岳阳市两次突发性暴雨的预报偏差分析

李 坦，万凌云，王 彩，朱 浩，蒋 帅

（1.湖南省岳阳市气象局，湖南 岳阳 414000；2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，长沙 410118；3.岳阳国家气候观象台，湖南 岳阳 414000）

暴雨天气具有突发性、频发性和持续性特点，往往导致严重的洪涝灾害，危及人民的生命财产安全［1，2］。岳阳市西邻洞庭湖，东临幕府山。受季风性气候和特殊地形的叠加作用，暴雨过程在岳阳市频繁发生，导致城市内涝、山洪泥石流等灾害，严重影响农业生产、社会经济以及人民生命财产安全，造成严重的国民经济损失［3-5］。

从持续时间上，暴雨天气可以分为2 类，一类是持续时间长、降水强度相对均匀的暴雨天气；另一类是短时暴雨，6 h 雨量超过50 mm 或12 h 雨量超过100 mm。短时暴雨天气是湖南省春夏季节主要的气象灾害之一，具有发生突然、天气激烈、致灾严重的特点，同时由于短时暴雨天气水平尺度小、生命史短、生消变化快、移动路径复杂，其可预报时效短，预报难度大［6，7］。2020 年6 月8 日（简称“0608”）、2020年6 月9 日（简称“0609”）岳阳市出现2 次突发性暴雨过程，局地性强，短期预报难度较大，各家数值预报模式的降水预报产品以及湖南省气象台、岳阳市气象台短期时效内发布的主观降水预报产品均未准确报出这2 次暴雨过程。本研究综合利用欧洲数值预报中心（EC、GRAPES_GFS）预报资料、自动站资料等，探讨该次灾害性天气在短期时效的预报偏差大的原因及订正思路。

1 资料与方法

本研究所用的资料主要有2 部分，①湖南国家站、区域站实况站点资料。②欧洲中心（EC）、中国全球预报系统（GRAPES_GFS）、华南、华东模式预报场资料。分析的气象要素有降水量、500 hPa 高度场、850 hPa 和10 m 风场。通过对比分析的方法，探究2 次突发性暴雨漏报的原因。

2 2020 年6 月8 日预报偏差分析

2.1 天气实况

岳阳市2020 年6 月8 日8：00 至9 日8：00 天气实况、市气象台预报见图1。第一次过程发生在副高北抬、西风槽东移过程中，配合中低层低涡切变线发生的暖区强降水天气过程。降水发生在2020 年6 月8 日，从降水实况来看，岳阳市中北部以大雨为主，部分暴雨，局地大暴雨，南部以小到中雨为主；强降水集中时段为8 日12：00 至9 日8：00，强降水局地特征明显；此次过程共出现大暴雨1 站，暴雨23 站，大雨49 站，最大降水量和最大小时雨强均出现在君山良心堡站，分别达120.3 mm 和70.7 mm。

图1 2020 年6 月8 日8：00 至9 日8：00 天气实况、市气象台预报

2.2 偏差分析

2.2.1 降水落区及强度检验 上级指导和各模式对全省的降水落区和强度预报与实况均存在较大的偏差（图2），对岳阳市降水预报也有较大偏差，其中对岳阳市南部县市小到中雨量级的降水和落区预报较为准确，偏差主要是对北部县市强降水的量级和落区上，对大暴雨、暴雨、大雨漏报，市气象台预报偏差主要是在北部县市（图1b）。

图2 8 日8：00 至9 日8：00 的降水量

从EC 7 日8：00 起报的24 h 累计降水来看，岳阳市全区为小到中雨量级，模式对南部县市降水落区和强度预报较好，但对北部县市的降雨量级预报偏小，大雨、暴雨、大暴雨漏报。从邻近7 日20：00 的预报来看，岳阳市中雨落区有所调小，虽然暴雨落区有所体现，出现在益阳中部地区，但落区较实况明显偏南。从GRAPES_GFS 7 日8：00 起报的24 h 累计降水来看，对岳阳市北部县市的大雨、暴雨均有所体现，位置略有所偏北；岳阳南部县市的小、中雨量级的落区预报较好。邻近预报7 日20：00 的预报来看，暴雨量级有所体现，出现在湘阴、益阳东部地区，但暴雨落区有所南调，较实况偏南，较前一时次预报效果变差。从区域模式来看，暴雨量级在湘北均有体现，华东模式对湘西北模拟效果较好，暴雨落区与实况较为一致；但对于湘东北岳阳市，华南模式较好，对于岳阳市北部地区的暴雨落区有所体现，但落区偏东。

模式对中、小量级降水及落区有一定预报能力，但对大量级降水表现各异。相对而言，此次过程中GRAPES_GFS 较EC 模式预报效果好，连续2 个预报时次均对暴雨量级降水有体现，且落区位置与实况较更为一致。对于区域模式而言，华南模式对岳阳市的暴雨落区有较好表现。

2.2.2 500 hPa 高度场检验 7 日20：00 起报的8 日8：00、20：00 的500 hPa 高度场实况和预报场如图3所示。由图3 可知，8 日8：00 500 hPa 中高纬为一槽两脊形势，贝湖北侧有低涡，其南侧的槽向南延展，并与河套地区的西风槽相接，槽区经向度大。四川盆地和贵州中部有高原低槽东移发展。副高伸展至华南沿海，脊线位于北纬20°以南，西伸脊点至东经110°以西，岳阳市处于槽前西南气流及副高584 线西部边缘；20：00 副高西伸北抬，低槽东移，副高584线西伸至湘西北，岳阳地区仍处于槽前西南气流中。

模式对中高纬度环流形势的预报比较准确，但对中纬度西风槽的预报有所偏差，EC 和GRAPES_GFS 预报西风槽位置均偏北，且强度较实况明显偏弱，这与湘北地区暴雨漏报相关。此外，EC 和GRAPES_GFS 对副高范围的预报均偏东，不利于水气和热量向岳阳市输送，导致降水量级偏小；在8 日20：00，都有预报出副高向西延伸的特点，预报能力优于8：00。

2.2.3 850 hPa 风场检验 考虑到降水落区与850 hPa 切变位置对应关系较好，因此对850 hPa 风场进行检验。8 日8：00、20：00 850 hPa 实况风场和7 日20：00 起 报 的EC 和GRAPES_GFS 预 报 场 风 场 见图4。从实况风场来看，8 日8：00 850 hPa 贵州省有低涡发展，低涡前部暖切伸展至湘北地区。8日20：00，850 hPa 暖切维持，位置有所南压，岳阳市处于暖切北侧的东风气流中。

图4 模式7 日20 时起报的8 日8：00、20：00 850 hPa 风场和对应时次实况场

从EC 预报08：00 的形式来看，对切变线有体现，但切变线位于湘中一带，与实况对比明显偏南，且切变南侧的风速较实况偏小。20：00 切变南压，位于湘中偏南一带，而实况位于湘北地区。从GRAPES_GFS 预报8：00 的形式来看，切变位置与实况较为一致，20：00 有所南压，位于怀化至长沙北部沿线，较实况略偏南。

EC 和GRAPES_GFS 均预报出850 hPa 暖式切变，且对其南压趋势有体现，但对其位置预报存在偏差，GRAPES_GFS 对切变位置预报更加接近实况。

2.2.4 2020 年6 月8 日预报偏差总结 通过对“0608”过程的模式降水、高度场、风场等检验分析，得出如下结论。

1）模式对中、小量级降水及落区有一定的预报能力，但对大量级降水表现各异。相对而言，GRAPES_GFS 较EC 模式预报效果好，连续2 个预报时次预报的暴雨均有体现，且落区位置与实况较更为一致。对于区域模式而言，华南模式对岳阳市的暴雨落区有较好表现。

2）模式对500 hPa 中高纬度环流形势的预报比较准确，但对中纬度西风槽和副高的预报较实况存在一定偏差；EC 和GRAPES_GFS 预报西风槽位置偏北、强度偏弱，预报副高范围偏东，这与湘北区域性暴雨漏报有关。

3）对850 hPa 风场的检验可知，对中低层切变线位置的预报与强降水落区有较大关系。切变线预报偏南导致强降水落区偏南，其中GRAPES_GFS 对切变位置预报更加接近实况，因此对降水预报好于EC。

3 2020 年6 月9 日预报偏差分析

3.1 天气实况

第二次过程发生在副高北抬、中纬度多波动的背景下，配合切变线、加之弱冷空气和地面辐合线的触发而发生的区域性强降水天气过程。降水发生在2020 年6 月9—10 日，主要降水时段为9 日14：00 至10 日1：00。从降水实况来看岳阳市西北部以小到中雨为主，南部和东北部大到暴雨，局地大暴雨（图5）。共出现大暴雨2 站，暴雨28 站，大雨56 站，最大降水量出现在汨罗市川山坪站，为212.2 mm，最大小时雨强出现在临湘市五里乡千针坪站，为63.7 mm。

图5 2020 年6 月9 日8：00 至10 日8：00 天气实况、市气象台预报

3.2 降水落区及强度检验

从上级指导预报和市气象台预报来看，对南部县市降水量级预报均偏小，对华容东部和市区的量级预报偏大，其中市气象台对东部山区降水落区和强度的预报较好（图6）。

图6 9 日8：00 至10 日8：00 的降水量

从EC 8 日8：00 时起报的24 h 累计降水来看，模式对临湘地区出现大暴雨空报，暴雨预报较为正确，但位置偏东南，对岳阳市南部大雨以上的量级出现漏报。EC 8 日20：00 起报的24 h 累计降水将临湘东部降水量级调小，位置偏东南，南部县市对大雨以上量级仍然空 报。从GRAPES_GFS 8 日8：00 和8 日20：00 起报的24 h 累计降水来看，GRAPES_GFS 对岳阳市西南部的大雨降水落区的预报能力较好，但对临湘、南部县市出现暴雨漏报。从区域模式来看，华南、华东模式暴雨预报的落区偏北。此外，对于大雨量级的预报不如EC 和GRAPES_GFS 模式。

总体而言，EC 对岳阳市东北部临湘的强降水有较好预报表现，但对于南部县市则GRAPES_GFS 预报与实况较为一致，区域模式对于大雨量级的预报不如EC 和GRAPES_GFS 模式。

3.3 500 hPa 高度场检验

8 日20：00 起报9 日8：00、20：00 500 hPa 高度场和对应时次的实况场见图7。由图7可知，9日8：00，副高588 线稳定维持在广东沿海地区，西伸脊点伸至东经100°附近。重庆市有小槽东移，岳阳市为西南气流控制，怀化至长沙地区也有一小槽东移。9日20：00，副高588 线有所北抬至广东中部一带，高空小槽由重庆东移至宜昌至武昌一带，岳阳北部地区受此小槽影响，处于槽前西南气流中。另在湘中地区的小槽此时已经东移至江西西部地区，岳阳南部地区位于该槽槽后。

图7 8 日20 时起报9 日8：00、20：00 500 hPa 高度场和对应时次的实况场

从8 日20：00 起报的9 日8：00 和20：00 500 hPa环流场来看，EC 和GRAPES_GFS 对中高纬度环流形势的预报与实况较为一致，均能预报出副高西进的特点，但是对副高范围的预报偏东，即副高的西伸脊点较实况偏东；此外，对中纬度西风槽的预报而言，20：00 西风槽较实况强度偏弱，位置偏西。

3.4 850 hPa 风场检验

8 日20 时起报9 日8：00、20：00 850 hPa 风场和对应时次的实况场见图8。由图8 可知，9 日8：00 中低层暖切维持在湘中及以北地区，岳阳市在暖切北侧东南气流中。9 日20：00，700 hPa 岳阳市北部地区为南风气流控制，南部县市为弱的东北气流。850 hPa 岳阳地区受东南气流影响，主要辐合区位于岳阳东北部的临湘，925 hPa 东北气流影响至湘中一带，岳阳地区处于东北气流控制中。

图8 8 日20：00 起报9 日8：00、20：00 850 hPa 风场和对应时次的实况场

从 对850 hPa 风 场 的 检 验 来 看，8：00 EC 和GRAPES_GFS 对切变线南部的风速预报偏小，对9日白天岳阳市南部降雨的预报量级偏弱；20 时模式预报的岳阳市受低涡影响，临湘市均处于切变辐合处，但是中心风速较实况偏小；此外，GRAPES_GFS预报的风向较实况略有偏差，因此漏报了临湘东北部的强降水，预报能力不如EC。

由此可见，EC 和GRAPES_GFS 对850 hPa 低涡位置预报均较好体现，但是模式对风速大小和风向的预报能力在一定程度上反映强降水落区和量级。

3.5 10 m 风场检验

9 日岳阳市受辐合线影响，辐合线呈东北-西南走向，华容一直处于切变线北侧的偏北风中，切变线在9 日白天有所南压；模式对10 m 风场及辐合线位置都有较好的预报能力，但20：00 预报的偏北风分量较实况偏弱（图9）。

图9 8 日20：00 起报9 日8：00、20：00 10 m 风场和对应时次的实况场

3.6 2020 年6 月9 日预报偏差总结

通过对“0609”过程的模式降水、高度场、风场等检验分析，得出如下结论。

1）市气象台预报和EC 对临湘的强降水有较好预报表现，但对于南部县市，GRAPES_GFS 预报与实况较为一致，区域模式对于大雨量级的预报不如EC和GRAPES_GFS 模式。

2）模式对中高纬度环流形势的预报比较准确，但对副高范围的预报偏东。

3）对于风场的检验，EC 和GRAPES_GFS 对850 hPa 切变线强度和位置以及地面风场均较好体现，EC 对风向的预报更接近实况。模式对风速大小和风向的预报能力在一定程度上反映强降水落区和量级。

4 小结与讨论

本研究综合利用欧洲数值预报中心（EC、GRAPES_GFS）预报资料、加密自动站资料等，探讨“0608”“0609”灾害性天气在短期时效的预报失败原因及订正思路，得到以下结论。

1）全球模式EC、GRAPES_GFS 对中、小量级降水及落区有一定的预报能力，但对大量级降水表现各异。“0608”过程，GRAPES_GFS 较EC 模式预报效果好，连续2 个预报时次预报的暴雨均有体现，且落区位置与实况较一致。“0609”过程中，EC 对临湘的强降水有较好预报表现，但对于南部县市，GRAPES_GFS 预报与实况较为一致。对于区域模式而言，除了“0609”过程，华南模式对岳阳市的暴雨落区均有较好表现，尤其是对于局地强降水，区域模式对下垫面细节考虑更加全面，预报局地短时强降水更加具有参考价值。

2）在形势场方面，模式对中高纬度环流形势的预报比较准确，但对中纬度西风槽的预报存在偏差，在“0608”过程中EC 和GRAPES_GFS 预报位置偏北强度偏弱。模式对于副高西进的趋势均有预报，但是范围预报偏东，这将对水气及热量的预报产生偏差，从而影响降水预报。对于风场的检验，EC 和GRAPES_GFS 对850 hPa 切变线强度和位置以及风向风速预报表现各异，对于“0608”过程GRAPES_GFS 对切变位置预报的更接近实况，对于“0609”过程EC 对风速大小和风向的预报更好。因此，对中低层切变线、风向风速的预报能力尤为重要，这与降水的强度和落区有密切关系。模式对于地面风场均有较好体现，对10 m 风场及辐合线都有较好的预报能力。

3）2 次中等天气强迫系统造成的强降水过程，动力条件相对典型的暴雨形势较差，但热力条件较好，前期有明显的感热通量，升温较快，午后到傍晚有冷空气侵入，高低空低涡，暖切系统的叠加成为此次过程重要的触发机制。区域模式对下垫面考虑更加精细，对于地形的强迫抬升更加准确，对于这种弱强迫、高能量的短强更应该参考华南、华东模式。此外，弱天气强迫条件下，应该关注对流能量的预报偏差和高温预报以及订正早上的T-log。