1 天气概况

2013/2014年冬季，全国平均降水量39.2 mm，较常年(40.8 mm)偏少4%。与常年同期相比，除内蒙古东北部、新疆北部、甘肃中部、宁夏中部、云南南部、广西西部、广东南部、海南等地降水量偏多2成至1倍外，全国大部地区接近常年或偏少，其中东北东部和南部、华北东北部、黄淮、江汉及新疆南部、内蒙古西部、甘肃西部、青海西部、西藏大部、四川东北部、陕西南部、湖南等地偏少2~8成，局部偏少8成以上。

2013/2014年冬季，全国平均气温-2.9℃，较常年同期(-3.4℃)偏高0.5℃，为近5年来最高。与常年同期相比，除黑龙江东部、广东大部、广西南部、海南气温偏低1~2℃外，全国其余大部地区气温接近常年或偏高，其中华北大部及内蒙古、辽宁、山东北部等地偏高1~2℃，内蒙古中部偏高2~4℃。

季内，我国气温阶段性变化显著，前冬暖、后冬冷。2013年12月和2014年1月全国平均气温分别较常年同期偏高0.4℃和1.6℃，2月偏低0.6℃；2月7—18日，我国出现持续低温过程，全国平均气温较常年同期偏低3.1℃。

2013/2014年冬季，极端低温和降温事件较为突出。云南、广西、广东等地共83站发生极端低温事件，东北、华北及新疆、内蒙古等地125站发生极端日降温事件，西藏、四川、云南等地96站发生极端连续降温事件；内蒙古阿尔山和青海清水河等15站的日降温幅度、山西阳曲和青海班玛等14站的连续降温幅度达到或突破历史极值。华南、华北、西南东部等地97站连续无降水日数达到极端事件标准，其中甘肃高台(163 d)、河北丰宁(107 d)等16站达到或突破历史极值。

2 资料

本文选取2013年12月至2014年2月T639、ECMWF及日本模式20时(北京时)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高度场和风场、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 3个模式的中期预报性能检验 3.1 亚洲地区中高纬环流形势的预报检验

西风指数是描述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诊断工具之一。图 1是2013年12月至2014年2月T639、ECMWF及日本模式500 hPa高度分析和120 h预报计算所得的亚洲中高纬西风指数逐日演变曲线。将3个模式的预报场与零场对比发现，在120 h时效内，ECMWF模式预报效果最好，相关系数达0.93；日本模式预报效果居中，相关系数为0.90；而T639模式在120 h时效内的预报效果略差，相关系数为0.82。

从3个模式分析场来看，12月中旬西风指数明显降低，对应一次较强的冷空气南下过程。12月13—17日，南方大部地区气温普遍下降4~6℃，并经历了一次强降水过程。此次降水过程南方9省、区(海南、广西、广东、福建、云南、贵州、湖南、江西、浙江)区域平均降水量达74.8 mm，超出12月中旬历史最大值，仅少于1994年和2002年的12月整月降水量。对比分析场和预报场发现，3个模式120 h预报的此次西风指数下调幅度均偏小。2014年1月10—13日，西风指数再次出现显著降低，对应一次我国大部分地区低温雨雪天气过程。江淮、江汉、江南、华南北部和西南地区东部等地累计降水量有10~30 mm、局地超过30 mm，前期主要以降雨为主；后期，四川南部、云南中东部、贵州西北部、湖北西北部等地出现降雪或雨夹雪。伴随雨雪天气，南方地区出现明显降温，降温幅度普遍在5~8℃。之后，西风指数回升，直至2月上中旬，西风指数再次出现两次明显的下调过程，对应我国南方出现大范围持续低温雨雪天气过程。从120 h预报结果来看，3个模式均能预报出西风指数下调—回升—再下调的演变过程，但是与分析场对比发现，3个模式均夸大了1月中旬的西风指数下调幅度，但是对2月下调幅度的预报反而有所不足。3个模式相比而言，ECMWF模式的预报结果更接近分析场。

综合各时效预报效果，时效越长，预报效果越差，3种模式的120 h预报较96 h预报与各自零场的偏差增大(图 2)。ECMWF模式对于西风指数的波动预报与其零场成同位相变化，偏差较小，预报效果最好；日本模式在96、120和144 h时效内预报效果居中；T639预报效果最差，120 h预报的西风指数波动及位相与其零场偏差较大(图 1)。但是，3种模式在120 h时效上对西风指数的剧烈变化预报效果均较好，反映了它们对与亚洲中高纬度大尺度环流的重要调整过程均有一定的预报能力。综上，ECMWF模式对西风指数的预报效果最好，日本模式次之，T639略差。

3.2 850 hPa温度趋势检验

850 hPa温度变化通常被用来表征冷暖变化趋势，对于地面气温预报具有较好的指示意义。对3个模式850 hPa温度预报场进行检验也是衡量和检验模式预报性能的重要指标(蔡芗宁，2013)。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对3个模式的预报性能进行检验(图 3)。

2013年12月以来，全国平均气温较常年偏高0.5℃，但是气温波动起伏较大(图 3)。其中，12月中旬我国南方地区经历了一次较大的降温，气温最大降幅达到10℃，3个模式120 h预报均较好地预报了这次降温过程，但是预报的降温幅度均偏低。2014年1月，我国气温波动起伏依然较大，并于1月中旬，我国南方大部分地区经历了一次低温雨雪天气过程，降温幅度普遍在5~8℃，3个模式也都展现了较好的预报能力，尤其ECMWF模式预报的气温偏差最小。2月上中旬，我国北方南方依次经历了持续降温过程，并且从9日开始，我国南方出现大范围持续低温雨雪天气过程，最大降温幅度普遍在10℃以上，局部地区超过18℃。3个模式对这次降温过程均有较好的预报能力，但是120 h预报偏差较大，普遍低估了此次过程的降温幅度。相比之下，日本模式的预报偏差较小，预报能力最好，ECMWF次之，T639预报偏差最大。

整体来看，ECMWF模式的120 h预报效果最好，与其零场相关系数最高，可以达到0.90以上，预报场与其零场偏差最小；日本模式次之，T639略差。与前一个季度相比，3个模式120 h预报场与分析场相关系数略有降低(刘一，2014)，说明这3个模式对冬季850 hPa气温的预报能力略低于对秋季的预报，但是相关系数普遍也能达到0.80以上，说明3个模式仍然对我国南方和北方850 hPa冬季气温变化有较好的预报能力。

3.3 海平面气压的预报能力检验

2014年2月20—26日华北地区出现持续雾、霾过程，此次过程霾覆盖的国土面积最大达207万km²，涉及北京、天津、河北、河南、山西、陕西、辽宁、吉林、内蒙古、山东、宁夏等11个北方省(区、市)。当地面气压梯度较小，地表风速较小，且处于冬季的稳定大气层结下，非常有利于雾霾天气形成。因此，本文选取2月24日20时的地面气压场，检验静稳天气形势下模式对地面气压的中期时效预报能力。

2014年2月24日20时，我国西南部受低压控制，低压中心约1010 hPa；此时，蒙古高压位置偏北偏西，我国中东部地区气压梯度偏弱，有利于雾霾天气形成。对比3个模式120 h预报场可以发现(图 4)，T639模式在我国东北地区空报了一个高压系统，中心气压达到1035 hPa，导致其预报的我国东部地区气压梯度较分析场偏大；ECMWF和日本模式的120 h预报与分析场偏差较小，均较好地预报了这一时次我国中东部地区气压梯度偏弱的空间特征。但是，日本模式预报的蒙古高压偏弱。由此可见，ECMWF对我国冬季海平面气压空间分布的预报较为准确，日本模式次之，T639模式略差一些。

4 结论

(1) 3个模式对2013年9—11月120 h时效预报的西风指数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，ECMWF模式均较其余两个模式有明显优势。

(2) 对于850 hPa温度的预报，3种模式基本能反映出温度的转折性变化趋势。相比较而言，ECMWF的120 h预报与分析场的偏差最小，日本模式次之，T639偏差略大于前两个模式。与之前秋季预报结果相比，3个模式对温度场预报能力均有所减弱。

(3) 对于海平面气压的预报，3个模式均可以较好地预报我国西南地区低压中心及我国中东部地区气压梯度偏弱的空间特征；相比而言，T639模式预报的我国中东部地区气压梯度略强于分析场，而日本模式对蒙古高压的预报偏弱。综上，ECMWF模式对我国海平面气压空间分布特征预报更为准确。