2010年龙泉、庆元暴雨特点对比及可预报性分析

邓霞君，孙 青，王益琴，胡淳焓，周国华

(1.南京大学大气科学学院，江苏 南京 210008;2.浙江省丽水市气象局，浙江 丽水 323000;3.山东省气象局科技与预报处，山东 济南 250031)

2010年龙泉、庆元暴雨特点对比及可预报性分析

邓霞君1，2，孙 青1，3，王益琴2，胡淳焓1，2，周国华2

(1.南京大学大气科学学院，江苏 南京 210008;2.浙江省丽水市气象局，浙江 丽水 323000;3.山东省气象局科技与预报处，山东 济南 250031)

龙泉、庆元是浙江省最西南部两毗邻县(市)，虽仅一山之隔，降水却存在较大的时间差，尤其暴雨，总存在6～12 h的差异，是气象预报与预警工作之难点。该文通过对2010年1—7月两地汛期暴雨的分析，表明两地出现暴雨的条件存在明显差异：主要表现在暴雨主导风向、物理量指示性、数值预报的可参考性、两地特殊地形的影响等方面，通过对这些特点的分析，得到一些对日常的预报工作有一定参考价值的指标。

龙泉;庆元;暴雨;T639;物理量诊断

1 引言

暴雨是指一定时间内降水量达到某一强度，且可能造成某种后果的灾害性天气过程，各地由于年降水量的差异，对暴雨的定义也有所不同。江南、华南地区一般以24 h雨量≥50 mm或12 h雨量≥30 mm作为暴雨的标准［1］。

暴雨历来是日常天气预报工作中最重视的预报因子之一，尤其是华南前汛期、梅汛期等连续性暴雨，极易导致区域性的滑坡、泥石流、暴洪等，造成重大灾害。关于梅汛期和华南前汛期暴雨，都有诸多深入研究，并有很好的研究成果［2，6，7］。对暴雨产生的机理、动力、热力、影响天气系统等方面［1，4，5，6，7］，也都有不同侧重的深入研究，同时随着城市化的推进，对暴雨的定义和标准，也有相关的讨论［3］。但这些研究和分析都是在较大范围内开展的，注重天气系统的研究，对几公里或几十公里范围的局地性特征则关注较少。

丽水市地处浙西南山区，属于江南梅雨带的南部边缘和华南前汛期雨带的北部边缘，先后受两大雨带的影响，但又都不典型［2］。近年来，随着自动气象站的广泛布设，对暴雨，尤其是局地短时强降水的监测能力得到明显的提高和加强，但是在预报能力方面，并未同步明显提高。丽水地处浙西南，是南岭山脉的余脉，九山半水半分田，地形尤为复杂，天气的局地性特别强［8］。

龙泉、庆元同属丽水市并且位于丽水南部，其中龙泉是浙江省的24 h暴雨中心(08时—次日08时)，由于两地均属山区，溪短流急，短时强降水极易引发局地山洪及塌方、滑坡等气象次生灾害，因此对短时暴雨的准确预报是防灾减灾的重要有效手段。以往，由于雷达、自动站、云图、地理信息等高精度的空间、时间不间断的客观观测数据缺少的限制，关于这两地暴雨的差异性特征的研究极少，仅有少数从水文特性［9］等方面粗略论述，对预报和预警的作用很小［1］。因此，在观测和预报数据增加、精度提高的保障下，对两地暴雨的局地性特征深入分析，对提高暴雨的预报能力有所帮助。

2 2010年龙泉、庆元暴雨概况

从暴雨的预报能力分析，龙泉历来好于庆元，2010年尤其明显。两地相距不足50 km，但暴雨往往存在6～12 h的时差，这给日常的预报和服务工作造成很大的困扰，尤其是近年来随着预报技术和社会经济的发展，社会对强天气预报预警的需求更趋向于时间和空间的双重精细化，因此，研究这两地预报的差异性和特殊性，对未来两地暴雨的预报具有非常重要的意义。

根据目前的预报评价标准，以08—20时作为白天预报时段，20—次日08时作为夜间预报时段，每时段雨量≥30 mm记为一个暴雨，据1971—2009年的历史资料分析，龙泉本站暴雨次数达9.9次/a，庆元10.1次/a。而2010年仅1—7月，龙泉市本站暴雨已达20次，庆元18次，已超常年1倍(如表1)。据自动气象站观测资料，2010-01—07，龙泉市暴雨达57个时段(据31站观测数据，同一时段多站暴雨，记为一个时段，下同)，庆元县达46个(据20站观测);暴雨引起的洪涝灾害和塌方事故也明显多于往年，在两地造成不同程度的人员伤亡和财产损失。

虽然两地在暴雨的数量增长上保持一致性，但在出现时间上始终存在一定的差异，龙泉的暴雨随天气系统的过程变化更具有系统性，与丽水市其它7县(区)的暴雨在时间上保持较高的一致性且高于其他县(区);而庆元的暴雨则多出现于系统性暴雨过程开始之前或过程趋于结束之时，相对于龙泉暴雨而言，往往提前或滞后一个时段(约6～12 h)。这一明显的时间差异给预报人员带来较大的困扰，也给抗洪抢险救灾工作造成一定的干扰。

表1 2010年1—7月龙泉、庆元本站降雨情况 (单位：mm)

3 诊断分析

3.1 天气形势分析

对2010年1—7月的暴雨天气，利用新一代卫星通信气象数据广播系统(DVBS)下发的资料，通过Micaps3.1系统，对实际暴雨出现前最邻近时段的500 hPa、700 hPa、850 hPa和地面实况进行分析;利用中国T639数值模式产品中所提供的预报初始场格点数据，对两地暴雨前的风向风速、温度等进行量化分析。

根据分析，两地暴雨的天气形势大致分为3类。①汛期前冷空气导致暴雨：在冷空气影响之前经历1～2d甚至更长时间强回暖，西南暖湿气流异常强盛，尔后有中等或中等以上强度的冷空气快速南下影响，导致1～2个时段的较短暴雨天气过程。②汛期典型暴雨：该类暴雨天气过程持续时间较长，可达3个或以上时段，也是引起灾害最为严重的一类。主要天气形势表现为中低层切变维持，在切变上常有低涡发展东移，有不强的冷空气通过高空冷槽或地面影响，使切变系统南北摆动维持。③进入7月以后，热力和水汽条件长期具备，弱天气系统扰动导致高不稳定条件下的山区局地暴雨。较常见的是在500 hPa小槽偏北滑过时导致个别乡镇暴雨而其它地方却是晴热天气，该类暴雨需更多地从物理量和局地地形等影响因子上加以考虑。

虽然两地暴雨总数相当，但时段差异明显，尤其上述第②类暴雨天气(如表1)。根据上述的天气类型和实际天气形势，将两地暴雨时段归纳为龙泉15个和庆元12个暴雨天气过程。利用T639的初始场数据定量分析，重点分析其暴雨天气环流形势及其演变、高(500 hPa，下同)、低(850 hPa，下同)空急流、高空风向、低空风向、水汽源地(孟加拉湾、东海、南海)等，总结其特点，发现两地暴雨在影响天气系统上的异同和物理量指示性、数值预报的可参考性。

3.1.1 龙泉、庆元暴雨天气形势共同特征 通过分析，两地暴雨时天气形势的共同特点可概括为：①高层绝大多数在西南暖湿气流的控制下，或南支槽前，风速没有明显的特点，1—3月高层风速较大，4月以后风速逐渐降低，这是季节性变化的表现，与暴雨关系不大。②天气系统主要有冷空气、地面低压倒槽配合中低层切变或低涡、副热带高压边缘配合高空浅槽扰动等。③地面倒槽引发的暴雨：当倒槽位于江西北部的鄱阳湖一带时，两地暴雨概率最高，逐渐东移靠近则降水将趋于减弱。

3.1.2 龙泉、庆元暴雨天气形势差异性 两地暴雨时的天气形势差异主要表现为：①急流：庆元暴雨时低层(850 hPa)急流不明显，但常在江西中北部—浙西有低层风速辐合。低空急流对龙泉暴雨则非常有利。②低层(850 hPa)风向风速：龙泉暴雨时风向在0～340°之间，平均 211°(SSW 风)，57个暴雨时段中，71%属于SW风，另各有约8%分别为NE风、SE风和WNW风。庆元46个暴雨时段中，其风向在10～300°之间，平均227°(SW 风)，61%为 SW风，各有17%的SE风和WNW风。虽然两者出现暴雨最多都为SW风，但庆元暴雨则更多地集中于SSW 风(180～225°)，超过225°，即使暴雨天气系统明显，也较难产生暴雨，而W风或WSW风则是龙泉暴雨的最好条件;另外，SE风也是导致庆元东部局地暴雨的较好条件，这一现象在龙泉并不明显。总的来说，偏西风是庆元暴雨的不利条件。从风速看，龙泉暴雨时段的平均风速为8.0 m/s，非暴雨时段平均为5.6 m/s;庆元暴雨时平均风速达8.6 m/s，非暴雨时为6.7 m/s，均存在明显差异。③天气系统：影响丽水的典型暴雨天气系统主要有底层切变和低涡过程、冷空气过程、地面倒槽低涡过程、来自孟加拉湾的南支槽过程等，庆元暴雨往往出现在经典暴雨天气形势开始之前或趋于结束之时，龙泉则较符合经典暴雨形势，也因此龙泉的暴雨天气相比庆元具有较好的可预报性。

3.2 各数值模式的预报能力对比分析

3.2.1 降水整体预报能力 根据2010年1—7月各模式的降水预报与实况对比，分别分析各模式预报与实况的相关系数作为可信度标准，发现各模式的整体降水(含一般降水和暴雨)预报可信度(与实况的相关系数)存在明显差异(如表2)。就各模式间同时段横向对比来看，日本、德国和中国T639对降水都具有较好的诠释能力，预报产品的可信度较高。除MM5 0～12 h的预报还具有一定的参考价值外，MM5和GRAPES模式产品各时段的预报可信度普遍较低，可以认为没有参考价值。较好的3家模式产品降水整体预报能力相对平衡，但各模式对龙泉站整体降水的预报能力比庆元站普遍高10%～20%，这也间接证明山区降水的突发性和局地性导致可预报性下降的特点。

表2 各模式0—12h和12—24 h整体降水预报可信度

3.2.2 明显降水(＞5 mm)预报能力 为突出明显降水的预报能力，剔除晴好、弱降水天气的干扰，将各模式预报降水的平均≥5mm或实况(含乡镇自动气象站)出现一站或以上暴雨的个例定义为明显降水，对该类个例进一步分析(如表3)。各模式的预报能力趋势不变：可信度较高的仍然是日本、德国和中国T639模式的降水预报产品，但可信度明显要低于表2所分析的整体降水的预报能力。对比表2和表3可见，其预报能力普遍降低到整体降水预报能力的一半左右，并且仍然表现为龙泉的可预报性明显高于庆元。

表3 各模式0-12h和12-24 h明显降水(＞5 mm)预报可信度

3.2.3 剔除模式内相关干扰后的回归分析 以上两类情况下，日本、德国、中国T639、MM5之间的相关性都比较高，即其对天气形势的预报有较高的一致性和稳定性。为剔除模式间共同特征的重复表述，对上述两类降水预报分别作分时段、站点、因子进入式的多元线性回归分析(回归方程略)。从得到的8个回归结果中分析发现，日本模式预报产品的相关系数最高，介于0.7～1.2之间，并且在各方程中差异较小，表明其稳定性较好;同时有大于1的系数，表示日本模式对大降水的预报有保守趋势，对极端强降水的指示能力偏弱，但稳定性较高，空漏报率低。德国预报的系数在-0.6～0.6，变幅较大，预报稳定性差，对大降水的预报明显偏大，但对于暴雨的指示能力仍然较好。中国T639预报产品的系数在0.3～0.5之间，表现稳定，预报能力和日本、德国模式产品基本持平，但和德国模式产品一样，对大降水预报的稳定性较差，空漏报率都较高。

从以上分析可知总体上暴雨的预报准确率要低于一般降水的预报能力，但数值模式预报产品对龙泉、庆元的暴雨预报都具有一定的指示能力;其次是龙泉的暴雨较为系统性，可预报性明显高于庆元。

3.3 物理量诊断分析

利用DVBS系统下发的实况物理量场资料和中国T639模式的预报初始场资料，分析2010年1—7月各时段起始时刻(08、20时)的K指数、垂直上升速度(Ω)、假相当位温(θse)、水汽通量散度(Q_div)在暴雨和非暴雨时段的特点。发现θse对两地暴雨的指示能力较差，其它3个物理量都对两地暴雨具有一定的指示能力。

3.3.1 K指数分析 K指数存在明显的季节变化，不能直接分析与暴雨之间的关系，因此引入过去10 d K指数平均作为参照，与当前时次的K指数对比。通过对比分析发现，当K指数大于过去10 d平均且高于30℃时，出现暴雨的概率明显增高，1—7月共424个时段，龙泉、庆元分别只有161、152个时段满足上述条件，占1/3，但包含70%以上的暴雨时段，虽然空警率偏高，但漏报率非常低，可作为暴雨的一个必要条件：当这一条件不满足时，可以认为出现暴雨的概率很低。分析也发现，漏报主要集中于6月下旬之后，盛夏季节由于热力条件的普遍好转，K指数普遍高于30℃，热力条件实际满足易出现局地暴雨，但受高于过去10 d平均这一条件的限制而漏报。

对比两地暴雨时的K指数，发现龙泉的57个暴雨时段中，有16个(近30%)不满足这一条件，结合天气形势分析，发现只要天气形势上满足，K指数低于上述标准时龙泉也可以出现暴雨甚至区域性暴雨，而庆元的47个暴雨时段中，只有9个(18%)不满足这一条件，说明庆元暴雨对热力条件的要求较龙泉更高。

3.3.2 垂直上升速度 对两站2010年1—7月1 000～200 hPa的垂直速度分析发现，就平均而言，可得如图1所示的结论：两站暴雨时段的垂直上升速度都明显高于1—7月的非暴雨时段平均值。1—7月非暴雨时段上升运动在400 hPa层附近达最大，平均不超过-5×10-5m/s;暴雨时段明显偏高，且从850 hPa层开始就有明显的上升运动，在700～400 hPa层最明显，上升运动最剧烈的层次由400 hPa下移到500 hPa左右，其值超过-20×10-5m/s。

对比两地暴雨时段的上升运动，其不同之处是：本站有暴雨时，上升运动最强层，龙泉的上升值达-54.6×10-5m/s，庆元仅为 -22.6×10-5m/s;龙泉本站暴雨时的上升运动比自动站点出现暴雨时明显要高，二者最大上升速度差达15～20×10-5m/s，庆元则没有明显差异。

图1 2010年1—7月非暴雨、自动站暴雨、本站暴雨时Ω平均值(左：龙泉，右：庆元，单位：10-5m/s)

据上述分析，就上升运动对暴雨的影响可总结为：①500 hPa或600 hPa，上升速度庆元＜-10×10-5m/s，龙泉 ＜ -15 ×10-5m/s，有利于 20 mm 以上的明显降水出现，且包含大部分暴雨记录。②暴雨时700～850 hPa极少表现为明显的下沉气流区，一般为上升区或微弱的下沉区，对速度大小的要求不明显。③在500 hPa以上层，一般上升速度渐趋减弱，但如有较为明显的上升，则更有利于暴雨。满足以上条件，则说明在上升凝结方面的条件对暴雨的出现已经非常有利。

3.3.3 水汽通量散度(Q_div) 对水汽通量散度的分析发现暴雨时段与非暴雨时段的水汽通量散度场存在明显的差异(如表4)，暴雨时低层850 hPa水汽辐合明显，700 hPa也要明显大于非暴雨时平均值，高层差异不大。但逐一分析每个暴雨时段发现，所分析的3层中，任意一层满足Q_div＜-10 g/(s·cm2·hPa)的条件，都有利暴雨出现。龙泉、庆元分别有71%和80%的暴雨满足这一条件，但非暴雨时段仍有35%能满足这一条件，也存在空报率较高的问题。通过单纯的辐合分析发现，Q_div可作为暴雨的必要条件：当3层都不存在辐合时，可以认定没有暴雨。

表4 各时段各层水汽通量散度的平均值［单位：g/(s·cm2·hPa)］

3.4 地形的特殊作用

地形历来都是暴雨不可忽视的重要因子。龙泉、庆元的地形有同有异：龙泉是典型的东北—西南走向峡谷盆地，西北部、东南部均为超过1 000 m的较高山区，中部狭窄的盆地区海拔不足200 m，且开口呈西南大东北小，是典型的喇叭口形(如图2)。庆元中部也是小盆地，并呈东北—西南走向，但盆地较小，其正西部的屏都、隆宫为高山，最高点百丈林场超过1 000 m，对喇叭口形成实质的阻挡，呈“塞子”作用，这一地形有效阻挡了低层850 hPa 225～270°的WSW风所能带来的水汽，导致庆元在即使有较为明显的降水系统的影响时，往往也难以在SW或W风提供水汽来源时出现暴雨。这也从另一方面验证3.1中所分析的特殊风向因素。因此，在分析有暴雨系统时，综合低层水汽供应来源，可以排除一部分庆元的暴雨空报问题，当水汽源于SSW风时，则可以倾向于考虑降水偏大或暴雨。

图2 龙泉喇叭口地形与庆元中西部“塞子”地形(北：龙泉，南：庆元，中间实线为分界线)

4 小结

①在典型的暴雨天气形势下，龙泉、庆元两地都有可能出现暴雨，其中庆元对天气形势的要求更高，在某些特殊的形势下，又比龙泉更容易出现暴雨，尤其对850 hPa西南偏南风(水汽供应源自南海)尤为敏感。

②从各数值模式对两地暴雨的预报指示能力来看，日本模式、德国模式、中国T639模式都对暴雨有比较稳定可靠的预报指示能力，龙泉的暴雨可预报性明显高于庆元，庆元的暴雨可预报性仅在20%左右，龙泉可达30% ～50%。

③通过对物理量的诊断分析发现，K指数高于过去10 d平均且值大于30℃，有利于暴雨。垂直速度Ω在500或600 hPa出现庆元＜-10×10-5m/s，龙泉＜-15×10-5m/s，有利暴雨。庆元71%、龙泉80%的暴雨都伴随有明显的水汽辐合，这一辐合在850 hPa表现最为明显。

④特殊地形是造就两地暴雨差异的重要原因。龙泉是典型的西南向喇叭口地形，对西风暴雨系统有明显的辐合和加强作用，只要天气形势具备、水汽充沛，极易出现暴雨。庆元的喇叭口地形较小，且喇叭口西端存在屏都、隆宫等小型千米高地，形成”塞子”，对225～270°WSW风的暴雨系统的水汽源形成阻挡作用，在大形势和水汽都满足的条件下，庆元出现暴雨的概率明显偏低，但是对于水汽供应源于南海的较明显的西南偏南风，则能明显避开“塞子”，在天气形势环流不足以出现暴雨的一般性降水天气形势下，也能形成暴雨。

［1］ 赵思雄.中尺度动力学与暴雨等灾害性天气预测理论的研究［J］. 大气科学，1998，22(4)：503-510.

［2］ 俞燎霓，胡波，曹美兰.浙江梅雨气候特征及其梅汛期暴雨的形势分析［J］.科技通报，2010，26(3)：782-786.

［3］ 金光炎.暴雨强度公式的参数多解问题［J］.水资源研究，2010，31(2)：27-30.

［4］ 吴启树，郑颖青，林金凎.一次暴雨过程的动力诊断［J］.气象科技，2010，38(1)：21-25.

［5］ 贺哲，沈桐立.一次梅雨锋暴雨过程的模拟诊断分析［J］.南京气象学院学报，2004，27(4)：487-494.

［6］ 王立静，刘学华，邱小伟.前汛期两次暴雨过程对比分析研究［J］. 科技通报，2010，26(4)：506-513.

［7］ 张建海，沈锦栋，江丽俐.2008年浙江梅汛期暴雨的大尺度环流特征及其梅雨锋结构分析［J］.高原气象，2009，28(5)：1075-1084.

［8］ 吴昊旻，姜燕敏，茅军念.丽水汛期降水多时间尺度演变特征［J］. 暴雨灾害，2010，29(2)：176-180.

［9］ 王云辉，曾国熙，张正康.浙江省水文特性分析［J］.水文，2009，29(4)：79-81.

P458

B

1003-6598(2011)05-0005-05

2011-07-01

邓霞君(1981-)，女，工程师，主要从事短期、短时、临近天气预报工作。