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天气预报评分方法评述 氕孑定拉圩方gt;多暇 第l8卷第1期 1995年3月 南京气象学院 JournalofNanjingInstituteofMeteorology VoI.18No+1 MaI”.1995 . 天气预报评 丁金才 (上海中心气象台,上海,200030) . P毛’. 摘要本文按定性预报,百分率预报和形态预报3类预报形式,分别概述7常用的验 证评分方法.提出了预报评分方法应遵循的7条准则,并以此为依据,针对强对流天 气等小概率事件的预报,讨论7各种评分方法的适用性.最后,对各类预报形式的验 证评分,提出7最佳的方案. 关键词验证评分,定性预报,百分率预报,开{态预报,小概率事件预报 分类号P456 天气预报验证评分方法的研究已有100多年的历史,近4o年来,它越来越受到人们的重 视,发展成天气预报研究领域的一个重要的分支. 不同类型的预报,需要采用相应的评分方法进行评估.到目前为止,天气预报大致可分为 4种类型:(1)定性预报:对某一事件(指天气现象,要素等,下同)出现的可能性作出有,无两级 判别预报,或多级判别预报.(2)概率预报(亦称百分率预报):以百分率形式对事件出现的可能 性大小作出判断.一般以lo间隔来描述事件出现可能性的差别.现在.概率预报已在许多国 家成为主要的公众天气预报形式.(3)形态预报(亦称场预报):对某一气象要素的场分布或某 一 天气系统的形态变化作出预报,如雨区预报,卫星云图的云团预报,雷达回波预报等等.近年 来,随着强对流天气短时预报的发展,形态预报已成为业务预报的一个重要内容.(4)定量预 报:对某一气象要素作出定量的预报.一般用于客观预报工具.虽然每种类型预报,已有多种 验证评分方法,但每种方法都有一定的局限性.由于定量预报的评分方法可转化成定性预报和 形态预报的评分方法,本文将评述前三种预报类型的评分方法,并针对强对流天气等小概率事 件的预报,着重分析各种评分方法的适用性,以便能合理地使用它们. 1评分方法简介 1.1定性预报 美国的Finley在预报验证评分方法研究方面做了开创性的工作.1884年,他首先提出了 叫正确率的评分法,对他的龙卷风预报试验进行了评估”.此后,不少学者提出了各种评分方 法,但都没有系统性直至1965年,Brounlee设计了两变量预报验证列联表{)”,把预报和 观测的关联系统地列出(见表1).这样,利用表中任意两个元素,可组成意义清楚的各种预报 评分方法.如击中率POD一/,I,伪警率FAR一/n..,伪击率POFD一?112,失误率 FOM—n21无事件报对率FOCN—n22/等. 收穑日期:..一.一.改回日期:..一.一.! 144南京气象学院l8卷 表1预报和观测列联表 Tablelcontingencytablefortheobservationandprediction 1975年,Donaldson提出了成功临界指数. I—L/(n_】+l2+1)(1) 他利用列联表中3个元紊的组合来评估预报,显然比两要紊评分法进了一步但是,直至70年 代末,所有的评分法都局限于简单的百分比表达式,共同的不足之处是(1)没有利用列联表中 全部元素,因而不能全面反映出预报能力;(2)它们反映的不是预报的真实技巧水平;(3)不能 用统计假设量对预报技巧的显着性进行检验.1982年,Mason提出了真实技巧统计法(True SkillStatistic),简称TSS法”). TSS=怒=丢兰㈣L. ,一—■J十’z一_J 上式分子中的为用气候概率n.I预报事件出现的正确次数,同理为用事件不出现 的气候概率预报正确的次数.所以,(R)反映的是实际预报技巧.现假定预报完全正确, 即7IIZ—ngl一0,则n.?一711.一nil~n,z=n2.一.分母中}+应为理想预报假设下 的气候概率预报的正确次数.TSS含义是实际预报技巧和理想预报技巧之比.1990年, Doswell发现在对小概率事件预报的评分时,TSS常趋近于POD,会导向过分预报倾向.为 此,他对TSS法作了修改,提出了HddkeSkillSC01~法,简称S法.. S一盟一 (R;) ]+[: ]+.. s仅仅把分母中TSS的理想预报假设下的气候概率预报正确次数(!+)改成实际 预报下的气候概率预报正确次数(!+),因此tr()可称为理想预报实际技巧. 1.2概率预报 概率预报在我国尚未开展,表2列出的是美国国家强风暴实验室(NSSL)在1988~1989 年中尺度应用试验期(简称MAP)的强对流天气中午展望预报的评分结果. 概率预报的评分法最早由美国的Brier在1950年提出的,叫半贝里尔得分(half—brier score),简称B 1三 B一亩∑(一0.)(4)JI 式中F为某次预报的