一次弱暴雨天气过程的可预报性分析

聂祥 赵春霞 王璇 周庶 杨洋 魏巍

(1.贵州省毕节市气象局，贵州 毕节 551700；2.贵州省织金县气象局，贵州 织金 552100；3.贵州省黔西县气象局，贵州 黔西 551500)

引言

暴雨预报是天气预报中的重点和难点。暴雨天气在夏季常常出现,而且常常伴随短时强降水,极易造成洪涝(城乡滞涝)、塌方、滑坡、泥石流等灾害,给工农业生产和人民生命财产造成重大损失；暴雨的非连续性特性和产生机制的复杂性,使得对暴雨预报的研究仍然是气象预报工作中还在攻克的世界性难题之一。如何做好天气预报,是对当前“监测精密,预报精准,服务精细” 要求中对精细化预报工作的具体体现。为了进一步做好天气预报,提高暴雨预报的准确率,广大气象人员采取各种方法和手段进行了广泛的研究和应用检验。通过文献搜索“暴雨预报”,仅中文期刊就达到9000 多篇,如果再加上关于暴雨预报的书籍、报纸、会议论文、学位论文等,更是数不胜数,这些研究方法有基于气候角度进行研究的,也有基于雷达和卫星开展短时临近预报的,还有就是基于各种资料进行中短期预报的。目前已经取得许多进展[1-16],大大提高了暴雨预报的准确率和服务效果,但是,暴雨天气包含各种时间空间尺度,许多分析研究都是选取了典型的强降水过程,往往时空尺度大。实践证明,到目前还有预报失误的情况出现,有无暴雨出现、出现时间早晚、强度大小的变化、出现位置的偏差等都是不可避免的。而对于那些强度不是太强、范围不大的单点性暴雨过程,对其进行暴雨的出现时间、出现区域、强度大小的分析判断仍然是非常难的,许多时候容易漏报,这类暴雨过程常常也造成了不同程度的灾害。

现在,越来越多的天气预报结论是基于各类数值预报结果的,并且在气象防灾减灾中发挥了重要作用,但是数值预报在暴雨预报方面表现不是太好,尤其是对于尺度小强度弱的单点性暴雨,而且在低纬度地区、高海拔地区和山区表现更差。

2020 年6 月7—8 日的暴雨天气过程范围小,强度弱,本文将从短期天气预报的角度对其进行可预报性分析研究,以便提取对短期预报有用预报信息。

1 降水和强对流实况

2020 年6 月6 日20：00—8 日20：00 的48h 内,全市共出现50mm 以上降水12 站(其中,百里杜鹃2站,金坡乡72.2mm、沙厂乡63.1mm；黔西县2 站,永兴乡60.4mm、重新镇55.1mm；金沙县4 站,安洛乡59.4mm、新化乡56mm、大田乡54.7mm、禹谟镇52.2mm；威宁县1 站,猴场镇58.3mm；大方县1 站,大山乡51.3mm),25～49.9mm 53 站,10～24.9mm 100 站,9.9mm 及以下88 站；强降水时段主要集中在6 日夜间—7 日凌晨,强降水主要集中在大方东北部、金沙西南部和黔西西北部。

其中,6 月6 日20：00—7 日20：00,全市共出现7 站暴雨(百里杜鹃2 站,金坡乡71.4mm、沙厂乡63mm；金沙县3 站,新化乡55.9mm、安洛乡54.1mm、大田乡53.1mm；黔西县1 站,永兴乡54.1mm；大方县1 站,大山乡50.8mm),32 站大雨,90 站中雨,110 站小雨；24h 内最大小时雨强为百里杜鹃金坡乡(R7901) 站7 日05：00 的51.0mm；24h内纳雍厍东关(R7420) 23：00 和威宁中水(R7202)7 日20：00 分别出现19.0m·s-1和17.9m·s-1的大风过程。6 月7 日20：00—8 日20：00,全市共出现1站暴雨(威宁县1 站,猴场镇53.9mm),4 站大雨,26 站中雨,203 站小雨；24h 内最大小时雨强为威宁县猴场镇的平洞(R0716) 站8 日05：00 的33.9mm；24h 内威宁中水(R7202) 于18：00 再次出现17.0m·s-1的大风过程。收集到大方猫场降雹,直径3mm,冰雹密度为10～20 粒·m-2。

逐6h 监测显示:负闪多于正闪,闪电过程主要出现在7 日凌晨(02：00—08：00) 的金沙、黔西和大方一带,此阶段对流性降水特性明显。

2 灾情

此次暴雨天气过程局地伴随有冰雹和大风过程,造成了大方、黔西、金沙3 县部分乡镇的洪涝灾害。据不完全统计,仅大方就造成直接经济损失3075 万元,其中有3898 人受灾,农作物 (辣椒,马铃薯,玉米,豆类等) 受灾383.6hm2,成灾面积323.9hm2,绝收面积71hm2,农作物经济损失2942.96 万元,倒塌房屋1 间,损坏房屋183 间,基础设施损失102.04万元,家庭财产损失30 万元。

3 背景及环境场分析

3.1 高低空2020 年6 月6 日08：00—7 日08：00 资料分析

3.1.1 200hpa6 日08：00

受到南亚高压控制,高压中心位于孟加拉湾东部到中南半岛西北部,贵州省位于高压顶部偏西北气流位置,高压中心附近风速达到20m·s-1,高压中心附近高度达到12570m 以上,高压中心附近温度露点差为5～6℃,周围温度差异不大。

3.1.2 500hPa6 日08：00

为两槽一脊环流形势,蒙古到我国华中地区为高压脊控制,云南和贵州地区有小波动影响,以西北气流为主,风速都在10m·s-1以上,北部的川西川南一带有高空槽尾部的系统影响；高度场上各地高度变化较小,但是川东为负变高区而贵州到重庆一带为正变高区；温度场上梯度也不大,但是在四川南部云南东北部与毕节交界处刚好有一个温度槽形态,从24h 变温可以看出,原因是在普遍升温的环境下,威宁到宜宾到重庆的升温幅度明显偏小。到7 日08：00,系统略有东移,云南和贵州地区的小波动已东移,仍然以西北气流为主,但风速加大,达到12m·s-1以上。8日08：00 变为偏西气流控制,有小波动影响。

3.1.3 700hPa6 日08：00

中高纬地区仍然维持两槽一脊环流形势,川南到滇北地区的低涡和南支槽系统未来东移影响,温度露点差在威宁只有0.7℃,温度平流不明显,广大地区变高不大,宜宾变高为-1.9,其余广大地区都在1.0以下。到7 日08：00,中高纬地区仍然维持两槽一脊环流形势维持,但是略有东移,温度露点差在有所变大。

3.1.4 850hPa6 日08：00

重庆与黔北交界的低涡切变逐渐东移南压,在贵州中部一带维持,空气达到饱和,由于南北风速小,广西到南海的低空急流已经建立并维持,因此未来贵州中北部一带的低值系统将维持较长时间。到7 日08：00,系统维持,湿度仍然较大。

3.1.5 海平面气压6 日08：00

根据地面填图,大部地方气压在1005～1006hPa,压温湿变化不大,呈现稳定维持态势。到7 日08：00,气压下降到1003～1004hPa,大体下降了2hPa；毕节站气温下降了1.1℃,气压下降了0.28hPa。

3.2 探空及物理量场分析

本次降水过程主要出现在6 日夜间—7 日凌晨,比较6 日08：00 和20：00 的探空资料可以看出二者差异很大,08：00 的探空资料上,低层有暖平流,水汽接近饱和,但是层结不稳定特性不够明显,而到20：00的探空图上,大气明显处于不稳定状态,低层暖平流减弱,水汽仍然充足,沙氏指数 (SI) 由-1.01 变到-2.62,Cape 值由0 增大到1234.9,其它相关指数都出现了明显变化。

3.2.1 水汽条件

6 日08：00,威宁站700hPa 和500hPa 温度露点差都比较小,水汽分别为11.22g·kg-1和5.19g·kg-1,到20：00变成低层水汽增加高层减少,受暖平流影响,温度露点差有所变大。贵阳站则相反,各层水汽都增加,温度露点差都变小,空气更加接近饱和,尤其是700hPa从17.5 变为1.8,变化太快太明显(参见表2)。

表1 2020 年6 月7 日08：00—8 日08：00 T-logP 图主要数据

表2 2020 年6 月6 日08：00—7 日20：00 威宁和贵阳水汽变化情况

3.2.2 不稳定度条件K、SI、SSI

根据6 月7 日20：00、8 日20：00 K、SI、SSI 指数分布表明,大范围大气都处于不稳定状态,在如此众多的不稳定区域确定强降雨区,是相当困难的,所以,单独根据该指标难以确定强降水落区。

4 可预报性分析

在天气变化过程中,包含了各种大小不同时间尺度和空间尺度的天气过程,而人类能够观测到的仅仅是有限时间和有限空间的局部资料,换言之,人类对大气的观测能力是有限的,而不是全面的状态；虽然通过对大气进行假设而建立的关于大气运动变化的方程组在数值预报中发挥了重要作用,促进了数值预报业务的发展；但是由于该方程组在数学上无法获得准确解,初始资料无法获得完整全面的资料场,数值预报结果总是存在误差。

开展气象可预报性分析研究,有利于进一步认识和领会天气气候演变的特点,有利于进一步做好预报服务工作。

4.1 常规资料可预报性分析

此次过程是一次由高空低槽与低涡切变共同影响的结果,2020 年6 月6 日傍晚到夜间具有对流性特点,降水过程也明显,7 日晚上到夜间为局地性降水过程,范围小。

在下午制作未来24h、48h 降水预报时,主要使用的是08：00 的观测资料和14：00 以前的地面资料,以及临近时刻的云图资料和雷达回波资料。根据上述资料分析结果表明,常规资料可以分析出未来24h 和未来48h 有对流性天气过程,可能伴随有短时强降水、雷暴、冰雹和大风等,但是难以预报有无暴雨,而且强对流天气的落区和出现时间难以继续进行精细化分析。

4.2 数值预报结果可预报性分析

根据欧洲中心5 月31 日—6 月5 日每天20：00起报的24h 降水量预报进行多时效比较,6 月6 日20：00—7 日20：00 预报为小到中雨或中到大雨,只是6 月3 日起报的结果在纳雍西南部(主体位于水城县) 织金南部(位于安顺境内) 有小范围内为的暴雨,而实况出在大方黔西金沙一带,在位置上有明显偏差。

根据欧洲中心、GRAPES_GFS、NEP_GFS、华南(广州) 低分辨率产品、华东(上海) 中分辨率产品、德国细网格产品以及日本中分辨率产品进行24h降水多模式比较,各家结果差异较大,有报小雨的,也有报大暴雨的。总体而言,华东(上海) 中分辨率产品预报的位置(落区) 最好,非常接近实况,但是强度篇强偏大,其它预报的量级偏小,落区误差大。而EC 集合预报的49 个成员中,没有1 个成员预报有暴雨,都只预报了小雨或中雨,量级明显偏小。因此数值预报的结果也有很好的参考作用,以华东(上海) 中分辨率产品为最好,可预报性(参考性) 最好,尤其是落区的预报,根据经验预报时量级可以在华东模式的基础上适当调小。