CPEFS模式預報產品在昌都市一次降水天氣過程中的檢驗

孫 祿，羅 雄，唐利琴，朱薇薇，郭龍光，澤仁羅布

（1.昌都市氣象局，西藏 昌都 854000；2.貴州省人工影響天氣辦公室，貴陽 550081；3.西藏自治區人工影響天氣中心，拉薩 850000）

昌都市位于西藏東部，處于橫斷山區的怒江、瀾滄江、金沙江中上游。該區域地質結構極不穩定，土壤以沙質黃土為主，蓄水保水能力弱，是西藏自治區水土流失較為嚴重的地區[1]。加之受不同大氣環流的控制和影響，降水量在地域上分配不均，同時受地形影響暖濕氣流形成“焚風”效應導致昌都地區干旱頻發，給當地農牧業生產、水資源利用和生態保護等造成巨大的影響[2]。人工增雨作業是緩解干旱的一種常用手段，因此在降水天氣系統來臨時，提前了解云系的發展演變趨勢及其內部云水分布特征，制作人工增雨預案，可為科學開展人工增雨提供依據。

目前在人工增雨業務的增雨預案制定過程中，主要利用中國氣象局人工影響天氣中心開發的CPEFS模式產品，通過科技援藏，西藏近年來完成了以CPEFS模式為核心的人影綜合處理分析與指揮系統的布設和業務應用[3]。CPEFS模式以中尺度數值模式WRF（v3.5）為動力框架，耦合了中國氣象科學研究院自主研發的CAMS云降水方案（2016版）[4-7]，將全國范圍設置成八大區域，對層狀（混合）云、對流云的宏微觀云場演變過程進行模擬，可以滿足各地對增雨作業條件分析的需求，為作業方案設計等人工影響天氣的關鍵環節提供科技支撐[8]。模式輸出的產品主要為云宏觀場、云微觀場、云垂直結構場和降水場等預報產品，產品的空間分辨率為3 km，時間分辨率為1 h。由于青藏高原下墊面復雜，模式預報結果有很大的不確定性，在應用之前對其進行檢驗是必不可少的一步。劉俊卿等[9]選取西藏一次冰雹天氣過程對GRAPES_CAMS人影模式預報產品進行檢驗，指出GRAPES_CAMS模式預報可作為人工防雹決策指揮的參考依據。而目前對于CPEFS模式在高原適用性的檢驗還比較缺乏，因此本文選取昌都市一次降水天氣過程，從云系的發展演變特征、云系宏觀特征、云系垂直結構和地面降水等方面對CPEFS模式預報產品在昌都市的適用性進行檢驗，以期為昌都市科學制作人工增雨預案提供依據。

1 資料

本文所選用的資料包括（時間均采用北京時）：①MICAPS資料；②昌都市氣象站常規觀測資料；③CPEFS模式預報產品，主要包括云宏觀場、云微觀場、云垂直剖面和降水場；④FY-4A氣象衛星反演資料，云黑體亮溫、云頂高度、云頂溫度。

2 天氣概況

2021年6月7 日20時—8日20時，受200 hPa高空槽后西北氣流和500 hPa高原低渦與切變線影響（圖1），昌都市出現降水天氣過程，全市138個站出現不同程度降水，雨量以中到大雨為主，個別鄉鎮暴雨，其中有14個站點累積降水量達40 mm以上，50 mm以上分別為若區妥壩55.3 mm、類烏齊縣濱達50.7 mm。

圖1 2021年6月7日20時500 hPa天氣形勢

3 預報產品檢驗

3.1 云系演變特征

氣象衛星反演的黑體亮溫（TBB）能夠反映出云系發展演變特征[10]，所以本節從云系的位置、覆蓋范圍、發展演變等方面，將此次降水過程不同階段的模式模擬的云帶和風云4A氣象衛星TBB監測實況進行對比分析，定性檢驗模式對于云系的預報能力。

從FY-4A衛星實況圖上可見，7日20時（圖略）昌都市大部地區有云系覆蓋，其中西部和北部有對流云系生成并向東偏北方向移動發展；21時（圖2（a））云系明顯增強，西部的對流云系中心TBB值降低至-60℃以下，并且強中心范圍增加，隨后該對流云團繼續東移北上，影響昌都市東北部地區；8日02時（圖2（c））對流云團移動到昌都市東北部，強度有所減弱，但在昌都市西部又有新的對流云團移入，并向東北方向移動發展，直至8日12時減弱；13時位于林芝東北部的云團向東北方向移動影響昌都市中南部（圖略），8日16時（圖2（e））昌都市大部均有云系覆蓋，其中在東部邊緣對流云團發展旺盛，TBB值可達-70℃以下。由此可見，此次降水過程有對流云團不斷地移入并向東北方向移動影響昌都市。

由對應時刻的CPEFS模式的云帶預報可知，7日21時（圖2（b）），昌都市大部地區均有云系覆蓋，西部的云團覆蓋范圍和移動方向與實況基本吻合，東北部的云系覆蓋范圍相較于實況偏小，出現局地漏報。8日02時（圖2（d）），CPEFS模式預報較好地預報了實況的云系分布特征，只是在昌都東北部的云系預報位置略微偏南，強度偏弱。8日16時（圖2（f）），模式預報的云帶整體上與實況吻合，但是位于昌都市東部邊緣的云系位置相較于實況略微偏北，昌都北部再次出現局地漏報情況。

圖2 FY-4A氣象衛星反演的黑體亮溫和CPEFS模式預報的云帶

綜上所述，雖然CPEFS模式預報結果存在局部上個別云團有分布范圍偏小、強度偏弱和位置略偏移的情況，但整體而言CPEFS模式預報的昌都市范圍內云系的發展演變趨勢與實況基本上一致，較好地預報了云系實況特征。同時可能由于天氣系統在初始和結束階段勢力較弱，CPEFS模式易出現漏報的現象。因此在實際業務中，需要綜合應用多種資料進行分析判斷，提高增雨作業預案的科學性和準確性。

3.2 云宏觀場

本節針對昌都市范圍內的云系發展不同階段，通過對比典型時刻CPEFS模式預報的云頂溫度（高度）和FY-4A氣象衛星反演的云頂溫度（高度）產品（圖3、圖4），來檢驗模式預報云系的宏觀特征。

從FY-4A衛星實況上可知，昌都市境內大部地區都有云系覆蓋，在7日21時，昌都市北部云頂高度最高超過14 km（圖3（a）），CPEFS模式預報的云頂高度最大為12 km，較實況偏低，模式在昌都市北部的云系存在漏報的現象；8日02時，昌都市北部云頂高度在9～14 km，中南部云頂高度在6～9 km（圖3（c）），CPEFS模式預報的云頂高度約為12 km（圖3（d）），并且覆蓋范圍較實況偏大，對于昌都市南部的云系，模式預報的云頂高度較實況偏低；8日16時，云頂高度在9～16 km，其中昌都市東部邊緣的云系高度最高可達16 km（圖3（e）），而模式預報的云頂高度昌都市中部以南大部分地區的云頂高度在14 km左右，在北部局地存在漏報的情況，但整體與實況相差不大。

圖3 FY-4A氣象衛星反演的云頂高度和CPEFS模式預報的云頂高度

圖4給出了FY-4A氣象衛星反演和CPEFS模式預報的云頂溫度。由圖可知，在7日21時，昌都市北部的云頂溫度在-70℃以下（圖4（a）），模式預報的云頂溫度與實況接近，只是對于東北部的云系發生漏報，并且在昌都市南部的云頂溫度模式預報結果要低于實況（圖4（b））；8日02時，昌都市大部都被云團覆蓋，云頂溫度的分布呈“北低南高”的形勢，其中北部地區云頂溫度在-40℃以下，局地最低可達-70℃，南部地區云頂溫度在-10～-40℃（圖4（c）），對比圖4d可知，模式預報的云頂溫度也呈“北低南高”的形勢，但是-60℃的分布范圍要大于實況；8日16時（圖4（e）、（f）），模式較實況的云頂溫度偏低，在北部局地出現漏報的情況，云頂溫度的中心位置較實況偏南。

圖4 FY-4A氣象衛星反演的云頂溫度和CPEFS模式預報的云頂溫度

總體來看，CPEFS模式預報昌都地區云系的云頂高度和云頂溫度特征和實況基本一致，但是局部存在偏差。

3.3 云垂直結構特征

本節選取6月8日08時昌都探空站觀測資料（圖5（a））與CPEFS模式預報的昌都站附近云系垂直結構進行對比分析，以此來檢驗模式預報云系的垂直結構和性質。由圖5（a）可知，7月8日08時，昌都探空站上空的云系為冷暖混合云，零度層高度為4 273 m，云頂高度為14 981 m。結合圖5（b）和圖5（c）可知，CPEFS模式預報的云也為冷暖混合云，零度層高度約為4 500 m，云頂高度約為14 km，云中過冷水含量較少，以冰相粒子為主。由此可見，CPEFS模式預報的云系垂直分布特征、云系性質、云頂溫度和零度層高度與探空實況基本一致。

圖5 2021年6月8日08時昌都探空站云特征與CPEFS模式預報垂直結構

3.4 降水場特征

圖6給出了2021年6月7日20時—8日20時昌都市24小時地面降水量實況降水與模式預報結果。從圖6（a）可知，昌都市出現大范圍降水，以中到大雨為主，局地暴雨，中雨以上量級的雨帶主要分布在昌都市中北部，24小時最大累計降水量可達50 mm以上。CPEFS模式預報的24小時降水量雨帶分布與實況基本一致，但是在邊壩縣和洛隆縣的量級達到50 mm，比實況偏強。值得注意的是，模式很好地再現了類烏齊縣和卡若區局地的暴雨。由于高原夏季降水多為局地對流性降水，而且地形復雜，導致CPEFS模式對昌都降水的預報存在一定的偏差。總體來看，模式對于雨帶位置的預報較為準確，在量級上局部存在一定偏差。

圖6 2021年6月7日20時—8日20時昌都市地面降水量

4 結束語

本文針對昌都市一次受高原低渦切變影響的降水天氣過程，綜合云系發展演變特征、云系宏觀特征、云系垂直結構和降水場特征進行檢驗分析，CPEFS模式較好地預報了此次云降水過程。主要結論如下。

1）CPEFS模式預報的昌都市范圍內的云系發展演變特征與實況基本一致，在云系位置和強度上存在一定的偏差，這可能與高原復雜下墊面有關。同時，可能由于天氣系統在發展較弱時，CPEFS模式易出現漏報的現象。

2）CPEFS模式預報的昌都地區云系的云頂高度和云頂溫度特征和實況基本一致，但是局部存在偏差。

3）CPEFS模式預報的云系垂直分布特征、云系性質、云頂溫度和零度層高度與實況基本一致。

4）CPEFS模式預報的降水的落區與實況基本一致，量級較實況偏強，可能與高原地形較復雜及夏季多為對流性降水有關。

CPEFS模式對于此次過程的云和降水預報整體上效果較好，在局部存在一定偏差。需要指出的是本文僅針對一次降水過程進行檢驗分析，在實際業務中我們還將持續檢驗模式預報的穩定性。因此在西藏高原觀測資料缺乏的現狀下，將人工影響天氣模式產品應用到昌都市人工增雨預案，可為科學開展增雨作業提供指導依據。