不同类型暴雨过程的ECMWF模式降水偏差及订正方法*

彭艳青，鞠亮亮，张 昆

(湖南省怀化市气象局，湖南 怀化 418000)

0 引言

暴雨是怀化地区主要的灾害性天气之一，提高暴雨预报准确率已然成为气象预报员的重要任务，而目前大部分预报员对于暴雨的分析总结仍停留于对实况的事后分析阶段[1-2]，缺乏对模式预报的系统性研究与订正[3-6]。随着数值预报模式的持续发展，数值模式产品在现代天气预报业务中已不可或缺，其中欧洲中期天气预报中心(ECMWF，以下简称EC)模式经过数十年的发展与完善，已逐渐成为预报员的主要参考模式之一，而一般数值模式都会出现系统误差，因此，有必要对模式的预报进行订正分析，以尽可能提高模式的预报能力，从而在数值模式预报的基础上突出预报员的价值。本文利用常规及非常规观测资料、ECMWF模式预报资料及NCEP逐6 h再分析资料，对2021年发生在怀化的两次不同类型暴雨天气过程的ECMWF模式降水预报偏差进行分析研究，试图给出预报这两类暴雨的着眼点和订正预报的思路，为怀化的暴雨预报提供针对性的参考依据，从而提高暴雨预报准确率。

1 降水特点及ECMWF模式降水预报偏差

2021年5月15日(图1d)，怀化北中部出现了一次大到暴雨，局地大暴雨天气过程。累计雨量大，最大24 h降雨量达137.8 mm(辰溪黄溪口)；对流性降水特征明显，过程伴有短时强降水、雷暴大风和冰雹等强对流天气，最大1 h降雨量达70.2 mm(5月16日00—01时)；此次过程强降水主要集中在15日晚上，夜雨特征明显；有一定的地形增幅作用，怀化中部一带的强降水中心区域正处于雪峰山脉的迎风坡。从EC模式24 h累积降水量预报(图1c)来看，模式对降水的整体落区把握较好，但对暴雨范围预报明显偏小、落区预报偏北、量级预报偏小，完全漏报了怀化中部一带的大暴雨天气，15日的降水预报偏差主要体现在15日晚上的降水预报偏差上。

图1 EC模式2021年5月14日20时起报的5月15日24 h对流性降水量(a)、大尺度降水量(b)、累积降水量(c)、预报与实况(d)对比Fig.1 The 24 h forecast of convective precipitation(a)，large-scale precipitation(b)，and total precipitation(c)of EC mode for 15 May，2021，starting from 20∶00BT 14 May，2021，compared with the actual 24h precipitation on 15 May，2021(d)

2021年7月1日(图2d)，怀化北中部出现了一次暴雨、大暴雨天气过程，最大24 h降雨量达161.1 mm，最大1 h降雨量68.6 mm(7月2日05—06时)，此次过程以系统性降水为主。EC模式24 h累积雨量预报(图2c)对降水的整体落区把握较差，对北中部的暴雨及大暴雨范围预报明显偏小、强降水中心落区预报明显偏北，而对南部降水范围与量级预报偏大，1日的降水预报偏差主要体现在1日晚上的降水预报偏差上。

图2 EC模式2021年6月30日20时起报的7月1日24 h对流性降水量(a)、大尺度降水量(b)、累积降水量(c)、预报与实况(d)对比Fig.2 The 24 h forecast of convective precipitation(a)，large-scale precipitation(b)，and total precipitation(c)of EC mode for 1 July，2021，starting from 20∶00BT 30 June，2021，compared with the actual 24 h precipitation on 1 July，2021(d)

2 天气形势和影响系统分析

由于2021年5月15日过程降水主要集中在15日晚上，现对15日20时(图3a)天气形势进行分析可见，怀化处于高空200 hPa急流轴右侧辐散区；500 hPa在贵州一带有高空槽东移，怀化处于高空槽前；中低层在湖北-湘西北-贵州北部一带有切变线逐渐南压，低空急流强盛，为怀化输送水汽及不稳定能量，有利于不稳定层结的建立及启动不稳定能量释放的抬升运动，怀化站850 hPa比湿达14 g/kg，处于850 hPa显著湿区范围内，同时怀化850 hPa与500 hPa温差达26 ℃以上，层结极不稳定；地面图上，怀化处于地面热低压控制范围内，地面辐合线处于贵州-怀化北部-湖北东南部一带并逐渐南压，边界层辐合线触发了此过程。这是一次暖平流强迫类降水过程，怀化的强降水主要出现在925 hPa切变线南侧高能高湿的区域，暴雨区与地面辐合线配合较好。

图3 2021年5月15日20时天气形势分析图叠加15日20时-16日08时降水量(a)、7月1日08时天气形势分析图叠加1日08时-1日20时降水量(b)Fig.3 Synoptic chart of 20∶00BT 15 May，2021，superimposed on precipitation from 20∶00BT 15 May，2021 to 08∶00 BT 16 May，2021(a)，and synoptic chart of 08∶00BT 1 July，2021，superimposed on precipitation from 08∶00BT 1 July，2021 to 20∶00BT 1 July，2021(b)

对2021年7月1日过程天气形势进行分析可见，7月1日08时(图3b)，怀化处于高空200 hPa急流轴右侧辐散区；500 hPa在贵州东部至广西西北部一带有高空槽逐渐东移；中低层在贵州东北部一带有低涡逐渐东移至湖北东部，切变线维持在湘西北一带稳定少动，低空急流强盛且持续维持，为怀化输送水汽及不稳定能量，怀化站850 hPa比湿维持在16 g/kg，处于850 hPa 显著湿区范围内，水汽充沛；地面图上，地面辐合线稳定维持在湘东北-怀化中部-贵州东北部一带。这是一次系统性的低涡切变类暴雨天气过程，持续的低空急流水汽输送及切变辐合上升运动从而导致了暴雨的出现。总体来看，怀化的强降水主要出现在850 hPa切变线与地面辐合线之间动力抬升条件较好的区域，暴雨区主要处于850 hPa急流轴出口左侧。

3 EC模式预报偏差分析及订正方法研究

由形势分析可知，2021年5月15日过程强降水落区与边界层辐合线配合较好，现将EC模式14日20时起报的925 hPa风场与实况进行对比分析。15日20时到16日08时，925 hPa风速预报与实况一致，风向略有偏差，使得切变线位置较实况略偏北，从而导致出现降水的时间预报较实况略偏晚，使得EC模式暴雨落区预报略偏北；此外，由于EC模式为大尺度模式，对对流性降水的预报存在偏弱的情况，导致对暴雨范围预报明显偏小、量级预报偏小，漏报了大暴雨天气；而模式对地形引起的降水增幅的预报能力有限，使得怀化中部一带的降水量级预报偏小、大暴雨漏报。

图4 EC模式14日20时起报的15日20时、16日08时925hPa风场预报(a，c)与实况(b，d)对比Fig.4 925hPa wind forecast of EC mode for 20∶00BT 15 May，2021 and 08∶00BT 16 May，2021(a，c)，starting from20∶00BT 14 May，2021，compared with the actual situation(b，d)

如果在EC模式对流性降水预报(图1a)基础上将北中部降水提高一个量级，同时根据预报风场偏差，将强降水中心相应地略往南调，结合地形进行订正，预报效果会更好。此外，这次过程中，所有中尺度模式(图略)都预报了有大暴雨出现，但是各中尺度模式对大暴雨落区的预报并不统一，可见，在对对流性降水进行订正时，预报员可以适当多参考中尺度模式降水量订正降水量级。

2021年7月1日过程降水落区与850 hPa系统配合较好，现对EC模式6月30日20时起报的850 hPa风场与实况进行对比分析，1日08时-2日08时，850 hPa在怀化中南部一带风速预报均较实况略偏大，导致850 hPa在湘西北一带的切变线预报较实况略偏北，其中2日02时，预报切变线位于沅陵，而实际切变线位于麻阳地区，从而使得强降水中心预报较实况偏北，同时，切变线在怀化北部一带维持时间预报较实况短、切变强度较实况偏弱，使得降水强度预报较实况弱，暴雨范围预报偏小，另外，由于模式对怀化中南部一带风速预报偏大，使得模式对急流轴脉动造成的对流性降水估计过高，从而导致模式对怀化中南部一带的降水范围与量级预报偏大。

图5 2021年6月30日20时起报的EC模式7月1日08时、2日02时850hPa风场预报(a，c)与实况(b，d)对比Fig.5 850hPa wind forecast of EC mode for 08∶00 BT 1 July，2021 and 02∶00BT 2 July，2021(a，c)，starting from 20∶00BT 30 June，2021，compared with the actual situation(b，d)

此次过程属于大尺度降水天气过程，如果在EC模式大尺度降水预报(图2b)基础上将北中部切变线影响的区域降水量提高一个量级，同时根据预报风场偏差，将强降水中心相应地略往南调，预报效果会更好。

4 结论与讨论

利用多种资料对2021年5月15日及2021年7月1日发生在怀化的2次不同类型暴雨天气过程的EC模式降水偏差及订正方法进行分析研究，结果表明：

5月15日过程是一次暖平流强迫类降水过程，对流性降水特征明显，暴雨区与地面辐合线配合较好，EC模式对影响系统预报略偏北、对对流性降水预报偏弱、对地形引起的降水增幅的预报能力有限，使得这次过程模式降水预报偏差较大，在对流性降水预报基础上将北中部降水提高一个量级，同时根据预报风场偏差，将强降水中心相应地略往南调，结合地形进行订正，预报效果会更好。

7月1日过程是一次系统性的低涡切变类暴雨天气过程，强降水出现在850 hPa切变线南侧，暴雨主要处于850 hPa急流轴出口左侧，EC模式对影响系统预报偏北、维持时间预报偏短、切变强度预报偏弱、对对流性降水预报偏大，使得模式对这次过程降水预报偏差较大，在大尺度降水预报的基础上进行相应订正将取得较好的预报效果。

可见，EC模式在对暴雨过程进行预报时仍存在较大误差，预报员的订正作用是不容忽视的，预报员不能盲目地跟着模式照报，首先需要弄清楚降水的性质，然后找准主要影响系统并对其预报偏差进行分析，最终根据不同类型的降水预报对降水落区及量级进行订正。