沈陽局地暴雨過程預報失誤分析

朱國明，胡 壯，張思瑤

（1.民航東北地區空中交通管理局，遼寧沈陽110043；2.民航西南空管局，四川成都610202；3.沈陽市氣象局，遼寧沈陽110168）

暴雨空間尺度小、持續時間短、降水強度大和成因復雜等特點一直是預報中的難點和重點[1-4]。許多學者對暴雨的氣候特征、環流形勢、結構特征和水汽來源等做了大量的工作。肖遞祥等[5]選取35年四川盆地出現的極端暴雨天氣個例，分析了氣候特征、環流形勢、影響系統及中尺度對流環境條件，結果表明大多數極端暴雨都出現在持續性暴雨過程中，暴雨中心主要出現在盆地西北部和西南部，極端暴雨過程具有低層高比濕、整層相對濕度大、暖云層厚、CAPE呈狹長形態、垂直風切變小等特征。雷蕾等[6]針對2016年7月19～20日華北極端暴雨中的低渦系統發展演變的結構特征和加強機制進行了研究，結果表明：中低層低渦系統快速發展過程與高低空系統構成耦合作用有關，低渦系統的發展進一步強化了低空暖平流，促使低空氣旋向東北方向發展移動，這一正反饋過程形成的耦合環流不僅造成了整個渦度柱強度增強，而且垂直結構上逐漸由傾斜渦柱演變為近乎于直立的渦柱。為了更好地研究沈陽本地局地暴雨預報，本文利用實況氣象觀測資料、歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）細網格預報產品、雷達探測產品和地基GPS/MET觀測網大氣可降水量（PWV）數據，針對2017年8月

3日沈陽局地暴雨過程進行分析，反思預報思路，探討模式預報誤差，尋求預報著眼點。

1 降水過程概述

2017年8月3 日07時 ～4日06時，沈陽地區出現大雨局部暴雨天氣，降水量分布不均勻，強降水落區主要集中在沈陽新民、康平和法庫地區。全市7個國家氣象觀測站平均降水量26．5 mm，全市245個氣象觀測站平均降水量17．1 mm，最大降水量出現在新民柳河溝為93．1 mm，最大降水強度出現在法庫十間房為44．3 mm/h。

2 降水預報失誤分析

預報員主觀預報2017年8月3日傍晚到夜間沈陽地區將出現暴雨、局部大暴雨天氣過程，其中康平、法庫和新民地區降水量可能超過150．0 mm。對比實況降水量，預報失誤主要體現在沈陽市區的暴雨空報。本文反思預報思路，探討模式預報誤差，尋求預報著眼點，為臨近訂正預報提供依據。

2.1 模式環流背景檢驗

檢驗不同起報時刻ECMWF模式預報2017年8月3日08時700 hPa風場和相對濕度場（圖1a、2c、3e）可知，2017 年 7月 31 日 20 時起報，低渦中心位于河北省與遼寧省交界處，閉合環流中，偏南風風速較強，偏北風風速較弱；2017年8月1日20時起報，低渦中心較前一起報時刻位置偏北，低渦北部延伸出風速的輻合切變，偏南風進一步增強；2017年8月2日20時起報，低渦中心位置較前一起報時刻變化不明顯，但輻合明顯增強。檢驗不同起報時刻ECMWF模式預報2017年8月3日20時700hPa風場和相對濕度場的穩定性（圖 1b、1d、1f）可知，2017年7月31日20時起報，低渦中心位于遼寧省中北部地區，沈陽地區上空為一致的西南氣流；2017年8月1日20時起報，低渦中心位置較前一起報時刻明顯偏北；2017年8月2日20時起報，切變線較前一起報時刻移速偏快，切變線前側的西南急流剛好位于沈陽地區上空。從檢驗結果來看，ECMWF模式預報的700hPa風場和相對濕度場存在明顯的不確定性。

圖 1 2017年 7月 31日 20時（a、b）、8月 1日 20時（c、d）和 8月 2日 20時（e、f）起報 ECMWF模式預報 2017年 8月 3日 08時（a、c、e）和 8月 3日20時（b、d、f）850 hPa風場和相對濕度場

圖2 2017年8月 2日20時起報ECMWF模式預報12～24小時（a、b）、24～36小時（c、d）的對流性降水量（a、c）和大尺度降水量（b、d）

圖3 2017年8月3日20時起報ECMWF模式預報遼寧地區850hPa風場和相對濕度場的分析場（a）和 0～3小時預報場（b）

2.2 模式降水預報失誤

分析2017年8月2日20時起報ECMWF模式預報未來對流性降水量和大尺度降水量（圖2），2017年8月3日08時～20時，新民站（區站號；54333）累計降水量39．2mm，其中對流降水量 5．8mm，大尺度降水量 33．4mm；2017年 3日 20時 ～4日 08時，沈陽城區累計降水量70．8mm，其中對流降水量9．7mm，大尺度降水量61．2mm。由此可見，ECMWF模式預報的累計降水量主要是大尺度降水，即降水是由大尺度系統產生，而ECMWF模式預報的對流性降水量最大不超過10 mm，即降水由中、小尺度系統產生的比例較小。

2.3 模式大尺度降水預報誤差

從ECMWF模式對降水系統的調整來分析模式預報大尺度降水的誤差，圖3a給出了2017年8月3日20時ECMWF模式遼寧地區850hPa風場和相對濕度場的分析場，2017年8月2日20時起報的預報8月3日20時的低空切變線較實況明顯偏慢，且預報的西南風和偏南風的水汽輻合消失，轉為西南風的水汽通道。2017年8月3日23時，系統快速東移，水汽輻合區位于沈陽市區的東南，暖濕的對流環境消失。

為了進一步分析沈陽城區上空的水汽特征，通過分析2017年8月3日20時～3日23時逐小時大氣可降水量的探測結果。2017年8月3日20時大氣可降水量的大值區（≥65．0 mm）主要集中在遼寧中南部地區，沈陽城區上空并未出現水汽的堆積區。水汽堆積區向東北方向移動，擦過沈陽東南部地區，2017年8月2日20時起報ECMWF模式預報，2017年8月3日20時沈陽城區上空的水汽輻合區并未出現，因此導致沈陽城區的暴雨空報。

3 結論

本文利用實況氣象觀測資料、歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）細網格預報產品和地基GPS/MET觀測網大氣可降水量（PWV）數據，針對2017年8月3日沈陽局地暴雨過程進行分析，反思預報思路，探討模式預報誤差，尋求預報著眼點，結果表明：

不同起報時刻ECMWF模式預報的700 hPa風場和相對濕度場，切變線的位置和兩側風速大小存在明顯的不確定性。

ECMWF模式預報的降水量主要是由大尺度降水產生，對對流性降水估計明顯不足。對降水系統的位置及風場強度預報的不穩定性，導致大尺度降水落區處于不段調整，使沈陽城區對流環境發生改變，預報城區上空西南風和偏南風的水汽輻合消失，轉為西南風的水汽通道，水汽輻合區出現在城區東南部，因此導致沈陽城區暴雨空報。

可以利用大氣可降水量的監測資料，來判斷水汽輻合區，進而訂正模式預報。