2012, Vol. 38 
2011年12月至2012年2月，全国平均气温为-4.8℃，较常年同期(-3.8℃)偏低1.0℃，为1986年以来最低值。与常年同期相比，除青海南部、西藏中北部和西部局地、云南中北部等地气温偏高1~2℃外，全国其余大部地区气温接近常年或偏低；西北大部、东北大部、华北东部、江汉东部、江淮西南部、江南西部和中部、华南大部及贵州、重庆南部、四川东南部等地偏低1~2℃，其中新疆西北部、内蒙古中东部、黑龙江北部、吉林东部、辽宁北部、贵州中部和广西西部等地偏低2~4℃。
全国平均降水量为38.8 mm，接近常年同期略偏少(40.5 mm)。与常年同期相比，东北、华北、黄淮大部、江淮大部、江汉、西南中部和东南部及新疆东部、青海北部、甘肃东部、内蒙古、陕西大部等地降水量偏少3~8成，局部偏少8成以上；新疆西部、青海东部和南部、四川东部、浙江东部、福建、西藏中南部等地降水量偏多3成至2倍。
1.2 主要天气事件2011年12月至2012年2月主要有7次冷空气过程影响我国，其中有1次全国性强冷空气过程(1月18－24日)，5次全国性中等强度冷空气过程(12月6－10日、1月1－5日、2月5－8日、2月14－17日、2月23－26日)和1次北方中等强度冷空气过程(12月14－16日)。
2012年1－2月，江南、华南、西南地区东部出现大范围持续低温阴雨(雪)天气，雨日较常年明显偏多，日照显著偏少。1月下旬至2月初，内蒙古、东北等部分地区出现阶段性极端低温，极端日最低气温达-40~-30℃。
2 资料本文选取2011年12月至2012年2月T639、ECMWF(简称EC)及日本模式20时(北京时)零场和中期时效(T639和EC模式为96~240小时，日本模式为96~168小时)预报场资料进行天气学检验及预报效果的对比分析，检验所用的资料主要包括各模式的500 hPa高度场、850 hPa温度场和海平面气压场。三家模式分辨率均为2.5°×2.5°经纬网格。
3 三家模式中期预报性能检验 3.1 亚洲地区中高纬环流形势预报检验冬季北半球对流层是以极地低压为中心的环绕纬圈的西风环流，中国地区都在西风环流控制之下。西风带环流主要有纬向环流型和经向环流型两类，为了定量描述西风带的环流特征，一般采用西风指数，盛行纬(经)向环流时称高(低)指数[1]。西风指数是反映大尺度环流形势演变和调整的重要指标，是中期预报常用的工具之一。图 1为T639、EC及日本模式中期时效内西风指数预报场和零场的相关系数随预报时效的变化曲线。可以看出，三家模式96~120小时时效的预报场与零场的相关系数均达到0.85以上。随着预报时效延长，相关系数逐渐减小，表明模式预报性能逐渐下降，其中T639模式减小最快。在144小时内，EC模式各时效相关系数都是最高，表明性能最佳。相比而言，日本模式次之，T639模式较差。
|
图 1 2011年12月至2012年2月T639、EC及日本模式西风指数预报场与零场的相关系数 (虚线为T639模式，实线为EC模式，点划线为JP模式) Fig. 1 Correlation coefficients between forecasting fields and initial fields of westerly index for the T639, EC and Japan models from December 2011 to February 2012 (The dashed line, solid line and dot-dashed line represent T639, EC and Japan models, respectively) |
以往检验结果表明[2-4]：三家模式对西风指数的96和120小时的预报效果差异不大，因此本文对144小时的预报性能进行分析。图 2是基于三家模式2011年12月至2012年2月西风指数零场和144小时预报场的逐日演变曲线。模式零场显示2011年12月西风指数位于高指数位相，表明中高纬环流以纬向型环流为主。进入2012年1月，西风指数出现明显下降，环流经向度加大，冷空气趋于活跃，这也是导致1－2月全国气温较常年偏低的重要环流因素之一。三家模式对于西风指数的调整过程均有一定的预报能力，但预报的低指数均较零场偏小。EC模式和日本模式对于调整的趋势与零场较为接近，但最低指数出现时间较零场滞后。
|
图 2 2011年12月至2012年2月T639(a)、EC(b)及日本模式(c)零场(实线)和对应的144小时(虚线)西风指数逐日演变曲线(单位：dagpm) Fig. 2 The daily evolution curves of 00 h (solid) and 144 h (dashed) westerly-index calculated from T639 (a), EC (b) and Japan (c) models from December 2011 to February 2012 (unit: dagpm) |
综合以上分析，三家模式对于亚洲中高纬大尺度环流的重大调整过程在144小时时效上均有一定的预报能力，从趋势的拟合上来看，EC模式预报效果最好。随着时效的延长，高频扰动振幅增强，模式趋于不稳定。
3.2 南支槽预报检验南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽，它是我国华南、西南等地产生降水的重要成员之一[5]。2012年1月，我国南方地区出现大范围持续低温阴雨(雪)天气。这里选取75°~110°E范围内25°N 500 hPa高度场表征南支槽的活动情况，并选取120小时预报场进行检验。
由图 3可以看出，2012年1月有4次明显的南支槽东移过程，其中第2次(10－16日)持续时间最长，强度最强，13－16日，受南支槽影响，我国南方地区出现了较强的降水过程。总体而言，各家模式对南支槽的发展东移均有较稳定的预报。对1月10－16日的较强的南支槽过程，T639模式120小时预报的中心强度较零场偏弱。EC模式和日本模式预报也比零场略偏弱，但偏弱的程度小于T639模式。日本模式预报的槽的移动速度较零场偏慢，EC模式预报与零场较为接近。整体看来，对于这一阶段的南支槽的预报，EC模式在槽的强度和移动速度方面与零场最为接近。
|
图 3 2012年1－2月不同模式25°N 500hPa高度零场和120小时预报场的时间-经度演变图(单位: dagpm) (a) T639零场，(b) T639预报场，(c) EC零场，(d) EC预报场，(e)日本零场，(f)日本预报场(阴影表示小于576 dagpm) Fig. 3 The time-longitude cross sections of initial and forecasting fields of 500 hPa geopotential height at 25°N for different models from January 2012 to February 2012 (unit: dagpm) (a) initial and (b) forecasting fields for T639, (c) initial and (d) forecasting fields for EC, (e) initial and (f) forecasting fields for JP (The regions with geopotential height less than 576 dagpm are shaded) |
冬季冷空气活动频繁，温度变化剧烈，地面降温预报是冬季灾害性天气预报的重要部分。由于850 hPa温度对地面温度的预报有很好的指示意义，了解和掌握各模式对850 hPa温度预报性能对提高预报水平有重要作用。本文选取了(40°N、117.5°E)和(25°N、115°E)两个格点分别代表北方和南方地区，检验T639和EC模式对850 hPa温度变化趋势的中期预报能力[6]。
图 4是T639和ECF模式850 hPa温度144小时预报与零场的时间演变。可以看出，2011年12月至2012年2月冷空气活动较为频繁，温度起伏多变，但两家模式对850 hPa温度趋势预报基本与零场一致。总体而言，EC模式对南、北方850 hPa温度的预报整体略偏高，T639模式对北方850 hPa温度预报整体偏低，与张亚妮等[7]的分析较为一致。如对2012年1月18－24日的全国性强冷空气过程，EC模式对南、北方温度峰值和谷值均预报偏高，T639模式对北方温度峰值和谷值预报偏低，两家模式降温幅度都弱于零场，T639模式更加明显。
|
图 4 2011年12月至2012年2月T639(a)和EC(b)模式零场(实线)和对应的144小时(虚线)850 hPa温度逐日演变(单位：℃) Fig. 4 The daily evolution curves of 00 h (solid) and 144 h (dashed) temperature at 850 hPa calculated from T639 (a) and EC (b) models from December 2011 to February 2012 (unit:℃) |
选取2012年1月18－24日全国性强冷空气过程来分析各模式地面冷高压的预报性能。
表 1是冷高压中心强度零场、120小时预报及误差的逐日变化，可以看出绝大部分时间三家模式预报均较零场偏弱，这与以前的检验分析结果一致[7]。当地面高压达到最强时，T639模式和EC模式误差增加，EC模式更加突出。T639、EC和日本模式120小时预报的标准差分别为1.19、2.18和1.17 hPa，说明日本模式对高压中心强度的预报效果最好，T639模式次之。由于1月21日地面高压达到最强，下面选取21日进行分析。
|
表 1 2012年1月18－24日全国性强冷空气过程不同模式20时地面高压中心强度零场与120小时预报场及误差(单位: hPa) Table 1 The strength of initial and 120 h forecasting fields at the center of surface high pressure and errors for different models from 18 to 24 January 2012 (unit: hPa) |
图 5是2012年1月21日20时各模式海平面气压场和120小时预报场及偏差。可以看出，三家模式对于高压位置的预报都较为准确，但中心强度预报均存在不同程度的偏弱，日本模式预报误差最小，T639模式和EC模式误差相对较大。从对地面高压预报误差的水平分布看，T639和日本模式在高压后部预报偏弱，而在高压前部预报偏强，T639模式更明显一些，EC模式则在高压中心及其南部预报偏弱。总之，对地面高压强度和21日20时120小时预报误差来看，日本模式预报效果最好，T639模式次之。
|
图 5 2012年1月21日20时T639(a, b)、EC(c, d)及日本(e, f)模式海平面气压零场(a, c和e)与120小时预报场及偏差(b，d和f) (深色阴影和浅色阴影分别表示误差≤-5 hPa和≥5 hPa的区域) Fig. 5 The initial (a, c and e) and 120 h forecasting (b, d and f) fields and errors of sea level pressure from T639 (a, b), EC (c, d) and Japan (e, f) models at 20:00 BT 21 January 2012 (The regions with errors equal to or larger (less) than 5 hPa (-5 hPa) are light (dark) shaded) |
本文对T639、ECMWF和日本模式的大尺度环流特征、温度要素以及地面冷高压等中期预报性能进行了天气学检验分析，得到如下结论：
(1) 三家模式对于亚洲中高纬大尺度环流的重大调整过程在144小时时效上均有一定的预报能力，从趋势的拟合上来看，EC模式预报效果最好，日本和T639模式次之。随着时效的延长，高频扰动振幅增强，模式趋于不稳定。
(2) 三家模式对2012年1月南支槽的4次东移过程均预报较好。EC模式无论是在槽的强度还是移动速度方面都与零场最为接近，日本模式和T639模式预报的槽的强度总体偏弱。
(3) EC模式和T639模式144小时时效基本能准确预报850 hPa温度趋势变化。EC模式对南、北方850 hPa温度的预报整体略偏高，T639模式对北方850 hPa温度预报整体偏低。
(4) 在地面冷高压中心预报方面，三家模式对于高压位置的预报都较为准确，但中心强度预报均存在不同程度的偏弱，日本模式预报误差最小，T639模式和EC模式误差相对较大。从对地面高压预报误差的水平分布看，T639和日本模式在高压后部预报偏弱，在高压前部预报偏强，EC模式则在高压中心及其南部预报偏弱。
桂海林, 2007. 2006年12月至2007年2月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 33(5): 111-117. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2007.05.017 |
田伟红, 2008. 2007年12月至2008年2月T213、ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 34(5): 101-107. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2008.05.016 |
牛若芸, 2009. 2008年12月至2009年2月T639与ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 35(5): 112-119. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2009.05.016 |
蒋星, 蔡芗宁, 2011. 2011年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 37(11): 1448-1452. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2011.11.018 |
李勇, 2010. 2009年12月至2010年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 36(5): 108-113. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2010.05.016 |
符娇兰, 2012. 2011年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 38(2): 238-243. DOI:10.11898/1001-7313.20120213 |
张亚妮, 张金艳, 2011. 2010年12月至2011年2月T639与ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 37(5): 633-638. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2011.05.017 |