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1、气象行业标准区域高分辨率模式小时降水强度特征检验指标编制说明一、工作简况1.任务来源2019年9月30日中国气象局下发中国气象局政策法规司关于下达2020年气象行业标准制修订及预研究项目计划的通知（气法函201958号），区域高分辨率模式小时降水强度特征检验指标获准立项，项目编号QX/T-2020-61，由中国气象科学研究院承担具体编写工作。2.协作单位 本标准由中国气象科学研究院起草。3.主要工作过程 2019年12月召开启动会，成立编写小组，明确目标任务，确定了编写技术方案与分工，制定了工作进度计划。2020年1月1日-4月30日，编写组查阅了国内外有关降水预报定量检验、小时降水预报检验方
2、法和区域高分辨率模式降水检验评估指标的标准、规范和科研文献，基于已有业务区域数值预报系统开展了相关检验指标的初步测试。2020年5月15日编写组举行了针对区域高分辨率模式降水降水强度检验方法和定量指标等方面的研讨会。在充分调研国内外数值预报模式检验评估技术和业务应用的基础上，结合业务实际和应用需求，经过科学验证于2020年6月5日形成区域高分辨率模式小时降水强度特征检验指标气象行业标准初稿，并于2020年6月8日提交至气象标准制修订管理系统。2020年6月13日-2020年8月10日根据专家意见对区域高分辨率模式小时降水强度特征检验指标进行多次修改，并于2020年8月11日重新提交至气象标准制
3、修订管理系统。4.标准主要起草人及其所做的工作本标准主要起草人为陈昊明、李普曦、周佰铨、陆天舒，其分工如下：陈昊明，负责组织立项申请，项目主持与标准总体设计，组织协调和内容审核。李普曦，负责方案设计与标准编制。周佰铨，负责调研与标准编写。陆天舒，负责调研与资料整体。二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据说明：标准的主要内容包括技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等；论据包括试验、统计数据等。修订标准时，应增列新旧标准水平的对比。1.编制原则降水强度是降水事件选取的重要因子，在区域高分辨率模式降水检验中应采用小时尺度降水，以提高采样精度并保留每次降水过程中更多的细节特征。降水量、
4、频次和强度是检验降水精细化特征的三个主要特征量，其中模式对降水强度的预报能力直接关系到模式在强降水预报中的应用能力，增加对小时强度的预报检验不仅有助于模式研发人员改进降水预报能力，也有助于预报员订正精细化降水预报产品。2.主要内容及确定依据高分辨率模式预报性能的评估仍然是预报检验评估领域的难点之一。传统的二分类（如TS评分、ETS评分）或三分类（SEEPS评分）降水检验评分方法以累积降水量为检验对象，基于点对点对比，根据事件发生与否对预报、观测进行分类并统计观测点上预报、观测事件发生的次数，其优点是简单直接，计算易于实现且结果容易理解。但随着模式分辨率的提升，传统检验方法已不能满足于高分辨率模
5、式降水检验评估的需求，特别是微小的强度偏差或位置偏移会导致评分大幅降低，即“双重惩罚”问题。除“双重惩罚”问题外，传统检验方法的局限性更在于评分与误差种类和大小无关，如TS评分往往倾向于奖励“更平滑”的空间型预报。更重要的是，此类评分结果不能提供足够多的模式偏差信息，比如模式偏差的种类（位置、强度和分布型）以及针对模式偏差的诊断信息，因而很难从评分中获取哪些预报是正确的，哪些是错误的，以及预报是否接近于实况的时空分布特征。因此，随着模式分辨率的提升及精细化预报能力的提高，在区域高分辨率数值预报业务发展中，传统检验评估结果对区域高分辨率数值预报业务管理、模式发展和预报服务的针对性不够强，针对短临
6、精细化预报的检验评估能力不足，结合区域高分辨率模式及多源观测数据的检验评估较为缺乏，针对高影响天气过程的检验评估不够深入。为解决传统预报检验方法导致的在高分辨率模式检验评估中的“双重惩罚”问题，近年来国内外相继发展了一系列新的基于降水空间结构特征的检验方法，如邻域法、尺度分离法、场变换法以及基于对象的评估方法等。此类方法有利于从高分辨率模式预报结果中提取更多的空间信号，但其仍以累积降水量为检验对象，不能有效反映模式对于降水演变过程特征的预报偏差。中国气象局区域高分辨率数值预报业务发展计划明确提出区域数值预报业务的发展“重点面向可用时效在24小时内的短时临近预报预警和无缝隙精细化气象预报业务需求
7、”。针对区域模式的发展定位，针对累积降水量的检验方法已不能满足日内时间尺度的应用，评估方法需要满足日内时间尺度的精细化时空特征的评估检验，而目前业务上对此类区域高分辨率模式的预报能力尚缺乏系统有效的评估指标，导致当前围绕模式针对强降水的精细化特征（如降水频率、强度、持续时间、落区及开始-结束时间等）的预报能力及关键偏差，缺乏系统深入的认识。面向区域高分辨率数值预报检验评估新的业务需求，中国气象科学研究院自2017年底开始研发面向精细化预报的区域高分辨率模式检验评估方法和指标体系。针对区域高分辨率模式的优势及其在业务应用中的需求，重点研发了基于降水发展演变过程的检验评估方法，建立了包括降水频次/
8、强度特征、降水日变化以及降水事件起止时间特征等检验评估指标。不同强度降水对应着不同降水过程，为客观检验模式对于不同类型降水的预报能力，在检验模式对平均小时降水强度和频次的基础上，需要进一步将实况和模式中不同强度的降水进行分类，进而通过对比不同强度降水的累积降水量和降水频次，分别检验模式对于强弱降水出现概率的预报性能。同时考虑到长期统计的累积降水量随降水强度呈现e指数递减特征，通过最小二乘法拟合建立降水量与强度之间的线性关系，从而针对区域高分辨率模式的小时降水强度结构特征进行定量检验。三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果 区域高分辨率模式小时降水强度检验指标已应用
9、于区域高分辨率数值预报检验评估业务系统（http:/10.1.64.154/areaHighResolution）。检验指标及检验结果是华东、华南区域中心3km模式业务准入的重要依据（气预函201871号文，气预函201878号）。2019年12月10日，中国气象局预报与网络司印发了区域高分辨率数值预报检验评估业务规定（试行）（气预函2019 60 号）, 小时降水强度检验指标已成为区域高分辨率数值预报检验的业务指标。四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况 当前国内外对于模式降水强度的预报检验主要关注和侧重模式对
10、于日平均降水量的预报技巧。针对不同强度的预报，主要是通过设定不同阈值从而区分不同的累积降水量，开展二分类（如TS评分）或三分类（SEEPS评分）检验。近年来发展起来的针对高分辨率模式的空间检验方法则更多关注不同降水量空间尺度的特征，目前围绕模式中不同强度降水出现的频次及其分布特征少有针对性的检验方法及业务指标。五、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系 气象行业标准区域高分辨率模式小时降水强度特征检验指标为行业内部首次编制之标准，与现行有关法律、法规和强制性标准没有矛盾。六、重大分歧意见的处理经过和依据 无七、标准作为强制性标准或推荐性标准的建议 建议将该标准做为推荐性行业标准。八、贯彻标准的要求和措施建议说明：措施建议包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容。 发展无缝隙、全覆盖、精准化的气象预报业务体系，是满足新时代精细化预报需求的必要条件，亟需推进与之相匹配的精细化数值预报检验评估工作。区域高分辨率模式小时降水强度特征检验指标有助于强化精细化检验，有助于研发人员完善模式性能和预报员订正预报结论，故建议在降水预报检验业务中推广。九、废止现行有关标准的建议 无十、其他应予说明的事项 无4
