效果的目的。 5,提出了一个基于气候等概率区间的低概率事件区分方法,并给出了相应的预报结果检验评价方案。以此为基础,对2003年夏季亚欧区域的低概率天气事件集合概率预报效果进行了分析。结论如下:(1)分析时段和区域内的低概率事件的发生频率比气候平均状况略偏高。NCEP-EPS对偏小的低概率天气事件的预报易偏高,但相对比较可靠;对偏大的低概率天气事件的预报频率随着预报时效的增大而减小,时效小于3d时预报频率偏高,时效大于5d时显著偏低,预报可靠性相对差一些。(2)EV分析结果表明,NCEP-EPS对偏大(小)低概率事件的概率预报效果明显高于正常天气事件。(3)预报命中率的分析表明,在高概率阈值下,预报命中率较低。分析认为这与预报系统在部分个例中的不发散有关。随着概率阈值的降低,预报命中率稳步提高,说明集合成员的发散使之可以覆盖实况可能出现的区间,从而得到更好的预报效果。
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