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基于评分最优化的模式降水预报订正算法对比

吴启树 韩美 刘铭 陈法敬

吴启树, 韩美, 刘铭, 等. 基于评分最优化的模式降水预报订正算法对比. 应用气象学报, 2017, 28(3): 306-317. DOI: 10.11898/1001-7313.20170305..
引用本文: 吴启树, 韩美, 刘铭, 等. 基于评分最优化的模式降水预报订正算法对比. 应用气象学报, 2017, 28(3): 306-317. DOI: 10.11898/1001-7313.20170305.
Wu Qishu, Han Mei, Liu Ming, et al. A comparison of optimal-score-based correction algorithms of model precipitation prediction. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(3): 306-317. DOI:  10.11898/1001-7313.20170305.
Citation: Wu Qishu, Han Mei, Liu Ming, et al. A comparison of optimal-score-based correction algorithms of model precipitation prediction. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(3): 306-317. DOI:  10.11898/1001-7313.20170305.

基于评分最优化的模式降水预报订正算法对比

DOI: 10.11898/1001-7313.20170305
资助项目: 

气象预报业务关键技术发展专项 YBGJXM201703-06

福建省自然科学基金社会发展引导性(重点)项目 2017Y-008

详细信息
    通信作者:

    吴启树, email:172475076@qq.com

A Comparison of Optimal-score-based Correction Algorithms of Model Precipitation Prediction

  • 摘要: 使用2013年1月1日-2016年1月7日全国气象站观测资料,应用准对称混合滑动训练期,不改变雨带预报位置和形态,基于模式降水预报订正结果的TS评分最优化及ETS评分最优化,分别设计最优TS评分订正法(OTS)和最优ETS评分订正法(OETS)确定预报日各级降水订正系数,对2014-2015年降水数值预报进行分级订正,并与频率匹配法(FM)对比。结果表明:在24 h累积降水的多个预报时效订正中,无论是对欧洲中期天气预报中心、日本气象厅、美国国家环境预报中心和中国气象局的全球模式降水预报,还是对4个模式的简单多模式平均,OTS和OETS较FM在TS评分和ETS评分等传统降水检验指标上均更优秀,其中OTS在所有时效均能提高模式降水预报质量,为三者最优。在概率空间的稳定公平误差评分方面,OTS在各时效、各单模式及多模式平均等方面优势明显。在预报员对应参考时效上,OTS在24~168 h的24 h累积降水预报中的TS评分也优于主观预报。
  • 图  1  TS评分或ETS评分提高的不同情况示意图

    (a) 预报站点数与实况相同,(b) 预报站点数多于实况,(c) 预报站点数少于实况

    Fig. 1  qIllustration of different conditions of TS or ETS performance improvement

    (a) the number of forecast stations is in consistent with the observation, (b) the number of forecast stations is larger than the observation, (c) the number of forecast stations is less than the observation

    图  2  阈值F求解示意图

    Fig. 2  Illustration of threshold F solution

    图  3  2014—2015年ECMWF降水预报和FM,OTS,OETS 3种算法订正的24 h累积降水24 h预报的TS评分 (a)、ETS评分 (b)、空报率 (c)、漏报率 (d)、预报偏差 (e) 和HSS技巧评分 (f)

    Fig. 3  TS (a), ETS (b), false alarm rate (c), miss rate (d), Bias (e) and HSS (f) of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on ECMWF with lead time of 24 h during 2014-2015

    图  4  2014—2015年ECMWF降水预报和FM,OTS,OETS 3种算法订正的0.1 mm (a),10 mm (b),25 mm (c) 和50 mm (d)24 h累积降水24~240 h预报的TS评分

    Fig. 4  TS of 0.1 mm (a), 10 mm (b), 25 mm (c) 和50 mm (d) of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on ECMWF with lead time from 24 h to 240 h during 2014-2015

    图  5  2014—2015年ECMWF降水预报和FM,OTS,OETS 3种算法的24 h累积降水24~240 h预报的SEEPS技巧评分

    Fig. 5  SEEPS skill scores of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on ECMWF with lead time from 24 h to 240 h during 2014-2015

    图  6  2014—2015年JMA (a)、NCEP (b) 和T639(c) 降水预报及FM,OTS,OETS3种算法订正的24 h累积降水24 h预报TS评分

    Fig. 6  TS of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on JMA (a), NCEP (b) and T639(c) with lead time of 24 h during 2014-2015

    图  7  2014—2015年简单多模式降水预报平均和FM,OTS,OETS 3种算法订正的24 h累积降水24 h预报TS评分

    Fig. 7  TS of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on ensemble mean forecasts with lead time of 24 h during 2014-2015

    图  8  2014—2015年简单多模式降水预报平均和FM,OTS,OETS 3种算法订正的24 h累积降水24~72 h预报SEEPS技巧评分

    Fig. 8  SEEPS skill scores of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on ensemble mean forecasts with lead time from 24 h to 72 h during 2014-2015

    表  1  2014—2015年FM,OTS和OETS 3种算法对JMA,NCEP及T639降水预报订正的24 h累积降水24~72 h预报的SEEPS技巧评分

    Table  1  SEEPS skill scores of 24 h accumulative precipitation by FM, OTS and OETS based on JMA, NCEP and T639 with lead time from 24 h to 72 h during 2014-2015

    模式 算法 24 h预报 48 h预报 72 h预报
    JMA 未订正 0.562 0.506 0.466
    FM 0.626 0.562 0.504
    OTS 0.640 0.572 0.513
    OETS 0.632 0.567 0.511
    NCEP 未订正 0.525 0.493 0.474
    FM 0.572 0.533 0.495
    OTS 0.594 0.556 0.526
    OETS 0.588 0.550 0.519
    T639 未订正 0.512 0.472 0.405
    FM 0.567 0.518 0.425
    OTS 0.602 0.546 0.453
    OETS 0.599 0.541 0.451
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    表  2  2015年中国国家气象中心预报员与ECMWF_OTS 24 h累积降水TS评分对比

    Table  2  TS comparisons of 24 h accumulative precipitation between China NMC forecasters and ECMWF_OTS all over China stations in 2015

    起报时间 预报时效/h 小雨 中雨 大雨 暴雨
    预报员 ECMWF_OTS 预报员 ECMWF_OTS 预报员 ECMWF_OTS 预报员 ECMWF_OTS
    24 0.594 0.608 0.395 0.414 0.281 0.302 0.175 0.189
    48 0.572 0.590 0.359 0.376 0.250 0.263 0.147 0.153
    72 0.552 0.565 0.328 0.335 0.225 0.233 0.118 0.136
    00:00 96 0.522 0.538 0.298 0.305 0.198 0.206 0.094 0.118
    120 0.500 0.514 0.271 0.276 0.168 0.178 0.073 0.093
    144 0.473 0.486 0.242 0.244 0.145 0.148 0.080 0.083
    168 0.442 0.448 0.208 0.214 0.124 0.133 0.050 0.062
    24 0.590 0.609 0.392 0.414 0.285 0.304 0.186 0.199
    12:00 48 0.574 0.584 0.354 0.372 0.255 0.264 0.158 0.163
    72 0.550 0.559 0.323 0.337 0.222 0.236 0.125 0.150
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-13
  • 修回日期:  2017-02-20
  • 刊出日期:  2017-05-31

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