基于MICPAS實況資料的兩次暴雨過程對比分析中的短時預報技巧

馬庚雪 （天津市北辰區氣象局 天津 300400)

0 引言

由于2012年雨水異常偏多，暴雨、大暴雨接連出現，給百姓的財產和人身安全造成不同程度的損失。隨之而來的城市內澇也給市民的正常生活帶來了諸多不便。其中，7月21～22日降雨過程天津市共計損失1.5億元，北辰、武清、寶坻、寧河的城區及農田積水4.4萬公頃，市區達18個積水片。造成如此大的損失的天氣災害引起了各級政府的高度重視，這也無疑給氣象部門提出了更高的要求。

但是，在應急值守的過程中我們發現，為了更及時、更準確地作出臨近預報，僅依賴數值預報會有一定的局限性。一是數值預報資料更新速度是6～12h，相對來說時間較長。二是數值預報往往尺度較大，無法對局地天氣作出更精細的預報。所以，如何結合現有的更新速度及實況資料較快地做出短時臨近的局地預報就顯得格外重要。本文基于2012年7月21～22日過程（之后簡稱“7.21”過程）和7月28～29日過程（之后簡稱“7.28”過程）的micaps實況資料做簡單分析，試圖得到一些對暴雨鄰近預報有指導意義的方法。

1 實況雨量回顧

7月21日下午到22日凌晨（圖1a），天津地區普降暴雨，部分大暴雨，全市235個氣象站平均降水量109mm，其中特大暴雨4個站，大暴雨107個站，暴雨54個站。最大過程雨量和最大雨強出現在寶坻的大白莊分別為297.5mm和94.4mm/h。市區平均降水量62.2mm。主要降水時段發生在21日前半夜到22日凌晨，為21日22時～22日03時。

圖1 天津地區24小時累計降水分布（單位：mm）

7月28日夜間（圖1b），天津的薊縣、寶坻、武清、漢沽、寧河、靜海、大港、津南、塘沽等地相繼出現雷陣雨或陣雨天氣，全區大暴雨1個站，暴雨2個站，大雨6個站。降水中心明顯偏北，中心發生在薊縣，薊縣降雨量達中到大雨（平均21.4mm），局部暴雨或大暴雨。最大過程雨量和最大雨強出現在薊縣的西龍虎峪分別為103.5mm和49.4mm/h。降水主要時段發生在28日前半夜，為28日20時～29日00時。

2 預報分析

2.1 環流背景

7月21日08時，在500hPa上（見圖2），華北地區處于高空槽前和副熱帶高壓西北側，槽前的正渦度平流提供了有利于強降水天氣發生發展的大尺度上升條件。在850hPa上（圖略），整個華北地區也是處于東高西低的形勢，高低壓之間的偏南氣流向華北地區輸送水汽，有利于天津地區的水汽輻合和持續補充。在這種流型中，西風帶以經向環流為主，長波系統移動緩慢或停滯少動，副熱帶高壓也比較穩定，且位置偏北，中低緯系統容易相互作用。

圖2 21日08時500hPa高度場

由圖3a所示，“7.28”過程的500hPa環流形勢與前一過程類似，也屬于副高邊緣與高空槽共同作用的降水過程。不同的是，“7.28”過程高空槽不夠深厚，而且副高更加強盛且588線北抬的更加明顯。這就造成了整個降水系統較“7.21”過程偏北。同時當日20時（圖3b）副高的進一步西伸也對水汽的輸送有一定的阻擋作用，不利于副高邊緣大尺度降水云系的生成。

圖3 500hPa高度場

21日08時（圖4a）500hPa槽線位于河套中部，中低層切變位于內蒙、山西及陜西一帶，槽后500hPa有西北急流，天津位于槽前西南氣流控制中。天津地區濕度條件較好，高中低3層的濕舌（t-td<4℃）由西南向東北伸，中低層濕舌東伸更加明顯。與此同時，熱力條件和動力條件也相當不錯，850hPa假相當位溫大于72℃的高能區，垂直速度負值區控制天津地區。在這種強熱力條件下，上升運動的抽吸作用為對流運動的發展起到了很好的促進作用。

2.2 中尺度分析

圖4 中尺度分析圖

21日20時（圖4b）三層槽線與切變線逐步東移，850hPa切變線逐漸加強演變為冷切和暖切兩支，并在河北山西交界一帶呈低渦環流形勢。而且中高層濕舌進一步東伸在華北地區重疊。850hPa假相當位溫大于67℃的高能區仍然維持，同時大上升速度中心也配合上，上升運動顯著。

28日08時（圖4c）三層槽線與切變線位于河北與內蒙和山西交界一帶，三層急流顯著，其中天津地區盛行副高邊緣強大的西南氣流。中低層大濕區（t-td<4℃）配合在天津地區疊加，高能區850hPa假相當位溫大于79℃，但是上升運動很弱，不利于天津地區對流的發展。且從850hPa低渦中心和700hPa上升運動中心的位置以及其他要素的配合看，本次過程較“7.21”過程系統整體偏北。

28日20時（圖4d）三層槽線及切變線東進，850hPa切變線加強同樣演變為冷切和暖切兩支，但位置偏北，在內蒙東部呈現出低渦環流形勢。三層急流也位于東北三省一帶。中低層大濕區配合得很好，濕度條件不錯，能量條件也維持。上升運動加強，但大的上升運動中心位于東北三省一帶。

綜上可以簡單歸納出，“7.21”過程的動力、熱力和濕度條件都有利的配合，其中動力條件作用更為顯著，而“7.28”過程的影響系統整體偏北，水汽條件充沛，熱力作用比較顯著，但動力作用不明顯。

2.3 垂直運動

2.3.1 垂直運動與降雨落區 由圖5可以清晰地看到700hPa垂直速度負值區（即上升速度區）和加密自動站的雨區在大尺度上都可以比較好地吻合上。可見上升速度是一個對流發展強盛的重要條件。但是對于范圍較小的地區可能也處于上升運動區域內卻沒有出現降水現象。我們在2.4中再分析一下影響局地降水的其他因素。

圖5 700hPa垂直速度和加密自動站雨量疊加圖

2.3.2 垂直運動剖面 天津地區的經度范圍大概是在116°～118°之間。圖6可見，“7.21”過程的動力條件很充足，上升運動很強。21日08時（圖6a）天津地區500hPa以下均為上升氣流，并在700hPa與850hPa之間垂直運動較強-12Pa/s左右。天津以西地區上升運動更強，但向東迅速減小，渤海灣上空700hPa以上為下沉運動區。到了20時（圖6b）上升運動中心東移，天津上空上升運動明顯加強，在500hPa附近接近上升運動中心，上升運動非常強盛垂直速度達-60Pa/s。而更大的上升運動中心仍然在天津上游地區。相比之下，“7.28”的上升運動偏弱。28日08時（圖6c），天津地區500hPa以下也為上升氣流控制，但受700hPa天津以西地區下沉氣流的影響，天津上空的上升速度很小，僅925hPa垂直速度較大為-6Pa/s。到20時（圖6d），上升運動加強，天津上空500hPa附近為上升運動中心，垂直速度達-27Pa/s。

圖6 垂直速度剖面

2.4 加密自動站

加密自動站資料為每小時更新的實況數據資料，可以顯示地面風場、雨量、溫度、露點、氣壓等多個氣象要素。如果可以在這個資料中得到一些降水的前期先兆性特征，那么就能在時間上給短臨預報提高了效率。而且由于其是加密的自動站數據，比站點數據更加的密集，也給精細化的局地預報提供了便利。下面選取“7.28”過程降水前期幾個小時的加密自動站資料做分析得出，前期天津地區大部分為強大的西南偏南氣流控制，冷空氣偏北，一直沒有侵入天津境內，導致在比較有利的大氣環流背景下降水遲遲沒有到來。19時（圖7a）在薊縣北部山區逐漸由偏北風侵入，優先在薊縣造成了地面風場的符合，隨著冷暖空氣的交匯（圖7b），降水區逐漸侵入薊縣（圖7c）。由此可見地面幅合對于局地降水的形成具有一定的指示性作用。

圖7 加密自動站風場和雨量疊加圖

2.5 云圖和雷達

由兩次過程的衛星云圖和多普勒雷達圖可見（圖略），“7.21”過程為高空槽與副高共同作用的大尺度強對流，當系統發展最強盛時，其云系在南北向跨度達25個緯距，雷達回波大范圍達到50dbz，局部55dbz，并連成一條東北-西南走向的強帶狀回波向東南方向緩慢推進，同時不斷有新的回波生成形成列車效應。而“7.28”過程也受高空槽與副高共同作用，但副高較偏北，這種形勢下，地面形勢為東高西低，天津處于弱的低壓帶中，局地強對流系統較多。所以，天津地區主要受東北低渦外圍零散對流云團影響，其云系比較零散，沒有形成大尺度的云帶。而且雷達回波也僅在條件有利的地方不斷生成，且回波分布相對零散、移速較快，除薊縣山區的部分地區外，強回波的維持時間并不長。

3 小結

①兩次過程的大尺度環流背景都為傳統的暴雨流型，在這種大形勢下中低緯系統容易相互作用，并同處副高邊緣高能區，且有850hPa較強的偏南氣流為華北地區帶來源源不斷的暖濕水汽輸送。

②“7.21”過程的動力、熱力和濕度條件都有利配合，其中動力條件作用更為顯著，而“7.28”過程的影響系統整體偏北，濕度條件不錯，動力條件不明顯，但熱力作用更為顯著。

③兩個過程700hPa上升速度區和雨區在大尺度上都可以比較好地吻合上。“7.21”過程的上升運動非常強盛，相比之下“7.28”過程的上升運動較弱。可以見得上升速度是一個對流發展強盛的重要條件。

④地面輻合對于局地降水的形成具有一定的指示性作用。即在其他條件都比較有利的情況下，地面有風場輻合的地方有利于局地對流的發生發展。

⑤“7.21”過程為高空槽與副高共同作用的大尺度強對流，云系最強盛時跨度為25個緯距。雷達回波連成一條東北-西南走向的強帶狀回波向東南方向緩慢推進，同時不斷有新的回波生成形成列車效應。而“7.28”過程也受高空槽與副高共同作用，但副高較偏北，天津處于弱的低壓帶中，局地強對流系統較多。因此對流云系尺度較小，雷達回波分布相對零散，移速較快。

暴雨的發生和發展，大尺度環流背景必然重要。但是，其他物理條件的有利配合也必不可少。所以今后要想更好地做好暴雨的局地臨近訂正預報，應在掌握好大尺度環流背景的基礎上，注重分析對暴雨有重要作用的物理量的分布情況，以提高預報精確度和預報效率。■

[1]姚學祥.天氣預報技術與方法[M].北京:氣象出版社，2011:84-99.

[2]趙斌，趙萃萍，閆巨盛，等.河北兩次大（暴）雪過程對比分析[J].氣象科技.2010,38（3）:281-288.

[3]東高紅,解以揚,于莉莉.一次局地大暴雨的落區分析與預報[J].氣象,2010,36（6）:50-58.

[4]趙剛,汪靖.2011年夏季天津及渤海灣一次回流天氣過程分析[R].氣象學術論文集，2011:1-5.

[5]俞小鼎,周小剛,王秀明.雷暴與強對流臨近天氣預報技術進展[J].氣象學報,2012,70（3）:311-337.