湘东南一次预报失败的暖区暴雨个例分析

2023-03-04周宜卿钟丽华周长青

农业灾害研究 2023年1期

周宜卿，钟丽华，周长青

1.湖南省郴州市气象台，湖南郴州 423000；2.湖南省气象台，湖南长沙 410007

暖区暴雨的局地性和强对流性容易引发灾害，给人民的生命财产带来严重威胁，且暖区暴雨预报难掌握。暖区暴雨与西风带暴雨在动力、热力条件和不稳定机制、水汽输送、中尺度环境等方面存在一定差异，这可能是造成暖区暴雨难以预报的原因之一[1]。由于暖区暴雨的触发机制不明显，因此数值模式没有较好的捕捉能力，导致业务预报中常常出现误报和漏报现象[2]。目前，很多与暖区暴雨相关的研究都是华南暖区暴雨。湘东南地区地处南岭山脉北侧，地形地貌复杂，在锋面南侧，受南岭地形对西南气流的影响，经常出现一些暖区暴雨[3]。鉴于暖区暴雨预报的诸多困难，以及气象预报业务对暖区暴雨的预报需求，研究湘东南暖区暴雨的天气学特征、触发机制以及模式预报的误差和可参考性，对订正预报有着十分重要的意义。对2020年一次预报失败的暖区暴雨个例进行分析，总结预报失败的原因，以期为湘东南今后类似暖区暴雨的预报提供参考。

1 降水实况

2020年6月24—26日，湘东南地区出现了一次大到暴雨、局地大暴雨降水天气过程，此次过程降水时间较长、范围广、强度较强。在湖南的降水可分为2个雨带，其中位于湘东南地区的较强降水是暖区降水。2020年6月25日（图1）为此次过程的最强时段，在湘东南南部郴州汝城、宜章出现了较大范围的暴雨，共有5个站的降雨量超过了100 mm，最大降雨量达到了119.4 mm，最大小时雨强为53.3 mm。

图1 2020年6月25日降水量分布

暖区暴雨的定义中要求暴雨距离锋区200 km以上且处于暖空气一侧的偏南气流中，不受台风等热带系统控制，将850 hPa假相当位温的密集带作为锋区指示[4]。从其剖面图上看（图2），湘东南部地区在锋区200 km外，且从θse的垂直分布情况来看，属于影响系统为切变线的暖区暴雨。

图2 6月25日20:00假相当位温沿113°E附近剖面

2 天气形势和环境条件

2.1 天气形势分析

副高588线位于湘南偏南一带附近，2020年6月24日在四川西部的下滑槽与南支槽结合，受副高的阻挡，低槽移速变慢，在南北两支低槽共同作用下，副高开始撤退，有利于低槽加深东移，副高边缘西南气流有利于水汽和能量的输送。低槽的加深、南北两槽结合、副高边缘良好的热力水汽条件以及副高阻挡低槽移速减慢，都利于强降水的产生和维持。700 hPa湘东南位于切变南侧急流轴北侧，有风速辐合，急流轴最大风速达到22 m·s-1。850 hPa上有一低涡位于华东一带，切变呈东北西南向从低涡中心附近一直延伸到湘西、贵州南部，低涡向东北方向移动，影响湖南的切变在23—24日主要位于湘北、湘西一带，25日切变以冷式切变的形式南压到湘中，随后转变成暖式切变又北抬，且切变南侧的风速在25日由6 m·s-1增强到14 m·s-1，湘南位于切变南侧西南急流区内。

24—26日，湖南位于低压前、入海高压的底后部，无明显冷空气影响。24日20:00，广西西北部至邵阳东部有明显的地面辐合线，南北温差达4～5 ℃。地面辐合线在24日晚至26日有明显的东移南压趋势，自西向东影响湘东南地区，地面辐合线对降水起到了触发作用。

24日20:00（图3a），湘东南在切变南侧700 hPa急流轴北侧，850 hPa暖脊位于湘东南地区，郴州探空站CAPE值为1 903 J·kg-1，K指数为37.6 ℃，郴州北部到永州中南部有一地面辐合线，利于触发中尺度对流系统。

25日08:00（图3b），湘东南位于500 hPa槽前，中低层切变南侧和急流轴北侧，200 hPa分流区中，有利于上升运动的加强，地面辐合线位于郴州一带，对降水和对流起到触发作用。整个湘东南处于850 hpa显著湿区。探空图显示，除了500 hPa附近有浅薄较干层次，整层都较湿，虽然CAPE值下降，但K指数仍然为37.6 ℃，且有一暖脊位于湘东南一带，西南急流带来水汽和不稳定能量。到20:00（图3c），500 hPa槽线东移南压，正好呈东北西南向，位于郴州上空，湘东南主要还是位于切变南侧，地面辐合线移到湖南、广东和江西交界附近，200 hPa分流区也向东南方向移动，从850 hPa和700 hPa的温度露点差分布情况来看，湘东南东部有干空气侵入，利于触发对流。

26日08:00（图3d），在汝城附近仍有地面辐合线存在，且500 hPa上有小波动影响郴州地区，925 hPa上广东到湖南东南侧风速达到急流标准，在汝城附近有风速辐合。

图3 （a）24日20:00、（b）25日08:00、（c）25日20:00、（d）26日08:00天气形势

综上所述，在湘南地区有2个暴雨带，其中衡阳一带的降水主要是由于切变线引起，而在湘东南，特别是郴州东南部，是在暖区西南气流内产生的降水，高温高湿的环境，配合500 hPa低槽影响、地面辐合线的触发作用，以及高层分流辐散作用、中层的干空气侵入，超低空风速辐合，是造成该地区暖区强降水的几个主要原因。

2.2 环境场物理量条件

在湘东南地区降水发生前，有一条从热带洋面经广西境内到达长江中下游地区的水汽通量大值带（图略），湘东南主要受强盛的西南急流影响，这为强降水的发生建立了有利的水汽通道。25日07:00，在广西境内有超过320 kg·hPa-2·m-1·s-1的水汽通量大值中心存在，湘东南郴州中部位于其下游地区，西南水汽输送在郴州中部形成了水汽的强辐合中心，且水汽通量散度中心值达到了-60 kg·hPa-1·m-2·s-1，此时小时雨强为31.2 mm。到25日白天，郴州境内水汽输送强度进一步增强，水汽通量最大为230 kg·hPa-1·m-2·s-1，且水汽辐合区的范围有所增大，郴州大部分地区的水汽通量散度都达到了-60 kg·hPa-1·m-2·s-1，与郴州中部、南部、东部强降水落区有很好的对应关系。

沿着25.8°N作散度场垂直剖面图（图略），在强降水发生前，湘东南东南部上空从底层到高空辐散、辐合交替出现，25日07:00，湘东南西部地区开始出现底层辐合、中高空辐散的区域，700 hPa以下均为辐合，辐合中心位于950 hPa附近，最大散度值为-4×10-5s-1，与强降水时段相对应。此后该区域向东移动，并向高层发展。11：00开始，中低层的辐合和高层的辐散逐渐增强，最强出现在14:00，中低层900～600 hPa辐合和高层600 hPa以上辐散最大散度分别为-10×10-5s-1和15×10-5s-1，与郴州中部强降水时段相对应。随后，低层辐合有所减弱，小时雨强随之减小。

从假相当位温的垂直分布情况可知（图略），在本次过程发生之前，湘东南上空低层为假相当位温的大值区，900～600 hPa为条件不稳定层结。强降水发生之前，湘东南地区K指数约40 ℃，说明湘东南地区大气层结十分不稳定，25日05:00，在郴州中北部到东部一带，有K指数大值区，大值区随后东移减小，11:00，湘东南西南部又开始出现了K指数大于40 ℃的区域，且向东扩展，对较强降水有一定的指示作用，此后在K指数大值区和其南部等值线密集区都产生了较强降水过程。

3 主客观预报误差及可预报性探

从湖南省市两级气象台预报结论来看，此次湘东南强降水过程的预报偏差主要有3个特点：一是在降水量级方面，调整较大，量级偏小，在21日预报中有次大到暴雨、单点大暴雨的降水天气过程，但是随后量级越调越小，二是在降水落区方面，偏差较大，预报北部大于南部，但实际上在湘东南部有成片暴雨区，三是对26日降水减弱的趋势预计过于乐观。

EC模式的降水预报（图4）调整较大，20日20:00起报，大雨落区在湘南，暴雨落区在湘东南西南部，21日20:00，整体量级调大，落区向北调整到湘中偏南一带，22—23日连续把大到暴雨落区向西调整，在湘东南地区预报了小到中雨量级的降水，最临近的时次又将湘南的降水量预报到与20日类似。总体来说，21—23日的降水落区预报效果最差，而最后1个时次与实况稍微接近些，但该时刻的时效性较差。

图4 （a）25日雨量实况和EC；（b）21日20:00；（c）24日20:00 24 h降水量预报

华东中尺度模式（图5）从23日开始一直预报强降水落区在湘东南附近，但几个时次稍有调整，且整个量级偏大，这对本次降水落区的订正来说有一定的参考意义。对于26日的降水预报，华东模式依然预报湘东南南部地区有大到暴雨、局地有大暴雨的降水过程，在落区上有一定的指导意义，但量级偏大很多。综合来看，华东区域的降水落区预报趋势可以作为参考依据，尤其对于暖区降水、急流附近降水有较好的指示作用，但量级往往偏大，这就会导致存在空报较多的现象。