台风“巴威”不同类型降水多模式预报与空间检验对比评估

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2022.04.005

气象与环境学报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (4): 37-46.doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.04.005

台风“巴威”不同类型降水多模式预报与空间检验对比评估

王东东^1,²(),孙丽^2,^3,*(),杨磊^2,⁴,沈历都⁵,王恕^1,²,陈宇⁴

1. 中国气象局沈阳大气环境研究所, 辽宁沈阳 110166
2. 东北冷涡研究重点开放实验室, 辽宁沈阳 110166
3. 辽宁省人工影响天气办公室, 辽宁沈阳 110166
4. 辽宁省气象灾害监测预警中心, 辽宁沈阳 110166
5. 中国科学院沈阳应用生态研究所, 辽宁沈阳 110016

收稿日期:2022-01-29 出版日期:2022-08-28 发布日期:2022-09-22
通讯作者: 孙丽 E-mail:wangdongdong@iaesy.cn;sunli_2006_abc@126.com
作者简介:王东东, 男, 1986年生, 副研究员, 主要从事大气环境数值模拟和模式检验研究, E-mail: wangdongdong@iaesy.cn
基金资助:
中国气象局沈阳大气环境研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(2019SYIAEMS2);中国气象局沈阳大气环境研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(2020SYIAEZH1);中国气象局沈阳大气环境研究所开放基金(2017SYIAE12);中国气象局沈阳大气环境研究所开放基金(2021SYIAEKFMS17);中国气象局沈阳大气环境研究所开放基金(2021SYIAEKFMS21);中国气象局创新发展专项(CXFZ2022J059);辽宁省气象局科学技术项目(2021SXB02);沈阳市气象局科学技术项目(SY202102)

Multi-model comparison and evaluation of forecast statistics and spatial verification for different precipitation types caused by Typhoon Bavi

Dong-dong WANG^1,²(),Li SUN^2,^3,*(),Lei YANG^2,⁴,Li-du SHEN⁵,Shu WANG^1,²,Yu CHEN⁴

1. Institute of Atmospheric Environment, China Meteorological Administration, Shenyang 110166, China
2. Key Opening Laboratory for Northeast China Cold Vortex Research, Shenyang 110166, China
3. Liaoning Weather Modification Office, Shenyang 110166, China
4. Liaoning Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning Centre, Shenyang 110166, China
5. Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China

Received:2022-01-29 Online:2022-08-28 Published:2022-09-22
Contact: Li SUN E-mail:wangdongdong@iaesy.cn;sunli_2006_abc@126.com

摘要/Abstract

摘要：

以传统的检验方法和基于对象诊断评估方法(MODE), 对首次以台风级别影响辽宁的“巴威”台风(2008)的台风暴雨过程不同性质降水的多模式(ECMWF、CMA_MESO 10KM、CMA_MESO 3km和睿图东北模式)预报结果进行了检验评估。结果表明: 受“巴威”远距离和本体影响, 辽宁省先后出现对流型降水和稳定型降水, 传统检验和MODE检验结果均表明, 多模式的对流型降水预报效果要优于稳定型降水, 这很可能是多模式对于台风北上减弱产生稳定型降水的影响系统的预报强度偏差大导致, 在今后预报中务必注意台风强度预报偏差对本体稳定型为主的降水的影响。传统检验结果中, CMA_MESO 3km和ECMWF模式的评分较高, 并且对于对流型降水雨带的形状、范围和质心距离、交集面积预报效果最好, ECMWF模式对稳定型降水也有着较高的目标相似度评分。尽管睿图东北模式由于对10.0 mm以上量级降水较高的空报和漏报率, 而导致TS评分偏低; 但在MODE检验结果中, 东北模式预报的强降水雨带的中心位置、降水强度和范围均接近实况, 目标相似度更高, 尤其在对流型降水阶段目标相似度达到了1.00, 模式对于对流型降水预报有着较好的可参考性。

关键词: 台风降水, MODE, 预报检验, 对流型降水, 稳定型降水

Abstract:

Typhoon Bavi (2008) is the first one to affect Liaoning province at a typhoon level in history and resulted in a persistent precipitation event over wide regions.In this study, the methods of traditional verification and object-based diagnosis evaluation (MODE) were used to evaluate the multi-model (ECMWF, CMA_MESO 10KM, CMA_MESO 3km and RMAPS-Dongbei) forecasts for different types of precipitation during Typhoon Bavi.The result indicated that convective precipitation and stable precipitation occur in Liaoning province due to Bavi's remote and own effects.The evaluation results from traditional verification and the MODE showed that the multi-model forecast performance for convective precipitation is better than that for stable precipitation.This is probably due to a large deviation in forecast intensity of influencing systems related to stable precipitation when the typhoon moves northward and becomes weakened.In the future, more attention should be paid to the impact of forecast deviation of typhoon intensity on stable precipitation.According to the traditional verification, the CMA_MESO 3km and ECMWF models have higher scores, with the best performance on the shape, extent, centroid distance, and intersection area of convective precipitation bands.The ECMWF model also has a high target similarity score for stable precipitation.Although the RMAPS-Dongbei model has a low threat score (TS) mainly due to the high false alarm rate and detection failure ratio for precipitation above 10.0 mm, the center position, precipitation intensity, and areas of heavy precipitation belts predicted by this model are close to the observations based on the MODE results.The RMAPS-Dongbei model has a higher target similarity score, which reaches 1.00 during the convective-precipitation stage and can provide a good reference for the prediction of convective precipitation.

Key words: Typhoon precipitation, The method of object-based diagnosis evaluation (MODE), Forecast verification, Convective precipitation, Stable precipitation

中图分类号:

P457.6

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Dong-dong WANG, Li SUN, Lei YANG, Li-du SHEN, Shu WANG, Yu CHEN. Multi-model comparison and evaluation of forecast statistics and spatial verification for different precipitation types caused by Typhoon Bavi[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2022, 38(4): 37-46.

图/表 11

表1

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表3

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表4

参考文献 44

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检验指标	公式	参数说明
TS	$T S=\frac{a}{a+b+c}$	a为命中的站数；b为空报站数；c为漏报站数；d为正确否定(无降水预报正确)站数。TS又称临界成功指数(CSI)，为模式有效预报的准确程度，数值越大说明模式预报能力越强，取值范围[0, 1]
FAR	$F A R=\frac{b}{a+b}$	空报率为空报站数与预报站数的比值，取值范围[0, 1]
POD	$P O D=\frac{c}{a+c}$	漏报率为预报漏报站数与实际降水站数的比值，取值范围[0, 1]

项目	第一阶段	第二阶段
主要降水时段	2020年8月26日12:00—18:00	2020年8月27日00:00—06:00
持续时间	6 h	6 h
最大过程降水量	海城市高坉镇，145 mm	岫岩县大营子镇，43 mm
最大小时雨强	72 mm·h^-1，海城市高坉镇，2020年8月26日16:00—17:00	23 mm·h^-1，抚顺县峡河乡，2020年8月27日02:00—03:00
降水站点个数/小时降水量超过20 mm站次	1147/98	1183/2

检验属性	CMA_MESO 10KM	CMA_MESO 3km	ECMWF	睿图东北模式
质心距离	21.30	3.64	7.47	4.94
质心纬度/经度差	-0.99/0.39	-0.02/-0.18	-0.35/-0.13	-0.11/0.22
轴角差	44.01	16.82	6.97	19.72
交集面积	1695	3465	2693	2379
面积比	0.58	1.55	0.83	0.98
中位强度比	1.05	1.32	0.78	1.18
目标相似度	0.85	0.91	0.99	1.00

检验属性	CMA_MESO 10KM	CMA_MESO 3km	ECMWF	睿图东北模式
质心距离	34.99	35.03	19.96	29.24
质心纬度/经度差	-0.14/-1.74	-0.12/-1.75	-0.99/0.08	-0.38/-1.41
轴角差	23.23	13.00	31.18	15.18
交集面积	5910	6016	5331	4729
面积比	1.64	1.53	0.94	1.18
中位强度比	1.31	1.39	1.60	1.20
目标相似度	0.85	0.85	0.92	0.95

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