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两个集合预报系统对秦岭及周边降水预报性能对比

潘留杰 薛春芳 张宏芳 陈小婷 王建鹏

潘留杰, 薛春芳, 张宏芳, 等. 两个集合预报系统对秦岭及周边降水预报性能对比. 应用气象学报, 2016, 27(6): 676-687. DOI: 10.11898/1001-7313.20160604..
引用本文: 潘留杰, 薛春芳, 张宏芳, 等. 两个集合预报系统对秦岭及周边降水预报性能对比. 应用气象学报, 2016, 27(6): 676-687. DOI: 10.11898/1001-7313.20160604.
Pan Liujie, Xue Chunfang, Zhang Hongfang, et al. Comparative analysis on precipitation forecasting capabilities of two ensemble prediction systems around Qinling Area. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 676-687. DOI:  10.11898/1001-7313.20160604.
Citation: Pan Liujie, Xue Chunfang, Zhang Hongfang, et al. Comparative analysis on precipitation forecasting capabilities of two ensemble prediction systems around Qinling Area. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 676-687. DOI:  10.11898/1001-7313.20160604.

两个集合预报系统对秦岭及周边降水预报性能对比

DOI: 10.11898/1001-7313.20160604
资助项目: 

陕西省自然科学基金 2016JM4011

陕西省自然科学基金 2015JM4140

陕西省自然科学基金 2016JM4020

陕西省气象局预报员专项 2015Y-6

详细信息
    通信作者:

    潘留杰, E-mail:pljmtgh57245@sina.com

Comparative Analysis on Precipitation Forecasting Capabilities of Two Ensemble Prediction Systems Around Qinling Area

  • 摘要: 利用欧洲中期天气预报中心 (ECMWF)、美国大气环境预报中心 (NCEP) 集合预报系统 (EPS) 降水量预报资料,CMORPH (NOAA Climate Prediction Center Morphing Method) 卫星与全国3万个自动气象站降水量融合资料,基于技巧评分、ROC (relative operating characteristic) 分析等方法,对比两个集合预报系统对秦岭及周边地区的降水预报性能。结果表明:两个系统均能较好表现降水量的空间形态,对于不同量级降水,ECMWF集合预报系统0~240 h控制及扰动预报优于NCEP集合预报系统,但NCEP集合预报系统264~360 h预报时效整体表现更好; ECMWF集合预报系统0~120 h大雨集合平均优于NCEP集合预报系统,两个系统集合平均的预报技巧整体低于其控制及扰动成员预报,这种现象ECMWF集合预报系统表现更为显著; ECMWF集合预报系统降水预报概率优于NCEP集合预报系统。ROC分析显示,随着预报概率的增大,ECMWF集合预报系统在命中率略微下降的情况下,显著减小了空报率,NCEP集合预报系统则表现出高空报、高命中率。
  • 图  1  秦岭地区日平均降水量 (填色) 及其标准差 (等值线, 单位: mm)

    Fig. 1  bserved daily mean precipitation (the shaded) and its standard deviation (the isoline, unit: mm)

    图  2  两个集合预报系统的日平均降水量 (填色) 及其标准差 (等值线, 单位: mm) (a) ECMWF系统控制预报, (b) ECMWF集合平均, (c) NCEP系统控制预报, (d) NCEP系统集合平均

    Fig. 2  Forecasted daily mean precipitation (the shaded) and its standard deviation (the isoline, unit: mm) during study period (a) ECMWF control forecast, (b) ECMWF ensemble mean, (c) NCEP control forecast, (d) NCEP ensemble mean

    图  3  扰动成员、控制预报和观测的日平均降水量和标准差 (阴影为对应集合预报系统扰动成员的振幅范围)

    (a) ECMWF系统平均降水量, (b) NCEP系统平均降水量, (c) ECMWF系统降水量标准差, (d) NCEP系统降水量标准差

    Fig. 3  Daily mean precipitation and its standard deviation of perturbation members, control forecast and observation (the shaded denotes amplitude of perturbation members of corresponding ensemble prediction system)

    (a) daily mean precipitation of ECMWF, (b) daily mean precipitation of NCEP, (c) standard deviation of ECMWF, (d) standard deviation of NCEP

    图  4  扰动预报、控制预报、集合平均的降水预报技巧评分 (阴影为对应集合预报系统扰动成员的振幅范围)

    (a) ECMWF系统小雨预报偏差, (b) NCEP系统小雨预报偏差, (c) ECMWF系统小雨预报TS评分, (d) NCEP系统小雨预报TS评分, (e) ECMWF系统大雨预报偏差, (f) NCEP系统大雨预报偏差, (g) ECMWF系统大雨预报TS评分, (h) NCEP系统大雨预报TS评分

    Fig. 4  Skill scores of perturbation members, control forecast and ensemble mean for daily precipitation forecasting of ECMWF and NCEP (the shaded denotes amplitude of perturbation members of corresponding ensemble prediction system)

    (a) ECMWF forecast bias of light rain, (b) NCEP forecast bias of light rain, (c) ECMWF TS score of light rain, (d) NCEP TS score of light rain, (e) ECMWF forecast bias of heavy rain, (f) NCEP forecast bias of heavy rain, (g) ECMWF TS score of heavy rain, (h) NCEP TS score of heavy rain

    图  5  降水预报技巧评分的空间分布 (填色表示控制预报,等值线表示集合平均)

    (a) ECMWF系统小雨预报偏差, (b) NCEP系统小雨预报偏差, (c) ECMWF系统小雨TS评分, (d) NCEP系统小雨TS评分

    Fig. 5  he spatial distribution of precipitation forecast skill scores for ECMWF and NCEP (the shaded denotes the control forecast, the isoline denotes the ensemble mean)

    (a) ECMWF forecast bias of light rain, (b) NCEP forecast bias of light rain, (c) ECMWF TS score of light rain, (d)NCEP TS score of light rain

    图  6  不同量级降水的Brier评分及ROC面积

    (a) ECMWF系统预报的BS评分, (b) NCEP系统预报的BS评分, (c) ECMWF系统预报的ROC面积, (d) NCEP系统预报的ROC面积

    Fig. 6  Brier score and ROC area for different magnitude rainfall

    (a) ECMWF BS score, (b) NCEP BS score, (c) ECMWF ROC area, (d) NCEP ROC area

    图  7  不同预报时效ECMWF和NCEP系统小雨、大雨预报的ROC曲线图

    (a) ECMWF系统小雨预报和ROC曲线, (b) NCEP系统小雨预报ROC曲线, (c) ECMWF系统大雨预报ROC曲线, (d) NCEP系统大雨预报ROC曲线

    Fig. 7  ROC charts of light rain and heavy rain for ECMWF and NCEP

    (a) ROC chart of light rain for ECMWF, (b) ROC chart of light rain for NCEP, (c) ROC chart of heavy rain for ECMWF, (d) ROC chart of heavy rain for NCEP

    表  1  ECMWF和NCEP系统24 h累积降水量预报与观测ACC和σ

    Table  1  The standard deviation ratio and abnormal correlation coefficient of 24-hour accumulated precipitation between the forecast and observation at different forecast period

    预报时效/h ECMWF系统控制预报 ECMWF系统集合平均 NCEP系统控制预报 NCEP系统集合平均
    ACC σ ACC σ ACC σ ACC σ
    24 0.728 0.892 0.681 0.812 0.718 0.815 0.707 0.777
    48 0.712 1.003 0.649 0.829 0.703 0.938 0.684 0.877
    72 0.693 1.030 0.605 0.769 0.682 1.047 0.652 0.929
    96 0.683 0.954 0.598 0.693 0.684 1.093 0.644 0.919
    120 0.691 0.902 0.589 0.600 0.683 1.067 0.623 0.807
    144 0.678 0.891 0.570 0.562 0.662 1.041 0.592 0.711
    168 0.652 0.924 0.546 0.536 0.644 0.994 0.565 0.654
    192 0.653 0.879 0.533 0.461 0.645 1.023 0.557 0.619
    216 0.641 1.003 0.497 0.472 0.637 1.019 0.536 0.648
    240 0.620 0.829 0.484 0.407 0.619 0.956 0.530 0.551
    264 0.528 1.177 0.486 0.473 0.612 0.923 0.501 0.479
    288 0.601 1.040 0.447 0.416 0.611 1.029 0.469 0.517
    312 0.591 1.135 0.432 0.427 0.600 1.081 0.449 0.526
    336 0.588 1.098 0.426 0.402 0.582 0.994 0.436 0.499
    360 0.572 1.110 0.417 0.429 0.588 1.194 0.426 0.601
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-24
  • 修回日期:  2016-06-30
  • 刊出日期:  2016-11-30

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