岳陽市兩次突發性暴雨的預報偏差分析

李 坦，萬凌云，王 彩，朱 浩，蔣 帥

（1.湖南省岳陽市氣象局，湖南 岳陽 414000；2.氣象防災減災湖南省重點實驗室，長沙 410118；3.岳陽國家氣候觀象臺，湖南 岳陽 414000）

暴雨天氣具有突發性、頻發性和持續性特點，往往導致嚴重的洪澇災害，危及人民的生命財產安全［1，2］。岳陽市西鄰洞庭湖，東臨幕府山。受季風性氣候和特殊地形的疊加作用，暴雨過程在岳陽市頻繁發生，導致城市內澇、山洪泥石流等災害，嚴重影響農業生產、社會經濟以及人民生命財產安全，造成嚴重的國民經濟損失［3-5］。

從持續時間上，暴雨天氣可以分為2 類，一類是持續時間長、降水強度相對均勻的暴雨天氣；另一類是短時暴雨，6 h 雨量超過50 mm 或12 h 雨量超過100 mm。短時暴雨天氣是湖南省春夏季節主要的氣象災害之一，具有發生突然、天氣激烈、致災嚴重的特點，同時由于短時暴雨天氣水平尺度小、生命史短、生消變化快、移動路徑復雜，其可預報時效短，預報難度大［6，7］。2020 年6 月8 日（簡稱“0608”）、2020年6 月9 日（簡稱“0609”）岳陽市出現2 次突發性暴雨過程，局地性強，短期預報難度較大，各家數值預報模式的降水預報產品以及湖南省氣象臺、岳陽市氣象臺短期時效內發布的主觀降水預報產品均未準確報出這2 次暴雨過程。本研究綜合利用歐洲數值預報中心（EC、GRAPES_GFS）預報資料、自動站資料等，探討該次災害性天氣在短期時效的預報偏差大的原因及訂正思路。

1 資料與方法

本研究所用的資料主要有2 部分，①湖南國家站、區域站實況站點資料。②歐洲中心（EC）、中國全球預報系統（GRAPES_GFS）、華南、華東模式預報場資料。分析的氣象要素有降水量、500 hPa 高度場、850 hPa 和10 m 風場。通過對比分析的方法，探究2 次突發性暴雨漏報的原因。

2 2020 年6 月8 日預報偏差分析

2.1 天氣實況

岳陽市2020 年6 月8 日8：00 至9 日8：00 天氣實況、市氣象臺預報見圖1。第一次過程發生在副高北抬、西風槽東移過程中，配合中低層低渦切變線發生的暖區強降水天氣過程。降水發生在2020 年6 月8 日，從降水實況來看，岳陽市中北部以大雨為主，部分暴雨，局地大暴雨，南部以小到中雨為主；強降水集中時段為8 日12：00 至9 日8：00，強降水局地特征明顯；此次過程共出現大暴雨1 站，暴雨23 站，大雨49 站，最大降水量和最大小時雨強均出現在君山良心堡站，分別達120.3 mm 和70.7 mm。

圖1 2020 年6 月8 日8：00 至9 日8：00 天氣實況、市氣象臺預報

2.2 偏差分析

2.2.1 降水落區及強度檢驗 上級指導和各模式對全省的降水落區和強度預報與實況均存在較大的偏差（圖2），對岳陽市降水預報也有較大偏差，其中對岳陽市南部縣市小到中雨量級的降水和落區預報較為準確，偏差主要是對北部縣市強降水的量級和落區上，對大暴雨、暴雨、大雨漏報，市氣象臺預報偏差主要是在北部縣市（圖1b）。

圖2 8 日8：00 至9 日8：00 的降水量

從EC 7 日8：00 起報的24 h 累計降水來看，岳陽市全區為小到中雨量級，模式對南部縣市降水落區和強度預報較好，但對北部縣市的降雨量級預報偏小，大雨、暴雨、大暴雨漏報。從鄰近7 日20：00 的預報來看，岳陽市中雨落區有所調小，雖然暴雨落區有所體現，出現在益陽中部地區，但落區較實況明顯偏南。從GRAPES_GFS 7 日8：00 起報的24 h 累計降水來看，對岳陽市北部縣市的大雨、暴雨均有所體現，位置略有所偏北；岳陽南部縣市的小、中雨量級的落區預報較好。鄰近預報7 日20：00 的預報來看，暴雨量級有所體現，出現在湘陰、益陽東部地區，但暴雨落區有所南調，較實況偏南，較前一時次預報效果變差。從區域模式來看，暴雨量級在湘北均有體現，華東模式對湘西北模擬效果較好，暴雨落區與實況較為一致；但對于湘東北岳陽市，華南模式較好，對于岳陽市北部地區的暴雨落區有所體現，但落區偏東。

模式對中、小量級降水及落區有一定預報能力，但對大量級降水表現各異。相對而言，此次過程中GRAPES_GFS 較EC 模式預報效果好，連續2 個預報時次均對暴雨量級降水有體現，且落區位置與實況較更為一致。對于區域模式而言，華南模式對岳陽市的暴雨落區有較好表現。

2.2.2 500 hPa 高度場檢驗 7 日20：00 起報的8 日8：00、20：00 的500 hPa 高度場實況和預報場如圖3所示。由圖3 可知，8 日8：00 500 hPa 中高緯為一槽兩脊形勢，貝湖北側有低渦，其南側的槽向南延展，并與河套地區的西風槽相接，槽區經向度大。四川盆地和貴州中部有高原低槽東移發展。副高伸展至華南沿海，脊線位于北緯20°以南，西伸脊點至東經110°以西，岳陽市處于槽前西南氣流及副高584 線西部邊緣；20：00 副高西伸北抬，低槽東移，副高584線西伸至湘西北，岳陽地區仍處于槽前西南氣流中。

模式對中高緯度環流形勢的預報比較準確，但對中緯度西風槽的預報有所偏差，EC 和GRAPES_GFS 預報西風槽位置均偏北，且強度較實況明顯偏弱，這與湘北地區暴雨漏報相關。此外，EC 和GRAPES_GFS 對副高范圍的預報均偏東，不利于水氣和熱量向岳陽市輸送，導致降水量級偏小；在8 日20：00，都有預報出副高向西延伸的特點，預報能力優于8：00。

2.2.3 850 hPa 風場檢驗 考慮到降水落區與850 hPa 切變位置對應關系較好，因此對850 hPa 風場進行檢驗。8 日8：00、20：00 850 hPa 實況風場和7 日20：00 起 報 的EC 和GRAPES_GFS 預 報 場 風 場 見圖4。從實況風場來看，8 日8：00 850 hPa 貴州省有低渦發展，低渦前部暖切伸展至湘北地區。8日20：00，850 hPa 暖切維持，位置有所南壓，岳陽市處于暖切北側的東風氣流中。

圖4 模式7 日20 時起報的8 日8：00、20：00 850 hPa 風場和對應時次實況場

從EC 預報08：00 的形式來看，對切變線有體現，但切變線位于湘中一帶，與實況對比明顯偏南，且切變南側的風速較實況偏小。20：00 切變南壓，位于湘中偏南一帶，而實況位于湘北地區。從GRAPES_GFS 預報8：00 的形式來看，切變位置與實況較為一致，20：00 有所南壓，位于懷化至長沙北部沿線，較實況略偏南。

EC 和GRAPES_GFS 均預報出850 hPa 暖式切變，且對其南壓趨勢有體現，但對其位置預報存在偏差，GRAPES_GFS 對切變位置預報更加接近實況。

2.2.4 2020 年6 月8 日預報偏差總結 通過對“0608”過程的模式降水、高度場、風場等檢驗分析，得出如下結論。

1）模式對中、小量級降水及落區有一定的預報能力，但對大量級降水表現各異。相對而言，GRAPES_GFS 較EC 模式預報效果好，連續2 個預報時次預報的暴雨均有體現，且落區位置與實況較更為一致。對于區域模式而言，華南模式對岳陽市的暴雨落區有較好表現。

2）模式對500 hPa 中高緯度環流形勢的預報比較準確，但對中緯度西風槽和副高的預報較實況存在一定偏差；EC 和GRAPES_GFS 預報西風槽位置偏北、強度偏弱，預報副高范圍偏東，這與湘北區域性暴雨漏報有關。

3）對850 hPa 風場的檢驗可知，對中低層切變線位置的預報與強降水落區有較大關系。切變線預報偏南導致強降水落區偏南，其中GRAPES_GFS 對切變位置預報更加接近實況，因此對降水預報好于EC。

3 2020 年6 月9 日預報偏差分析

3.1 天氣實況

第二次過程發生在副高北抬、中緯度多波動的背景下，配合切變線、加之弱冷空氣和地面輻合線的觸發而發生的區域性強降水天氣過程。降水發生在2020 年6 月9—10 日，主要降水時段為9 日14：00 至10 日1：00。從降水實況來看岳陽市西北部以小到中雨為主，南部和東北部大到暴雨，局地大暴雨（圖5）。共出現大暴雨2 站，暴雨28 站，大雨56 站，最大降水量出現在汨羅市川山坪站，為212.2 mm，最大小時雨強出現在臨湘市五里鄉千針坪站，為63.7 mm。

圖5 2020 年6 月9 日8：00 至10 日8：00 天氣實況、市氣象臺預報

3.2 降水落區及強度檢驗

從上級指導預報和市氣象臺預報來看，對南部縣市降水量級預報均偏小，對華容東部和市區的量級預報偏大，其中市氣象臺對東部山區降水落區和強度的預報較好（圖6）。

圖6 9 日8：00 至10 日8：00 的降水量

從EC 8 日8：00 時起報的24 h 累計降水來看，模式對臨湘地區出現大暴雨空報，暴雨預報較為正確，但位置偏東南，對岳陽市南部大雨以上的量級出現漏報。EC 8 日20：00 起報的24 h 累計降水將臨湘東部降水量級調小，位置偏東南，南部縣市對大雨以上量級仍然空 報。從GRAPES_GFS 8 日8：00 和8 日20：00 起報的24 h 累計降水來看，GRAPES_GFS 對岳陽市西南部的大雨降水落區的預報能力較好，但對臨湘、南部縣市出現暴雨漏報。從區域模式來看，華南、華東模式暴雨預報的落區偏北。此外，對于大雨量級的預報不如EC 和GRAPES_GFS 模式。

總體而言，EC 對岳陽市東北部臨湘的強降水有較好預報表現，但對于南部縣市則GRAPES_GFS 預報與實況較為一致，區域模式對于大雨量級的預報不如EC 和GRAPES_GFS 模式。

3.3 500 hPa 高度場檢驗

8 日20：00 起報9 日8：00、20：00 500 hPa 高度場和對應時次的實況場見圖7。由圖7可知，9日8：00，副高588 線穩定維持在廣東沿海地區，西伸脊點伸至東經100°附近。重慶市有小槽東移，岳陽市為西南氣流控制，懷化至長沙地區也有一小槽東移。9日20：00，副高588 線有所北抬至廣東中部一帶，高空小槽由重慶東移至宜昌至武昌一帶，岳陽北部地區受此小槽影響，處于槽前西南氣流中。另在湘中地區的小槽此時已經東移至江西西部地區，岳陽南部地區位于該槽槽后。

圖7 8 日20 時起報9 日8：00、20：00 500 hPa 高度場和對應時次的實況場

從8 日20：00 起報的9 日8：00 和20：00 500 hPa環流場來看，EC 和GRAPES_GFS 對中高緯度環流形勢的預報與實況較為一致，均能預報出副高西進的特點，但是對副高范圍的預報偏東，即副高的西伸脊點較實況偏東；此外，對中緯度西風槽的預報而言，20：00 西風槽較實況強度偏弱，位置偏西。

3.4 850 hPa 風場檢驗

8 日20 時起報9 日8：00、20：00 850 hPa 風場和對應時次的實況場見圖8。由圖8 可知，9 日8：00 中低層暖切維持在湘中及以北地區，岳陽市在暖切北側東南氣流中。9 日20：00，700 hPa 岳陽市北部地區為南風氣流控制，南部縣市為弱的東北氣流。850 hPa 岳陽地區受東南氣流影響，主要輻合區位于岳陽東北部的臨湘，925 hPa 東北氣流影響至湘中一帶，岳陽地區處于東北氣流控制中。

圖8 8 日20：00 起報9 日8：00、20：00 850 hPa 風場和對應時次的實況場

從 對850 hPa 風 場 的 檢 驗 來 看，8：00 EC 和GRAPES_GFS 對切變線南部的風速預報偏小，對9日白天岳陽市南部降雨的預報量級偏弱；20 時模式預報的岳陽市受低渦影響，臨湘市均處于切變輻合處，但是中心風速較實況偏小；此外，GRAPES_GFS預報的風向較實況略有偏差，因此漏報了臨湘東北部的強降水，預報能力不如EC。

由此可見，EC 和GRAPES_GFS 對850 hPa 低渦位置預報均較好體現，但是模式對風速大小和風向的預報能力在一定程度上反映強降水落區和量級。

3.5 10 m 風場檢驗

9 日岳陽市受輻合線影響，輻合線呈東北-西南走向，華容一直處于切變線北側的偏北風中，切變線在9 日白天有所南壓；模式對10 m 風場及輻合線位置都有較好的預報能力，但20：00 預報的偏北風分量較實況偏弱（圖9）。

圖9 8 日20：00 起報9 日8：00、20：00 10 m 風場和對應時次的實況場

3.6 2020 年6 月9 日預報偏差總結

通過對“0609”過程的模式降水、高度場、風場等檢驗分析，得出如下結論。

1）市氣象臺預報和EC 對臨湘的強降水有較好預報表現，但對于南部縣市，GRAPES_GFS 預報與實況較為一致，區域模式對于大雨量級的預報不如EC和GRAPES_GFS 模式。

2）模式對中高緯度環流形勢的預報比較準確，但對副高范圍的預報偏東。

3）對于風場的檢驗，EC 和GRAPES_GFS 對850 hPa 切變線強度和位置以及地面風場均較好體現，EC 對風向的預報更接近實況。模式對風速大小和風向的預報能力在一定程度上反映強降水落區和量級。

4 小結與討論

本研究綜合利用歐洲數值預報中心（EC、GRAPES_GFS）預報資料、加密自動站資料等，探討“0608”“0609”災害性天氣在短期時效的預報失敗原因及訂正思路，得到以下結論。

1）全球模式EC、GRAPES_GFS 對中、小量級降水及落區有一定的預報能力，但對大量級降水表現各異。“0608”過程，GRAPES_GFS 較EC 模式預報效果好，連續2 個預報時次預報的暴雨均有體現，且落區位置與實況較一致。“0609”過程中，EC 對臨湘的強降水有較好預報表現，但對于南部縣市，GRAPES_GFS 預報與實況較為一致。對于區域模式而言，除了“0609”過程，華南模式對岳陽市的暴雨落區均有較好表現，尤其是對于局地強降水，區域模式對下墊面細節考慮更加全面，預報局地短時強降水更加具有參考價值。

2）在形勢場方面，模式對中高緯度環流形勢的預報比較準確，但對中緯度西風槽的預報存在偏差，在“0608”過程中EC 和GRAPES_GFS 預報位置偏北強度偏弱。模式對于副高西進的趨勢均有預報，但是范圍預報偏東，這將對水氣及熱量的預報產生偏差，從而影響降水預報。對于風場的檢驗，EC 和GRAPES_GFS 對850 hPa 切變線強度和位置以及風向風速預報表現各異，對于“0608”過程GRAPES_GFS 對切變位置預報的更接近實況，對于“0609”過程EC 對風速大小和風向的預報更好。因此，對中低層切變線、風向風速的預報能力尤為重要，這與降水的強度和落區有密切關系。模式對于地面風場均有較好體現，對10 m 風場及輻合線都有較好的預報能力。

3）2 次中等天氣強迫系統造成的強降水過程，動力條件相對典型的暴雨形勢較差，但熱力條件較好，前期有明顯的感熱通量，升溫較快，午后到傍晚有冷空氣侵入，高低空低渦，暖切系統的疊加成為此次過程重要的觸發機制。區域模式對下墊面考慮更加精細，對于地形的強迫抬升更加準確，對于這種弱強迫、高能量的短強更應該參考華南、華東模式。此外，弱天氣強迫條件下，應該關注對流能量的預報偏差和高溫預報以及訂正早上的T-log。