1 3—5月天气概况

2017年3—5月，全国平均降水量139.5 mm，较常年同期(143.7 mm)略偏少2.9%。降水呈西多东少、北多南少的空间分布，长江以北大部降水量偏多2成至1倍，其中东北东部及北部、内蒙古中西部、新疆南部、青海大部、西藏西部等地偏多2成至1倍，内蒙古的局部地区偏多1倍以上；长江以南大部、黄淮大部降水偏少，其中，江南中部和东部、华南中部和北部、东南沿海地区、贵州西部、四川东部、西藏东部等地偏少2~5成，部分地区偏少5成以上(国家气候中心，2017a；2017b；2017c)。

3—5月，全国平均气温11.2℃，较常年同期(10.4℃)偏高0.8℃，为1961年以来历史同期第三高值，仅次于2008年春季(11.8℃)及2016年春季(11.6℃)。从空间分布来看，全国大部地区气温较常年同期明显偏高，其中北方大部地区气温较常年同期偏高1~2℃，局部偏高2~4℃，其中黑龙江西北部地区偏高4~6℃。

3—5月，我国华南地区率先进入前汛期(4月21日)，较常年(4月6日)晚15 d；入汛以来，南方地区强对流频繁，暴雨频发，多地发生洪涝灾害，部分地区损失较重；北方冬麦区出现阶段性气象干旱；北方地区共出现6次沙尘天气。

2 资料

本文选取2017年3—5月T639、ECMWF及JP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3个模式的500 hPa位势高度场、850 hPa温度场和海平面气压场。T639模式资料的分辨率为1.125°×1.125°，ECMWF和JP模式资料分辨率均为2.5°×2.5°。其中，JP模式3、4月的500 hPa位势高度资料、850 hPa温度资料缺失过多，对JP模式的检验产生了很大影响。

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

西风指数可以反映中高纬地区对流层中层大尺度环流形势演变和调整，是中期预报最常用的指标之一，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时效预报性能(张峰，2016；赖芬芬，2015；刘为一，2014；黄威，2013；刘一，2012；蔡芗宁，2011)。图 1给出的是2017年3—5月T639、ECMWF和JP模式不同时效西风指数预报和零场的相关系数，结果显示在144 h时效内，ECMWF模式预报效果最好，T639模式次之，JP模式预报效果略偏差，3个模式的预报场和零场的相关系数均大于0.8，对大尺度环流均有较好的预报能力；随着预报时效延长，3个模式预报误差均不同程度增大，但ECMWF模式的预报误差随时效延长而增大的速率要低于其他两个模式，其综合预报性能明显优于其他两个模式。

图 2给出的是根据2017年3—5月T639、ECMWF和JP模式高度场零场及120 h预报场计算得到的亚洲中高纬西风指数逐日演变曲线。从模式的分析情况来看，3—5月西风指数处于多波动状态，共发生4次高低指数转换过程。3月上旬西风指数从高指数逐渐降低，到3月5日降低到-45 dagpm，对应3月5—7日影响全国的一次弱冷空气过程，其中东北地区东部、华北地区南部、黄淮中部、江淮东部等地降温幅度达4~6℃，并伴有4~6级风；西风指数在3月13日前后和4月中旬各出现一次由高向低的调整，对应着3月中旬和4月上旬的两次冷空气过程；此外5月上旬，西风指数再次由高指数迅速下降了135 dagpm，对应5月3日前后的一次冷空气过程。此次冷空气过程给我国北方地区带来了大风降温、江南及以北地区出现了扬沙浮尘天气，内蒙古部分地区有沙尘暴，局地出现强沙尘暴。

从120 h预报与实况对比来看，3个模式均能较好地反映出西风指数的变化趋势，但对每次波动幅度和发生时间的预报各有偏差。对3月上旬的西风指数下降过程，3个模式均表现较好，随后的西风指数回升过程，ECMWF和T639模式表现较好，JP模式预报的回升时间较零场略偏晚；对3月13日前后的西风指数下降过程，T639模式预报的下降时间较零场略偏晚，ECMWF模式整体表现较好，JP模式预报的下降幅度偏小；对4月中旬的指数调整过程，T639模式预报的下降幅度较零场略偏小，EC-MWF模式整体表现较好，JP模式预报的下降时间均较零场略偏晚；对5月3日以后由高指数向低指数变化的过程，ECMWF和JP模式预报的变化趋势均与零场较为一致，整体表现较好，T639模式预报的指数下降时间较零场略偏晚、下降幅度较零场偏小。

综合分析可以得出，对大尺度环流形势演变和调整的预报，3个模式均表现出一定的中期预报能力，随着预报时效的延长，3个模式的预报误差均趋于增大。ECMWF模式预报的西风指数变化趋势较其他两家模式与零场更为接近，西风指数变化幅度和变化趋势的预报与零场之间的误差更小，对西风指数的预报效果明显优于T639和JP模式。

3.2 500 hPa环流形势场的预报检验

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，而西太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响我国的主要天气系统之一，其位置和强度的变化是影响我国强降雨带及气温分布的重要因素。中期数值预报模式对500 hPa环流形势和副高的预报能力是衡量该模式预报性能好坏的重要标志之一，以下将主要对比2017年3—5月T639和ECMWF模式500 hPa位势高度零场及对应的120 h时效预报场。由于JP模式3、4月500 hPa位势高度资料缺失过多，检验意义不大，因此未对其进行检验。

3—5月，我国上空主要受偏西气流控制，多短波槽脊活动(朱乾根等，2007)。如图 3所示，T639和ECMWF模式3—5月500 hPa平均位势高度的零场在中高纬地区非常相似，表明这两个模式对东亚地区资料同化分析结果大致相当。对中亚到新疆上空的高压脊，T639与ECMWF模式预报强度都较零场略偏弱；T639模式对东北地区的低槽120 h时效预报较零场略偏深，而对华东地区的低槽预报与零场较为吻合，反映出模式对东北地区大气环流经向度较零场偏大，对影响东北地区的偏北气流预报较零场偏强；相似的，ECMWF模式120 h时效对东亚低槽的预报较零场偏深，大气经向度预报偏强。对西太平洋副高的位置和强度，T639模式120 h时效预报与零场较为吻合，ECMWF模式120 h时效预报较零场略偏弱。

再对比两个模式中南支槽的表现。春季南支槽活动较频繁，对于其预报，T639模式120 h时效预报与零场较为一致，而ECMWF模式120 h时效预报则较其零场偏深。

T639和ECMWF模式预报的副高120°E脊线的检验如图 4所示(当副高主体偏东且未达到120°E时，脊线指数设为缺测)，3—5月副高脊线的位置维持在15°N附近，其中，3月30日前后有一次较为明显的南落，ECMWF模式表现较好，T639模式预报脊线位置较零场偏北、南落时间也较零场偏晚；4月下旬副高脊线再次南落到10°N左右，对这一阶段副高脊线的变化，ECMWF模式表现较好，T639模式则未准确预报；5月6日前后，副高脊线北抬至20°N以北，ECMWF模式表现较好，T639模式预报脊线位置北抬时间较零场略偏早；随后至5月26日前后，副高脊线再次大幅南落，EC模式对这一阶段副高脊线南落幅度的预报均较零场偏北，T639模式则偏南。

3.3 850 hPa温度变化趋势预报检验

850 hPa温度变化通常被用来表征天气的冷暖变化趋势，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了解和掌握模式预报性能的重要方法，本文选取了天津北部(40°N、117.5°E)和江西南部(25°N、115°E)两个格点分别代表北方和南方地区，用于检验模式对850 hPa温度变化趋势的中期预报能力(图 5)。以下将主要对比2017年3—5月T639和ECMWF模式850 hPa温度场及对应的120 h时效预报场。由于JP模式3、4月850 hPa温度资料缺失过多，因此未对其进行检验。

从模式850 hPa温度逐日分析演变图可以看出，我国北方地区850 hPa温度在3—5月呈现逐渐上升趋势，南方地区气温在3月中旬至4月中旬出现3次较大的升降波动，4月下旬以后呈现缓慢上升的趋势，北方地区气温变化幅度较大，南方地区在4月下旬以后气温变化幅度相对缓和。2个模式120 h预报均较好地反映出了温度的这种变化趋势。对北方地区3月的两次降温过程和其间短暂回温，2个模式整体表现较好；对4—5月北方地区气温的频繁波动，T639和ECMWF模式120 h预报均表现出不同程度的偏差。

2个模式对南方地区温度的120 h预报偏差均比北方地区小。整体上来看，2个模式对南方地区3—5月逐日温度变化的120 h预报均表现较好，其中ECMWF模式表现略优于T639模式；对4月中旬南方地区气温迅速下降的过程，T639和ECMWF模式预报时间较零场偏晚；对4—5月的温度变化情况，2个模式120 h时效预报的温度整体上均较零场略偏高。

由上可见，2个模式对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区，模式对南方地区的温度预报均存在整体偏高的误差，ECMWF模式对温度变化的预报能力要略优于T639模式。

3.4 沙尘预报能力检验

沙尘天气是春季天气预报的重点关注对象之一。2017年3—5月，我国共出现6次沙尘天气过程(5次扬沙，1次沙尘暴过程)，较常年同期(17次)明显偏少，比2001—2016年近16年同期平均(11.4次)偏少5.4次，较2016年同期偏少2次(张峰，2016)。其中，5月3—7日，我国北方地区受冷空气和气旋共同影响，北方大部先后出现4~6级风，阵风达到7级；新疆北部、内蒙古中西部、甘肃、宁夏、陕西、华北西部等地有4~8℃降温，局地降温幅度达10~12℃，其中内蒙古东部和东北地区降温幅度达12℃以上。新疆南疆盆地、甘肃中西部、宁夏、内蒙古、陕西北部、山西中北部、河北北部、北京、吉林西部、黑龙江西南部、山东、江苏、湖北、湖南北部等地出现扬沙浮尘天气，内蒙古部分地区有沙尘暴，局地出现强沙尘暴。下面就以其为例分析3个模式对沙尘天气的预报能力。

此次沙尘天气的影响系统是地面气旋和冷高压及其前部冷锋，本文选取T639、ECMWF和JP模式5月3日20时的海平面气压场零场及对应的120 h预报场进行对比分析(图 6)。5月3日20时，东北气旋位于我国东北地区西北部，中心气压991 hPa，冷锋位于内蒙古东北部至河套一带，锋后冷高压强度达到1034 hPa以上。锋区附近存在较大的气压梯度，冷锋后部出现了地面强风，局地风力达到7~8级。从图 6可见3个模式零场东北气旋和冷锋后部冷高压的位置较为一致，从内蒙古东北部至河套一带存在较大的气压梯度。对比3个模式的120 h预报可以看出，T639模式和ECMWF模式对锋后冷高压的位置与各自零场相比均较为接近、但强度预报均明显偏弱，JP模式对锋后冷高压的位置预报与零场相比明显偏西且强度明显偏弱；对位于我国东北地区西北部的低压中心，T639模式的120 h预报较零场明显偏东，中心气压较零场偏高，ECMWF模式的120 h预报较零场位置偏北，中心气压较零场偏低，JP模式120 h较零场位置偏西南，中心气压较零场偏高。综合来看，ECMWF模式对造成本次沙尘的影响天气系统，预报效果较好。

值得注意的是，沙尘天气个例不同，各模式的预报性能也会存在较大差异，蔡芗宁(2011)的分析结果也表明各个模式对沙尘天气的预报各有优劣。

4 结论

本文通过对T639、ECMWF及JP模式中期时段预报产品的检验，主要得出以下几点结论。

(1) 对2017年3—5月500 hPa西风指数的变化趋势，3个模式在144 h时效内的预报均与零场较为一致，能准确地反映亚洲中高纬地区大尺度环流形势的演变和调整，表现出较好的中期预报能力。其中，ECMWF模式预报的西风指数变化趋势较其他两家模式与零场更为接近，其综合预报性能明显优于T639和JP模式。

(2) 对500 hPa位势高度场，T639和ECMWF模式120 h时效预报均较好地反映了中高纬地区的环流形势变化，具有较好的预报能力。两个模式对副高范围和强度及其脊线北抬南落的预报均与各自零场存在不同程度的偏差。

(3) 对850 hPa温度的预报，T639和ECMWF模式对我国南方和北方850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力，对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区，两个模式对南方地区的温度变化存在整体偏高的预报误差，ECMWF模式对南、北方地区温度变化的预报能力整体略优于T639模式。

(4) 对2017年5月3—7日影响北方地区的沙尘天气过程，ECMWF模式120 h时效预报较好地预报出了造成沙尘的地面天气系统，预报效果要优于T639和JP模式，但强度和位置上存在一些偏差。