ISSN 1004-4965

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SSIM在高分辨率降水数值预报产品空间检验中的应用

陈百炼 杨富燕 陈子通 彭芳 曾莉萍

陈百炼, 杨富燕, 陈子通, 彭芳, 曾莉萍. SSIM在高分辨率降水数值预报产品空间检验中的应用[J]. 热带气象学报, 2024, 40(4): 537-546. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.048
引用本文: 陈百炼, 杨富燕, 陈子通, 彭芳, 曾莉萍. SSIM在高分辨率降水数值预报产品空间检验中的应用[J]. 热带气象学报, 2024, 40(4): 537-546. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.048
CHEN Bailian, YANG Fuyan, CHEN Zitong, PENG Fang, ZENG Liping. Application of SSIM in Spatial Testing of High-Resolution Precipitation Numerical Forecasting Products[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(4): 537-546. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.048
Citation: CHEN Bailian, YANG Fuyan, CHEN Zitong, PENG Fang, ZENG Liping. Application of SSIM in Spatial Testing of High-Resolution Precipitation Numerical Forecasting Products[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(4): 537-546. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.048

SSIM在高分辨率降水数值预报产品空间检验中的应用

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.048
基金项目: 

国家自然科学基金 42165001

中国气象局/广东省区域数值天气预报重点实验室开放基金 J201802

详细信息
    通讯作者:

    陈百炼,男,贵州省人,研究员级高级工程师,主要从事数值模式应用及气象灾害研究。E-mail:cbcbc99@163.com

  • 中图分类号: P435

Application of SSIM in Spatial Testing of High-Resolution Precipitation Numerical Forecasting Products

  • 摘要: 引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验,通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进,提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法,并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了改进,提出了修正的SSIM*指标。应用该新方法选取2020年夏季贵州地区的暴雨个例,对中国气象局/广东省区域数值天气预报重点实验室华南区域中尺度模式输出的高分辨率降水预报产品进行了空间检验,并与采用另外两种检验方法即MODE和邻域法的检验结果进行了比较。结果表明改进的SSIM方法在高分辨率降水数值预报场空间检验中有较好的应用效果,三种方法得到的检验结果在有无预报能力的定性评价上差异不大,而新的SSIM*指标与MODE的MMI指标表现较为接近,且在对个例预报能力的评价上更为合理。该方法以0-1化降水格点场作为空间检验对象,能够得到其它方法所不能得到的降水场整体检验特征和分项检验特征,提供从雨区面积、雨带结构及其平均位置多个方面评估预报性能的参考指标,且计算简单无主观参数设定,得到的检验结果具有唯一确定性,克服了当前MODE方法在应用中的缺点,具有较大的推广应用价值,值得进一步深入研究。

     

  • 图  1  用作比较的降水场灰度图像实例

    a.实况图;b.预报图。

    图  2  0-1化格点场比较试验示意图

    a. 两个场中雨区有部分重合; b、c. 两个场中雨区位置不同但无重合。

    图  3  6月10日的0-1化格点场分布图

    a. 实况场;b. 预报场;c. 实况场和预报场的叠加。

    图  4  6月13日的0-1化格点场分布图

    a. 实况场;b. 预报场;c. 实况场和预报场的叠加。

    图  5  6月18日的0-1化格点场分布图

    a. 实况场;b. 预报场;c. 实况场和预报场的叠加。

    表  1  采用三种方法对2020年6月贵州区域22个暴雨个例的检验结果

    日期/日 FSS MMI SSIM* 日期/日 FSS MMI SSIM*
    1 0.422 0.777 0.781 14 0.460 0.814 0.611
    2 0.160 0.284 0.375 18 0.516 0.258 0.685
    3 0.781 0.879 0.752 21 0.499 0.789 0.632
    5 0.586 0.834 0.679 22 0.688 0.879 0.760
    7 0.410 0.261 0.581 23 0.422 0.862 0.763
    8 0.597 0.847 0.628 24 0.582 0.802 0.787
    9 0.682 0.875 0.734 25 0.487 0.255 0.507
    10 0.288 0.274 0.609 27 0.481 0.856 0.683
    11 0.058 0.273 0.467 28 0.901 0.859 0.930
    12 0.153 0.207 0.350 29 0.105 0.273 0.576
    13 0.623 0.569 0.831 30 0.494 0.826 0.781
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-20
  • 修回日期:  2024-04-28
  • 网络出版日期:  2024-10-15
  • 刊出日期:  2024-08-20

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