高分辨率区域模式产品在内蒙古东南部地区的释用分析

王和鸣 杨海迪 李昊源 李娜

摘要 近年来，GRAPES-MESO区域数值模式产品不断升级更新，在基层业务工作实践中取得了良好的应用效果。以2021年汛期赤峰市东北部地区一次受东北冷涡激发，在凌晨时段生成发展的中尺度强降水天气过程为例，通过对比GRAPES-MESO产品与地面观测实况，分析高分辨率区域模式产品在内蒙古东南部地区的表现。总结高分辨率区域模式产品在基层业务工作中的释用分析方法，以期加强数值模式产品在基层的应用，提高基层预报预警、监测服务工作质量。

关键词 GRAPES-MESO释用；中小尺度天气系统；强对流天气；预报预警服务

中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）12–0-03

High Resolution Region Mode Products in Application Analysis of Southeast Inner Mongolia

—Taking An Early Morning Strong Convection Process Northeast of Chifeng City as An Example

Wang He-ming et al（Linxi Meteorological Bureau， Inner Mongolia Autonomous Region， Linxi， Inner Mongolia 024000）

Abstract In recent years， GRAPES-MESO regional numerical model products are constantly upgraded and updated， and good application results have been achieved in grassroots business practice. In this paper， a mesoscale heavy precipitation process generated and developed in the early morning hours in the northeast of Chifeng City during the flood season in 2021 is taken as an example. By comparing GRAPES-MESO products with ground observation， the performance of high-resolution regional model products in the southeast of Inner Mongolia is analyzed. This paper summarizes the interpretation and analysis methods of high-resolution regional model products in grassroots business work， in order to strengthen the application of numerical model products in grassroots， and improve the quality of grassroots forecasting， early warning and monitoring services.

Key words GRAPES-MESO interpretation; Small and medium scale weather system; Severe convection; Weather forecast and early warning service

近年来，国内外的数值天气预报水平不断提升，数值预报产品不断增多，产品精度也在不断提升，越来越多的产品供众多的气象业务人员和科研人员参考。中央气象台高分辨率区域数值模式产品发展进步迅速，各类数值预报产品日益丰富，产品的准确率和时空分辨率不断提升，在基层预报预警服务、气象防灾减灾工作實践中取得了良好的应用效果。

随着国内数值天气预报水平的提高，中国气象局自主研发的区域中尺度数值预报系统GRAPES-MESO已正式投入使用，经过不断优化，水平分辨率提升至3 km，实现了逐3 h快速循环同化预报，能更好地刻画雨带细致结构，对高度场、温度场、风场也有着一定的预报能力，被广泛用于区域降水和局地强天气系统。GRAPES-MNSO区域数值预报产品在内蒙古东南部地区夏季中小尺度强对流天气系统预报方面表现突出，在预报预警、监测服务等业务工作中发挥了重要作用。

内蒙古东南部地区地表类型复杂，陆气作用显著，夏季极易受大尺度天气系统或局地对流扰动的影响，诱发中小尺度灾害性强对流天气，各类灾害性天气预报难度较大，精细化程度不高；组网雷达和自动气象观测站等地面气象观测设备布局较为稀疏，无法有效做好中小尺度强对流天气的监测服务工作。同时，该地区是我区重要的农业、工业生产区，是人口、城镇分布最密集的区域之一，对精细化的强对流天气预报预警、监测服务、灾害调查工作有着迫切需求[1]。

以2021年6月21日凌晨赤峰市东北部地区受东北冷涡激发所引起的一次中尺度强对流天气过程为例，分析GRAPES-MNSO产品在内蒙古东南部地区的表现，总结高分辨率区域模式产品在基层业务工作中的释用分析方法，为中小尺度强对流天气系统的预报预测、监测服务工作总结经验，以期加强数值模式产品在基层的应用，提高基层预报预警、监测服务工作质量[2]。

随着模式性能的逐步优化，其在业务预报中发挥的作用也越来越重要。模式的大尺度环流形式预报能力远远超过人的主观经验判断，进一步使用好数值模式预报产品，需要了解模式基础知识，熟悉模式性能的空间差异、季节差异、层次差异、要素差异、指数物理量误差以及各种尺度系统的可预报性，在对实况和各种模式预报、集合预报进行仔细对比分析后，预报员对模式产品进行订正，订正后的模式环流预报结合预报员的预报经验，预报准确率将会有大幅提升。

1 天气形势分析

1.1 天气背景简介

2021年6月，内蒙古东南部地区冷涡活动频繁，受不断东移南下的多个冷涡配合北上的暖湿气流影响，大气对流能量充沛，對流活动旺盛，以分散阵雨为主的对流天气多发，同时多次出现冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气过程。

1.2 强对流过程天气形势分析

6月18日—6月22日，500 hPa高度场上有一冷涡自西向东影响我区东部地区，6月20日夜间，该冷涡中心已经位于吉林省东部日本海上空，内蒙古东南部地区500 hPa高空受冷涡后部西北风和东北风控制，700、850 hPa高度有冷涡配合地面气旋旋转所带来的丰沛水汽，同时850 hPa高度上有风向辐合。总体来看，高低空各系统配合得当，动力条件和水汽条件有利于强对流天气发生发展，但同时考虑前期该地区受冷涡活动带来的西北风影响降温迅速，热力条件稍差，不考虑冰雹等强天气发生。图1为EC细网格6月19日20：00起报20日20：00高空、地面形势。

1.3 全球模式资料及上级指导应用

6月18日00：00及后续多个时次起报的EC模式、GFS模式、GRAPES模式等均提示20日夜间赤峰市东北部地区将出现小雨天气，在18—20日会商中，自治区气象台、赤峰市气象台也多次做出相关提示，在3 d模式不断调整后，多时次多模式形势预报、大气物理参数预报等资料意见基本趋于一致，各家全球模式均认为20日夜间开始赤峰市东北部地区将出现小雨量级降水。6月20日20：00区台短期意见为赤峰市东北部有小雨或雷阵雨，伴有雷雨大风、短时强降水等强对流天气；区台短时意见为21日02：00～05：00赤峰市北部地区有0.1～2.9 mm降水、05：00～08：00赤峰市东部地区有0.1～2.9 mm降水。

2 GRAPES-MNSO产品释用

2.1 高分辨率区域模式产品释用

6月20日14：00起报的GRAPES-MESO模式（图2）对降水量级和区域给出了更为精细化的结论：未来24 h赤峰市东北部大部地区将出现中雨以上量级的对流降水，局地大雨，单点暴雨。同时GRAPES-MESO模式雷达回波模拟产品针对对流降水的具体发生发展时次作出了精细指导[3]。

2.2 最终预报结论

在参考多种模式资料和上级指导的基础上，值班预报员较为认可区域模式的结论，同时针对近期GRAPES-MESO区域模式降水量级、落区预报偏大，雷达回波模拟结论偏强的情况作出了适当调整，认为21日凌晨开始赤峰市东北部地区将出现雷阵雨天气，局地雨强稍大，同时对东北部阿鲁科尔沁旗、巴林左旗气象台值班人员作出预报指导，对外发布的城镇预报则较为保守，预报阿鲁科尔沁旗雷阵雨转多云，巴林左旗、富河多云。

3 天气过程实况

3.1 地面观测情况

6月21日东北地区组网雷达观测实况结果与GRAPES-MESO雷达回波模拟预报结论基本一致。同时受雷达观测有效距离有限的影响，阿鲁科尔沁旗西部、巴林左旗大部无法通过雷达实时观测降水情况，估算降水强度和降水量，值班员在估算降水强度、区域与降水持续时间时主要依靠区域自动站和卫星云图，但受本次强对流过程发生于凌晨时分、对流强度有限影响，降水过程前半段卫星观测效果不佳[4]。图3为GRAPES-MESO模式20日14：00起报的21日07：00雷达回波模拟与21日07：00东北地区雷达拼图对比，可以明显看出雷达回波模拟预报与实况观测的强度、范围基本接近，雷达在巴林左旗附近明显达到最大观测距离，雷达回波实况观测存在观测范围有限、上传时间滞后等缺点。

3.2 天气过程实况

此次对流天气系统于21日00：00逐渐开始生成发展，11：00趋于消散结束，对流过程具有生成时间和移动路径少见、小时雨强较大、持续时间较长等特点，同时部分降水过程处于雷达盲区，观测效果不佳，赤峰市东北部地区有4个国家级地面观测站观测到小雨以上量级降水，23个地面区域自动站出现中雨以上量级降水，小时最大雨强33.1 mm/h，对当地群众生产生活造成了一定影响。表1为21日00：00～12：00赤峰市东北部地区国家站及降水量达到20 mm以上的区域站降水数据。

基层业务人员在结合天气形势背景、参考上级指导与模式预报结论的基础上，在21日凌晨着重开展了气象监测服务工作，充分发挥基层服务优势，自降水开始时段严密监测雨情，迅速叫应地方政府开展各类服务工作，及时发布监测信息。虽然本次强对流过程生成发展于凌晨时分，小时雨强较大，但并未造成人员伤亡或严重的经济损失。在当前的现代气象防灾减灾服务中，对数值预报模式、气象监测信息的重视程度和应用水平均有大幅提升，已初步建立起基于数值预报模式的现代气象防灾减灾服务体系。

在现代防灾减灾服务工作体系中，气象预报预警发挥着极为重要的作用，内蒙古东南部地区降水期集中于夏季汛期时段，降水时空间分布不均，极易造成短时强降水、区域性洪水等灾害性强对流天气和城市内涝、山洪、泥石流、地质灾害等次生灾害[5]。

在传统天气预报方法中，强对流天气的预报难度大、防御难度大、致灾性强，运用好高分辨率区域数值模式等预报预警领域新技术、新资料、新方法，能够不断增加强对流天气预警的提前量，为灾害防御争取更多时间。同时，进一步落实和发挥好以气象灾害预警信号为先导的气象预警应急联动机制，细化分行业分部门的气象灾害防御应急联动机制，发挥好重大灾害性天气直通式叫应机制的快速反应作用，有效防范化解气象灾害带来的各类风险挑战，最大限度地减轻气象灾害带来的不利影响和财产损失，不断提高经济社会抵御气象灾害的能力和韧性[6]。

为取得更好的气象预报预警服务效果，达成防灾减灾的目标，需要进一步提升气象预报预警的准确度与时效性，气象服务的时效性越强，越可以为公众争取到更多防范气象灾害的时间提前量。在先进气象设备陆续投入气象服务领域使用的当下，气象监测信息更为完善、可靠，大大提高了数值模式预报初始场的准确性、时效性和精细化程度，客观的数值模式产品检验方法、基

于模式产品的预报方法等可以帮助预报员对大气环流形势演变作出更合理的解释，模式产品对大气环流形势演变的预报效果也比传统預报员依靠外推方法预报在数学物理方法解释上更有依据，更加精准、可靠。在国产高分辨率数值预报模式的基础上，预报水平获得进一步提升，气象预报信息在防灾减灾体系中的研判作用和指示意义也越来越及时、越来越精准[7]。

4 总结与探讨

4.1 高分辨率区域模式释用总结

在本次以短时强降水为主要特征的强对流天气过程预报、预警、监测、服务过程中，GRAPES-MESO模式一如既往地表现出其远胜于全球模式的中小尺度天气系统预报预警指导能力和高分辨率的时空尺度优势。同时在今年汛期的释用分析过程中，GRAPES-MESO 3 km系统升级后，强天气的空报情况也得到较大改善，虽然仍存在降水预报范围偏大、系统强度偏强等弱点，但已完全能够满足日常业务工作需要，在组网雷达和地面气象区域观测站点稀疏、不便观测的地区，高分辨率区域模式产品能够很好地弥补观测方面存在的缺陷，充分发挥了气象监测、服务能力。

4.2 基层数值模式应用探讨

近年来，全球大气数值模式的时效性和准确性有所提升，大气数值模式已成为天气预报和气候预测最重要的工具和手段，对中小尺度强对流天气来说，数值模式模拟是加强对中小尺度强对流天气系统演变规律认识和把握最重要、最不可替代的工具之一。从基层气象工作者的工作角度来看，我国数值模式飞速发展为基层气象工作提供了丰富的诊断产品技术支持，对基层气象预报预警服务工作的开展具有重要的支持、牵引、推动作用。

在全球气候变暖的大背景下，内蒙古东南部地区的极端天气气候时间明显增多，强度增强，气象灾害的多发性、突发性、极端性日益突出，对自然系统平衡和经济社会发展的影响愈加凸显。因此，利用好高分辨率数值模式等新方法新技术，充分发挥气象防灾减灾第一道防线作用，在气候变化背景下具有非常深远的战略意义[8]。

目前，受限于我区基层业务建设能力现状，基层气象预报预警服务能力长期存在不足。高分辨率区域模式产品以其内容丰富、结构清晰、质量可靠等优势，在基层预报、监测、服务业务工作中具有较大开发潜力，可以发挥重要作用。基层业务工作人员可以在认真收听全区、全市天气会商、借助上级讲解全球模式预报天气形势的基础上，关注最新时次各类高分辨率区域模式产品并加以利用，减轻短临监测、预报服务工作压力，同时能够利用相关资料开展好实况监测、灾情调查等工作。

参考文献

[1] 沈学顺，王建捷，李泽椿，等.中国数值天气预报的自主创新发展[J].气象学报，2020，78（3）：451-476.

[2] 沈学顺，陈起英，孙健，等.中央气象台全球中期数值预报业务系统的发展[J].气象，2021，47（6）：645-654.

[3] 张小雯，唐文苑，郑永光，等.GRAPES 3 km数值模式对流风暴预报能力的多方法综合评估[J].气象，2020，46（3）：367-380.

[4] 王婧卓，陈法敬，陈静，等.GRAPES区域集合预报对2019年中国汛期降水预报评估[J].大气科学，2021，45（3）：664-682.

[5] 于翡，黄丽萍，邓莲堂.GRAPES-MESO模式不同空间分辨率对中国夏季降水预报的影响分析[J].大气科学，2018，42 （5）：1146-1156.

[6] 张武龙，康岚，周威，等.基于GRAPES-MESO模式的极端短时强降水预报[J].干旱气象，2021，39（3）：507-513.

[7] 赵宁坤，张秀年，孙俊奎，等.高分辨率区域模式降水预报在云南的检验[J].暴雨灾害，2021，40（1）：78-86.

[8] 张旭，孙宝利，白佳宁，等.阜新地区东北冷涡多模式降水预报检验[J].气象与环境学报，2021，37（3）：19-24.