大暴雨科研成果在業(yè)務(wù)上的檢驗(yàn)及氣象服務(wù)能力研究

張麗敏 劉靖楠 趙宇涵

摘? 要：針對(duì)暴雨研究中個(gè)例分析類無法直接應(yīng)用，應(yīng)用類科研成果又與預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)結(jié)合不夠的現(xiàn)狀，以2018年葫蘆島發(fā)生的兩次大暴雨過程預(yù)報(bào)服務(wù)效果不佳的事實(shí)為例，將其環(huán)流形勢(shì)和物理量與遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)的科研成果進(jìn)行對(duì)比分析，目的是促進(jìn)科研成果在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)上的檢驗(yàn)和應(yīng)用，以期對(duì)氣象服務(wù)能力的提高探索出更優(yōu)的結(jié)合點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)的科研成果對(duì)小范圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)大暴雨仍然適用且指導(dǎo)性較強(qiáng)。葫蘆島兩次大暴雨服務(wù)效果不佳的原因主要是數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)論有較大偏差、業(yè)務(wù)與科研脫節(jié)兩者共同造成的。提高氣象服務(wù)能力必須作為一個(gè)系統(tǒng)性的問題加以綜合解決。

關(guān)鍵詞：大暴雨;特征檢驗(yàn);服務(wù)能力

中圖分類號(hào)：P4??????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

暴雨是遼寧災(zāi)害中致災(zāi)率最高的災(zāi)害，遼寧西部地區(qū)又是遼寧省暴雨災(zāi)害出現(xiàn)頻率最高的地區(qū)之一。對(duì)暴雨和遼寧西部暴雨已有許多研究成果，但研究內(nèi)容多為個(gè)例診斷或?qū)Ρ确治觯淦者m性和實(shí)用性有限。遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)利用全省61個(gè)國家地面氣象站54 a降水資料，選取60次區(qū)域性大暴雨過程對(duì)遼寧省大暴雨時(shí)空分布、背景場配置、物理量診斷等進(jìn)行了詳細(xì)研究，但對(duì)其結(jié)論的應(yīng)用與訂正鮮有報(bào)道。業(yè)務(wù)應(yīng)用是科研成果可重復(fù)性的重要檢驗(yàn)方法，科學(xué)研究應(yīng)理論與應(yīng)用并重，但應(yīng)用類的需加強(qiáng)推廣和實(shí)用。早在1983年就有氣象工作者 提出需加強(qiáng)科研成果應(yīng)用方面的研究，但直到目前，許多研究仍是停留在研究論文層面，重論文輕應(yīng)用、重成果輕轉(zhuǎn)化的傾向還十分普遍。在一定程度上，科研與業(yè)務(wù)不能很好結(jié)合已經(jīng)明顯影響了氣象事業(yè)的發(fā)展，因此在業(yè)務(wù)中加強(qiáng)對(duì)科研成果的檢驗(yàn)并有效應(yīng)用十分必要。

葫蘆島地處遼寧西部，年平均降水量577 mm，以國家基本站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的年均大暴雨日數(shù)不多（0.30～0.46 d），但綏中縣永安鄉(xiāng)（省級(jí)觀測站）是遼寧省第二大降水中心，說明強(qiáng)降水多在小范圍發(fā)生，因此迫切需要提升氣象服務(wù)能力來彌補(bǔ)預(yù)報(bào)偏差，進(jìn)而防災(zāi)減災(zāi)。

2018年葫蘆島累積降水量491.6 mm，7月24—26日（下簡稱“過程Ⅰ”）和8月13—15日（下簡稱“過程Ⅱ”）出現(xiàn)的兩次大暴雨天氣過程累積降雨量占全年總降雨量的37%。從預(yù)報(bào)服務(wù)情況來看，兩次過程服務(wù)效果不佳。本文主要通過兩次大暴雨天氣過程來檢驗(yàn)遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)的研究成果對(duì)地市級(jí)業(yè)務(wù)部門的適用性和指導(dǎo)性，推動(dòng)科研與業(yè)務(wù)更好地結(jié)合，切實(shí)提高地市級(jí)氣象服務(wù)能力和水平。

1? 材料與方法

1.1 ?過程概況

從過程Ⅰ和過程Ⅱ的降水中心及大暴雨分布范圍（圖1）可以看出，兩次過程降雨中心幾乎無重疊，大暴雨覆蓋范圍大小相當(dāng)，過程Ⅰ為47站次，過程Ⅱ?yàn)?0站次，但過程Ⅱ累積雨量更大，最大降雨量達(dá)370.1 mm（綏中小莊子站），200 mm以上降水范圍明顯大于過程Ⅰ。過程Ⅰ的最大雨強(qiáng)為80.3 mm/h（建昌巴什罕站），過程Ⅱ最大雨強(qiáng)為69.3mm/h（興城站）。葫蘆島市氣象臺(tái)依據(jù)遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《氣象災(zāi)害評(píng)估 第一部分：暴雨》將過程Ⅰ評(píng)估為二級(jí)暴雨災(zāi)害，屬嚴(yán)重級(jí)別;過程Ⅱ評(píng)估為一級(jí)暴雨災(zāi)害，屬特大級(jí)別。

兩次強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)服務(wù)偏差：過程Ⅰ的強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段比預(yù)報(bào)偏晚24小時(shí)以上，強(qiáng)降水落區(qū)預(yù)報(bào)為西部，實(shí)況為北部和東部，過程雨量和降水強(qiáng)度預(yù)報(bào)均偏弱;過程Ⅱ則僅預(yù)報(bào)出局部暴雨。

1.2? 資料來源和研究方法

數(shù)據(jù)來源于葫蘆島地區(qū)141個(gè)氣象觀測站（4個(gè)國家氣象觀測站，137個(gè)省級(jí)氣象觀測站）逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，剔除數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和不連續(xù)的站點(diǎn)14個(gè)，實(shí)際站點(diǎn)數(shù)127個(gè)。環(huán)流形勢(shì)場及物理量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于MICAPS實(shí)況數(shù)據(jù)。對(duì)比指標(biāo)采用遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)孫欣等公開發(fā)表的科研成果。

從服務(wù)角度定義20個(gè)及以上站次降水量≥100 mm的降水過程為一次大暴雨過程。用MICAPS實(shí)況資料與遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)制作的大暴雨過程合成場（概念模型）對(duì)比，將兩次大暴雨天氣進(jìn)行分型;統(tǒng)計(jì)兩次過程表征水汽條件、熱力條件和動(dòng)力條件的物理量與遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)研究成果大暴雨物理量閾值對(duì)比，揭示科研成果對(duì)業(yè)務(wù)的指導(dǎo)強(qiáng)弱并挑選出指示意義強(qiáng)又簡明實(shí)用的物理量，提高基層業(yè)務(wù)人員工作效率和服務(wù)時(shí)效;針對(duì)目前氣象服務(wù)工作現(xiàn)狀，研究服務(wù)能力建設(shè)方法，為彌補(bǔ)預(yù)報(bào)偏差，改善服務(wù)效果提供參考。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 形勢(shì)場對(duì)比

從兩次大暴雨過程500 hPa環(huán)流形勢(shì)場（見圖2）可見，歐亞中高緯度地區(qū)均為兩槽一脊型，極地或超極地冷空氣南下與副熱帶高壓邊緣的暖濕空氣交匯，形成強(qiáng)降水天氣。兩次過程均有熱帶氣旋加入，對(duì)其背景場的配置和形勢(shì)的發(fā)展貢獻(xiàn)了熱力和水汽條件。過程Ⅰ和過程Ⅱ均為貝湖阻高型。與概念模型相比，兩次過程的作用機(jī)理十分吻合，不同的是，過程Ⅰ阻高位置偏東，副高偏強(qiáng)，呈塊狀分布，其西伸脊點(diǎn)偏西20o，過程Ⅱ副高位置也偏西10 o，這是由于2018年夏季副高異常偏西偏北導(dǎo)致的。

2.2? 物理量對(duì)比

從兩次天氣過程物理量檢驗(yàn)（表1）可以看出，比濕、850 hPa急流、和Qdiv都超過遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)的研究閾值，僅過程Ⅰ200 hPa未見明顯急流，850 hPa與500 hPa溫差略低于閾值，可能是因?yàn)檠芯康攸c(diǎn)沒有探空站，風(fēng)場資料和溫度場數(shù)據(jù)采用距離最近的錦州站探空資料代替導(dǎo)致的。由此可見，遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)總結(jié)研制的大暴雨閾值對(duì)2018年葫蘆島兩次大暴雨天氣指導(dǎo)意義很強(qiáng)。

2.3? 基層預(yù)報(bào)服務(wù)中物理量的選擇

由于散度是渦度的制造項(xiàng)，是大量間的小差，很難計(jì)算準(zhǔn)確，因此本文并未選用;假相當(dāng)位溫因其理論上假設(shè)在氣團(tuán)移動(dòng)中該值不變的特性，使其作為一個(gè)綜合物理量經(jīng)常被廣泛用于天氣分析中，而實(shí)際上假設(shè)太多，實(shí)用性有限，但可以用假相當(dāng)位溫的垂直遞減率來判斷層結(jié)穩(wěn)定度，例如可用850 hPa與500 hPa高度上的假相當(dāng)位溫差來表征;水汽通量散度數(shù)量級(jí)太小，僅能定性判斷水汽的流失與積聚。因此，地市級(jí)業(yè)務(wù)人員在應(yīng)用遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)研制的物理量指標(biāo)中應(yīng)首選比濕、急流、700 hPa垂直速度、850 hPa與500 hPa溫差;其次選擇假相當(dāng)位溫和水汽通量散度。

2.4? 氣象服務(wù)能力研究

當(dāng)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品失誤導(dǎo)致預(yù)報(bào)結(jié)論偏差較大時(shí)需要提高氣象服務(wù)能力來彌補(bǔ)。氣象行業(yè)歸根到底是服務(wù)行業(yè)，服務(wù)能力的提高有兩個(gè)方面，一是從供給側(cè)改進(jìn)，全體從業(yè)人員合力提高氣象服務(wù)技術(shù)，二是從服務(wù)對(duì)象方面，實(shí)事求是地經(jīng)常性科普，逐步提高服務(wù)對(duì)象的容錯(cuò)程度。氣象服務(wù)能力建設(shè)見圖3。

氣象服務(wù)技術(shù)的落腳點(diǎn)是預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的關(guān)鍵在于數(shù)值預(yù)報(bào)模式的研究和改進(jìn)，這是科學(xué)家們需要攻克的科研難題，期待預(yù)報(bào)員的訂正能力來提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率既不科學(xué)也不穩(wěn)定。氣象服務(wù)技術(shù)的本質(zhì)是信息傳遞，信息傳遞的環(huán)節(jié)包括快速全面地獲得數(shù)據(jù)、及時(shí)有效地處理數(shù)據(jù)、合成與分發(fā)數(shù)據(jù)組成的信息，而目前氣象服務(wù)業(yè)務(wù)信息傳遞各個(gè)環(huán)節(jié)的支撐和保障力度不夠，科學(xué)技術(shù)和綜合性專業(yè)技術(shù)人才補(bǔ)給嚴(yán)重不足、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化研究工作不到位的情況十分嚴(yán)重。地市級(jí)氣象部門業(yè)務(wù)定位不清，服務(wù)能力建設(shè)沒有得到足夠重視。以本文兩次大暴雨過程為例，環(huán)流形勢(shì)和物理量指標(biāo)均符合已研制出的科研成果，但由于科研與業(yè)務(wù)脫節(jié)，導(dǎo)致兩次過程預(yù)報(bào)偏差較大，服務(wù)效果欠佳。當(dāng)數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)論偏差較大時(shí)，服務(wù)重點(diǎn)是如何將損失和不滿降到最低，目前的救急之法是滾動(dòng)訂正，頻繁預(yù)警，根本之道在于各級(jí)氣象部門合理定位和分工，不同崗位各自努力又協(xié)同合作，共同解決氣象服務(wù)能力建設(shè)這個(gè)系統(tǒng)性問題。

3? 結(jié)論與討論

（1）2018年葫蘆島兩次大暴雨天氣過程的形成機(jī)制與遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)論十分吻合，物理量指標(biāo)均達(dá)到或超過研究閾值，說明其科研成果對(duì)小范圍大暴雨天氣適用，且指導(dǎo)性很強(qiáng)。地市級(jí)業(yè)務(wù)人員在應(yīng)用遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)研制的物理量指標(biāo)中應(yīng)首選比濕、急流、700hPa垂直速度、850hPa與500hPa溫差;其次選擇假相當(dāng)位溫和水汽通量散度。

（2）2018年葫蘆島兩次大暴雨天氣過程服務(wù)效果不佳的原因是數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品失誤、科研與業(yè)務(wù)脫節(jié)兩者共同造成的。

（3）氣象服務(wù)能力的提高需要從兩方面進(jìn)行，一是全體從業(yè)人員合力提高氣象服務(wù)技術(shù)水平，二是客觀地經(jīng)常性科普，增強(qiáng)服務(wù)對(duì)象的容錯(cuò)能力。

（4）遼寧省暴雨專家團(tuán)隊(duì)科研成果是基于61個(gè)國家氣象觀測站，而本文的研究數(shù)據(jù)是以國家氣象觀測站和省級(jí)氣象觀測站為基礎(chǔ)，大暴雨過程的定義也不同，因此其適用性和指導(dǎo)性的檢驗(yàn)是必要而有意義的。

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