热带高分辨率模式技术方案及其系统预报性能(3) - 热带地理杂志社投稿

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热带高分辨率模式技术方案及其系统预报性能(3)

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（2）区域3 km 模式预报系统(GRAPES_GZ 3 km,简称GZ 3 km)，模式实时运行范围包括中国南部地区：93~127 °E，16~45 °N，垂直分层65 层，水平分辨率0.03 °，预报时效96 小时，每天制作两次预报（00 时和12 时），主要用于精细气象要素预报，例如雨量精细预报等。

（3）区域1 km 模式预报系统(GRAPES_GZ 1 km,简称GZ 1 km)，其驱动场来源于3 km 模式，模式实时运行范围包括广东全省：107~119 °E，18~ 27 °N，垂直分层65 层，水平分辨率0.01 °，预报时效6 小时，逐12 分钟同化雷达资料，快速更新制作短临预报。

三个模式业务系统有分工，但预报性能特点总体相似。目前3 km 模式产品在日常天气预报业务中应用较为广泛，下面将主要以3 km 模式为例，分析的预报性能。

3.2 区域高分辨率模式对比测试

以3 km 模式预报系统（系统情况详看3.1 节）为例进行模式版本回算测试，对比与的预报性能。选2017 年汛期（4月1 日—7 月31 日），每日两次48 小时预报（00 时和12 时）进行对比，初始场及侧边界均采用ECMWF全球模式预报。

如图1，4—7月区域平均温度逐日观测可以看出有明显上升趋势，两个模式版本总体上都预报出了上升的变化趋势，但模式预报总体上低于实测，特别是在温度较高的时段（如6—7 月相比的预报更为接近实测，对温度预报偏低的现象也有一定程度缓解。从图2 看出模式预报的区域平均风速明显比实测风偏大，而预报结果相比更为接近实测，风速偏大的现象也略有改善。

总体上，形势场的预报效果优于。图3以500 hPa高度预报为例显示了两个模式版本逐日预报的均方根误差，明显看出预报误差更小。据统计结果，24、48 小时预报的均方根误差的平均情况，分别是9.09 和12.99 位势米，而是6.58 和8.56 位势米，相比来说，误差更小。图4 是降水预报的ETS评分，相比，的各量级的ETS 评分更高，无论是晴雨预报准确率，还是中雨、大雨、暴雨的ETS 评分，都表现出更好的效果。

3.3 区域高分辨率模式实时业务预报

基于的3 km 模式预报系统（GZ 3 km）于2019 年投入业务运行，时间步长50秒，每天制作两次预报（00 时和12 时），预报时效96 小时，模式背景场来自ECMWF 全球模式，快速同化区域内卫星、雷达资料和地面观测资料。

图1 2017年4月1日—7月31日逐日观测与模式48小时预报的区域平均2 m温度

图2 2017年4月1日—7月31日逐日观测与模式48小时预报的区域平均风速

图3 2017年4月1日—7月31日逐日的24小时500 hPa 高度预报的均方根误差

图4 2017年4—7月48 小时预报的ETS评分对比

GZ 3 km 模式实时预报的背景场来自ECMWF，但模式的技术方案与EC 全球模式有较大差别，同时模式实时运行中，在背景场的基础上又同化了雷达资料和地面观测资料，因此3 km 模式的预报结果与ECMWF 有明显不同的特点。从实时业务应用和预报评分分析得知，GZ 3 km 小量级降水预报的空报率要明显小于目前的ECMWF。图5 是整个3 km 模式区域的平均ETS情况，评分中明显可以看出，GZ 3 km 的晴雨预报准确率明显高于ECMWF。对于大量级降水预报来说，ECMWF 常常预报偏弱，而GZ 3 km 的表现要略好一些。暴雨评分上，GZ 3 km 略好于ECMWF，而ECMWF 在中雨预报上有一些优势，在日常业务应用中，两个模式可以结合起来使用，将有助于业务预报能力。

暴雨预报仍是当前预报中的难点，也是今后高分辨率模式发展需重点关注的地方，下面选2019 年6 月4 日—7 月13 日暴雨比较集中的时段，一共连续78 次预报，分析华南区域暴雨的预报情况。

图5 2019年实时降水预报评估情况 a. 2109年3—8月48小时晴雨逐日预报准确率；b. 2109年1—8月晴雨准确率与暴雨预报ETS。

图6 的两个例子给出两类降水过程的预报情况，下面简单分析模式的预报情况。6 月23 日12时起报的个例，西部区域（广西、云南地区）观测有分散性大到暴雨，模式总体上能报出雨带分布，但空报较多，强降水落区也不够精准，ECMWF 中到大雨空报较严重，而GZ 3 km 暴雨空报多一些。广东区域的暴雨主要发生广东中部地区，模式预报略微偏北，ECMWF 偏北更严重，两个模式对沿海大量级降水都漏报了。7 月8 日00 时起报的例子，观测有明显暴雨雨带，两模式也较为准确地报出了雨带的位置，暴雨落区也基本准确，但ECMWF 对于强降水中心的预报明显偏弱，且略微偏北，GZ 3 km 的预报较好，无论是落区、还是强度预报都比较准确。

图6 24小时降水预报与观测 a. ECMWF，起报时间为2019年6月23日12时；b. GZ 3 km，起报时间为2019年6月23日12时；c. 观测，时间为2019年6月23日12时—24日12时；d. ECMWF，起报时间为2019年7月8日00时；e. GZ 3 km，起报时间为2019年7月8日00Z ；f. 观测，时间为2019年7月8日00时—9日00时。

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