2013, Vol. 39 
2012年12月至2013年2月, 全国平均降水量是38.2 mm, 基本接近常年同期(41.1 mm)。其中, 2012年12月较常年同期偏多, 内蒙古、新疆降水量为1951年以来同期最大值, 山东为次大值; 2013年1和2月较常年同期偏少, 1月华中地区为1951年以来同期次少, 西南地区为1951年以来同期第三小。
2012年12月至2013年2月, 全国平均气温为-3.6℃, 较常年同期(-3.3℃)偏低了0.3℃。2012年12月, 全国平均气温-4.4℃, 较常年同期(-3.2℃)偏低1.2℃, 其中, 2012年12月北京平均气温为历史同期最低值。2013年1月下旬, 全国平均气温开始转为偏高, 2月, 全国平均气温为-1.2℃, 较常年同期偏高0.5℃。
2012年12月至2013年2月, 主要有10次冷空气过程影响我国, 其中有两次全国性强冷空气过程(2012年12月20—24日和2013年1月1—4日)和一次全国性寒潮过程(2013年2月6—9日)。
2013年1—2月, 我国中东部地区频繁出现大范围雾霾天气, 其中1月, 全国雾霾平均日数为4.4 d, 比常年同期偏多1.4 d, 为1961年以来最多, 2月, 全国雾霾平均日数为3.4 d, 比常年同期偏多1.4 d, 与2011年并列为1961年以来历史同期最多。
2012年12月至2013年2月, 有3个热带气旋生成, 较常年同期显著偏多, 但由于位置偏南, 对我国近海和内陆影响较小。
2 资料本文所用资料为2012年12月至2013年2月T639、EC及JP模式20时(北京时)实况分析场和中期时效预报场, 主要包括该3个模式的500 hPa高度、850 hPa温度、海平面气压等。T639模式的水平分辨率为1.125°×1.125°, EC和JP模式为2.5°×2.5°。
3 模式中期预报性能检验 3.1 亚洲中高纬环流形势预报检验西风指数是反映大尺度环流形势演变和调整的重要指标, 通过检验西风指数可以了解数值模式对中高纬地区对流层中层环流形势调整与演变的中期时效预报性能(康志明, 2009; 于超, 2010; 蒋星等, 2011)。图 1给出的是2012年12月至2013年2月三家模式对西风指数不同时效预报场与零场的相关系数, 发现在120 h内, 三家模式相关系数均在0.9以上, 在144 h内, 三家模式相关系数均在0.85以上。在168 h内的时效, EC模式的相关系数均为三家中的最大。在168 h之外的时效, EC模式相关系数加速下降, 而T639模式相关系数减速下降, 在240 h时效T63模式相关系数高于EC模式相关系数。
|
图 1 2012年12月至2013年2月三家模式对西风指数的预报与零场的相关系数随预报时效的变化 (实线为T639模式, 虚线为EC模式, 点划线为JP模式) Fig. 1 Correlation coefficient between initial westerly index and forecasting fields for the three models from December 2012 to February 2013 (Solid line stands for T639, dashed line for EC and dash-dotted line for JP) |
为进一步检验模式对西风指数的中期预报性能, 图 2显示了2012年12月至2013年2月三家模式对西风指数120 h时效预报和零场的对比。由图 2可以看出, 在冬季, 西风指数高低振荡的幅度较大, 三家模式在120 h时效内能够很好地预报出西风指数的高低转换, 但T639模式对极大和极小值的预报常存在1 d的滞后; 各家模式的120 h预报都系统性地偏高, 表现为零场西风指数为极大值时, 模式的预报的极值更高, 而零场西风指数为极小值, 模式预报的极小值不够低。为此, 进一步计算了三家模式各个时效预报场与零场之间的平均偏差, 结果如图 3所示, 2012年12月至2013年2月三家模式各个时效预报都表现为系统性偏高, 且偏高幅度随时效延长而增大, 在120 h时效, T639模式和日本模式的平均偏差约为20 dagpm, EC模式的平均偏差月为10 dagpm, 在240 h时效, T639模式的平均偏差超过50 dagpm, 而EC模式的平均偏差也超过35 dagpm, 这相对于西风指数自身振荡的幅度来说都是比较显著的。
|
图 2 2012年12月至2013年2月不同模式西风指数零场(实线)及对应的120 h预报(虚线)逐日演变(单位:dagpm) (a) T639, (b) EC, (c) JP Fig. 2 The daily evolution of initial westerly index (solid line) and corresponding 120 h forecasting (dashed line) for different models from December 2012 to February 2013 (unit: dagpm) (a) T639, (b) EC, (c) JP |
|
图 3 2012年12月至2013年2月三家模式对西风指数的平均预报偏差(单位:dagpm)随预报时效的变化 (实线为T639模式, 虚线为EC模式, 点划线为JP模式) Fig. 3 Mean errors between initial westerly index and forecasting fields for the three models from December 2012 to February 2013 (unit: dagpm) (Solid line stands for T639, dashed line for EC and dash-dotted line for JP) |
在冬季由于冷空气活动, 气温变化剧烈, 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较好指示作用, 为此有必要了解各模式对850 hPa温度的预报性能(张亚妮等, 2011; 刘一, 2012; 周宁芳, 2011; 赵晓琳, 2012)。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。
图 4是各家模式850 hPa温度的120 h时效预报与零场的演变, 由图可知, 北方地区受冷空气活动影响更明显, 气温的变化幅度相对南方地区更大。2012年12月至2013年2月, 三家模式的120 h预报对南北方850 hPa气温的振荡总体把握较好, 其中1月中旬至2月上旬, 三家模式对北方地区的预报误差较大, T639模式的预报偏低, EC模式的预报偏高, JP模式对气温振幅预报不足。对于2月6—9日的全国范围的寒潮天气过程, 三家模式对南北方850 hPa的降温幅度的预报都是不足的。
|
图 4 2012年12月至2013年2月T639(a)、EC(b)和JP模式(c)00 h(实线)和对应的120 h(虚线)850 hPa温度逐日演变曲线(单位:℃) Fig. 4 The daily evolution curves of initial temperature (solid line) and corresponding 120 h forecasting (dashed line) at 850 hPa calculated by T639 (a), EC (b) and JP (c) models from December 2012 to February 2013 (units: ℃) |
前面讨论了120 h时效的预报情况, 为了对其他时效各家模式的预报性能有所了解, 图 5给出了三家模式850 hPa温度预报的标准误差。发现三家模式各时效预报在北方的预报误差均比在南方的预报误差大。在北方地区(图 5a), EC模式的预报整体最优, 在144 h时效内误差均小于3℃, 其次是日本, 在120 h时效内误差小于3℃, T639模式的预报误差最大, 在96 h时效以内误差才小于3℃。在南方地区(图 5b), JP模式的标准差最小, EC模式次之, T639模式最差。图 6给出的是三家模式对南北方850 hPa温度的不同时效预报与零场的相关系数, 对比EC模式的在南方和北方相关系数发现它们取值相近, 可知EC模式对气温的振荡变化的描述能力在南方和北方并无差异, 并可推断EC模式在北方误差更大是由于其系统性误差的贡献更大, T639模式也存在类似的情况, 而日本模式的系统性偏差较小, 因此其北方的相关系数比南方小, 对应的标准误差也比南方大。
|
图 5 2012年12月至2013年2月T639、EC及JP模式850 hPa温度场的标准误差随预报时效的变化(单位:℃) (a)北方, (b)南方 Fig. 5 Standard deviations of temperature at 850 hPa for different models from December 2012 to February 2013 (unit: ℃) (a) North of China, (b) South of China |
|
图 6 2012年12月至2013年2月三家模式对850 hPa温度预报与零场的相关系数随预报时效的变化 (a)北京, (b)南方](实线为T639模式, 虚线为EC模式, 点划线为JP模式)]>
|
2013年1月, 影响我国的冷空气偏弱, 且频次偏低, 致使我国雾霾天气十分频繁。月内, 全国共出现了4次较大范围的雾霾天气过程, 涉及25个省(区、市), 部分地区能见度不足100 m, 其中1月7—13日的过程持续时间长、范围广、强度强。当地面气压场梯度较小, 地面风速较小, 且处于冬季的稳定大气层结下, 非常有利于雾霾天气的形成。为此, 选取1月12日20时的地面气压场, 检验静稳大气下模式对地面气压的中期时效预报能力。
2013年1月12日20时, 我国中东部处于前一次弱冷空气影响结束后的均压场中, 东北地区有一股较弱的冷空气影响, 其中心最高气压1038 hPa。由图 7可知, 三家模式120 h时效预报的冷空气强度均未超过零场, 对中东部海平面气压场的弱梯度状态都预报较好。T639模式对东北的冷高压预报明显偏弱, 且位置明显偏南, 由此导致其对东北地区气压梯度的预报较零场偏小, 1022.5 hPa等压线压得更加偏南, 华南地区的气压梯度的预报较零场偏大。EC模式对东北地区冷高压的预报强度较零场略偏弱, 且位置偏北, 由此会引起东北地区的整体风向产生偏差。日本模式对东北地区冷高压的预报和零场基本一致。EC模式和日本模式对华南地区的气压梯度预报均较为准确。
|
图 7 2013年1月12日20时不同模式海平面气压零场(a, c, e)与120 h预报(b, d, f) (a, b) T639模式, (c, d) EC模式, (e, f) JP模式 Fig. 7 The initial (a, c, e) and 120 h forecasting (b, d, f) sea level pressure for different models at 20:00 BT 12 January 2013 (a, b) T639, (c, d) EC, (e, f) JP |
本文通过对T639、EC及JP模式中期时段预报产品的检验, 得出在2012年12月至2013年2月三家模式总体表现如下:
(1) 对大尺度环流形势演变和调整的预报, 三家模式在120 h时效上具有一定的预报能力, 比较而言, EC模式预报效果最好。随着时效的延长, 各家模式预报性能都逐渐降低, 并且对西风指数预报的系统性误差增大。
(2) 三家模式120 h时效预报基本能把握850 hPa温度的趋势变化, 其中EC模式的在北方地区的预报性最优, 而JP模式在南方地区最优。在北方地区, T639模式的预报存在负的系统误差, 而EC模式存在正的系统误差。对于全国性的寒潮过程, 三家模式对降温幅度的预报都不足。
(3) 三家模式对冷空气过程的中期预报都较零场偏弱, 其中T639模式对冷高压强度和位置的预报误差都很大。在冷空气强度较弱时, 三家模式对中东部气压场的弱梯度状态均预报较好。
康志明, 2009. 2009年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 35(11): 143-149. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2009.11.019 |
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 |
刘一, 2012. 2012年3—5月T639、ECMWF及日本数值模式中期预报性能检验[J]. 气象, 38(8): 1017-1022. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2012.08.015 |
于超, 2010. 2010年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 36(11): 104-108. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2010.11.016 |
张亚妮, 张金艳, 2011. 2010年12月至2011年2月T639与ECMWF及日本数值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 |
赵晓琳, 2012. 2012年6—8月T639、ECMWF及日本数值模式中期预报性能检验[J]. 气象, 38(11): 1423-1428. |
周宁芳, 2011. 2010年9—11月T639、ECMWF及日本数值模式中期预报性能检验[J]. 气象, 37(2): 237-241. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2011.02.015 |