QXT 823-2026《气候预测检验 次季节网格预测》

1气候预测检验次季节网格预测1范围本文件适用于次季节气候预测的业务、服务与科研。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。次季节subseason两周到两个月之间的时间尺度。气候平均值climatologicalnormal气候态常年值最近连续3个整年代的气象要素平均值。注：按照世界气象组织(WMO)规定，气候平均值的取值每年代更新一次。如：2011年—2020年期间，采用1981年—2010年的平均值作为其气候平均值；2021年—2030年期间，采用1991年—2020年的平均值作为其气候平[来源：GB/T21983—2020,2.2,有修改]网格预测griddedprediction以均一网格点形式展现的预测。确定性预测deterministicprediction〈气候>某一气候事件或某一气候要素的确定结果的预先推测。概率预测probabilisticprediction〈气候>某一气候事件或某一气候要素达到设置阈值发生概率的预先推测。网格变量griddedvariable〈气候>网格点上的气候要素。2分类事件categoricalevent〈气候>满足设置阈值的气候事件。预测提前时间leadtimeofprediction从预测起报时间到预测目标时间之间的时间距离。〈气候>气象要素序列中的某一个数值与其气候平均值(3.2)的差。距平百分率anomalypercentage〈气候>距平(3.9)与其气候平均值(3.2)之比乘以100%。下列缩略语适用于本文件。ROCA:相对操作特征曲线面积(RelativeOp5检验对象与类型检验对象包括：不同预测提前时间的候、周、旬、月等时间尺度的次季节网格预测的距平或距平百分率。检验类型包括：a)确定性预测检验：针对网格变量或分类事件的确定性预测产品进行检验；b)概率预测检验：针对分类事件的概率预测产品进行检验。3检验要素包括：7.1数据选取检验应选取下列数据：a)实况数据：气象台站观测数据、融合数据或再分析数据；b)预测数据：气候数值模式及解释应用等网格预测数据。7.2数据处理检验应按下列规则处理数据。a)检验气候模式的预测数据时，模式回报数据按不同的预测提前时间计算气候平均值，其中模式回报数据时段不包括最近连续3个整年代时，至少为15年以上。c)概率预测检验时，实况和预测数据分别按升序选取33%和66%的气候分位阈值，分为低于正常、接近正常和高于正常三种分类事件进行检验；概率预测值由模式集合预测成员落在每个分类事件的数量确定。d)预测数据网格与实况数据网格不一致：实况数据为气象台站观测数据时，将实况数据处理至预测数据所在网格上；实况数据为网格数据时，将预测数据处理至实况数据所在网格上。8.1确定性预测检验指标确定性预测检验指标包括下列计算结果。a)相关系数：1)TCC:按A.1计算得出，适用于网格变量确定性预测的历史回报检验，对某个网格点或某个区域、多个预测实例的总体预测技巧进行检验；2)PCC:按A.2计算得出，适用于网格变量确定性预测的实时预测检验和历史回报检验，对某个区域、某个预测实例的预测技巧进行检验。b)MSSS:按附录B计算得出，适用于网格变量确定性预测的实时预测检验和历史回报检验，对每个网格点或某个区域、某个或多个预测实例的预测技巧进行检验。d)GSS:按附录D计算得出，适用于多分类事件确定性预测的实时预测检验和历史回报检验，对某个区域、某个预测实例的预测技巧进行检验。48.2概率预测检验指标概率预测检验指标包括下列计算结果。注：ROC是一条由每一段概率区间的累计命中率为纵坐标、累计误报率为横坐标所构成的曲线。b)可靠性图和频率直方图：注：RD是一条由每一段概率区间的实况命中率为纵坐标、预测概率为横坐标所构成的曲线。2)FH:按F.2计算得出，适用于某个分类事件概率预测的历史回报检验，通常与RD配合使用。9.1确定性预测检验评价确定性预测检验评价，值越高表示预测技巧越高，评价规则还包括：a)TCC值介于-1～1之间，通常取TCC大于0作为有预测技巧的阈值，取TCC大于双边t检验95%显著性的临界值作为有显著预测技巧的阈值；b)PCC值介于-1～1之间，通常取PCC大于0作为有预测技巧的阈值，取PCC大于双边t检验95%显著性的临界值作为有显著预测技巧的阈值；d)AS值介于0～100%之间，通常取AS大于50%作为有预测技巧的阈值；e)IPS值介于0～100之间，通常取IPS大于50作为有预测技巧的阈值，取IPSf)GSS值介于-1～1之间，通常取GSS大于0作为有预测技巧的阈值。9.2概率预测检验评价按下列规则评价。a)ROC越向左上方弯曲表示预测技巧越高，与对角线重合时表示预测没有技巧；ROCA值介于0～1之间，值越高表示预测技巧越高，通常取ROCA大于0.5作为有预测技巧的阈值。b)RD越接近对角线表示预测的可靠性越高，与对角线重合表示预测可靠性最高；FH分布越靠近概率区间的两端表示预测概率区分度越高，仅出现在概率区间的两端表示预测分布最合理。c)BSS值介于-∞~1之间，值越大表示预测技巧越高，通常取BSS大于0作为有优于气候概率预测技巧的阈值。d)RPSS值介于-∞~1之间，值越大代表预测技巧越高，通常取RPSS大于0作为有优于气候概率预测技巧的阈值。510检验判定10.1确定性预测检验判定按下列规则判定。a)历史回报检验：1)网格变量确定性预测的历史回报技巧由TCC、MSSS判定，结论不一致时以TCC为准；2)分类事件确定性预测的历史回报技巧由GSS判定。b)实时预测检验：10.2概率预测检验判定10.2.1历史回报检验按下列规则判定：b)多分类事件整体概率预测的历史回报技巧由RPSS判定。10.2.2实时预测检验概率预测的实时预测检验技巧由RPSS判定。6(规范性)相关系数计算A.1.1某个网格点多个预测实例实况值的时间平均值按公式(A.1)计算：式中：x;—第i个网格点多个预测实例实况值的时间平均值，单位为检验要素单位①;N——预测总实例数；j——第j个预测实例；C:.;——第i个网格点第j个预测实例的实况值，单位为检验要素单位。A.1.2某个网格点多个预测实例预测值的时间平均值按公式(A.2)计算：式中：子：——第i个网格点多个预测实例预测值的时间平均值，单位为检验要素单位；N——预测总实例数；j——第j个预测实例；f.;——第i个网格点第j个预测实例的预测值，单位为检验要素单位。A.1.3某个网格点多个预测实例的TCC按公式(A.3)计算：式中：ITCc.;——第i个网格点的TCC;i——第i个网格点；N——预测总实例数；j—第j个预测实例；x;,;——第i个网格点第j个预测实例的实况值，单位为检验要素单位；x;——第i个网格点多个预测实例实况值的时间平均值，单位为检验要素单位；f.;——第i个网格点第j个预测实例的预测值，单位为检验要素单位；f;——第i个网格点多个预测实例预测值的时间平均值。A.1.4某个区域平均的TCC按公式(A.4)计算： ①检验要素单位：本文件公式中的“检验要素单位”指第6章所列检验要素对应的单位：a)地面要素：总云量，单位为百分比(%);2m气温，单位为摄氏度(℃);降水量，单位为毫米/天(mm/d);海表面温度，单位为摄氏度(℃);海平面气压，单位为百帕(hPa);10m风，单位为米/秒(m/s)等。b)高空要素，单位为位势高度(gpm);气温，单位为摄氏度(℃);纬向风，单位为米/秒(m/s);经向风，单位为米/秒(m/s)等。c)其他要素：大气向外长波辐射，单位为瓦特/平方米(W/m²);总辐照量，单位为瓦特/平方米(W/m7ITcc—区域平均的TCC;i——第i个网格点；M——区域网格点总数；x;—第j个预测实例实况值的空间平均值，单位为检验要素单位；8(规范性)平均方差技巧评分计算B.1某个网格点实况值的方差和无偏估计值B.1.1某个网格点多个预测实例实况值的方差按公式(B.1)计算：式中：S2,—第i个网格点多个预测实例实况值的方差，单位为检验要素单位的平方；N———预测总实例数；j——第j个预测实例；Ci.,——第i个网格点第j个预测实例的实况值，单位为检验要素单位；xi——第i个网格点多个预测实例实况值的时间平均值，按公式(A.1)计算，单位为检验要素单位。B.1.2某个网格点多个预测实例实况值方差的无偏估计值按公式(B.2)计算：式中：IMSEc.i——第i个网格点多个预测实例实况值方差的无偏估计值，单位为检验要素单位的平方；N——预测总实例数；S2.——第i个网格点多个预测实例实况值的方差，单位为检验要素单位的平方。B.2某个网格点预测值的均方误差某个网格点多个预测实例预测值的均方误差按公式(B.3)计算：式中：IMSE.;—第i个网格点多个预测实例预测值的均方误差，单位为检验要素单位的平方；N——预测总实例数；j——第j个预测实例；f.;——第i个网格点第j个预测实例的预测值，单位为检验要素单位；Xx;,;——第i个网格点第j个预测实例的实况值，单位为检验要素单位。B.3某个网格点预测值的MSSS某个网格点多个预测实例的MSSS按公式(B.4)计算：式中：IMSs,——第i个网格点多个预测实例的MSSS;IMSE.;——第i个网格点多个预测实例预测值的均方误差，单位为检验要素单位的平方；IMSEe,i——第i个网格点多个预测实例实况值方差的无偏估计值，单位为检验要素单位的平方。B.4某个区域平均的MSSS某个区域平均的MSSS按公式(B.5)计算：式中：IMsss——区域平均的多个预测实例的MSSS;M——区域网格点总数；i——第i个网格点；w;——第i个网格点权重系数，取cosφ;,φ;为网格点i所在纬度；IMSE.;——第i个网格点多个预测实例预测值的均方误差，单位为检验要素单位的平方；IMSE.,——第i个网格点多个预测实例实况值方差的无偏估计值，单位为检验要素单位的平方。(规范性)距平符号一致率和综合空间评分计算C.1.1判断某个网格点预测值的距平符号一致率第i个网格点第j个预测实例的AS按公式(C.1)判断：式中：A:.;——第i个网格点第j个预测实例的AS;f:.;——第i个网格点第j个预测实例的预测值，单位为检验要素单位；x.;——第i个网格点第j个预测实例的实况值，单位为检验要素单位。C.1.2某个区域平均的AS某个区域某个预测实例的AS按公式(C.2)计算：式中：IAs,,——某个区域第j个预测实例的AS;i—-第i个网格点；w;——第i个网格点权重系数，取cosφ;,φ;为网格点i所在纬度；A..;—第i个网格点第j个预测实例的AS。某个区域某个预测实例的IPS按公式(C.3)计算：式中：Ips,;——某个区域第j个预测实例的IPS;IPcc.;——某个区域第j个预测实例的PCC;IAs,,——某个区域第j个预测实例的AS。(规范性)格里蒂技巧评分计算D.1确定性分类事件预测确定性分类预测列联表的内容根据预测实例实况值和预测值对应的类别计算得到，以三分类事件为例，确定性分类预测列联表的内容按表D.1确定。表D.1确定性三分类事件预测列联表预测累加区域网格点宜考虑网格点纬度权重的影响。网格点总数宜大于等于9降水距平百分率的分类阈值宜取-50%和+50%;2m气温的分类阈值宜取-1℃和+1℃;其他要素的分类阈值宜取33%和66%气候分位点的数值。D.2评分权重矩阵D.2.1确定性分类事件的相对实例频率按公式(D.1)计算：式中：P.;——确定性分类事件预测列联表第i行第j列的相对实例频率；n;.;—确定性分类事件预测列联表第i行第j列的实例数；K——分类事件预测的类别数；i——确定性分类事件预测列联表第i行；j——确定性分类事件预测列联表第j列。P;——确定性分类事件预测列联表第j列出现的频率；K———分类事件预测的类别数；i——确定性分类事件预测列联表第i行；P.;——确定性分类事件预测列联表第i行第j列的相对实例频率。式中：D,——实况频率落入r以上类别的频率与落入r及以下类别的频率之比；r——实况累计频率的类别；j—确定性分类事件预测列联表第j列；P;——确定性分类事件预测列联表实况类别j出现的频率。D.2.4评分权重矩阵对角线元素、上对角矩阵元素和下对角矩阵元素分别按公式(D.4)一公式(D.6)计算：式中：S:.——评分权重矩阵的第i行第i列元素值；K——分类事件预测的类别数；i——评分权重矩阵的第i行；r——实况累计频率的类别；D,——实况频率落入r以上类别的频率与落入r及以下类别的频率之比。式中：S:.;——评分权重矩阵的第i行第i列元素值；K——分类事件预测的类别数；i———评分权重矩阵的第i行；r——实况累计频率的类别；D,——实况频率落入r以上类别的频率与落入r及以下类别的频率之比。S;,;=S.;,2≤j≤K,1≤i<j式中：S;.——评分权重矩阵的第j行第i列元素值；S.;——评分权重矩阵的第i行第j列元素值；j——评分权重矩阵的第j行；K——分类事件预测的类别数；i——评分权重矩阵的第i行。某个区域某个预测实例的GSS按公式(D.7)计算：式中：IGss——某个区域某个预测实例的GSS;K——分类事件预测的类别数；i——确定性分类事件预测列联表或评分权重矩阵的第i行；j——确定性分类事件预测列联表或评分权重矩阵的第j列；P.;——确定性分类事件预测列联表第i行第j列的相对实例频率；S.;——评分权重矩阵的第i行第j列元素值。(规范性)相对作用特征计算E.1概率预测列联表预测概率应分层为以P-P+1(%)为宽度的纵向概率层次，统计每个概率层次实况出现和未出现的频次，概率预测列联表按表E.1确定，由集合预测的成员数确定。表E.1概率预测列联表123…………nP-P扞+1(%)O…………Nn为某个概率区间，P。为第n个区间的概率下限，Pa+1为第n个区间的概率上限；N为区间总数，宜取9～20。累加区域网格点时应考虑网格点纬度权重的影响。E.2累计命中率每一段概率区间的累计命中率按公式(E.1)计算：式中：H——从第n个概率区间开始的累计命中率；N——概率区间总数；i——第i个概率区间；n——第n个概率区间；O,——第i个概率区间的实况出现的频次。E.3累计误报率每一段概率区间的累计误报率按公式(E.2)计算：式中：F„——从第n个概率区间开始的累计误报率；N——概率区间总数；(规范性)可靠性图和频率直方图计算F.1RD的实况命中率RD中每一段概率区间的实况命中率按公式(F.1)计算：式中：H,——第n个概率区间的实况命中率；O——第n个概率区间的实况出现的频次；N,——第n个概率区间的实况未出现的频次。F.2FH的预测频率FH中每一段概率区间的预测频率按公式(F.2)计算：式中：FH.n——第n个概率区间的预测频率；O——第n个概率区间的实况出现的频次；N,——第n个概率区间的实况未出现的频次；N——概率区间总数；n——第n个概率区间。(规范性)布里尔技巧评分计算G.1Brier评分计算某一分类事件多个预测实例的Brier评分按公式(G.1)计算：式中：Is——某一分类事件多个预测实例的Brier评分；n——预测总实例数；i———第i个预测实例；f:——第i个预测实例的预测概率；0;——第i个预测实例的实况概率，发生为1,未发生为0。G.2Brier评分分解Brier评分宜分解为不确定性项、可靠性项和解析度项，分别按公式(G.2)—(G.4)计算，再按公式(G.5)计算Brier评分。IBs,UNC=o(1-o)式中：IBs.UNc——Brier评分不确定性项，值介于0～1之间，值越小代表不确定性越大；0——某一分类事件发生的气候概率。式中：IBS.REL.—-Brier评分可靠性项，值介于0～1之间，值越小代表预测可靠性越高，完美预测时为0;n