新周期下世界技巧赛事成套评分解析技巧运动新发展——以第28届世锦赛为例

运用文献资料法、录像观察法、数理统计法等研究方法,从新周期间世界技巧赛事成绩评分的视角出发,根据世界技巧赛事中的成套评分情况解析技巧运动的新发展与新思路,帮助我国各技巧运动队把握项目正确的发展方向,从而使我国技巧运动项目能够持续发展。研究结果表明:整体成套应注重难度的使用,主要以高难度、高质量的完成制胜,艺术方面新周期更注重编排的主题性、故事性,以流畅、巧妙的配合动作衔接难度动作和架子。

精细化预报的自动检验与技巧评分系统

基于局域网和省—地气象光纤通信网,使用SQL Server数据库和相关编程技术,以08时次精细化预报为例,分别实现对本地预报和中央气象台预报的自动检验与技巧评分。系统由后台和前台两部分程序组成,后台程序基于C/S方式,分别实现本地预报、中央气象台预报、本地天气实况的自动入库与补调。前台程序基于B/S方式,实现本地预报、中央气象台预报、本地天气实况、检验结果与技巧评分等信息的显示与查询、自动统计与输出功能。系统自投入业务运行后,较大地满足了天气预报业务和管理需求,对于提高精细化预报质量具有一定的积极意义。

省级降水实况分析产品在北京地区的适用性评估

利用自动气象站观测数据,采用误差分析、有效降水时次占比等方法评估2022年9月—2023年8月省级降水实况分析产品在北京地区的一致性和准确性,并从累积降水量、降水强度、逐小时降水量误差等方面对“23·7”极端降水过程进行分析。结果表明:省级降水实况分析产品在北京地区的均方根误差不足1 mm,平均绝对偏差低于0.16 mm,与自动气象站观测结果接近。省级降水实况分析产品误差随降水量等级增加而增大,小雨等级降水被高估,中雨及以上等级降水被低估;误差空间分布差异明显,在中雨和暴雨等级下,最大负偏差均出现在延庆区,最大正偏差均出现在昌平区。“23·7”极端降水过程中,省级降水实况分析产品的平均均方根误差为1.8 mm,平均绝对偏差为0.806 mm,降水强度与自动气象站观测随时间变化趋势一致,较真实地反映了降水强度的变化趋势。

两类天气预报评分问题研究及一种新评分方法

探讨了预报评价的意义及应遵循的原则,对常用的几种两类预报评分方法进行分析,指出其应用的局限性,得到一个判定所作预报水平是否高于随机预报、具有预报技巧的简易判别式;提出评分权重的概念,指出以往评分存在问题的根源是评分权重分配不当,使评分结果的真实性受到影响,评分无可比性,进而提出一种考虑了评分权重的新评分方法。新评分方法满足预报评价的原则,侧重于对两类事件中事件概率较小一方预报效果的评估,评分结果不受事件概率影响,具有可比性。对比分析表明:新方法比其他方法优越,能更准确地反映预报水平,使不同季节、不同地域的预报评分可进行比较,是一个通用的评分方法。

基于累加气候概率的FSS检验方法对多模式短时暴雨预报的评估

为深入认识数值天气模式强降水精细化预报性能,本文以短时强降水多发的浙江省2019年5到10月降水为例,采用分数技巧评分(Fractions Skill Score,简称FSS)邻域检验方法,评估了6个业务模式短时降水预报准确性,重点探讨了各模式短时暴雨预报能力及天气背景的影响。结果表明:(1)基于站点降水的累加气候概率,确定了短时小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨的预报技巧评分阈值各为0.583、0.522、0.506、0.502和0.500,改进并实现了FSS方法对长时间序列各等级降水预报技巧尺度的综合评估。(2)只有上海中尺度区域数值预报业务系统和浙江中尺度区域数值预报业务系统的暴雨预报平均评分达到预报技巧,相应技巧尺度为159、159和183 km;这3个产品共有约6成预报达到技巧评分,其技巧尺度累积频率从3 km至183 km可增幅近50%,这种尺度选择性评价可为不同尺度下产品应用提供参考。(3)不同天气背景下各模式预报性能差异明显。台风类、梅雨类和弱天气尺度强迫类短时暴雨预报的最优模式分别是欧洲中期天气预报中心全球预报模式、上海中尺度区域数值预报业务系统和浙江中尺度区域数值预报业务系统,各技巧尺度为27、99和135 km,模式产品使用中需分类区别对待。

基于预报竞赛的CMA-Meso模式精细化要素预报技巧评分结果分析

第八届全国气象行业天气预报职业技能竞赛历史个例天气预报单项中逐3h精细化要素预报的评分结果表明,CMA-Meso模式对要素预报有一定的预报技巧,特别是对连续性降雨过程气温的预报效果较好。预报员对模式也有较强的订正能力,在模式出现偏差时做出了正确的订正。

基于Local-BGM法的冷涡暴雨集合预报试验及评估检验

基于传统增长模繁殖法(Breeding Growing Mode,BGM)和局地增长模繁殖法(Local Breeding Growing Mode,Local-BGM)生成初始扰动成员,对一次冷涡暴雨过程进行集合预报试验,从多方面比较两种方案的预报效果,并且在邻域概率法(Neighborhood Probability,NP)中引入时间邻域,评估概率预报结果。结果表明,引入局地化思想的Local-BGM方案能够生成比传统BGM方案更合理的初始扰动,具有很明显的局地特征。对于扰动变量的预报,Local-BGM方案在均方根误差和离散度等方面均表现更好,同时能够提高各量级降水的预报技巧。邻域集合概率法能够综合各个集合成员预报的降水信息得到优于集合平均的概率预报,分数技巧评分更高。并且在考虑时间不确定性后,无论是控制预报、集合平均还是邻域集合概率法,分数技巧评分均有很大改善,并且降水阈值越大改善效果越明显,能够为极端强降水天气提供较为客观的概率预报信息。

基于邻域法的区域模式环渤海短时强降水预报评估

利用2020年5—9月Grapes_3km、华东、华北、东北中尺度区域模式降水预报资料和中国气象局陆面数据同化系统产品数据集1 h降水资料,基于邻域法对副热带高压外围850 hPa切变线、东北冷涡、500 hPa高空槽、台风、台风外围500 hPa高空槽和850 hPa切变线5类影响系统下环渤海区域的短时强降水预报(≥20 mm·h^(-1))进行检验评估。结果表明:5 km邻域时,各区域模式在环渤海区域短时强降水预报的FSS和命中率都很低,随着邻域增大,从50 km邻域开始,检验结果给出了当预报存在位移偏差时有价值的评分结果。第5类影响系统下的短时强降水,Grapes_3km和华东区域模式分数技巧评分(FSS)分别于250 km和300 km邻域达到了最低预报技巧,其他区域模式各邻域均未达到最低预报技巧。其他影响系统下的短时强降水,4种模式各邻域FSS均未达到最低预报技巧,在各邻域华北区域模式对于第2、3、4类影响系统下的短时强降水预报FSS高于其他模式,Grapes_3km对于第1类影响系统下的短时强降水预报FSS高于其他模式。根据命中率和空报率的检验结果,Grapes_3km对于第1、3、5类影响系统下短时强降水预报,华北区域模式对于第2、3、4类影响系统下短时强降水预报,华东区域模式对于第5类影响系统下短时强降水预报效果优于其他模式。

基于时空结构指标的中国融合降水资料质量评估

引入空间、时间技巧评分以及结构函数3种指标,通过对比中国国家气象信息中心研制的逐日融合降水资料和美国国家海洋大气局(NOAA)气候预测中心卫星反演降水资料(CMORPH)、热带测雨卫星反演降水资料(TRMM)在中国区域的适用性和误差分布,着重考察融合降水资料的质量。结果表明,中国区域平均的融合降水资料时空精度远高于CMORPH和TRMM卫星降水资料,且融合资料和卫星资料在夏季的质量优于冬季;在中国东南区域的模拟精度普遍好于西部地区,融合降水质量最高的两个区域为江淮和华南,较差的区域则在青藏高原和西北地区。融合后降水资料比融合前CMORPH卫星降水在空间及时间技巧评分均有较大提高,其提高幅度冬季大于夏季。通过计算结构函数,发现在中国江淮、华南、华北和东北等地区,随着网格区域内任意两点距离的增大,融合产品与观测降水的结构函数曲线始终十分接近。在西北、青藏高原等区域,融合产品与观测降水的结构函数则偏离较大。西南地区地形复杂,卫星资料无法精确反映实际降水情况,高密度观测资料尤为重要。江淮、华南、华北地区的融合降水结构函数曲线增长率大于东北,也从侧面反映江淮、华南、华北地区降水分布的非均一性比东北强,降水可能受中小尺度天气系统影响较大。

国家级格点实况分析产品在江苏地区的适用性评估分析

利用国家级格点实况分析资料与地面气象站实况数据,采用误差分析、技巧评分等方法评估了2017年7月至2018年6月逐时的格点实况产品在江苏地区的地面2 m气温、2 m相对湿度、10 m风和降水要素的一致性和准确性,同时采用MODE检验方法对格点降水产品空间分布偏差进行了分析。结果表明:2 m气温格点实况与自动站观测基本一致,平均绝对误差在0.5~0.8℃,均方根误差在0.8℃左右,其中日最高气温误差较小。格点实况和自动站2 m相对湿度之间的平均绝对误差在5%左右,均方根误差在6%~7%,表现出较高的准确性和稳定性。格点实况10 m风向准确率达到70%左右,而风速准确率仅为56%,与气象站点观测相比有明显差异。格点降水产品的全年有无降水准确率为90%~98%,对于晴雨检验存在带来较大影响的可能。格点实况产品对小雨级别降水的准确率最高,随着降水量级增大,格点实况降水场相比站点观测存在较多的降水漏报,因此,对于降水分量级检验还不适合用格点实况场来替代气象站点观测。设计了一种基于空间形态的降水准确率评分方法对降水空间落区进行检验,格点实况降水场的空间形态准确率评分在0.9左右,较准确地反映了实际降水空间分布。因而,格点实况数据在江苏平原地区都有较高的精度,误差在可接受的范围内,基本可以代替自动站观测作为预报和模式检验的真实实况场,但也存在以下几个方面的问题:(1)格点2 m气温、2 m相对湿度产品在江苏的丘陵地带误差较大,降水产品在海岛气象站准确性较低;(2)格点降水产品一定程度地弱化了大雨以上量级降水强度;(3)格点实况风速产品误差较大,与业务服务需求有一定差距。

三种高分辨率格点降水预报检验方法的对比

客观有效的评估高分辨率模式格点降水的预报能力,不仅是模式发展中的基础问题,而且直接关系到目前中国气象局主推的格点天气预报业务。以ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)模式高分辨率降水格点预报资料、CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与全国3×104个自动观测站的逐时降水量融合资料为基础,选择2015年6~8月55个降水个例,研究传统检验方法、面向对象MODE(Method for Object-based Diagnostic Evaluation)方法、以及邻域法在高分辨率格点降水预报检验中的适用性及优缺点,以期为高分辨率格点降水的预报性能评估提供参考。主要结论如下:(1)尽管点对点的传统方法在高分辨率格点降水检验中存在一定的局限,但传统方法能够在空间上表现高分辨率格点降水预报技巧的地域性差异,在时间上刻画预报的整体性能,对高分辨率格点预报性能评估仍然具有重要的适用价值;(2)邻域法的显著优点在于一方面能够通过变换邻域窗获得不同空间尺度上的传统预报技巧,另一方面独有的FSS(Fractions Skill Score)技巧评分能够表现预报相对于观测降水在格点数量上的比值,结合FSS和不同邻域窗上的传统技巧评分,可以判别在多大空间尺度上能够获得较好的预报技巧;(3)MODE方法在变换卷积半径的基础上提取降水对象,基于降水对象不仅能统计模式的传统技巧评分和预报性能的尺度变化,还可以表现降水对象的质心距离、轴角、面积、强度、综合收益、位移距离等多种属性,这些属性首先为用户提供了模式预报性能的多视角表现,其次从侧面定量描述了模式对天气系统发展快慢、槽脊强弱等预报误差,具有独特的优势,但如何应用对象属性来提高实际的预报能力还存在一些困难。

日本高分辨率模式对中国降水预报能力的客观检验

利用2012年4月1日-8月31日中国2419个台站逐6 h降水资料、CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与中国3万余个自动站逐时降水融合资料,基于客观统计方法,分别检验了日本高分辨率模式对中国逐6 h、12 h和24 h分段站点、格点降水的预报能力。结果表明:(1)模式晴雨预报技巧随分段间隔的增加整体增加,暴雨预报技巧在12 h分段表现相对较好;(2)就站点检验来说,模式晴雨预报的降水频数高于观测,6 h和12 h分段暴雨预报低于观测频数,24 h分段则与观测基本一致,通过计算调整阈值可以明显改善技巧评分;(3)6 h分段降水标准差比值<1,出现预报为中雨,而观测为暴雨或小雨的概率增大,24 h分段则相反;(4)整体而言,模式对东南地区的预报技巧高于西北地区,但沿海地区降水的偶然性更大;(5)模式预报与高分辨率卫星、自动站融合降水产品有更好的一致性,阈值调整的空间相对有限;(6)东南地区预报与观测的相关性大于西北地区,模式对东部沿海地区降水量级的预报比西部地区更为合理。

基于MODE方法的日本细网格模式降水预报的诊断分析

利用CMORPH卫星与中国30000余个自动站逐时降水融合资料,基于面向对象模式诊断分析MODE方法研究了降水对象的客观表现以及日本细网格模式对2012-2013年中国34个降水个例的预报能力,并与传统TS、ETS检验方法进行了对比分析。结果表明:模式整体上能较好地捕获降水对象,但不同卷积半径下对象的个数及特征差异明显;模式对局地性或弱降水事件预报偏多(偏大),对区域性或强降水事件预报偏少(偏弱);模式较好地反映不同卷积半径下,降水对象在10 mm左右识别对象的面积、数量的变化特性,不足之处在于模式的固定阈值更为集中,识别对象的数量减少幅度偏快;采用较大半径进行卷积,有助于强降水区域的形态判定,在不同量级降水情况下存在提高收益函数的合适的卷积半径;中、低纬降水预报的总收益整体优于高纬,但不同属性呈现较大差异,具体而言,高纬地区降水强度预报更为合理,而低纬降水面积预报优于高纬;与传统TS、ETS检验相比,MODE方法受气候概率影响较小,其检验结果更加客观、多样。

论突破季度气候预测难题的可行性

虽然国内外均高度重视季度气候预测研究,可是近数十年来利用动力季度预测模式作出区域气候预测的技巧评分仍然很低,这限制其在气象服务中发挥作用。作者认为应考虑预测因子与预测对象的时—空尺度匹配问题。一些动力季度预测模式设计得很复杂细致,但无法解决瞬时初值场在计算积分中出现的混沌现象。建议深入研究气候分析统计方法中大量采用的隔季遥联,动力季度预测模式若和气候分析统计方法有机结合,可能会取得突破性进展且具有相当的可行性。

成都区域气象中心短期气候预测业务评估

采用预报评分 (P)、技巧评分 (S)、距平相关系数 (ACC)三种参数 ,对 1 0年来成都中心气象台月降水距平百分率和月平均气温距平预测、汛期 (6～ 8月 )降水距平百分率预测、以及年度降水距平百分率和年平均气温距平预测进行了评估 ,并对评估结果作了分析。

蒙特卡罗方法在降水评估中的应用研究

预报检验重点关注预报与观测间的综合统计特征用以探讨模式预报性能,而统计显著性检验方法是衡量评估结论的重要指标,是判断预报效果改进与否的有效手段.当前诸多重要检验指标如降水技巧评分等由于不满足正态分布特征均难以采用简单的计算方式获得置信区间以衡量检验指标的误差特征,因此难以正确判断通过统计检验所获得的评估差异是真实反映模式预报效果差异或是由检验样本的不确定性所造成.蒙特卡罗方法可通过样本重构获取正态分布的统计样本从而有效地解决这一问题.采用2015年8月的T639模式及GRAPES全球预报模式24 h降水预报产品,使用中国区域2 400站日降水资料作为实况,重点研究蒙特卡罗方法在统计显著性检验中的应用特征,分析不同蒙特卡罗重构次数对检验结果的收敛性.结果表明10 000次蒙特卡罗重构后统计指标可满足正态分布,而通过显著性检验分析后可明显区分预报系统间降水评分差异的统计特征.

陕西省短期气候预测业务质量评估

使用《短期气候预测质量评定暂行办法》,对陕西2001—2007年气候预测业务发布产品进行评分和分析评估。结果表明,月预测中,气温评分高于降水,气温预测有明显的正技巧;季预测中,春季降水评分最高,汛期降水评分近3 a有明显提高;月预测和季预测评分高于年度预测相应时段的评分,说明月预测和季预测对年度预测的订正是有效的;年度预测中年降水预测成绩较好。10个气候区域预报评分和预测与实况距平一致率降水咸阳最高,气温榆林最高。

小波检验方法在国内业务模式中的最新应用研究进展

介绍小波检验方法在国内区域业务模式中的最新应用研究进展,该方法被应用于模式降水预报的个例检验和统计检验,并针对两种解决二元域限制问题的技术方案进行阐述和讨论。结果表明:D8小波可以提供一种从不同降水率阈值和空间尺度对模式定量降水预报进行评估的方案,该方案首先对预报场和分析场进行阈值获得二进制误差场,再对二进制误差场进行尺度分解,从而可以评估模式在各个降水率阈值和空间尺度上的预报技巧和偏差。统计检验结果显示模式对较大尺度降水事件表现出较高的预报技巧评分,较小尺度降水事件和强降水的预报技巧评分相对较低,并且总体上呈现出预报降水事件多于观测降水事件的特征。Padding方案和Tiling方案对应的模式统计检验结果并无明显差异,由于后者不对原始降水场做任何改变,因此是一种更为稳健和可靠的方案。

基于时空不确定性的对流尺度集合预报效果评估检验

针对对流尺度天气系统的高度非线性特征和高分辨率模式预报结果存在时、空不确定性现象,以及当前邻域概率法主要考虑高分辨率预报结果的空间位移误差,而不能有效解决预报结果存在时间超前与滞后问题,将时间因素引入到邻域概率法中,结合一次强飑线过程进行对流尺度集合预报试验,并基于改进后的新型邻域概率法与分数技巧评分,对降水预报进行了不同时、空尺度的效果评估检验。结果表明:(1)邻域集合概率法和概率匹配平均法在极端降水的分数技巧评分远高于传统集合平均,弥补了集合平均对极端降水预报能力偏低的缺陷。(2)对于此类飑线过程的对流尺度天气系统而言,邻域半径为15—45 km的空间尺度能够改善降水位移误差的空间不确定性,并使其预报效果达到最优,其中15—30 km的邻域半径对于尺度更小的大量级降水事件预报能力更强。(3)对流尺度降水预报考虑时间尺度与降水强度存在着对应关系,不同时间尺度可以捕获到不同量级降水的时间不确定性。同时,时间尺度与空间尺度对于降水预报效果的影响是相互关联的。(4)改进的邻域概率法能够同时体现高分辨率模式预报结果在对流尺度降水事件上存在的时、空不确定性,实现了对流尺度降水在时、空尺度上的综合评估,并能为不同量级降水提供与其时、空尺度相匹配的概率预报结果。

基于物理量参数的山东聊城地区冬季降水相态预报模型研究

利用2011—2015年冬季山东聊城机场的逐日逐时常规地面观测资料和邢台站、章丘站的逐日常规高空探测资料,计算了46个物理量参数。在物理量参数与降水相态相关系数的显著性检验基础上,根据物理量参数在不同降水相态样本中值域分布特征,采用盒状图和技巧评分的方法最终选定章丘站和邢台站具有预报意义的各6个物理量参数。通过分析不同类型物理量参数对不同降水相态的指示作用,根据各物理量参数在不同降水相态样本中的阈值,确定聊城地区冬季降水相态预报的判定指标。采用隶属函数转换法,建立聊城地区冬季降水相态预报模型。经实况拟合检验,准确率达85%以上,效果较好。