ISSN 1004-4965

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华南0~6小时融合定量降水预报技术改进研究

陈超 王敏 周芯玉 刘段灵 张阿思

陈超, 王敏, 周芯玉, 刘段灵, 张阿思. 华南0~6小时融合定量降水预报技术改进研究[J]. 热带气象学报, 2025, 41(1): 26-40. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.002
引用本文: 陈超, 王敏, 周芯玉, 刘段灵, 张阿思. 华南0~6小时融合定量降水预报技术改进研究[J]. 热带气象学报, 2025, 41(1): 26-40. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.002
CHEN Chao, WANG Min, ZHOU Xinyu, LIU Duanling, ZHANG Asi. Advancements in 0-6 Hour Blended Quantitative Precipitation Forecasting Technique for South China[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2025, 41(1): 26-40. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.002
Citation: CHEN Chao, WANG Min, ZHOU Xinyu, LIU Duanling, ZHANG Asi. Advancements in 0-6 Hour Blended Quantitative Precipitation Forecasting Technique for South China[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2025, 41(1): 26-40. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.002

华南0~6小时融合定量降水预报技术改进研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.002
基金项目: 

中国气象局复盘总结专项项目 FPZJ2024-093

广东省自然科学基金项目 2022A1515011814

粤港澳大湾区气象科技协同攻关专项项目 GHMA2024Y06

广东省水利科技创新重点项目 2022-02

详细信息
    通讯作者:

    周芯玉,男,黑龙江省人,研究员级高级工程师,主要从事强对流预报技术研究。E-mail:17140351@qq.com

  • 中图分类号: P412

Advancements in 0-6 Hour Blended Quantitative Precipitation Forecasting Technique for South China

  • 摘要: 为进一步提升0~6 h定量降水预报(Quantitative Precipitation Forecast,QPF)精度,首先对CMA-GD (R3)和CMA-GD(R1)逐时降水进行相位和强度订正,并基于自适应融合方程实现融合;其次,对双偏振雷达水平反射率因子(ZH)和差分传播相移率(KDP)两个参数进行外推,在基于多年雨滴谱资料对广东降水进行时空划分并分别拟合降水反演关系式的基础上实现降水反演;最后,基于动态权重融合技术实现双偏振雷达外推预报和模式预报的融合,并对影响预报精度的不同模式融合方案和基于不同高度CAPPI参数外推方案两个关键因素进行分析。结果表明:(1) 弱降水时(雨强 < 5 mm·h-1),三种融合方案产品各区域和预报时次各有优劣,当雨强≥ 5 mm·h-1时,双偏振雷达外推与两个模式融合产品(QPF_Blending)较单模式融合(QPF_R1和QPF_R3)的最优评分至少提升15%以上,且雨强越大,提升越明显;(2) 内陆地区(距离海岸线130 km以外的区域)使用高度过低或过高的CAPPI会对第1 h QPF精度产生明显影响,但总的来说使用3 km高度的CAPPI外推预报的QPF精度最高;(3) 改进后的0~6 h QPF产品在各预报时效和降水量级上ETS或TS评分都明显提升,雨强≥1 mm·h-1时TS评分提升率达20.4%,随着雨强增大,提升率也越大。研究成果有效支撑了华南0~6 h强降水预报预警业务,对防灾减灾有重要意义。

     

  • 图  1  CINRAD-SAD、雨滴谱仪HY-P1000和2DVD分布图

    图  2  0~6 h QPF融合技术流程

    图  3  基于雨滴谱和降水统计特征的广东区域划分结果

    图  4  不同模式融合方案及不同分区的0~6 h QPF的ETS评分

    a. ≥1 mm·h-1;b. ≥5 mm·h-1;c. ≥10 mm·h-1;d. ≥20 mm·h-1

    图  5  QPF_R1(a)、QPF_R3(b)和QPF_Blending(c)模式融合方案的0~6 h QPF空报率、漏报率、预报偏差和TS评分

    图  6  不同高度的双偏振雷达CAPPI的0~6 h QPF产品ETS评分

    a. ≥1 mm·h-1;b. ≥5 mm·h-1;c. ≥10 mm·h-1;d. ≥20 mm·h-1

    图  7  2023年3月23日—6月1日QPF_OLD和QPF_Blending ETS评分结果

    a. ≥1 mm·h-1;b. ≥5 mm·h-1;c. ≥10 mm·h-1;d. ≥20 mm·h-1

    表  1  CMA-GD(R3)和CMA-GD(R1)

    模式类型 CMA-GD(R3) CMA-GD(R1)
    预报范围 96.60~122.76 °E,16.60~30.76 °N 107.2~118.8 °E,18.2~26.8 °N
    预报时效 30 h 6 h
    预报时次 逐时更新 逐12 min更新
    空间分辨率 0.03 ° × 0.03 ° 0.01 ° × 0.01 °
    时间分辨率 1 h 12 min
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    表  2  QPF_R3、QPF_R1和QPF_Blending的0~6 h预报时效的平均评分

    评分标准 QPF 量级/(mm·h-1)
    ≥0.1 ≥1 ≥5 ≥10 ≥20 ≥25 ≥30 ≥50
    TS QPF_R3 0.471 0.341 0.127 0.079 0.048 0.038 0.033 0.008
    QPF_R1 0.455 0.338 0.131 0.083 0.049 0.038 0.033 0.008
    QPF_Blending 0.369 0.289 0.137 0.102 0.079 0.067 0.055 0.027
    FAR QPF_R3 0.269 0.509 0.820 0.892 0.934 0.949 0.957 0.991
    QPF_R1 0.265 0.491 0.810 0.884 0.932 0.949 0.957 0.991
    QPF_Blending 0.412 0.583 0.800 0.847 0.871 0.890 0.908 0.956
    PO QPF_R3 0.431 0.472 0.695 0.769 0.850 0.869 0.876 0.951
    QPF_R1 0.456 0.498 0.702 0.771 0.850 0.869 0.876 0.951
    QPF_Blending 0.502 0.516 0.696 0.763 0.831 0.856 0.880 0.936
    Bias QPF_R3 0.779 1.075 1.695 2.143 2.281 2.598 2.879 5.265
    QPF_R1 0.740 0.988 1.564 1.983 2.217 2.566 2.872 5.255
    QPF_Blending 0.847 1.162 1.518 1.554 1.306 1.304 1.309 1.455
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    表  3  QPF_1.5、QPF_2.0、QPF_2.5和QPF_3.0的0~6 h预报时效的平均评分

    评分标准 QPF 量级/(mm·h-1)
    ≥0.1 ≥1 ≥5 ≥10 ≥20 ≥25 ≥30 ≥50
    TS QPF_1.5 0.352 0.245 0.126 0.092 0.066 0.055 0.047 0.024
    QPF_2.0 0.356 0.249 0.126 0.092 0.068 0.056 0.047 0.023
    QPF_2.5 0.353 0.246 0.125 0.092 0.068 0.057 0.048 0.023
    QPF_3.0 0.369 0.289 0.137 0.102 0.079 0.067 0.055 0.027
    FAR QPF_1.5 0.493 0.655 0.813 0.859 0.892 0.910 0.922 0.962
    QPF_2.0 0.490 0.653 0.813 0.858 0.888 0.907 0.920 0.962
    QPF_2.5 0.491 0.655 0.814 0.857 0.886 0.902 0.918 0.960
    QPF_3.0 0.412 0.583 0.800 0.847 0.871 0.890 0.908 0.956
    PO QPF_1.5 0.465 0.544 0.724 0.794 0.856 0.878 0.894 0.940
    QPF_2.0 0.460 0.533 0.719 0.792 0.854 0.878 0.896 0.945
    QPF_2.5 0.466 0.539 0.725 0.795 0.857 0.878 0.898 0.948
    QPF_3.0 0.502 0.516 0.696 0.763 0.831 0.856 0.880 0.936
    Bias QPF_1.5 1.055 1.322 1.474 1.458 1.332 1.350 1.359 1.580
    QPF_2.0 1.061 1.344 1.500 1.462 1.299 1.311 1.300 1.449
    QPF_2.5 1.049 1.335 1.482 1.436 1.250 1.248 1.245 1.294
    QPF_3.0 0.847 1.162 1.518 1.554 1.306 1.304 1.309 1.455
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    表  4  QPF_OLD和QPF_Blending的0~6 h预报时效的平均评分

    评分标准 QPF 量级/(mm·h-1)
    ≥0.1 ≥1 ≥5 ≥10 ≥20 ≥25 ≥30 ≥50
    TS QPF_OLD 0.350 0.24 0.124 0.089 0.044 0.025 0.014 0.000
    QPF_Blending 0.369 0.289 0.137 0.102 0.079 0.067 0.055 0.027
    FAR QPF_OLD 0.523 0.676 0.806 0.816 0.784 0.792 0.792 1.000
    QPF_Blending 0.412 0.583 0.800 0.847 0.871 0.890 0.908 0.956
    PO QPF_OLD 0.433 0.518 0.744 0.854 0.948 0.973 0.985 1.000
    QPF_Blending 0.502 0.516 0.696 0.763 0.831 0.856 0.880 0.936
    Bias QPF_OLD 1.191 1.488 1.323 0.795 0.242 0.131 0.071 0.001
    QPF_Blending 0.847 1.162 1.518 1.554 1.306 1.304 1.309 1.455
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-13
  • 修回日期:  2024-12-28
  • 网络出版日期:  2025-05-17
  • 刊出日期:  2025-02-20

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