本發(fā)明涉及一種自動(dòng)修正的多模式數(shù)值降雨集合預(yù)報(bào)方法，主要用于氣象、水利等部門開展的多模式集合降雨預(yù)報(bào)工作。

背景技術(shù)：
長期以來，降雨預(yù)報(bào)作為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的重要組成部分受到相關(guān)學(xué)者們的廣泛關(guān)注。由于降雨的形成過程與發(fā)生受大尺度大氣環(huán)流、洋流、海陸位置、地形、下墊面及人類活動(dòng)等多方面的影響，因此降雨的時(shí)空分布存在諸多不確定性，其預(yù)報(bào)難度也較其他氣象要素大。一般的降雨預(yù)報(bào)時(shí)間步長為6h，時(shí)間步長越短，預(yù)報(bào)難度越大，預(yù)報(bào)精度往往越低；時(shí)間步長太長，受模式自身預(yù)見期的影響，預(yù)報(bào)精度也會(huì)逐漸降低。近年來，隨著數(shù)值大氣模式的不斷發(fā)展與改進(jìn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，集合降雨預(yù)報(bào)成為氣象、水利等部門進(jìn)行降雨預(yù)報(bào)的主要手段，其優(yōu)點(diǎn)是可以一定程度上減小單一數(shù)值大氣模式降雨預(yù)報(bào)的不確定性，提高降雨預(yù)報(bào)的可信度。目前，由于數(shù)值大氣模式眾多，如：美國的WRF模式、英國的UKMO模式、加拿大的MC2模式、日本的JRSM模式以及我國的GRAPES模式等應(yīng)用都較廣泛。對(duì)于不同場次、不同類型的降雨，各種模式也表現(xiàn)出不同的預(yù)報(bào)精度。因此如何選擇和評(píng)價(jià)數(shù)值大氣模式成為集合降雨預(yù)報(bào)需要解決的首要問題。但如果因某種數(shù)值大氣模式對(duì)一次或者幾次降雨的預(yù)報(bào)效果不佳，就人為決定不再選用該模式，這可能會(huì)增加模式預(yù)報(bào)的不確定性。人為決策是集合降雨預(yù)報(bào)結(jié)果確定的重要方法，但對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴性較大，難免做出錯(cuò)誤的判斷或選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)修正的多模式數(shù)值降雨集合預(yù)報(bào)方法，其解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有對(duì)于不同場次、不同類型的降雨，各種預(yù)報(bào)模式也表現(xiàn)出不同的預(yù)報(bào)精度，如何選擇和評(píng)價(jià)最佳模式的數(shù)值降雨集合預(yù)報(bào)。為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下方案：一種自動(dòng)修正的多模式數(shù)值降雨集合預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟：步驟1、各種數(shù)值大氣預(yù)報(bào)模式的選??；步驟2、模擬預(yù)報(bào)，輸出每隔T小時(shí)降雨數(shù)據(jù)；步驟3、降雨預(yù)報(bào)結(jié)果的評(píng)價(jià)；步驟4、各模式預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)的確定；步驟5、發(fā)布本次預(yù)報(bào)結(jié)果。進(jìn)一步，步驟2中設(shè)置降雨輸出的時(shí)間步長T為6h。進(jìn)一步，步驟3中在各選取的數(shù)值大氣模式輸出6h降雨預(yù)報(bào)結(jié)果后，依據(jù)本次降雨的實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)降雨預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行定性與定量、時(shí)間與空間、點(diǎn)雨量與面雨量的綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行打分。進(jìn)一步，步驟3中綜合評(píng)價(jià)包括定性評(píng)價(jià)，所述定性評(píng)價(jià)首先將降雨的預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比并進(jìn)行分級(jí)評(píng)估，再根據(jù)評(píng)估結(jié)果構(gòu)建分類評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體來說：當(dāng)使用分類指標(biāo)在空間尺度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，首先對(duì)某一特定觀測(cè)時(shí)刻i，處于不同觀測(cè)位置上的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，獲得降雨量等級(jí)表中的分類變量NAi、NBi和NCi，繼而將觀測(cè)時(shí)段內(nèi)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的分類指標(biāo)按照1～4式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，最終得到空間尺度上的分類評(píng)價(jià)結(jié)果，其中空間尺度評(píng)價(jià)指標(biāo)為：準(zhǔn)確率指標(biāo)頻率偏差指標(biāo)誤報(bào)率指標(biāo)臨界成功率指標(biāo)其中，NAi、NBi和NCi分別代表第i個(gè)6h觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的不同觀測(cè)位置上的預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值是否在降雨量等級(jí)表中對(duì)應(yīng)的降雨等級(jí)中，N為觀測(cè)時(shí)段的個(gè)數(shù)，而面雨量為各雨量站處雨量的平均值；在進(jìn)行時(shí)間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，首先對(duì)某一特定觀測(cè)位置j上，不同觀測(cè)時(shí)刻的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)降雨量等級(jí)表中的分類變量，之后將研究區(qū)域各個(gè)觀測(cè)位置的分類指標(biāo)按照5～8式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，最終得到時(shí)間尺度上的分類評(píng)價(jià)結(jié)果，其中時(shí)間尺度評(píng)價(jià)指標(biāo)為：準(zhǔn)確率指標(biāo)頻率偏差指標(biāo)誤報(bào)率指標(biāo)臨界成功率指標(biāo)其中，NAj、NBj和NCj分別代表第j個(gè)觀測(cè)位置上不同時(shí)刻的預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值是否在降雨量等級(jí)表中對(duì)應(yīng)的降雨等級(jí)中，M為觀測(cè)位置的個(gè)數(shù)。進(jìn)一步，所述降雨量等級(jí)表為：降雨等級(jí)小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨6h雨量(mm)0.1～2.52.6～66.1～1212.1～2525.1～60＞60上述變量NAi、NBi和NCi的計(jì)算方法為：對(duì)于空間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，某一個(gè)觀測(cè)時(shí)段i內(nèi)，如果觀測(cè)位置降雨的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值均在上述六個(gè)降雨等級(jí)任何之一范圍內(nèi)，則給NAi記1；如果降雨的觀測(cè)值在上述六個(gè)降雨等級(jí)任何之一范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值不在該范圍內(nèi)，但不為0，則給NBi記1；如果降雨的觀測(cè)值在上述六個(gè)降雨等級(jí)任何之一范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值為0mm，即數(shù)值大氣模式未捕捉到降水，則給NCi記1；上述變量NAj、NBj和NCj的計(jì)算方法為：對(duì)于時(shí)間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，某一特定觀測(cè)位置j內(nèi)，如果觀測(cè)位置降雨的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值均在上述六個(gè)降雨等級(jí)任何之一范圍內(nèi)，則給NAj記1；如果降雨的觀測(cè)值在上述六個(gè)降雨等級(jí)任何之一范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值不在該范圍內(nèi)，但不為0，則給NBj記1；如果降雨的觀測(cè)值在上述六個(gè)降雨等級(jí)任何之一范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值為0mm，即數(shù)值大氣模式未捕捉到降水，則給NCj記1。進(jìn)一步，步驟3中綜合評(píng)價(jià)還包括定量評(píng)價(jià)，定量評(píng)價(jià)采用在誤差分析中常用的4個(gè)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，當(dāng)進(jìn)行時(shí)間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，Pi和Oi分別為在觀測(cè)時(shí)刻i，研究區(qū)域面平均雨量的預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值；如9～12式所示：最大誤差MEt(maximumerror)＝max|Pi-Oi|(9)；均方根誤差平均偏差標(biāo)準(zhǔn)差其中，i為不同的觀測(cè)時(shí)段，N為觀測(cè)時(shí)段的個(gè)數(shù)；所述MBE為平均偏差MBEt的數(shù)值；當(dāng)進(jìn)行空間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，Pj和Qj分別為在某個(gè)特定的空間位置j，整個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)累積雨量的預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值，如13～16式所示：最大誤差MEs(maximumerror)＝max|Pj-Oj|(13)；均方根誤差平均偏差標(biāo)準(zhǔn)差其中，j為不同的觀測(cè)地點(diǎn)，M為觀測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；所述MBE為平均偏差MBEs的數(shù)值。進(jìn)一步，步驟3中采用上述8個(gè)分類評(píng)價(jià)指標(biāo)與8個(gè)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建各數(shù)值大氣模式降雨預(yù)報(bào)的指標(biāo)體系，進(jìn)而依據(jù)上述16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各個(gè)數(shù)值大氣模式的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分；假定選用m個(gè)數(shù)值大氣模式，則對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，如對(duì)于k個(gè)數(shù)值大氣模式的指標(biāo)PODtk：SPODtk＝(PODtk-PODtmin)/(PODtmax-PODtmin)(17)；其中k取1、……、m，k為數(shù)值大氣模式的個(gè)數(shù)；PODtmax和PODtmin分別為m個(gè)數(shù)值大氣模式對(duì)應(yīng)的m個(gè)PODt的最大值和最小值。其他評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化處理參照上述公式(17)進(jìn)行計(jì)算；歸一化處理后，在對(duì)每一個(gè)數(shù)值天氣模式打分，綜合評(píng)分用S表示，Sk表示第k個(gè)數(shù)值天氣模式的綜合評(píng)分：進(jìn)一步，步驟4中依據(jù)各天氣模式對(duì)本次降雨預(yù)報(bào)的評(píng)分除以各模式的綜合評(píng)分之和，得到的系數(shù)作為各模式本次降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)，作為下一次集合降雨預(yù)報(bào)的方案，權(quán)重系數(shù)αk計(jì)算方法為：αk＝Sk/(S1+…+Sm)，其中k取1、……、m，k為數(shù)值大氣模式的個(gè)數(shù)，Sk表示第k個(gè)數(shù)值天氣模式的綜合評(píng)分。進(jìn)一步，步驟4中獲得前一次降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)αk后，當(dāng)下一次降雨結(jié)束后，再用下一次降雨的預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值來修正前一次各模式降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)αk，作為以后降雨預(yù)報(bào)的方案。進(jìn)一步，步驟5中集合降雨預(yù)報(bào)的所述預(yù)報(bào)結(jié)果為各模式預(yù)報(bào)結(jié)果乘以預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)：PP＝PP1×α1+PP2×α2+…+PPm×αm(20)；其中，PPm是第m個(gè)數(shù)值大氣模式在某一觀測(cè)位置，某一時(shí)段的預(yù)報(bào)雨量，αm第m個(gè)數(shù)值大氣模式在某一觀測(cè)位置，某一時(shí)段的權(quán)重系數(shù)。該自動(dòng)修正的多模式數(shù)值降雨集合預(yù)報(bào)方法具有以下有益效果：(1)本發(fā)明在現(xiàn)有多模式集合降雨預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上，可以更加客觀的評(píng)價(jià)各數(shù)值大氣模式的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果，集合降雨預(yù)報(bào)的最終結(jié)果不必過分依賴于人工決策，公布的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果更具客觀性。(2)本發(fā)明提供了一種對(duì)降雨預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行定性與定量、時(shí)間與空間、點(diǎn)雨量與面雨量的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用該指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)各模式進(jìn)行打分，再依據(jù)各大氣模式對(duì)本次降雨預(yù)報(bào)的評(píng)分除以各模式的評(píng)分之和，得到的系數(shù)作為各模式本次降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)，并最終確定下一次降雨的預(yù)報(bào)結(jié)果。附圖說明圖1：本發(fā)明自動(dòng)修正的多模式數(shù)值降雨集合預(yù)報(bào)方法流程方框示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是基于評(píng)分法的自動(dòng)修正數(shù)值集合降雨預(yù)報(bào)方法，該方法主要分兩個(gè)主要部分：一是各數(shù)值大氣模式的運(yùn)行，二是各數(shù)值大氣模式運(yùn)行結(jié)果的評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)結(jié)果的集成，從而實(shí)現(xiàn)較客觀的集合降雨預(yù)報(bào)，降低模式預(yù)報(bào)的不確定性。按照以下步驟實(shí)施：(1)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的選?。哼x取目前用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的若干主流大氣模式，安裝在同一天氣預(yù)報(bào)平臺(tái)上。(2)模擬預(yù)報(bào)：在天氣預(yù)報(bào)平臺(tái)上，分別設(shè)置并處理各模式的初始次、邊界條件、物理參數(shù)化方案、地形數(shù)據(jù)等，按照各模式的操作方法分別運(yùn)行，進(jìn)行降雨預(yù)報(bào)，按照時(shí)間步長6h輸出降雨預(yù)報(bào)結(jié)果。(3)降雨預(yù)報(bào)結(jié)果的評(píng)價(jià)：依據(jù)本次降雨的實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)各模式的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行定性與定量、時(shí)間與空間、點(diǎn)雨量與面雨量的綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行打分。定性評(píng)價(jià)首先將降雨的預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比并進(jìn)行分級(jí)評(píng)估，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照表1所示。再根據(jù)評(píng)估結(jié)果構(gòu)建分類評(píng)價(jià)指標(biāo)，空間尺度評(píng)價(jià)指標(biāo)如(1)～(4)所示，時(shí)間尺度評(píng)價(jià)指標(biāo)如(5)-(8)所示。表1降雨量等級(jí)表降雨等級(jí)小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨6h雨量(mm)0.1～2.52.6～66.1～1212.1～2525.1～60＞60準(zhǔn)確率指標(biāo)頻率偏差指標(biāo)誤報(bào)率指標(biāo)臨界成功率指標(biāo)其中，NAi、NBi和NCi分別代表第i個(gè)6h觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的不同觀測(cè)位置上的預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值是否在表1中對(duì)應(yīng)的降雨等級(jí)中，N為觀測(cè)時(shí)段(6h)的個(gè)數(shù)，而面雨量為各雨量站處雨量的平均值。準(zhǔn)確率指標(biāo)頻率偏差指標(biāo)誤報(bào)率指標(biāo)臨界成功率指標(biāo)其中，NAj、NBj和NCj分別代表第j個(gè)觀測(cè)位置上不同時(shí)刻的預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值是否在表1中對(duì)應(yīng)的降雨等級(jí)中，M為觀測(cè)位置的個(gè)數(shù)。變量NA、NB和NC的計(jì)算方法為：例如對(duì)于空間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，某一個(gè)觀測(cè)時(shí)段i內(nèi)，如果觀測(cè)位置降雨的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值均在0.1～2.5mm(小雨)范圍內(nèi)，則給NAi記1；如果降雨的觀測(cè)值在0.1～2.5mm(小雨)范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值不在該范圍內(nèi)，但不為0，則給NBi記1；如果降雨的觀測(cè)值在0.1～2.5mm(小雨)范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值為0mm，即數(shù)值大氣模式未捕捉到降水，則給NCi記1。假設(shè)一共6個(gè)觀測(cè)位置，一個(gè)觀測(cè)值位置上的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值均在0.1～2.5mm(小雨)范圍內(nèi)，則NAi＝1，兩個(gè)觀測(cè)值位置上的觀測(cè)值在0.1～2.5mm(小雨)范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值不在該范圍內(nèi)，但不為0，則NBi＝2，三個(gè)觀測(cè)值位置上的觀測(cè)值在0.1～2.5mm(小雨)范圍內(nèi)，而預(yù)測(cè)值為0，則NCi＝3，因此第i個(gè)時(shí)段的PODs＝1/(3+1)＝1/4，F(xiàn)BIs＝(1+2)/(1+3)＝3/4，F(xiàn)ARs＝2/(1+2)＝2/3，CSIs＝1/(1+2+3)＝1/6，這是第i個(gè)時(shí)段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，那么將N個(gè)時(shí)段的各指標(biāo)值都計(jì)算出來，求平均值即可。對(duì)于時(shí)間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，計(jì)算方法同理。定量評(píng)價(jià)采用在誤差分析中常用的4個(gè)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，當(dāng)進(jìn)行時(shí)間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，Pi和Oi分別為在觀測(cè)時(shí)刻i，研究區(qū)域面平均雨量的預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值。如(9)～(12)式所示：最大誤差MEt(maximumerror)＝max|Pi-Oi|(9)；均方根誤差平均偏差標(biāo)準(zhǔn)差當(dāng)進(jìn)行空間尺度評(píng)價(jià)時(shí)，Pj和Qj分別為在某個(gè)特定的空間位置j，整個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)累積雨量的預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值.如(13)～(16)式所示：最大誤差MEs(maximumerror)＝max|Pj-Oj|(13)；均方根誤差平均偏差標(biāo)準(zhǔn)差聯(lián)合上述8個(gè)分類指標(biāo)與8個(gè)定量指標(biāo)，構(gòu)建各數(shù)值大氣模式降雨預(yù)報(bào)的指標(biāo)體系，進(jìn)而依據(jù)上述16個(gè)指標(biāo)對(duì)各個(gè)數(shù)值大氣模式的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。假定選用m個(gè)數(shù)值大氣模式，則對(duì)每一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。如對(duì)于指標(biāo)PODt：SPODtk＝(PODtk-PODtmin)/(PODtmax-PODtmin)(17)；其中k取1,……,m。歸一化處理后，在對(duì)每一個(gè)數(shù)值天氣模式打分，綜合評(píng)分用S表示，Sk表示第k個(gè)數(shù)值天氣模式的綜合評(píng)分：(4)各模式預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)的確定：依據(jù)各天氣模式對(duì)本次降雨預(yù)報(bào)的評(píng)分除以各模式的評(píng)分之和，得到的系數(shù)作為各模式本次降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)，作為下一次集合降雨預(yù)報(bào)的方案。當(dāng)且僅當(dāng)本次降雨實(shí)測(cè)降雨量大于0.1mm時(shí)，才進(jìn)行降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)的調(diào)整。權(quán)重系數(shù)計(jì)算方法為：αk＝Sk/(S1+…+Sm)(19)。權(quán)重系數(shù)越大，即αk越大，表明第k個(gè)數(shù)值大氣模式的預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值更接近。(5)預(yù)報(bào)結(jié)果發(fā)布：依據(jù)本次降雨確定的各模式降雨預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)，對(duì)下一次降雨進(jìn)行預(yù)報(bào)并發(fā)布預(yù)報(bào)結(jié)果，預(yù)報(bào)結(jié)果為各模式預(yù)報(bào)結(jié)果乘以預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)：PP＝PP1×α1+PP2×α2+…+PPm×αm(20)其中，PPm是第m個(gè)數(shù)值大氣模式在某一觀測(cè)位置，某一時(shí)段的預(yù)報(bào)雨量。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。