湘東南一次預(yù)報(bào)失敗的暖區(qū)暴雨個(gè)例分析

周宜卿，鐘麗華，周長青

1.湖南省郴州市氣象臺(tái)，湖南郴州 423000；2.湖南省氣象臺(tái)，湖南長沙 410007

暖區(qū)暴雨的局地性和強(qiáng)對流性容易引發(fā)災(zāi)害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，且暖區(qū)暴雨預(yù)報(bào)難掌握。暖區(qū)暴雨與西風(fēng)帶暴雨在動(dòng)力、熱力條件和不穩(wěn)定機(jī)制、水汽輸送、中尺度環(huán)境等方面存在一定差異，這可能是造成暖區(qū)暴雨難以預(yù)報(bào)的原因之一[1]。由于暖區(qū)暴雨的觸發(fā)機(jī)制不明顯，因此數(shù)值模式?jīng)]有較好的捕捉能力，導(dǎo)致業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中常常出現(xiàn)誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象[2]。目前，很多與暖區(qū)暴雨相關(guān)的研究都是華南暖區(qū)暴雨。湘東南地區(qū)地處南嶺山脈北側(cè)，地形地貌復(fù)雜，在鋒面南側(cè)，受南嶺地形對西南氣流的影響，經(jīng)常出現(xiàn)一些暖區(qū)暴雨[3]。鑒于暖區(qū)暴雨預(yù)報(bào)的諸多困難，以及氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)對暖區(qū)暴雨的預(yù)報(bào)需求，研究湘東南暖區(qū)暴雨的天氣學(xué)特征、觸發(fā)機(jī)制以及模式預(yù)報(bào)的誤差和可參考性，對訂正預(yù)報(bào)有著十分重要的意義。對2020年一次預(yù)報(bào)失敗的暖區(qū)暴雨個(gè)例進(jìn)行分析，總結(jié)預(yù)報(bào)失敗的原因，以期為湘東南今后類似暖區(qū)暴雨的預(yù)報(bào)提供參考。

1 降水實(shí)況

2020年6月24—26日，湘東南地區(qū)出現(xiàn)了一次大到暴雨、局地大暴雨降水天氣過程，此次過程降水時(shí)間較長、范圍廣、強(qiáng)度較強(qiáng)。在湖南的降水可分為2個(gè)雨帶，其中位于湘東南地區(qū)的較強(qiáng)降水是暖區(qū)降水。2020年6月25日（圖1）為此次過程的最強(qiáng)時(shí)段，在湘東南南部郴州汝城、宜章出現(xiàn)了較大范圍的暴雨，共有5個(gè)站的降雨量超過了100 mm，最大降雨量達(dá)到了119.4 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為53.3 mm。

圖1 2020年6月25日降水量分布

暖區(qū)暴雨的定義中要求暴雨距離鋒區(qū)200 km以上且處于暖空氣一側(cè)的偏南氣流中，不受臺(tái)風(fēng)等熱帶系統(tǒng)控制，將850 hPa假相當(dāng)位溫的密集帶作為鋒區(qū)指示[4]。從其剖面圖上看（圖2），湘東南部地區(qū)在鋒區(qū)200 km外，且從θse的垂直分布情況來看，屬于影響系統(tǒng)為切變線的暖區(qū)暴雨。

圖2 6月25日20:00假相當(dāng)位溫沿113°E附近剖面

2 天氣形勢和環(huán)境條件

2.1 天氣形勢分析

副高588線位于湘南偏南一帶附近，2020年6月24日在四川西部的下滑槽與南支槽結(jié)合，受副高的阻擋，低槽移速變慢，在南北兩支低槽共同作用下，副高開始撤退，有利于低槽加深東移，副高邊緣西南氣流有利于水汽和能量的輸送。低槽的加深、南北兩槽結(jié)合、副高邊緣良好的熱力水汽條件以及副高阻擋低槽移速減慢，都利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生和維持。700 hPa湘東南位于切變南側(cè)急流軸北側(cè)，有風(fēng)速輻合，急流軸最大風(fēng)速達(dá)到22 m·s-1。850 hPa上有一低渦位于華東一帶，切變呈東北西南向從低渦中心附近一直延伸到湘西、貴州南部，低渦向東北方向移動(dòng)，影響湖南的切變在23—24日主要位于湘北、湘西一帶，25日切變以冷式切變的形式南壓到湘中，隨后轉(zhuǎn)變成暖式切變又北抬，且切變南側(cè)的風(fēng)速在25日由6 m·s-1增強(qiáng)到14 m·s-1，湘南位于切變南側(cè)西南急流區(qū)內(nèi)。

24—26日，湖南位于低壓前、入海高壓的底后部，無明顯冷空氣影響。24日20:00，廣西西北部至邵陽東部有明顯的地面輻合線，南北溫差達(dá)4～5 ℃。地面輻合線在24日晚至26日有明顯的東移南壓趨勢，自西向東影響湘東南地區(qū)，地面輻合線對降水起到了觸發(fā)作用。

24日20:00（圖3a），湘東南在切變南側(cè)700 hPa急流軸北側(cè)，850 hPa暖脊位于湘東南地區(qū)，郴州探空站CAPE值為1 903 J·kg-1，K指數(shù)為37.6 ℃，郴州北部到永州中南部有一地面輻合線，利于觸發(fā)中尺度對流系統(tǒng)。

25日08:00（圖3b），湘東南位于500 hPa槽前，中低層切變南側(cè)和急流軸北側(cè)，200 hPa分流區(qū)中，有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，地面輻合線位于郴州一帶，對降水和對流起到觸發(fā)作用。整個(gè)湘東南處于850 hpa顯著濕區(qū)。探空圖顯示，除了500 hPa附近有淺薄較干層次，整層都較濕，雖然CAPE值下降，但K指數(shù)仍然為37.6 ℃，且有一暖脊位于湘東南一帶，西南急流帶來水汽和不穩(wěn)定能量。到20:00（圖3c），500 hPa槽線東移南壓，正好呈東北西南向，位于郴州上空，湘東南主要還是位于切變南側(cè)，地面輻合線移到湖南、廣東和江西交界附近，200 hPa分流區(qū)也向東南方向移動(dòng)，從850 hPa和700 hPa的溫度露點(diǎn)差分布情況來看，湘東南東部有干空氣侵入，利于觸發(fā)對流。

26日08:00（圖3d），在汝城附近仍有地面輻合線存在，且500 hPa上有小波動(dòng)影響郴州地區(qū)，925 hPa上廣東到湖南東南側(cè)風(fēng)速達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)，在汝城附近有風(fēng)速輻合。

圖3 （a）24日20:00、（b）25日08:00、（c）25日20:00、（d）26日08:00天氣形勢

綜上所述，在湘南地區(qū)有2個(gè)暴雨帶，其中衡陽一帶的降水主要是由于切變線引起，而在湘東南，特別是郴州東南部，是在暖區(qū)西南氣流內(nèi)產(chǎn)生的降水，高溫高濕的環(huán)境，配合500 hPa低槽影響、地面輻合線的觸發(fā)作用，以及高層分流輻散作用、中層的干空氣侵入，超低空風(fēng)速輻合，是造成該地區(qū)暖區(qū)強(qiáng)降水的幾個(gè)主要原因。

2.2 環(huán)境場物理量條件

在湘東南地區(qū)降水發(fā)生前，有一條從熱帶洋面經(jīng)廣西境內(nèi)到達(dá)長江中下游地區(qū)的水汽通量大值帶（圖略），湘東南主要受強(qiáng)盛的西南急流影響，這為強(qiáng)降水的發(fā)生建立了有利的水汽通道。25日07:00，在廣西境內(nèi)有超過320 kg·hPa-2·m-1·s-1的水汽通量大值中心存在，湘東南郴州中部位于其下游地區(qū)，西南水汽輸送在郴州中部形成了水汽的強(qiáng)輻合中心，且水汽通量散度中心值達(dá)到了-60 kg·hPa-1·m-2·s-1，此時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)為31.2 mm。到25日白天，郴州境內(nèi)水汽輸送強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，水汽通量最大為230 kg·hPa-1·m-2·s-1，且水汽輻合區(qū)的范圍有所增大，郴州大部分地區(qū)的水汽通量散度都達(dá)到了-60 kg·hPa-1·m-2·s-1，與郴州中部、南部、東部強(qiáng)降水落區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

沿著25.8°N作散度場垂直剖面圖（圖略），在強(qiáng)降水發(fā)生前，湘東南東南部上空從底層到高空輻散、輻合交替出現(xiàn)，25日07:00，湘東南西部地區(qū)開始出現(xiàn)底層輻合、中高空輻散的區(qū)域，700 hPa以下均為輻合，輻合中心位于950 hPa附近，最大散度值為-4×10-5s-1，與強(qiáng)降水時(shí)段相對應(yīng)。此后該區(qū)域向東移動(dòng)，并向高層發(fā)展。11：00開始，中低層的輻合和高層的輻散逐漸增強(qiáng)，最強(qiáng)出現(xiàn)在14:00，中低層900～600 hPa輻合和高層600 hPa以上輻散最大散度分別為-10×10-5s-1和15×10-5s-1，與郴州中部強(qiáng)降水時(shí)段相對應(yīng)。隨后，低層輻合有所減弱，小時(shí)雨強(qiáng)隨之減小。

從假相當(dāng)位溫的垂直分布情況可知（圖略），在本次過程發(fā)生之前，湘東南上空低層為假相當(dāng)位溫的大值區(qū)，900～600 hPa為條件不穩(wěn)定層結(jié)。強(qiáng)降水發(fā)生之前，湘東南地區(qū)K指數(shù)約40 ℃，說明湘東南地區(qū)大氣層結(jié)十分不穩(wěn)定，25日05:00，在郴州中北部到東部一帶，有K指數(shù)大值區(qū)，大值區(qū)隨后東移減小，11:00，湘東南西南部又開始出現(xiàn)了K指數(shù)大于40 ℃的區(qū)域，且向東擴(kuò)展，對較強(qiáng)降水有一定的指示作用，此后在K指數(shù)大值區(qū)和其南部等值線密集區(qū)都產(chǎn)生了較強(qiáng)降水過程。

3 主客觀預(yù)報(bào)誤差及可預(yù)報(bào)性探

從湖南省市兩級(jí)氣象臺(tái)預(yù)報(bào)結(jié)論來看，此次湘東南強(qiáng)降水過程的預(yù)報(bào)偏差主要有3個(gè)特點(diǎn)：一是在降水量級(jí)方面，調(diào)整較大，量級(jí)偏小，在21日預(yù)報(bào)中有次大到暴雨、單點(diǎn)大暴雨的降水天氣過程，但是隨后量級(jí)越調(diào)越小，二是在降水落區(qū)方面，偏差較大，預(yù)報(bào)北部大于南部，但實(shí)際上在湘東南部有成片暴雨區(qū)，三是對26日降水減弱的趨勢預(yù)計(jì)過于樂觀。

EC模式的降水預(yù)報(bào)（圖4）調(diào)整較大，20日20:00起報(bào)，大雨落區(qū)在湘南，暴雨落區(qū)在湘東南西南部，21日20:00，整體量級(jí)調(diào)大，落區(qū)向北調(diào)整到湘中偏南一帶，22—23日連續(xù)把大到暴雨落區(qū)向西調(diào)整，在湘東南地區(qū)預(yù)報(bào)了小到中雨量級(jí)的降水，最臨近的時(shí)次又將湘南的降水量預(yù)報(bào)到與20日類似。總體來說，21—23日的降水落區(qū)預(yù)報(bào)效果最差，而最后1個(gè)時(shí)次與實(shí)況稍微接近些，但該時(shí)刻的時(shí)效性較差。

圖4 （a）25日雨量實(shí)況和EC；（b）21日20:00；（c）24日20:00 24 h降水量預(yù)報(bào)

華東中尺度模式（圖5）從23日開始一直預(yù)報(bào)強(qiáng)降水落區(qū)在湘東南附近，但幾個(gè)時(shí)次稍有調(diào)整，且整個(gè)量級(jí)偏大，這對本次降水落區(qū)的訂正來說有一定的參考意義。對于26日的降水預(yù)報(bào)，華東模式依然預(yù)報(bào)湘東南南部地區(qū)有大到暴雨、局地有大暴雨的降水過程，在落區(qū)上有一定的指導(dǎo)意義，但量級(jí)偏大很多。綜合來看，華東區(qū)域的降水落區(qū)預(yù)報(bào)趨勢可以作為參考依據(jù)，尤其對于暖區(qū)降水、急流附近降水有較好的指示作用，但量級(jí)往往偏大，這就會(huì)導(dǎo)致存在空報(bào)較多的現(xiàn)象。

圖5 華東中尺度模式23日08:00 24 h降水量預(yù)報(bào)

綜上，主觀預(yù)報(bào)主要考慮降水發(fā)生在切變線附近，而實(shí)況較強(qiáng)降水位于切變線南側(cè)和急流軸北側(cè)之間、急流出口處或超低空氣流輻合處和地面輻合線附近。主觀預(yù)報(bào)基本上按照EC預(yù)報(bào)調(diào)整落區(qū)和量級(jí)，從而導(dǎo)致預(yù)報(bào)不穩(wěn)定，落區(qū)偏差較大，但模式檢驗(yàn)結(jié)果顯示，本次暖區(qū)強(qiáng)降水可根據(jù)華東中尺度模式預(yù)報(bào)調(diào)整落區(qū)，并調(diào)小量級(jí)。

4 結(jié)束語

（1）本次湘東南地區(qū)的暖區(qū)降水是切變線附近的暖區(qū)暴雨。

（2）湘東南受500 hPa低槽影響，且位于中低層切變南側(cè)、急流軸北側(cè)，地面輻合線起到了觸發(fā)作用，高層分流輻散作用和中層的干空氣侵入，超低空風(fēng)速輻合，是造成本次強(qiáng)降水的幾個(gè)主要原因，其中高空槽過境、近地層輻合以及高空輻散對暖區(qū)強(qiáng)降水的作用值得關(guān)注。

（3）在本次過程中，水汽主要來源于中低層西南急流，邊界層抬升作用明顯，高空輻散對降水增幅作用大，K指數(shù)大值區(qū)和等值線密集區(qū)與強(qiáng)降水區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系較好。

（4）華東中尺度模式對本次暖區(qū)降水的強(qiáng)降水落區(qū)把握較好，但量級(jí)偏大，今后對湘東南的暖區(qū)暴雨落區(qū)可參考華東中尺度模式訂正EC模式，并適當(dāng)調(diào)小其量級(jí)。