WAFS产品中GRIB资料中国区产品评估

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WAFS产品中
GRIB资料中国区产品评估
民航中南空管局气象中心苏丽蓉温志军
世界区域预报系统
（World Area Forecast System）
 WAFS是一个世界范围的系统，提供统一标准化格式的航空气象航线预报，目的是为航空气象用户提供图像和数字形式的产品。
 目前，全球有两个世界区域预报中心（WAFC）负责制作WAFS产品，分别是伦敦中心和华盛顿中心。
世界区域预报系统（World Area Forecast System）
 WAFS资料主要有4大类：
 (1) T4传真图，包括高空风/温度预告图，航路重要天气预告图，火山灰扩散预告图等。
 (2) GRIB数据，来自全球统一模式的数值预报格点气象数据。
 (3) BUFR资料，以BUFR码形式发布的重要天气预告图。
 (4) OPMET资料，即文本资料，包括各类报文。
研究条件和目的
 选取常用区域和层次，利用由国家气象中心提供的实况场风、温网格点资料，与WAFS中的同时刻的预报场产品（风、温网格点资料）用均方根误差（RMSE）进行数字化形式比较
 对比较的结果进行初步的分析，主要为用户使用WAFS产品时，提供更精确的量化参考依据，并对这些产品的可靠性有所了解。
资料的获取
 ①客观分析场是由国家气象中心发送的ASCII 码流文件。
 本站能接收到的资料为每天两个时次（0000UTC和1200UTC）的客观分析场，所需进行的工作是把获得的流文件进行解码，要素分类并从中提取所需范围的客观分析资料。
资料的获取
 ②被评估场是由伦敦世界航空区域预报中心(WAFC)提供每天两个时次（0000UTC和1200UTC），与T4传真图产品对应的全球GRIB流文件（对同一时刻，无论是0000UTC还是1200UTC， WAFC都提供了时效为18小时和24小时的预报资料）。
资料的获取
 由于WAFS的GRIB数据是变网格结构，所以要对获得的流文件进行解码，并使用3次多项式插值拟合方法，将解码后的资料从
不规则的网格点上插值到标准网格点上，然后再提取所需范围的要素资料。
 本文所用资料时段为：2003年3月1日至2003年6月1日， 共收集168个时次的资料；
层次为：300hPa、500hPa和850hPa。

资料的整理
 本文采用资料的区域为：20°N～45°N，100°E～125°E，格距为2.5°×2.5°，每一层次格点数为121个。
 国家气象中心提供的全球客观分析场格距为2.5°×2.5°，其资料的数组排列是：经向排列由西经到东经，纬向排列由北半球到南半球，风场u、v单位为米/秒，温度场T的单位为摄氏度。
 通过编写程序从中提取所需经纬度的u、v、T。
资料的整理
 WAFS的格点资料是按二进制网格点格式，u、v单位为米/秒，T的单位为华氏度，采用的是1.25°×1.25°“变”经纬网格。资料的数组排列是经向排列由西经到东经，纬向排列由赤道到北半球再由赤道到南半球。
 需编程序解码、插值，从中提取所需经纬度2.5°×2.5°格距的u、v、和T，同时还要把温度单位转为摄氏度和数据重新排列，使其的纬向排列和客观分析场一致，均为由北纬到南纬。
资料的处理
 对资料的评估主要采用均方根误差（RMSE）来进行。
 因为在短期预报中用均方根误差可客观评价该要素值的精确性。
 当RMSE越小，表明偏离实际值越小，因而该要素值也越精确可用。
资料的处理
 均方根误差的数学表达式为：
 其中，n为格点数，Yi为参数的预报值，Y'i为格点上的真实值。
数据比较与分析
 选用从2003年3月1日到2003年6月1日连续3个月期间的高空300hPa，500hPa和850hPa，0000UTC和1200UTC实况场的客观分析资料，WAFS选用对应时刻、对应层次的18小时与24小时预报场资料。
 命中率以24小时预报RMSE大于18小时预报为1，否则为0, 命中率的百分比是指24小时预报RMSE大于18小时预报的命中率所占的百分比。
1、温度场的比较
 图2.a 300hPa温度实况场为0000UTC所对应的WAFS 24小时和18小时预报场的平均RMSE值
 图2.b 300hPa温度实况场为1200UTC所对应的WAFS24小时和18小时预报场的平均RMSE值
1、温度场的比较
 由图2.a和图2.b可知：无论是对应0000UTC还是1200UTC的实况场分析资料，300hPa24小时预报的平均RMSE均大于18小时的平均RMSE，并且命中率分别为71.7％和60.4％。
 对于300hPa的温度场，18小时的温度预报优于24小时的温度预报。
 图3.a 500hPa温度实况场为0000UTC所对应的WAFS 24小时和18小时预报场的平均RMSE值
 图3.b 500hPa温度实况场为1200UTC所对应的WAFS 24小时和18小时预报场的平均RMSE值
1、温度场的比较
 由图3.a 和图3.b 可知： 无论是对应0000UTC还是1200UTC的实况场分析资料，500hPa24小时的平均RMSE均大于18小时的平均RMSE，并且命中率分别为63％和63％。
 对于500hPa的温度场，18小时的温度预报优于2 4 小时的温度预报。
 图4.a 850hPa温度实况场为0000UTC所对应的WAFS 24小时和18小时预报场的平均RMSE值
 图4.b 850hPa温度实况场为1200UTC所对应的WAFS 24小时和18小时预报场的平均RMSE值
1、温度场的比较
 由图4.a和图4.b可知：对应0000UTC的实况场分析资料，850hPa24小时预报的平均RMSE大于18小时的平均RMSE的命中率仅为
48.1％，而对于1200UTC的实况场分析资料，850hPa24小时预报的平均RMSE大于18小时的平均RMSE的命中率为51.9％。
 对于850hPa的温度场，18小时的温度的预报不一定优于24小时的温度预报。
表1 0000UTC和1200UTC各层温度的平均RMSE比较
850hpa 2.344 2.286 0.058
500hpa 1.217 1.192 0.025
300hpa 1.224 1.163 0.061
24小时预报18小时预报差值
850hpa 2.466 2.426 0.04
500hpa 1.225 1.194 0.031
300hpa 1.215 1.178 0.037
24小时预报18小时预报差值
1、温度场的比较
 比较各层的平均RMSE值可知，越是高层，平均RMSE值越小，说明越高层的WAFS温度资料越接近客观分析场。
 比较各层的0000UTC与1200UTC的RMSE平均值，温度在低层850hPa的RMSE差值较大，说明低层18h和24h的温度预报准确度
差别相对较大。
 500hPa18h和24h温度的RMSE最接近，说明500hPa 18h和24h的预报准确度接近。
2、风矢量场的比较
 为了对风矢量的预报进行评估，我们对u、v分别求RMSE和算术平均值。
图5.a各层风速度u与所对应的WAFS 24和18小时预报场的平均RMSE值
图5.b各层风速度v与所对应的WAFS 24和18小时预报场的平均RMSE值
2、风矢量场的比较
 从图5.a和图5.b可见，u、v矢量的平均RMSE仍是以850hPa最小，500hPa次之，300hPa最大，说明越低层的WAFS资料越接近客观分析风场。
 850hPa 24h与18h预报的平均RMSE间的差值最小，说明850hPa 18h和24h的预报准确度接近。
2、风矢量场的比较
 各层u、v矢量的平均RMSE 24h预报的大于18h预报的，即18h的预报比24h的预报更接近客观分析风场。
 对应各层均有v矢量的预报均优于u矢量的预报。
图6各层WAFS风矢量u、v的算术平均值 a 风矢量u b 风矢量v
2、风矢量场的比较
 从图6.a可见，各层u矢量的算术平值均全为正，偏西风大于偏东风， 300hPa的偏西风远强于其他两层。
 从图6.b可见，v矢量的算术平均有正有负，且数值都小，各层的偏南风与偏北风比较接近。300hPa和500hPa的偏北风占主导，850hPa的风向偏南风占主导。
2、风矢量场的比较
 对应层次对应时刻的u矢量的算术平均远大于v矢量u矢量在总体预报中的权重大于v矢量。
结论
 1）WAFS提供的风、温预报资料，18h的风、温预报比24h的风、温预报更接近客观分析场。
 2）通常高层的温度预报比低层的温度预报更接近客观分析场，但不排除有时候会出现低层的温度预报比高层的温度预报更接近客观分析场。
结论
 3 ） 低层的u、v矢量预报比高层的u、v矢量预报更接近客观分析风场。
 4）风的预报中以v矢量的预报优于u矢量的预报。
 5）风的误差主要来源于u矢量的误差。