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数值预报vs气象大模型(5月战报)

气象学家  · 公众号  ·  · 2024-06-15 18:43

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各位看官老爷,又到了每月一度的战报环节!经过了5月一整月的积累,我们一起来看一看本轮八种预报产品的战况如何。同样的,5月战报包括3种数值预报产品、5种气象大模型预报产品的检验,他们是:

数值模式vs气象大模型

数值模式:

  • NOAA-GFS

  • TW-GFS(台湾气象局数值模式)

  • ECMWF-IFS

气象大模型:

  • 伏羲(复旦大学)

  • GraphCast(Google Deep-Mind)

  • FourCastNet(英伟达)

  • ECMWF-AIFS

  • NOAA-GraphCastGFS

以上八种产品中,AIFS和GraphCastGFS数据来自于官方数据源,伏羲、FourCastNet、GraphCast三种大模型,由我司独立运行, 大模型技术由云侧科技(北京)有限公司支持。


重要说明


在此前的多次检验中,使用图神经网络技术路线的AIFS、GrapchCast、GraphCastGFS存在小量级降水预报效果较差的情况,请参考《 ECMWF的气象大模型,效果怎么样? 》中的分析部分。在逐步运行和摸索大模型的过程中,我们发现这一特征可以优化修正。本轮检验中,我们针对这三种气象大模型的预报结果在小量级降水方面做了优化,下文中的AIFS-optimized、GraphCast-optimized、GraphCastGFS-optimized三类数据,就是基于原预报结果优化后的检验结果,使用虚线绘制曲线。


检验详情


检验要素: 降水、2米温度、10米风速

检验时段: 2024.5.1 - 2024.5.31 所有预报产品每日4次(UTC00、06、12、18)预报结果

检验步长&时效: 每种产品检验其6-120小时逐6小时预报效果

检验点位: 2000+中国国家地面气象站点位(具体台站数量和位置,请参考国家气象科学数据中心官网)

检验方法:

  • 降水检验:晴雨TS评分

  • 其他要素:平均绝对误差(MAE)


检验结果


检验的产品越来越多,线条也交织的越来越复杂,目前笔者在图中用文字标注的产品名称,如果大家有更好的展示建议,请后台建议我们,不胜感激!

逐6小时降水检验


(各种预报产品不同时效降水预报TS评分,得分越高越好)

请大家关注最上方的两条虚线,GrapchCast和AIFS经过降水优化后预报效果在全时效领先其他预报产品,就连“常胜将军”IFS都和这两者有一定的差距。需要说明的是,GraphCast是由ERA5驱动的,再分析资料有一定的优势,虽然位列第一但有一点“取巧”的成分。 而AIFS则是实时数据,经过降水优化后预报效果优秀,实至名归。

第二梯队中,挤满了大多数产品,IFS在第二梯队中占优,伏羲和GFS紧随其后,并且两者在48小时预报时效前后交替领先。经过优化后的GraphCastGFS和伏羲的表现相近。TW-GFS、AIFS、GraphCastGFS的表现居中,没有太多的亮眼之处。

第三梯队中只有FourCastNet和GraphCast,且GraphCast的降水预报随时间步长增长衰减和快。值得关注的是,GrpahCast在优化前后反差非常大。

逐6小时温度检验

(各种预报产品不同时效温度预报MAE,MAE越低越好)

与4月一样AIFS在温度预报上仍然在全部预报时效内领先其他产品。三种气象大模型伏羲、GraphCastGFS、GraphCast的温度预报也较为优秀,三者预报效果接近且仅次于AIFS的预报效果。其余产品的分布较为分散,IFS紧随第一梯队步伐,略逊于排名靠前的四种气象大模型。GFS和TW-GFS依次位列IFS之后。而在4月检验中排进前四的FourCastNet在5月的温度预报中表现垫底。 值得关注的是:温度预报中排名靠前的4种预报产品均为气象大模型,NOAA和EC的大模型预报产品,在温度预报中均优于自家的数值预报产品。

逐6小时风速检验

(各种预报产品不同时效风速预报MAE,MAE越低越好)

伏羲在5月的风速预报表现,依旧维持着4月的领先地位,仅在短暂时间内与其他预报产品交叉。IFS和GraphCast紧随其后,同样表现不俗。AIFS的竞争对手是GraphCastGFS,且在绝大部分时效内压了后者一头。GFS和TW-GFS的风速预报技巧,随着预报时效的增长减弱较快,24小时以内还趋近于排名靠前的集中预报产品,之后就快速衰减脱离开大部队。FourCastNet在5月的风速预报中,有着跟温度预报类似的表现,全部预报时效均逊色其他产品。


5月预报检验总结


图神经网络气象大模型的降水预测经过优化后,预报效果显著提升。 GraphCast 优化后降水预报技巧几乎翻倍。 EC AIFS优化后 报效果非常优秀,大幅超越 自家 IFS。 温度和风速预报中,气象大模型的优势明显, 均取得了较好的成绩。我们可以看到,5月中无论是降水预报,还是温度风速预报,气象大模型都有着非常不俗的表现,值得持续关注!

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