一次弱暴雨天氣過程的可預報性分析

聶祥 趙春霞 王璇 周庶 楊洋 魏巍

(1.貴州省畢節市氣象局，貴州 畢節 551700；2.貴州省織金縣氣象局，貴州 織金 552100；3.貴州省黔西縣氣象局，貴州 黔西 551500)

引言

暴雨預報是天氣預報中的重點和難點。暴雨天氣在夏季常常出現,而且常常伴隨短時強降水,極易造成洪澇(城鄉滯澇)、塌方、滑坡、泥石流等災害,給工農業生產和人民生命財產造成重大損失；暴雨的非連續性特性和產生機制的復雜性,使得對暴雨預報的研究仍然是氣象預報工作中還在攻克的世界性難題之一。如何做好天氣預報,是對當前“監測精密,預報精準,服務精細” 要求中對精細化預報工作的具體體現。為了進一步做好天氣預報,提高暴雨預報的準確率,廣大氣象人員采取各種方法和手段進行了廣泛的研究和應用檢驗。通過文獻搜索“暴雨預報”,僅中文期刊就達到9000 多篇,如果再加上關于暴雨預報的書籍、報紙、會議論文、學位論文等,更是數不勝數,這些研究方法有基于氣候角度進行研究的,也有基于雷達和衛星開展短時臨近預報的,還有就是基于各種資料進行中短期預報的。目前已經取得許多進展[1-16],大大提高了暴雨預報的準確率和服務效果,但是,暴雨天氣包含各種時間空間尺度,許多分析研究都是選取了典型的強降水過程,往往時空尺度大。實踐證明,到目前還有預報失誤的情況出現,有無暴雨出現、出現時間早晚、強度大小的變化、出現位置的偏差等都是不可避免的。而對于那些強度不是太強、范圍不大的單點性暴雨過程,對其進行暴雨的出現時間、出現區域、強度大小的分析判斷仍然是非常難的,許多時候容易漏報,這類暴雨過程常常也造成了不同程度的災害。

現在,越來越多的天氣預報結論是基于各類數值預報結果的,并且在氣象防災減災中發揮了重要作用,但是數值預報在暴雨預報方面表現不是太好,尤其是對于尺度小強度弱的單點性暴雨,而且在低緯度地區、高海拔地區和山區表現更差。

2020 年6 月7—8 日的暴雨天氣過程范圍小,強度弱,本文將從短期天氣預報的角度對其進行可預報性分析研究,以便提取對短期預報有用預報信息。

1 降水和強對流實況

2020 年6 月6 日20：00—8 日20：00 的48h 內,全市共出現50mm 以上降水12 站(其中,百里杜鵑2站,金坡鄉72.2mm、沙廠鄉63.1mm；黔西縣2 站,永興鄉60.4mm、重新鎮55.1mm；金沙縣4 站,安洛鄉59.4mm、新化鄉56mm、大田鄉54.7mm、禹謨鎮52.2mm；威寧縣1 站,猴場鎮58.3mm；大方縣1 站,大山鄉51.3mm),25～49.9mm 53 站,10～24.9mm 100 站,9.9mm 及以下88 站；強降水時段主要集中在6 日夜間—7 日凌晨,強降水主要集中在大方東北部、金沙西南部和黔西西北部。

其中,6 月6 日20：00—7 日20：00,全市共出現7 站暴雨(百里杜鵑2 站,金坡鄉71.4mm、沙廠鄉63mm；金沙縣3 站,新化鄉55.9mm、安洛鄉54.1mm、大田鄉53.1mm；黔西縣1 站,永興鄉54.1mm；大方縣1 站,大山鄉50.8mm),32 站大雨,90 站中雨,110 站小雨；24h 內最大小時雨強為百里杜鵑金坡鄉(R7901) 站7 日05：00 的51.0mm；24h內納雍厙東關(R7420) 23：00 和威寧中水(R7202)7 日20：00 分別出現19.0m·s-1和17.9m·s-1的大風過程。6 月7 日20：00—8 日20：00,全市共出現1站暴雨(威寧縣1 站,猴場鎮53.9mm),4 站大雨,26 站中雨,203 站小雨；24h 內最大小時雨強為威寧縣猴場鎮的平洞(R0716) 站8 日05：00 的33.9mm；24h 內威寧中水(R7202) 于18：00 再次出現17.0m·s-1的大風過程。收集到大方貓場降雹,直徑3mm,冰雹密度為10～20 粒·m-2。

逐6h 監測顯示:負閃多于正閃,閃電過程主要出現在7 日凌晨(02：00—08：00) 的金沙、黔西和大方一帶,此階段對流性降水特性明顯。

2 災情

此次暴雨天氣過程局地伴隨有冰雹和大風過程,造成了大方、黔西、金沙3 縣部分鄉鎮的洪澇災害。據不完全統計,僅大方就造成直接經濟損失3075 萬元,其中有3898 人受災,農作物 (辣椒,馬鈴薯,玉米,豆類等) 受災383.6hm2,成災面積323.9hm2,絕收面積71hm2,農作物經濟損失2942.96 萬元,倒塌房屋1 間,損壞房屋183 間,基礎設施損失102.04萬元,家庭財產損失30 萬元。

3 背景及環境場分析

3.1 高低空2020 年6 月6 日08：00—7 日08：00 資料分析

3.1.1 200hpa6 日08：00

受到南亞高壓控制,高壓中心位于孟加拉灣東部到中南半島西北部,貴州省位于高壓頂部偏西北氣流位置,高壓中心附近風速達到20m·s-1,高壓中心附近高度達到12570m 以上,高壓中心附近溫度露點差為5～6℃,周圍溫度差異不大。

3.1.2 500hPa6 日08：00

為兩槽一脊環流形勢,蒙古到我國華中地區為高壓脊控制,云南和貴州地區有小波動影響,以西北氣流為主,風速都在10m·s-1以上,北部的川西川南一帶有高空槽尾部的系統影響；高度場上各地高度變化較小,但是川東為負變高區而貴州到重慶一帶為正變高區；溫度場上梯度也不大,但是在四川南部云南東北部與畢節交界處剛好有一個溫度槽形態,從24h 變溫可以看出,原因是在普遍升溫的環境下,威寧到宜賓到重慶的升溫幅度明顯偏小。到7 日08：00,系統略有東移,云南和貴州地區的小波動已東移,仍然以西北氣流為主,但風速加大,達到12m·s-1以上。8日08：00 變為偏西氣流控制,有小波動影響。

3.1.3 700hPa6 日08：00

中高緯地區仍然維持兩槽一脊環流形勢,川南到滇北地區的低渦和南支槽系統未來東移影響,溫度露點差在威寧只有0.7℃,溫度平流不明顯,廣大地區變高不大,宜賓變高為-1.9,其余廣大地區都在1.0以下。到7 日08：00,中高緯地區仍然維持兩槽一脊環流形勢維持,但是略有東移,溫度露點差在有所變大。

3.1.4 850hPa6 日08：00

重慶與黔北交界的低渦切變逐漸東移南壓,在貴州中部一帶維持,空氣達到飽和,由于南北風速小,廣西到南海的低空急流已經建立并維持,因此未來貴州中北部一帶的低值系統將維持較長時間。到7 日08：00,系統維持,濕度仍然較大。

3.1.5 海平面氣壓6 日08：00

根據地面填圖,大部地方氣壓在1005～1006hPa,壓溫濕變化不大,呈現穩定維持態勢。到7 日08：00,氣壓下降到1003～1004hPa,大體下降了2hPa；畢節站氣溫下降了1.1℃,氣壓下降了0.28hPa。

3.2 探空及物理量場分析

本次降水過程主要出現在6 日夜間—7 日凌晨,比較6 日08：00 和20：00 的探空資料可以看出二者差異很大,08：00 的探空資料上,低層有暖平流,水汽接近飽和,但是層結不穩定特性不夠明顯,而到20：00的探空圖上,大氣明顯處于不穩定狀態,低層暖平流減弱,水汽仍然充足,沙氏指數 (SI) 由-1.01 變到-2.62,Cape 值由0 增大到1234.9,其它相關指數都出現了明顯變化。

3.2.1 水汽條件

6 日08：00,威寧站700hPa 和500hPa 溫度露點差都比較小,水汽分別為11.22g·kg-1和5.19g·kg-1,到20：00變成低層水汽增加高層減少,受暖平流影響,溫度露點差有所變大。貴陽站則相反,各層水汽都增加,溫度露點差都變小,空氣更加接近飽和,尤其是700hPa從17.5 變為1.8,變化太快太明顯(參見表2)。

表1 2020 年6 月7 日08：00—8 日08：00 T-logP 圖主要數據

表2 2020 年6 月6 日08：00—7 日20：00 威寧和貴陽水汽變化情況

3.2.2 不穩定度條件K、SI、SSI

根據6 月7 日20：00、8 日20：00 K、SI、SSI 指數分布表明,大范圍大氣都處于不穩定狀態,在如此眾多的不穩定區域確定強降雨區,是相當困難的,所以,單獨根據該指標難以確定強降水落區。

4 可預報性分析

在天氣變化過程中,包含了各種大小不同時間尺度和空間尺度的天氣過程,而人類能夠觀測到的僅僅是有限時間和有限空間的局部資料,換言之,人類對大氣的觀測能力是有限的,而不是全面的狀態；雖然通過對大氣進行假設而建立的關于大氣運動變化的方程組在數值預報中發揮了重要作用,促進了數值預報業務的發展；但是由于該方程組在數學上無法獲得準確解,初始資料無法獲得完整全面的資料場,數值預報結果總是存在誤差。

開展氣象可預報性分析研究,有利于進一步認識和領會天氣氣候演變的特點,有利于進一步做好預報服務工作。

4.1 常規資料可預報性分析

此次過程是一次由高空低槽與低渦切變共同影響的結果,2020 年6 月6 日傍晚到夜間具有對流性特點,降水過程也明顯,7 日晚上到夜間為局地性降水過程,范圍小。

在下午制作未來24h、48h 降水預報時,主要使用的是08：00 的觀測資料和14：00 以前的地面資料,以及臨近時刻的云圖資料和雷達回波資料。根據上述資料分析結果表明,常規資料可以分析出未來24h 和未來48h 有對流性天氣過程,可能伴隨有短時強降水、雷暴、冰雹和大風等,但是難以預報有無暴雨,而且強對流天氣的落區和出現時間難以繼續進行精細化分析。

4.2 數值預報結果可預報性分析

根據歐洲中心5 月31 日—6 月5 日每天20：00起報的24h 降水量預報進行多時效比較,6 月6 日20：00—7 日20：00 預報為小到中雨或中到大雨,只是6 月3 日起報的結果在納雍西南部(主體位于水城縣) 織金南部(位于安順境內) 有小范圍內為的暴雨,而實況出在大方黔西金沙一帶,在位置上有明顯偏差。

根據歐洲中心、GRAPES_GFS、NEP_GFS、華南(廣州) 低分辨率產品、華東(上海) 中分辨率產品、德國細網格產品以及日本中分辨率產品進行24h降水多模式比較,各家結果差異較大,有報小雨的,也有報大暴雨的?？傮w而言,華東(上海) 中分辨率產品預報的位置(落區) 最好,非常接近實況,但是強度篇強偏大,其它預報的量級偏小,落區誤差大。而EC 集合預報的49 個成員中,沒有1 個成員預報有暴雨,都只預報了小雨或中雨,量級明顯偏小。因此數值預報的結果也有很好的參考作用,以華東(上海) 中分辨率產品為最好,可預報性(參考性) 最好,尤其是落區的預報,根據經驗預報時量級可以在華東模式的基礎上適當調小。