D D.1 D.1.1 (JST: Japan Standard Time) (UTC: Coordinated Universal Time) UTC JST UTC 9 D.1.2 xx yy TxxLyy 1 ( 2005) TLxxLyy 2 30 TL km TL
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- あおし いざわ
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1 D D.1 D.1.1 (JST: Japa Stadard Time) (UTC: Coordiated Uiversal Time) UTC JST UTC 9 D.1. xx yy TxxLyy 1 ( 005) TLxxLyy 30 TL959 0 km TL km TL km TL km D.1.3 (FT: Forecast Time 3 ) = 6 FT=6 [h] D.1.4 D , 130 E S, 130 W * 1 T (Triagular) L (Level) TL L (Liear) 3 Forecast Rage D. D..1 ME: Mea Error (RMSE: Root Mea Square Error) ME 1 (x i a i ) (D..1) RMSE 1 (x i a i ) (D..) x i a i ME 0 RMSE 0 RMSE ME RMSE = ME + σe (D..3) σe = 1 (x i a i ME) (D..4) σ e RMSE (%) RMSE RMSE RMSE ctl RMSE test 100 (D..5) RMSE ctl RMSE 100 RMSE ctl RMSE test RMSE D.. 1 ( ) 1 M (x m x ) M =1 m=1 (D..6) M x m m x x 1 M M m=1 x m (D..7) 153
2 D..3 (ACC: Aomaly Correlatio Coefficiet) ( Xi X ) ( A i A ) ACC ( Xi X ) ( Ai A ) X i = x i c i, A i = a i c i, X = 1 A = 1 ( 1 ACC 1) (D..8) X i A i (D..9) (D..10) x i a i c i ME, RMSE (013) D.3 D.3.1 D.3.1 D.3. D.3.1 D.3.1 =FO+FX+XO+XX M=FO+XO X=FX+XX D.3. FO + XX (0 1) (D.3.1) 1 D.3.1 FO, FX, XO, XX (FO) (FX) FO+FX (XO) (XX) XO+XX M X D.3.3 FX FO + FX (0 1) (D.3.) 0 FO+FX D.3.4 XO M (0 1) (D.3.3) 0 M D.3.5 (H r : Hit Rate POD(Probability Of Detectio) ) H r FO M (0 H r 1) (D.3.4) 1 ROC D.4.5 D.3.6 (V r : Volume Ratio) V r FO + FX (D.3.5) 154
3 D.3.7 (F r : False Alarm Rate) (D.3.3) F r FX X (0 F r 1) (D.3.6) 0 D.3.5 ROC D.4.5 D.3.8 (BI: Bias Score) BI FO + FX M (0 BI) (D.3.7) D.3.9 P c P c M (0 P c 1) (D.3.8) D.3.10 (TS: Threat Score) TS FO FO + FX + XO (0 TS 1) (D.3.9) M XX FO, FX, XO 1 XX 1 D.3.11 (ETS: Equitable Threat Score) (Schaefer 1990) FO S f ETS ( 13 ) FO + FX + XO S ETS 1 f (D.3.10) S f = P c (FO + FX) (D.3.11) S f FO+FX 1 0 FO=XX=0, FX=XO=/ 1/3 D.3.1 (Skill Score) S fcst S ref S pfct S ref (D.3.1) S fcst, S pfct, S ref 1 Heidke (HSS: Heidke Skill Score) HSS FO + XX S S S = P c (FO + FX) + P x (XO + XX), P c = M, ( 1 HSS 1) (D.3.13) P x = X (D.3.14) P c P x S FO+FX XO+XX HSS 1 0 FO=XX=0, FX=XO=/ 1 Gilbert Skill Score 155
4 D.3.13 Roebber ダイアグラム Roebber (009) はカテゴリ検証による複数のスコア D.3.14 FSS FSS(Fractios Skill Score) は 現象の表現に空間的 な曖昧さを与えて評価する検証スコアである Roberts ad Lea 008 参照 幾田 010 に詳しい 平面上のある変量の観測の分布を Or 予報の分布を Fr とする 変量は任意の閾値 q で 値化でき 値化 した観測を IO 予報を IF とすると 次式のように表 捕捉率 空振り率 バイアススコア スレットスコア を一つのグラフに表す方法を考案した 検証結果を縦 軸に捕捉率 (POD: Probability Of Detectio) 横軸に 1 空振り率 (SR: Success Ratio) をとってプロットす ると 捕捉率と空振り率から BI と TS が計算できるた め 等値線を目安にバイアススコアとスレットスコア も確認できるグラフとなる 図 D.3.1 本テキストで は これを Roebber ダイアグラムと呼ぶ 各スコアが 1 に近づくほど グラフの右上へ近づくほど 良い予 測となる このグラフでは 4 つのスコアを一目で確認 でき 予測特性の変化を把握しやすい 特に バイア ススコアとスレットスコアの変化を捕捉率と空振り率 の変化で説明することが容易となる 例えば 図 D.3.1 の①のようにスコアが変化する場 合 捕捉率 空振り率 バイアススコア スレットス コアのいずれも改善となる これに対し②の場合には 一見①と同様にバイアススコア スレットスコアとも 改善しているが 空振り率が増加している 空振り率 が大きいにもかかわらず バイアススコア スレット スコアが改善している理由は 捕捉率の増加の割合が 空振り率の増加に比べて大きいためである このよう に①と②ではいずれもバイアススコアとスレットスコ アがともに改善しているが 本グラフを用いることで 予測の変化傾向の違い 捕捉率と空振り率の変化の違 い が一目で確認できる せる { IO = { IF = 1 Or q 0 Or < q (D.3.15) 1 Fr q 0 Fr < q (D.3.16) この 値化した変量を用いた検証は空間的な位置ずれ を許容せず 検証格子のスケールでの適合を厳密に検 証することを意味する 次に この IO と IF に空間スケールを考慮し 分布 の適合の判定に曖昧さを追加するため 分数化を行う 具体的には 検証対象格子を中心とする 1 辺 格子の 正方形領域を考え この正方形領域に含まれる 値化 した格子情報を次式に従って領域平均する O()i,j = 1 1 IO [i + k 1, k=1 l=1 1 ] K()k,l 1 1 IF [i + k 1, = j+l 1 F ()i,j k=1 l=1 j+l 1 1 ] K()k,l (D.3.17) ここで O() と F () は分数化した観測と予報 添字の i, j は格子番号である また K() はカーネル関数で 一般的にはガウシアンカーネルなどが考えられるが ここでは格子内平均を取り扱うためカーネル関数は一 様とする 分数化した変量 O() と F () によって二乗平均誤差 (MSE) が次式によって計算される MSE() y x 1 = [O()i,j F ()i,j ] (D.3.18) x y j=1 ここで x と y は検証領域の x 方向の格子数と y 方 向の格子数である ここでは 簡単のため検証領域は 矩形領域であると仮定している FSS は分数化された観測 O() と予報 F () によって 記述される MSE のスキルスコアであるため 予報ス キルを評価するための相対的な基準となる参照値が必 要である FSS の参照値は O() と F () を用いて次 図 D.3.1 Roebber ダイアグラムの模式図 横軸は 1-空振り 率 縦軸は捕捉率 青の破線はバイアススコアの 赤の実 線はスレットスコアの各等値線 156
5 MSE ()ref = 1 x y y x [O () i,j + F () i,j ] j=1 (D.3.19) MSE ()ref MSE MSE FSS MSE () MSE ()ref MSE ()perfect (= 0) FSS () = MSE () MSE ()ref MSE ()perfect MSE ()ref = 1 MSE () MSE ()ref (D.3.0) FSS D.4 D.4.1 (BS: Brier Score) BS 1 (p i a i ) (0 BS 1) (D.4.1) p i 0 1a i 1 0 BS p i = P c BS c BS c P c (1 P c ) (D.4.) BS c P c P c (Staski et al. 1989) D.4. (BSS: Brier Skill Score) BS BS c BSS BS c BS BS c (BSS 1) (D.4.3) 1 0 D.4.3 Murphy Murphy (1973) (Reliability) (Resolutio) (Ucertaity) 3 Murphy 00 L l l ( = L l=1 l) M l (M = L l=1 M l) l p l Murphy BS = + L ( = p l M ) l l l l=1 L ( M = M ) l l l l=1 = M ( 1 M ) (D.4.4) (D.4.5) (D.4.6) (D.4.7) (p l ) (M l / l ) 0 (M l / l ) (P c = M/) P c = =BS c BSS = (D.4.8) 157
6 D.4.4 Reliability Diagram, Attributes Diagram P fcst P obs D.4.1 Wilks 011 (Reliability curve) Murphy D.4.3 P fcst P obs =P fcst P fcst =P c P fcst o-skill lie P obs = (P fcst + P c ) / 0 o-skill lie P fcst = P c > D.4.1 D (P fcst, P obs ) = (P c, P c ) (P fcst, P obs ) = (P c, P c ) D.4.5 ROC ROC ROC F r H r ROC ROC curve: Relative Operatig Characteristic curve D H r > F r ROC ROC D.4. ROCA: ROC Area ROC ROC (ROCASS: ROC Area Skill Score) (H r = F r ) ROC ROCASS (ROCA 0.5) ( 1 ROCASS 1) (D.4.9) 1 [0, 1] P fcst =P c P obs P obs =P fcst o skill Reliability 0.4 P obs =(P fcst +P c )/ 0.3 Resolutio 0. P obs =P c Hr ROC curve higher Threshold lower Threshold ROC area Hr = Fr P fcst 0.1 D.4.1 P obs = P c (Reliability) (Resolutio) D.4. ROC F r H r ROC Fr 158
7 D.4.6 CRPS CRPS (Cotiuous Raked Probability Score) 1 x CRPS CRPS = 1 [P i (x) A i (x)] dx (0 CRPS) (D.4.10) Staski, H. R., L. J. Wilso, ad W. R. Burrows, 1989: Survey of commo verificatio methods i meteorology. Research Rep., 89-5, Forecast Research Divisio, Atmospheric Evirmet Service, Eviromet Caada, 114 pp. Wilks, D. S., 011: Statistical Methods i the Atmospheric Scieces, Iteratioal Geophysics, Vol Academic Press, pp. P i A i P i (x) = x ρ i (x ) dx A i (x) = H (x a i ) (D.4.11) (D.4.1) ρ i a i H(x) 0 x < 0 H(x) = (D.4.13) 1 x 0 CRPS 0 0 x x t BS(t) CRPS = BS(t)dt (D.4.14), 010:.,, ,,, 013:. 59,, 6 15., 005:. 17,, , 00:., 01, Murphy, A. H., 1973: A ew vector partitio of the probability score. J. Appl. Meteor., 1, Roberts,. M. ad H. W. Lea, 008: Scale-Selective Verificatio of Raifall Accumulatios from High- Resolutio Forecasts of Covective Evets. Mo. Wea. Rev., 136, Roebber, P. J., 009: Visualizig Multiple Measures of Forecast Quality. Wea. Forecastig, 4, Schaefer, J. T., 1990: The critical success idex as a idicator of warig skill. Wea. Forecastig, 5,
( Xi X )( A i A ) ACC ( Xi X ) 2 ( Ai A ) 2 X i = x i c i, A i = a i c i, X = 1 A = 1 ( 1 ACC 1) (D.2.6) X i A i (D.2.7) (D.2.8) x i a i c i D.2
D D.1 D.1.1 (JST: Japan Standard Time) (UTC: Coordinated Universal Time) UTC JST UTC 9 D.1.2 xx yy TxxLyy 1 (2005) TLxxLyy 2 30 TL959 20 km TL479 40 km TL319 55 km TL159 110 km D.1.3 (FT: Forecast Time
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II waki@cc.hirosaki-u.ac.jp 18 1 30 II Time-stamp: ii 1 1 1.1.................................................. 1 1.2................................................... 3 1.3..................................................
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1D000425-2 1 2 3 5 5 5 5 6 6 7 7 8 10 10 10 10 11 11 12 12 13 16 16 16 16 17 19 21 21 22 5 3 29 29 29 30 31 31 32 35 35 35 36 41 41 41 46 48 48 48 52 57 4 700 13 1988 4 5 4 5 21 1 1 3 4 5 6 21 10 1888
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27 6 2 1 2 2 5 3 8 4 13 5 16 6 19 7 23 8 27 N Z = {, ±1, ±2,... }, R =, R + = [, + ), R = [, ], C =. a b = max{a, b}, a b = mi{a, b}, a a, a a. f : X R [a < f < b] = {x X; a < f(x) < b}. X [f] = [f ],
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