1 3—5月天气概况

2013年3—5月，全国平均降水量为154.8 mm，较常年同期略偏多。其中，3—4月较常年同期偏少，5月较常年同期偏多。与常年同期相比，在内蒙古中西部、华北等地的部分地区降水持续偏少，内蒙古东部、贵州南部、华南中部等地的部分地区降水持续偏多，而在东北地区南部降水逐渐由偏多转为偏少，新疆北部和东北地区北部先后出现偏少—偏多—偏少的特征，我国其余大部地区是一个逐渐由偏少转为偏多的趋势，其中在南疆西部经青藏高原中北部再经川陕延至黄淮江淮一带尤为明显。

3—5月，全国平均气温较常年同期略偏高。其中，3月较常年同期偏高2.2℃，为1961年以来历史同期第2高值，主要特征为除东北地区、内蒙古东部、西藏西南部部分地区明显偏低外，全国其余大部地区均偏高2~4℃，部分地区偏高4~6℃，北疆北部偏高甚至达6℃以上。4月与常年同期持平，特征为西高东低，5月较常年同期略偏高，表现为与4月相反的东高西低特征。

3—5月，我国南方地区强对流频繁，后期暴雨频发，造成多地遭受风雹袭击以及发生洪涝灾害；北方共出现6次沙尘天气；此外，3月雾霾天气为1961年以来同期最多；华北北部等地干旱持续。

2 资料

本文选取2013年3—5月T639、ECMWF及日本模式20时(北京时，下同)分析场和中期预报时效预报场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温度场以及海平面气压场。T639模式、ECMWF模式和日本模式资料分辨率均为2.5°×2.5°经纬网格。

3 三家模式的中期预报性能检验 3.1 亚洲地区中高纬度环流形势的预报检验

西风指数是反映中高纬大尺度环流形势演变和调整的重要指标，是中期预报最为常用的工具之一，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预报性能(康志明，2009)。图 1给出了三家模式对西风指数不同预报场与零场的相关系数，其中ECMWF模式预报效果最好，在168 h时效内，相关系数维持在0.8以上，96 h时效相关系数可达0.97，日本模式96~168 h时效也基本维持在0.8~0.9附近，T639模式预报效果较差，120 h时效内维持在0.8以上，其余时刻均低于0.8，但168 h时效后，T639模式预报效果趋于稳定，而此时ECMWF模式预报效果持续下降，在240 h时效T639模式相关系数反而高于ECMWF模式。

为进一步检验模式对西风指数的中期预报性能，图 2给出2013年3—5月T639、ECMWF及日本模式对西风指数168 h预报和零场逐日演变曲线对比。

3—5月西风指数演变呈现多波动状态，说明亚洲中高纬度环流形势不断调整，冷空气活动频繁。其中，3月西风指数总体趋势逐渐下行，3月中旬后期西风指数由偏高转为偏低，累积降幅超过200 dagpm，对应着一次强冷空气过程，其余时段降幅相对较小，说明不断有冷空气持续影响我国，但大部分时段冷空气势力不强，造成3月全国气温偏高。4月上中旬，西风指数出现两次较大幅度下降过程，指数下降200 dagpm左右，分别对应着一次中等强度冷空气过程和一次寒潮过程。5月西风指数在200 dagpm左右振荡，冷空气活动较弱。

综合来看，三家模式168 h预报都能较好地预报出西风指数的多波动状态以及几次明显的下降过程，但是在时间或强度上存在一些偏差。其中T639模式对3月西风指数的强度及中旬后期转折性过程的趋势和降幅预报较好，但对极值的预报较零场提前约1~2 d，而到4月，存在预报滞后2~3 d的误差，尤其在4月上中旬的两次指数大幅降低过程中表现明显，5月模式的主要误差体现在预报场指数较零场偏高；日本模式在3月到4月上旬时段，存在滞后1~2 d的误差，此外对5月中后期指数的小幅波动预报效果较差；ECMWF模式预报场与零场基本一致，没有明显系统性误差，对于3月中旬后期的转折性过程和4月上中旬的两次下降过程预报均较好。

相比较而言，对于西风指数，无论在转折性过程或是小幅波动，ECMWF模式168 h预报较其余两家模式有明显优势。

3.2 500 hPa环流形势的预报检验

在天气分析中，通常利用500 hPa等高线来分析对流层中层的形势变化。中期数值预报模式对500 hPa环流形势的预报能力是衡量该模式预报性能好坏的重要标志之一(刘一，2012)和(蔡芗宁，2011)。图 3采用相似离度方法对三家模式500 hPa位势高度168 h预报场与零场的相似度进行分析，相似离度既能分析样本之间的形相似，又能体现他们之间值差异，对于环流形势相似度的衡量较全面(李开乐，1986)和(陈录元等，2010)。相似离度小，表示两者相似度高。结果显示，三家模式在中高纬度，尤其在我国中东部等地区的168 h预报偏差较小；而在低纬度地区预报效果偏差较大；此外在冷空气“关键区”附近也存在一个大值中心，表示三家模式对该区域预报偏差相对较大。其原因之一考虑冷空气过程在该区域多是处于开始发展阶段，预报偏差较大，而影响到我国中东部时多处于演变成熟阶段，因而预报偏差较小。

对于低纬度地区，图 4在区域(0°~20°N，40°~160°E)对500 hPa位势高度168 h预报场与零场之间的相似离度进行逐日分析，结果显示，ECMWF模式168 h预报较稳定，相似离度基本维持在0.05~0.15之间；T639模式预报效果较差，且有阶段性，在3月中后期及5月中后期预报偏差小于其他时段；日本模式预报效果介于两者之间，前期预报效果高于后期。

3.3 南支槽的预报检验

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，是冬半年影响南亚和东亚的主要天气系统之一，而春季又是南支槽最活跃的时期。图 5结果显示，对于南支槽强度指数，三家模式的零场略有不同，T639模式零场在5月略高于其他两家模式。就ECMWF模式看来，南支槽指数处于多波动状态，3月前期，指数位于高位，南支槽不活跃，3月中后期指数开始下行，南支槽逐渐活跃，4月20日左右，指数有一次由高到低较大幅度的调整，5月指数基本维持在常年平均或略偏低状态。

三家模式对南支槽指数的演变及4月20日左右的调整过程预报均较好，可以预报出未来南支系统的变化发展趋势。具体来看，T639模式168 h预报较零场指数有系统性的偏低，ECMWF模式预报场与零场基本一致，略有偏差，具有较高的参考性。而日本模式大部时段预报效果较好，但在波动极值及出现时刻上略有偏差，5月指数存在系统性偏高。另外，图 6给出了三家模式(15°~27.5°N、80°~100°E南支槽)区域内500 hPa位势高度预报场与零场的相似离度逐日变化趋势。其中，ECMWF模式自3月至5月10日附近，相似离度基本稳定在0.1以下，其相似度及稳定性明显高于其他两家模式，T639模式预报稳定性较差，自4月中后期开始，相似离度趋势起伏大，不利于预报订正。此外，三家模式对于5月中后期的预报效果相对较差，尤其是日本模式，这与图 5中南支槽指数的预报效果较一致，表示模式对于南支槽小幅度波动的预报性能不稳定。

3.4 850 hPa温度趋势预报检验

为了解各模式对850 hPa温度的预报性能，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，检验三家模式对850 hPa温度变化趋势的中期预报能力。

2013年春季，我国冷空气活动频繁，气温多起伏、冷暖变化幅度较大。从三家模式850 hPa温度逐日演变图中可以看出(图 7)，各家模式的850 hPa温度变化均呈多波动状态，168 h预报场与各自的零场趋势上基本吻合。其中，对于北方地区，4月13—20日，受持续冷空气影响，我国出现了大范围明显降温天气，过程累积降温幅度一般为8~12℃，长江流域超过14℃。三家模式对北方地区这次大幅降温的趋势预报均较接近零场，但强度预报各有偏差，三家模式对过程间歇期回温都预报过高。而对于南方地区4月6—8日的急剧降温，三家模式168 h预报趋势均较好，只是在降温幅度上略有偏差，加之对前期回温预报偏高，从而造成对冷空气强度预报的偏差。

综合来看，三家模式基本都能反映出温度的转折性变化趋势。比较而言，三家模式对850 hPa温度的预报效果较好，不论是升降温幅度或是时间都与实况较为接近，无明显系统性误差；但三家模式对于持续冷空气过程间歇回温幅度预报较差，对于北方地区尤其明显，需要在日常业务预报中进行相应的订正。

3.5 沙尘天气的预报能力检验

沙尘天气是春季天气预报重点。2013年3—5月，我国共出现6次沙尘天气过程(4次扬沙，2次沙尘暴过程)，沙尘天气过程数比常年同期(19.2次)明显偏少，比2001—2010年近10年同期平均(12.7次)偏少一半以上。

2013年3月8—9日，受冷空气影响，北方地区出现今年以来最强沙尘天气过程，覆盖范围约280万km²。期间，西北大部、华北、黄淮北部和西部以及辽宁西部等地出现扬沙或浮尘天气，内蒙古中西部、甘肃西部和陇东地区、陕西北部等地部分地区出现沙尘暴，新疆阿克苏、阿拉尔、塔中、淖毛湖和宁夏平罗出现强沙尘暴；下面就以此为例分析三家模式对沙尘天气的预报能力。

预报沙尘天气的发生，重点在于参考气压梯度来预报地面大风。本文以T639、ECMWF和日本模式3月8日20时的海平面气压零场和对应的96 h预报场进行对比分析(图 8)。

此次沙尘天气的直接影响系统是蒙古气旋和地面冷锋。3月8日20时，气旋位于蒙古国中部，中心气压990 hPa；冷锋位于内蒙古西部至新疆天山一带；锋后的冷高压中心强度为1035 hPa。锋后的强冷平流和锋前的强暖平流造成强的斜压性发展，使锋区附近产生较大的气压梯度和变压梯度，使得冷锋后部出现地面强风，从而引发了此次沙尘天气过程。

由图 8不难发现，三家模式的零场中自蒙古国西部到新疆天山一带均存在较大的气压梯度、且冷高压位置相似，再比较96 h预报场可知，三家模式对冷高压和蒙古气旋的预报与其零场相比，中心位置相似，略有偏差，对沙尘天气发生的背景均有较好预报能力。ECMWF模式的冷高压中心强度为1030 hPa，比零场偏弱5 hPa，而T639模式和日本模式预报的冷高压中心强度偏弱，误差较大，在5~10 hPa，造成气压梯度较零场偏弱；对于蒙古气旋，ECMWF模式在位置及强度上均与零场一致，T639模式位置偏北，强度偏弱，而日本模式预报无论在位置或是强度上均偏差最大，综合来说，ECMWF模式对于此次沙尘天气的预报具有更好的参考价值。

值得注意的是，沙尘天气个例不同，各模式预报性能差异较大，蔡芗宁(2010)的分析结果也表明各家模式对沙尘天气的预报各有优劣。

4 小结

(1) 三家模式对2013年3—5月168 h时效500 hPa西风指数的变化趋势和零场较为一致，能较准确地反映亚洲中高纬地区大尺度环流的调整和演变，对转折性、灾害性等重大天气过程均具有较强的指示意义。此外，相比较而言，对于西风指数的转折性过程或是小幅波动，ECMWF模式均较其余两家模式有明显优势。

(2) 对于500 hPa位势高度场，三家模式168 h预报对中高纬地区的预报偏差要低于低纬地区，尤其对我国中东部地区预报误差较低。ECMWF模式较其他两家模式预报效果更稳定；T639模式预报效果较差，且存在阶段性调整。

(3) 对于南支槽，三家模式168 h预报均能较好地预报南支槽的多波动状态和突变趋势。ECMWF模式预报场预报效果及稳定性均具有较高的参考价值。此外，三家模式对于南支槽的小幅度波动的预报性能较差。

(4) 三家模式基本都能反映出温度的转折性变化趋势。比较而言，三家模式对850 hPa温度的预报效果较好，不论是升降温幅度或时段都与实况较为接近，无明显系统性误差；但三家模式对于持续冷空气影响间歇回温幅度预报较差，对于北方地区尤其明显，需要在日常业务预报中进行相应的订正。

(5) 对于2013年3月8—9日的沙尘天气过程，三家模式96 h预报都能较好地反映出引起本次沙尘天气的冷空气位置和范围，其中以ECMWF模式预报最好，日本模式预报效果最差。