1 3—5月天气概况

2014年春季，全国平均降水量为146.1 mm，较常年同期(143.7 mm)偏多1.7%。从空间分布上看，内蒙古中东部部分地区、东北中北部、山西西部、陕西中部、华南中南部和东部局部以及西南地区东部局部等地降水较常年同期偏多2成至1倍，局部偏多1倍以上；西北地区中西部、内蒙古西部、辽宁大部、山东北部、西藏西北部和东南部、西南地区北部和南部等地降水较常年同期偏少2~8成，其中新疆西部和云南省北部局部地区偏少8成以上。

季内，全国平均气温为11.4℃，较常年同期(10.4℃)偏高1.0℃，与2013年春季并列为1961年以来历史同期第二高值，仅次于2008年同期。从空间分布上看，内蒙古大部、东北大部、华北、黄淮、江淮大部、江南中部和东北部、西南地区南部等地气温偏高1~2℃；局部2℃以上，仅新疆中部局部地区气温较常年同期偏低1~2℃。

季内，我国主要出现了极端高温、极端日降温和极端日降水量事件。华北、黄淮、西南地区南部和广西西部等地共有160站发生极端高温事件，其中35站日最高气温突破历史极值。同时，全国共有39站发生极端日降温事件，主要分布于新疆、甘肃、内蒙古、黑龙江、河北、江苏和山东等省(区)，其中5站日降温幅度突破历史极值。此外，全国有14站达到极端日降水量事件标准，主要分布于广东、广西、福建、湖南和贵州五省(区)，其中2站日降水量突破历史极值。

2 资料

本文选取2014年3—5月T639、ECMWF及日本模式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高度场和风场、850 hPa温度场以及海平面气压场。T639模式资料的分辨率为1.125°×1.125°经纬网格，ECMWF模式和日本模式资料分辨率均为2.5°×2.5°经纬网格。

3 3个模式的中期预报性能检验 3.1 亚洲地区中高纬环流形势的预报检验

西风指数是反映中高纬大尺度环流形势演变和调整的重要指标，是中期预报最为常用的工具之一(康志明，2009)。图 1是根据2014年3—5月T639、ECMWF及日本模式高度场零场及144 h预报计算得到的亚洲中高纬西风指数逐日演变曲线。

从3家模式的分析来看，3—5月西风指数处于多波动状态，其中3次比较明显的波动对应着3次较强的冷空气过程。3月中旬西风指数的明显下降对应着17—21日的冷空气过程，中东部地区自北向南出现了6~8℃、局地可达10℃以上的降温，并在19日给重庆、贵州和江西等地带来较强降水。4月初西风指数的下降对应着4月2—4日强冷空气过程，给北方大部地区带来6℃以上降温，其中内蒙古中部，华北北部、辽宁、吉林大部降温达10℃以上。5月上旬西风指数再次下降对应5月1—4日东部地区大范围降温过程，其中3、4日给江南、华南和西南地区东部带来明显的降水过程，局地出现大到暴雨。从144 h预报结果来看, 3家模式均能较好地反映出西风指数的波动情况, 但对每次波动的幅度预报都略有偏差，T639对上述3次西风指数下降幅度预报较零场偏小，ECMWF模式对第二次西风指数下降幅度预报偏小，而日本模式对第一和第三次西风指数下降幅度预报偏小，而对第二次下降幅度预报偏大。3家模式相比ECMWF模式的预报结果更接近零场。

综合各时效预报效果分析，如图 2所示, 时效越长预报效果越差, 在3个时效预报中ECMWF模式预报的西风指数与零场的相关系数均高于其他2家模式，96 h预报T639模式预报效果最差，而144 h预报日本模式预报效果最差。但是3家模式144 h对西风指数的变化趋势预报效果均较好，反映了它们对亚洲中高纬度大尺度环流调整过程均有一定的预报能力。总体上，ECMWF模式对西风指数的预报效果要好于日本和T639模式。

3.2 对500 hPa环流形势场的预报检验

在我国天气分析中，通常利用500 hPa等高线来分析对流层中层的形势变化。中期数值预报模式对500 hPa环流形势及西北太平洋副热带高压(简称副高)的预报能力是衡量该模式预报性能好坏的重要标志之一。以下将主要对比分析2014年3—5月T639、ECMWF及日本模式500 hPa平均位势高度零场及对应的144 h时效预报场。

如图 3所示，对于500 hPa平均位势高度场，3家模式的零场在中高纬度地区非常相似，表明上述3个模式的同化技术对东亚地区资料处理的能力大致相当。3家模式的144 h时效预报场在中高纬地区都与各自零场吻合较好，可信度较高，在低纬地区，日本模式的预报场与零场间的偏差最小，ECMWF模式次之，T639模式的预报场与零场间有明显偏差。

再对比一下上述3个模式对南支槽的预报表现。南支槽是冬半年副热带南支西风气流在高原南侧孟加拉湾地区产生的半永久性低压槽，是冬半年影响南亚和东亚的主要天气系统之一，而春季又是南支槽最活跃的时期(黄威，2013)。2014年3月南支槽强度较常年明显偏强，南支槽活动较为频繁，因此我国南方3月多阴雨天气，大部地区降雨日数在5 d以上，其中江南、华南及贵州、重庆、四川东部等地普遍有10~20 d，部分地区超过20 d；与常年同期相比，华南中西部及贵州大部、湖南中部和南部、江西大部、四川东部等地降水日数普遍偏多。其中江南大部及广东大部、广西东北部、重庆西部等地降水量达100~200 mm，部分地区超过200 mm。因此本文重点检验3月各模式对南支槽的预报效果。这里选取75°~110°E范围内25°N 500 hPa高度场来表征南支槽活动情况，并选取120 h预报场进行检验。由图 4可见，2014年初春，南支槽存在4次明显的东移过程，其中3月下旬的这次南支槽东移影响最大，给广西中北部、广东大部、贵州南部、湖南南部、江西南部带来大到暴雨天气，其中广东中部出现大暴雨天气。从预报结果来看，各模式对南支槽的发展和东移均有较稳定的预报，都准确地预报出了南支槽4次东移的时间。其中T639模式预报的强度偏强，ECMWF预报的第三次南支槽过程强度偏弱，中心位置偏西，日本模式预报的第三次南支槽过程强度偏弱，中心位置偏东。总体上对该时期的南支槽的预报3家模式都把握较好。

3.3 850 hPa温度趋势预报检验

850 hPa温度变化通常被用来表征天气冷暖变化趋势，对于地面气温预报具有较好的指示意义(蔡芗宁，2013)。对3家模式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(40°N、117.5°E)和(25°N、115°E)两个格点分别代表北方和南方地区，用于检验3家模式对850 hPa温度变化趋势的中期预报能力(图 5)。

从3家模式850 hPa温度逐日演变图中可以看出，各模式的850 hPa温度变化均呈多波动逐渐上升的趋势，120 h预报都较好地预报出温度的变化趋势。总体来看3家模式对南方850 hPa温度变化趋势的预报效果要明显优于北方，其中T639模式对北方和南方的几次降温过程降温幅度均较零场偏大，日本模式对南方的几次降温过程降温幅度较零场略偏大，ECMWF模式对几次明显降温幅度的预报与零场较为一致。

5月下旬后半段，华北黄淮连续几天出现了大范围35℃局地40℃的高温天气，高温范围逐渐扩大强度逐渐加强，到5月29日，京津地区及河北南部出现了成片的40℃以上的高温区。本文以T639、ECMWF及日本模式5月29日20时的850 hPa温度场零场和对应的120 h预报场进行分析，以检验3家模式对此次高温天气的预报能力。如图 6所示，从3家模式的零场可以看出在蒙古国、内蒙古中部存在一个明显的温度脊，3家模式对该温度脊的预报较零场明显偏弱，其中ECMWF模式与零场的偏差最小，对4、8和12℃线T639模式预报的位置较零场位置偏南而日本模式较零场偏北。为了进一步定量地评估各模式对此次高温天气的预报效果，选取了距北京、济南、郑州及合肥最近的4个格点其经纬度如表 1所示，分别计算了在3家模式在这4个格点上120 h预报场与零场之间的偏差。从表 1中也可以看出ECMWF和T639模式预报较零场明显偏弱而日本模式预报较零场偏强，其中ECMWF模式与零场偏差最小，除了40°N、115°E格点预报偏差较大之外，其格点的偏差都在1℃以内，T639模式的偏差最大，最小的偏差也有2.6℃。对该时次的预报，ECMWF模式效果最佳。

综合来看，3家模式基本都能反映出气温的转折性变化趋势。比较而言，ECMWF模式对850 hPa的预报效果最好。

3.4 沙尘天气的预报能力检验

沙尘天气是春季天气预报重点关注的对象。2014年3—5月我国共出现7次沙尘天气过程(4次扬沙、2次沙尘暴和1次强沙尘暴过程)，较常年同期(17次)明显偏少，比2001—2010年近10年同期平均(12.7次)偏少5.7次。其中沙尘暴和强沙尘暴过程有3次，较2001—2010年同期平均次数(8次)偏少5次。其中，4月22—24日，我国西北地区遭遇强降温、大风沙尘天气。新疆中北部、甘肃大部、宁夏、内蒙古中西部及东部部分地区、陕西西部及北部等地过程最大降温普遍有8℃以上，其中新疆北部及东部部分地区、内蒙古西部部分地区达到12~14℃，局地超过14℃；伴随着降温和大风，新疆北部、甘肃中西部、内蒙古西部等地出现了5~7级风，局部达10~12级；新疆、甘肃中西部、内蒙古西部、青海北部、宁夏北部出现沙尘天气，新疆、甘肃西部局地出现强沙尘暴。这次天气过程使新疆、甘肃和宁夏等地65.8万人受灾，农作物受灾面积22.9万hm²，直接经济损失达12.68亿元。下面就以其为例比较分析3种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高压和冷锋。本文以T639、ECMWF及日本模式4月23日20时的海平面气压零场和对应的120 h预报场进行检验分析4月23日20时, 蒙古气旋位于蒙古国西部, 中心气压995 hPa，冷锋位于内蒙古西部至甘肃北部一带，锋后冷高压强度达到1033 hPa。锋区附近存在较大的气压梯度，冷锋后部出现地面强风，从而引发了此次强沙尘暴天气过程。从图 7中可见3家模式的零场中自蒙古中部至甘肃北部一带存在较大的气压梯度，且冷锋后部冷高压中心位置较为一致，表明模式对冷空气和造成强风的地面气压梯度表征较为准确。对比3家模式120 h预报可看出，3家模式对于冷高压和蒙古气旋中心位置和强度的预报与各自零场相比较为接近，略有偏差，但是能够反映出上述地区将出现沙尘天气。其中T639模式预报的蒙古气旋中心气压988.9 hPa较零场偏低6.1 hPa，冷锋后冷高压中心强度为1025.8 hPa较零场偏低7.2 hPa，日本模式预报的蒙古气旋中心气压较零场偏高2.0 hPa并且位置偏北，ECMWF模式预报的冷高压中心强度1030 hPa以及蒙古气旋中心气压995.2 hPa都与零场最为接近，因此对于此次强沙尘暴天气的预报效果最好。

值得注意的是，沙尘天气个例不同，各模式预报性能差异较大，蔡芗宁(2010)的分析结果也表明各家模式对沙尘天气的预报各有优劣。

4 结论

(1) 3家模式对2014年3—5月144 h 500 hPa西风指数的变化趋势预报和零场较为一致，能较准确地反映亚洲中高纬地区大尺度环流的调整和演变，对转折性、灾害性等重大天气过程均具有较强预报能力, 相比而言ECMWF模式对西风指数的转折过程和变化幅度预报效果要明显好于其他两个模式。

(2) 对于500 hPa位势高度场, 3家模式的144 h预报场均能较好地反映出中高纬地区的环流形势变化，可信度较高，在低纬地区，日本模式的预报场与零场间的偏差最小，ECMWF模式次之，T639模式的预报场与零场间有明显偏差。对于南支槽的预报，3家模式对2014年初春南支槽发展和东移均有较稳定的预报，均准确地预报出了南支槽4次东移的时间段。相比而言，ECMWF模式对南支槽的位置和强度的预报效果要好于其他两家模式。

(3) 对于850 hPa温度的预报，3种模式基本能反映出温度的转折性变化趋势。相比较而言，ECMWF的120 h预报与分析场的偏差最小，日本模式次之，T639偏差略大于前两个模式。3家模式对南方850 hPa温度变化趋势的预报效果要明显优于北方。

(4) 对于2014年4月22—24日的沙尘天气过程，3家模式的预报能力相当，120 h时效预报都较好地预报出了影响冷空气的地面系统的强度和位置。相比之下，ECMWF模式对此次沙尘天气的预报具有更准确的预报能力。