铜仁2013年4月15日暴雨空报原因及诊断分析

杨 群

(贵州省铜仁市气象台，贵州 铜仁 554300)

1 引言

进入汛期，暴雨是常见的灾害性天气之一，暴雨的发生具有局地性、突发性和活动规律多变等特点，对于暴雨的特点和形成原因，各地都有不同程度的研究结果。刘运成［1］在研究青藏高原东侧一次连续大暴雨过程湿Q矢量分析中得出，暴雨出现在湿Q矢量散度负值中心激发的非地转上升气流区附近;段海霞等［2］在研究川渝地区暴雨中，指出高低层强辐散、辐合及强上升运动为对流系统的发生发展提供有利的动力背景，水汽通量的强辐合及对流不稳定条件则提供了有利的热力背景;毛冬艳等［3］对贵州南部出现的一次暴雨进行了中尺度分析，结果表明，水汽和能量的聚集为强降水的发生提供了有利的条件，地面中尺度低压和辐合线触发了对流的发展和暴雨的产生。

虽然在暴雨的发生发展及其机理方面有了一定的研究成果，但对于某一地区暴雨落区的准确预报仍是一个非常困难的问题，在预报中总会出现暴雨的空、漏报现象。为此也有不少工作者对其原因，从多方面进行了分析研究［4－9］，总结出一些预报失误原因和经验。施望芝等［5］在研究强降水落区预报时，指出单站上空要有强烈的垂直上升运动，才有利强降水发生;否则即使强降水云团经过某站点上空 ，没有上升运动相配合 ，强降水也不会发生。汪丽新［5］在研究本地局地大暴雨漏报原因中提出，预报中过于依赖数值预报产品，也是出现暴雨空漏报的一大原因，需增强主观判断能力，认真修正数值预报产品。

2013年4月15日夜间到16日白天铜仁地区暴雨预报出现了空报现象，本文在参考已有的经验结论的基础上，结合本地实际情况，利用NCEP的1.0×1.0再分析资料，对此次暴雨空报过程，从环流形势及物理要素进行诊断分析，探讨其原因。为日后暴雨的落区、落点预报提供启示和参考。

2 降水预报与实况

2013年4月15日16时预报15日20时—16日20时，受高空槽、中低层切变的共同影响，铜仁市自西北向东南先后出现中等强度阵雨或雷阵雨天气，雨量一般中雨，中北部大雨，局地暴雨，同时还伴有雷暴发生。但实况只在铜仁市西北部及北部出现了小到中雨，最大为德江泉口乡16.5 mm;同时在北部沿河区域内出现了雷电。图1是降雨预报与实况对比图。

图1 2013年4月15日20时—16日20时铜仁市雨量预报(a)与实况图(b)(单位:mm)

3 强降水预报思路分析

3.1 实况天气形势分析

根据4月15日08时500 hPa、700 hPa和850 hPa、地面图(图略)实况图分析，在贵州东部高层有冷槽，高原南侧有南支波动槽东移;中层700 hPa贵州大部分地区为温度脊控制，四川东部有一切变形成，并在贵州西部有14～20 m/s的急流建立;低层850 hPa川东南有低涡弱切变线，四川东部重庆、湖北、贵州为暖温度中心控制;地面图上高原至高原东部有弱冷空气影响，未来将可能影响贵州中西部地区。由此在贵州东部，形成中低层暖、高层冷的形势，有利于对流天气出现。且考虑未来高原南支槽东移，中低层高原东部冷中心东移，700 hPa急流继续北抬东移，将有利于冷暖空气及水汽在贵州东北部交汇，形成明显降水天气过程。

3.2 比湿(Q)场的分析

Q值越大越有利于强降水天气的发生，一般铜仁区域出现暴雨时850 hPa的Q值大多在8～12 g/kg之间或以上，700 hPa在 8 g/kg以上［11］。从 15日08时Q场(图略)来看，与14日08时相比，700 hPa随着贵州西部西南急流的建立，贵阳15日08时的Q值从14日08时的1 g/kg增加到5 g/kg，850 hPa也同样有Q值从14日08时的6 g/kg增加到8 g/kg，空气逐渐趋近饱和。挨近铜仁的怀化站850 hPa的Q值也从14日08时的5 g/kg增加到6 g/kg，铜仁东西两站都表示较13日利于降水出现。

3.3 数值预报形势场分析

参考4月14日20时、15日08时欧洲数值预报资料，预报未来24 h的天气形势(图2)。15日20时—16日08时500 hPa高原南支槽东移且有所加深，贵州为西偏南风控制;700 hPa上15日20时在云南—广西—贵州—湖南西部有大于12 m/s的急流区建立，铜仁位于急流区内，切变线位于四川东部，铜仁区域的相对湿度达到100%，到16日08时急流区南压，切变线也随之南压至贵州西北部;在850 hPa上15日20时同样有从广西到贵州东南部的风速大于12 m/s的急流建立，切变线则位于贵州北部一带，而到16日08时风速再次加强北抬，切变线南压到铜仁的中部一线，相对湿度快速增大到100%，铜仁大部位于急流左侧，切变线东侧。综合高低层天气形势的演变来看，铜仁地区利于强降水天气出现，但预报与实况相差较大。

图2 2013年4月14日20时预报15日20时700 hPa、850 hPa环流形势，4月15日08时预报16日08时700 hPa、850 hPa环流形势图(阴影区为相对湿度，单位:%)

3.4 垂直上升运动条件分析

在天气形势和水汽条件具备的情况下，强烈的垂直上升运动条件是水汽凝结成云，致使某地暴雨出现的重要条件。从 T639模式700 hPa垂直速度场来看(图3)，2013年4月15日20时，在贵州北部出现了小于－12 pa·s－1的上升运动区，利于贵州北部上空出现水汽的凝结;4月16日02时，垂直速度中心东移，在贵州东北部(铜仁区域)和重庆南部形成一中心值为－84 pa·s－1的大值区，上升运动非常强;到16日08时，垂直运动中心东移南压，其垂直运动负值区，仍然控制铜仁中东部地区。所以考虑在铜仁北部有暴雨天气出现。

图3 2013年4月15日20时—16日08时T639垂直速度预报(单位:pa/s)

3.5 降水预报产品分析

图4给出了各类降水预报产品预报24 h内降水分布情况:贵州省气象台预报铜仁雨量一般大雨，中北部暴雨;WRF模式预报铜仁雨量大部中到大雨，中部偏北有大于32 mm的降水;T639预报铜仁北部有5～15 mm降水;日本预报铜仁小到中雨(6～14 mm)。几种降水产品预报铜仁北部降水明显，南部较弱。

图4 2013年4月15日20时—16日20时雨量落区预报

4 暴雨空报诊断分析

4.1 环流形势诊断分析

15日20时500hPa高度场(图5a)，实况(虚线)显示高原南支槽的位置比EC(欧洲)数值预报场(实线)偏西，贵州处于槽前的偏西气流中，不利于水汽向贵州输送;850 hPa(图5b)形势与EC数值预报基本一致，铜仁区域(方框内)的EC预报的相对湿度小于80%，实况则小于50%，铜仁区域上空非常干，无有利于降雨天气出现的水汽条件;在700 hPa(图5c)实况的切变线明显比EC预报偏北，且相对湿度在铜仁区域(方框内)实况小于60%，而EC预报则大于90%。总的从高层到低层，实况形势场比EC预报偏西，对贵州影响较小，相对湿度干，铜仁上空水汽少，不利于暴雨天气出现。由此可见EC预报明显比实况偏强，预报中是过于依赖数值预报这也是导致出现空报的重要原因。

4.2 水汽条件诊断分析

4.2.1 相对湿度场分析 分析了铜仁上空700 hPa和850 hPa的相对湿度场(图略)，发现低层850 hPa上15日20时、16日02时相对湿度都在70%以下，湿度条件非常不利于强降水的出现;中层700 hPa除15日20时在铜仁西北部沿河一带有大于90%的相对湿度外，其余时间相对湿度均小于80%。

同时分析了铜仁区域(27～29°N，107～109.5°E)相对湿度的时间—空间剖面图(图略)，发现此次过程中，只有在600 hPa以下出现了大于等于80%的相对湿度，湿层薄且相对湿度的值小，则这浅薄的低相对湿度不利于铜仁暴雨天气出现。

图5 2013年4月15日20时500hPa高度场实况(实线)和 EC预报(虚线)对比;700hPa、850hPa风场实况(粗实线)和EC预报(细实线)、相对湿度实况(实线)和EC预报(填色≥80%)对比

4.2.2 水汽通量和水汽通量散度场分析 暴雨的产生除了当地要有相当高的饱和湿度外，常常需要有大量的水汽源源不断输送，并在本地上空形成水汽的辐合。图6显示，15日20时850 hPa在广西至贵州中东部有一中心为14 g/(s·hPa·cm)水汽通量高值区建立，这说明自广西到贵州一带建立起一条水汽输送带，使得南部水汽得以向北输送到贵州中东部，这条水汽输送带随着时间推移逐渐南压，且中心值逐渐增强;到16日02时中心强度由14 g/(s·hPa·cm)增强到 22 g/(s·hPa·cm)，水汽向北的输送增强;到16日08时后东移南移出铜仁地区。

图6 4月15日20时(a)、16日02时(b)、16日08时(c)850 hPa水汽通量场图(单位:g/(s·hPa·cm))

水汽通量的数值和方向只能表示水汽的来源，要产生暴雨本地上空还必须有水汽的累积，因此分析了表示水汽输送集中程度的物理量—水汽通量散度，图7为沿28°N作的水汽通量散度场，发现15日20时铜仁上空低层在900 hPa高度层上的辐合非常弱，西部为20～40×10－6g/(hPa·cm2·s)之间，东部只有 10 ×10－6g/(hPa·cm2·s)，高层 700～600 hPa之间有一辐散中心，西部为40×10－6g/(hPa·cm2·s)，东部为 10 ×10－6g/(hPa·cm2·s)，这种高低层水汽辐散、辐合相当的形势，不利于大量水汽在本区域的辐合。到16日02时西部形成了低层辐合大于高层辐散值，东部低层则出现了辐散值，此时段西部有降水出现，东部无降水。16日08时铜仁西部高层辐散和低层辐合都明显减弱，东部低层辐散增大。由此可见在铜仁区域有低层水汽通道的建立，但是在本地上空的水汽辐合非常弱，不利于暴雨天气出现。

图7 4月15日20时(a)、16日02(b)、16日08时(c)沿28°N的水汽通量散度垂直分布图(单位:10－6g/(hPa·cm2·s))

4.3 垂直速度场分析

除了源源不断的水汽输送外，也需要强烈的动力抬升条件，才能使水汽抬升凝结成云降雨，因此强的上升运动也是造成暴雨的另一个重要条件。分析铜仁区域(27～29°N，107 ～109.5°E)上空平均的垂直上升运动时间—空间剖面图(图8)，在15日12时，从低层往高层有一负值垂直速度区，最强的在850 hPa为－60×10－2pa/s，表明在此时段铜仁区域上空整层为上升气流区，有动力不稳定条件产生，所以降水天气有可能发生。经验表明，即使有强的上升运动在铜仁上空，但水汽不足时，不利于水汽抬升形成强降水天气。在15日20时后整层垂直上升速度逐渐减弱，特别是16日02时后，垂直上升运动迅速减小。强的上升运动持续时间非常短，这也是没有出现暴雨的一个条件。

图8 2013年4月15日08时—16日14时垂直速度时间—空间剖面图(单位:10－2 pa/s)

3.4 不稳定能量条件分析

强的垂直上升运动，只有在不稳定能量建立释放时才能形成。若以(即△θ=θ －θ)表sese500se850示大气对流稳定度，当△θse＞0时为稳定层结，△θse＜0时为不稳定层结。从不同时刻△θse的变化可知(图9)，15日20时△θse＜0的不稳定区位于贵州中西部大部地区，铜仁中西部位于－6℃的弱对流不稳定区域内。到16日02时不稳定区快速南压，影响贵州南部区域，铜仁大部转为△θse＞0的对流稳定区控制，16日08时稳定中心区域再次南压扩大，铜仁的稳定中心由0℃增加到2℃，大气层结进一步趋于稳定，不利于对流天气发展。

图9 4月15日20时(a)、16日02时(b)、16日08时(c)△θse场分布图

5 小结

上述分析得出，此次天气过程虽从大的环流形势上有利于降水出现的条件，但是单要素分析，特别是水汽条件如比湿、相对湿度的分析则非常不利于暴雨天气出现，这是在做预报时未能认真分析诊断，而导致暴雨预报空报的重要原因;同时各家数值预报对降水量级预报偏大，特别是Wfr的预报偏大了一到两个量级、T639数值物理量预报偏强，也是导致对天气形势判断失误，从而出现对降水量级预报过大的原因之一。

因此，对于这种局地性的暴雨预报，需要认真分析天气形势是否支持预报暴雨天气发生的可能，是否有物理量场支持降水天气系统和降水的发展和加强。同时要通过诊断，认真分析能量、动力、水汽条件是否满足强降水天气发生的条件。目前，数值预报产品的种类较多，其预报准确率也在不断提高。但是，各家数值预报产品在预报某一地区和某一要素时，它们的差别还是较大的。所以 ，在实际预报工作中，还需要针对多个历史个例的进行总结分析，总结出各地区、各种灾害性天气发生的要素指标，为将来灾害性天气预报做好基础。

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