结论
MODE
检验是一种基于属性特征的检验方法,用于评估天气预报的性能。它提取并对比预报和观测对象的属性特征,提供类似于预报员主观判断的检验结果。
相似度T(a)作为MODE检验的评价指标,用来比较预报和观测场中降水对象的预报表现,然而,经典MODE检验忽略了降水的时间偏差,也不考虑未匹配对象的影响。新发展的综合评分MCS和引入时间维度的MODE-TD,有助于全面评价预报和观测场中降水对象的整体性能。
MODE
检验在天气预报中有广泛的应用,包括降水检验、以天气雷达为参照的降水性质及雨带检验、云场预报能力评估以及
EPS
系统成员预报能力诊断。尽管
MODE
检验具有诸多优点,但仍然存在一些局限性,如解释结果的主观性和对象识别与匹配的方案依赖。为了克服这些局限性,需要深入了解数值模式和天气过程的动力和热力学过程,并研究和探索适合具体预报要素、用户需求和地理位置的参数设置。本文总结了
MODE
检验的技术框架、更新发展和典型应用,并指出了其局限性及检验结论的合理化应用问题,旨在为更好地应用
MODE
检验提供参考。然而,由于文献量庞大,总结分析中可能有所遗漏,需要进一步深入研究以完善
MODE
检验的应用。
图
1
不同的预报和观测降水场情景示例(据DAVIS等修改)
(
a
)、(
b
)和(
c
)分别表示预报和观测降水面积和形态一致,但是降水空间位置和走向出现偏差;(
d
)、(
e
)和(
f
)分别表示预报和观测降水面积不一致,同时空间位置、走向出现偏差;“
F
”表示预报,“
O
”表示观测
图
2
MODE
检验降水数据处理示意图
(
a
)原始降水场;(
b
)降水场卷积;(
c
)给定阈值降水场提取的目标对象;(
d
)提取降水对象内部的降水空间分布;
A~E
表示提取的降水对象或目标
图3 MODE定义的特征对象不同属性的收益函数表(引自DAVIS等,2006)
图
4
MODE
检验个例(引自潘留杰等)
(
a
)
24
小时的实况观测降水;(
b
)
ECMWF
模式预报;(
c
)
CMA-Meso
模式预报;(
d
)、(
e
)、(
f
)分别为
CMPA
、
ECMWF
、
CMA-Meso
的暴雨目标对象,(
e
)和(
f
)中的数字为预报和观测中降水对象(
d
)的匹配情况,蓝色填充对象表示预报和观测场中的降水对象未匹配
图
5
MODE
检验对不同环流形势下不同数值模式降水预报产品的检验(引自潘留杰等,2022)
DWQB
、
XFC
、
FG_XFC
和
XNW
代表
4
种环流分型,
SCMOC
、
ECMWF
和
CMA-Meso
代表
3
种降水预报产品;(
a
)识别降水对象数量的对比;(
b
)降水对象强度的对比;(
c
)降水对象面积的对比
图
6
MODE
检验方法美国卫星云图典型应用个例(引自GRIFFIN等,2017)
(
a
)
GOES-13
卫星观测;(
b
)
HRRRx
模拟红外亮温;(
c
)
GOES-13
观测场对象识别结果;(
d
)模拟场对象识别结果;(
c
)和(
d
)中不同的颜色代表不同的目标对象
图
7
EPS
转换为概率预报目标对象的示意图(引自FLORA等,2019)
色标中分子表示
EPS
成员预报的个数,分母表示
EPS
集合成员总数;(
a
)
EPS
成员预报的中尺度气旋对象个数;(
b
)基于(
a
)计算的中尺度气旋概率;(
c
)基于(
b
)提取的中尺度气旋概率预报对象;(
a
)中不同的颜色代表
EPS
成员预报个数,与色标中的分子对应;(
b
)和(
c
)中填色代表概率,与色标中分数的比值对应
图
8
时域时间三维追踪检验概念示意图(引自SKOK等,2009)
(
a
) 时间生命周期
15
小时的降水对象演变;(
b
)卷积对象椭球体