高分辨率區域模式產品在內蒙古東南部地區的釋用分析

王和鳴 楊海迪 李昊源 李娜

摘要 近年來，GRAPES-MESO區域數值模式產品不斷升級更新，在基層業務工作實踐中取得了良好的應用效果。以2021年汛期赤峰市東北部地區一次受東北冷渦激發，在凌晨時段生成發展的中尺度強降水天氣過程為例，通過對比GRAPES-MESO產品與地面觀測實況，分析高分辨率區域模式產品在內蒙古東南部地區的表現。總結高分辨率區域模式產品在基層業務工作中的釋用分析方法，以期加強數值模式產品在基層的應用，提高基層預報預警、監測服務工作質量。

關鍵詞 GRAPES-MESO釋用；中小尺度天氣系統；強對流天氣；預報預警服務

中圖分類號：P458 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–0-03

High Resolution Region Mode Products in Application Analysis of Southeast Inner Mongolia

—Taking An Early Morning Strong Convection Process Northeast of Chifeng City as An Example

Wang He-ming et al（Linxi Meteorological Bureau， Inner Mongolia Autonomous Region， Linxi， Inner Mongolia 024000）

Abstract In recent years， GRAPES-MESO regional numerical model products are constantly upgraded and updated， and good application results have been achieved in grassroots business practice. In this paper， a mesoscale heavy precipitation process generated and developed in the early morning hours in the northeast of Chifeng City during the flood season in 2021 is taken as an example. By comparing GRAPES-MESO products with ground observation， the performance of high-resolution regional model products in the southeast of Inner Mongolia is analyzed. This paper summarizes the interpretation and analysis methods of high-resolution regional model products in grassroots business work， in order to strengthen the application of numerical model products in grassroots， and improve the quality of grassroots forecasting， early warning and monitoring services.

Key words GRAPES-MESO interpretation; Small and medium scale weather system; Severe convection; Weather forecast and early warning service

近年來，國內外的數值天氣預報水平不斷提升，數值預報產品不斷增多，產品精度也在不斷提升，越來越多的產品供眾多的氣象業務人員和科研人員參考。中央氣象臺高分辨率區域數值模式產品發展進步迅速，各類數值預報產品日益豐富，產品的準確率和時空分辨率不斷提升，在基層預報預警服務、氣象防災減災工作實踐中取得了良好的應用效果。

隨著國內數值天氣預報水平的提高，中國氣象局自主研發的區域中尺度數值預報系統GRAPES-MESO已正式投入使用，經過不斷優化，水平分辨率提升至3 km，實現了逐3 h快速循環同化預報，能更好地刻畫雨帶細致結構，對高度場、溫度場、風場也有著一定的預報能力，被廣泛用于區域降水和局地強天氣系統。GRAPES-MNSO區域數值預報產品在內蒙古東南部地區夏季中小尺度強對流天氣系統預報方面表現突出，在預報預警、監測服務等業務工作中發揮了重要作用。

內蒙古東南部地區地表類型復雜，陸氣作用顯著，夏季極易受大尺度天氣系統或局地對流擾動的影響，誘發中小尺度災害性強對流天氣，各類災害性天氣預報難度較大，精細化程度不高；組網雷達和自動氣象觀測站等地面氣象觀測設備布局較為稀疏，無法有效做好中小尺度強對流天氣的監測服務工作。同時，該地區是我區重要的農業、工業生產區，是人口、城鎮分布最密集的區域之一，對精細化的強對流天氣預報預警、監測服務、災害調查工作有著迫切需求[1]。

以2021年6月21日凌晨赤峰市東北部地區受東北冷渦激發所引起的一次中尺度強對流天氣過程為例，分析GRAPES-MNSO產品在內蒙古東南部地區的表現，總結高分辨率區域模式產品在基層業務工作中的釋用分析方法，為中小尺度強對流天氣系統的預報預測、監測服務工作總結經驗，以期加強數值模式產品在基層的應用，提高基層預報預警、監測服務工作質量[2]。

隨著模式性能的逐步優化，其在業務預報中發揮的作用也越來越重要。模式的大尺度環流形式預報能力遠遠超過人的主觀經驗判斷，進一步使用好數值模式預報產品，需要了解模式基礎知識，熟悉模式性能的空間差異、季節差異、層次差異、要素差異、指數物理量誤差以及各種尺度系統的可預報性，在對實況和各種模式預報、集合預報進行仔細對比分析后，預報員對模式產品進行訂正，訂正后的模式環流預報結合預報員的預報經驗，預報準確率將會有大幅提升。

1 天氣形勢分析

1.1 天氣背景簡介

2021年6月，內蒙古東南部地區冷渦活動頻繁，受不斷東移南下的多個冷渦配合北上的暖濕氣流影響，大氣對流能量充沛，對流活動旺盛，以分散陣雨為主的對流天氣多發，同時多次出現冰雹、雷雨大風、短時強降水等強對流天氣過程。

1.2 強對流過程天氣形勢分析

6月18日—6月22日，500 hPa高度場上有一冷渦自西向東影響我區東部地區，6月20日夜間，該冷渦中心已經位于吉林省東部日本海上空，內蒙古東南部地區500 hPa高空受冷渦后部西北風和東北風控制，700、850 hPa高度有冷渦配合地面氣旋旋轉所帶來的豐沛水汽，同時850 hPa高度上有風向輻合。總體來看，高低空各系統配合得當，動力條件和水汽條件有利于強對流天氣發生發展，但同時考慮前期該地區受冷渦活動帶來的西北風影響降溫迅速，熱力條件稍差，不考慮冰雹等強天氣發生。圖1為EC細網格6月19日20：00起報20日20：00高空、地面形勢。

1.3 全球模式資料及上級指導應用

6月18日00：00及后續多個時次起報的EC模式、GFS模式、GRAPES模式等均提示20日夜間赤峰市東北部地區將出現小雨天氣，在18—20日會商中，自治區氣象臺、赤峰市氣象臺也多次做出相關提示，在3 d模式不斷調整后，多時次多模式形勢預報、大氣物理參數預報等資料意見基本趨于一致，各家全球模式均認為20日夜間開始赤峰市東北部地區將出現小雨量級降水。6月20日20：00區臺短期意見為赤峰市東北部有小雨或雷陣雨，伴有雷雨大風、短時強降水等強對流天氣；區臺短時意見為21日02：00～05：00赤峰市北部地區有0.1～2.9 mm降水、05：00～08：00赤峰市東部地區有0.1～2.9 mm降水。

2 GRAPES-MNSO產品釋用

2.1 高分辨率區域模式產品釋用

6月20日14：00起報的GRAPES-MESO模式（圖2）對降水量級和區域給出了更為精細化的結論：未來24 h赤峰市東北部大部地區將出現中雨以上量級的對流降水，局地大雨，單點暴雨。同時GRAPES-MESO模式雷達回波模擬產品針對對流降水的具體發生發展時次作出了精細指導[3]。

2.2 最終預報結論

在參考多種模式資料和上級指導的基礎上，值班預報員較為認可區域模式的結論，同時針對近期GRAPES-MESO區域模式降水量級、落區預報偏大，雷達回波模擬結論偏強的情況作出了適當調整，認為21日凌晨開始赤峰市東北部地區將出現雷陣雨天氣，局地雨強稍大，同時對東北部阿魯科爾沁旗、巴林左旗氣象臺值班人員作出預報指導，對外發布的城鎮預報則較為保守，預報阿魯科爾沁旗雷陣雨轉多云，巴林左旗、富河多云。

3 天氣過程實況

3.1 地面觀測情況

6月21日東北地區組網雷達觀測實況結果與GRAPES-MESO雷達回波模擬預報結論基本一致。同時受雷達觀測有效距離有限的影響，阿魯科爾沁旗西部、巴林左旗大部無法通過雷達實時觀測降水情況，估算降水強度和降水量，值班員在估算降水強度、區域與降水持續時間時主要依靠區域自動站和衛星云圖，但受本次強對流過程發生于凌晨時分、對流強度有限影響，降水過程前半段衛星觀測效果不佳[4]。圖3為GRAPES-MESO模式20日14：00起報的21日07：00雷達回波模擬與21日07：00東北地區雷達拼圖對比，可以明顯看出雷達回波模擬預報與實況觀測的強度、范圍基本接近，雷達在巴林左旗附近明顯達到最大觀測距離，雷達回波實況觀測存在觀測范圍有限、上傳時間滯后等缺點。

3.2 天氣過程實況

此次對流天氣系統于21日00：00逐漸開始生成發展，11：00趨于消散結束，對流過程具有生成時間和移動路徑少見、小時雨強較大、持續時間較長等特點，同時部分降水過程處于雷達盲區，觀測效果不佳，赤峰市東北部地區有4個國家級地面觀測站觀測到小雨以上量級降水，23個地面區域自動站出現中雨以上量級降水，小時最大雨強33.1 mm/h，對當地群眾生產生活造成了一定影響。表1為21日00：00～12：00赤峰市東北部地區國家站及降水量達到20 mm以上的區域站降水數據。

基層業務人員在結合天氣形勢背景、參考上級指導與模式預報結論的基礎上，在21日凌晨著重開展了氣象監測服務工作，充分發揮基層服務優勢，自降水開始時段嚴密監測雨情，迅速叫應地方政府開展各類服務工作，及時發布監測信息。雖然本次強對流過程生成發展于凌晨時分，小時雨強較大，但并未造成人員傷亡或嚴重的經濟損失。在當前的現代氣象防災減災服務中，對數值預報模式、氣象監測信息的重視程度和應用水平均有大幅提升，已初步建立起基于數值預報模式的現代氣象防災減災服務體系。

在現代防災減災服務工作體系中，氣象預報預警發揮著極為重要的作用，內蒙古東南部地區降水期集中于夏季汛期時段，降水時空間分布不均，極易造成短時強降水、區域性洪水等災害性強對流天氣和城市內澇、山洪、泥石流、地質災害等次生災害[5]。

在傳統天氣預報方法中，強對流天氣的預報難度大、防御難度大、致災性強，運用好高分辨率區域數值模式等預報預警領域新技術、新資料、新方法，能夠不斷增加強對流天氣預警的提前量，為災害防御爭取更多時間。同時，進一步落實和發揮好以氣象災害預警信號為先導的氣象預警應急聯動機制，細化分行業分部門的氣象災害防御應急聯動機制，發揮好重大災害性天氣直通式叫應機制的快速反應作用，有效防范化解氣象災害帶來的各類風險挑戰，最大限度地減輕氣象災害帶來的不利影響和財產損失，不斷提高經濟社會抵御氣象災害的能力和韌性[6]。

為取得更好的氣象預報預警服務效果，達成防災減災的目標，需要進一步提升氣象預報預警的準確度與時效性，氣象服務的時效性越強，越可以為公眾爭取到更多防范氣象災害的時間提前量。在先進氣象設備陸續投入氣象服務領域使用的當下，氣象監測信息更為完善、可靠，大大提高了數值模式預報初始場的準確性、時效性和精細化程度，客觀的數值模式產品檢驗方法、基

于模式產品的預報方法等可以幫助預報員對大氣環流形勢演變作出更合理的解釋，模式產品對大氣環流形勢演變的預報效果也比傳統預報員依靠外推方法預報在數學物理方法解釋上更有依據，更加精準、可靠。在國產高分辨率數值預報模式的基礎上，預報水平獲得進一步提升，氣象預報信息在防災減災體系中的研判作用和指示意義也越來越及時、越來越精準[7]。

4 總結與探討

4.1 高分辨率區域模式釋用總結

在本次以短時強降水為主要特征的強對流天氣過程預報、預警、監測、服務過程中，GRAPES-MESO模式一如既往地表現出其遠勝于全球模式的中小尺度天氣系統預報預警指導能力和高分辨率的時空尺度優勢。同時在今年汛期的釋用分析過程中，GRAPES-MESO 3 km系統升級后，強天氣的空報情況也得到較大改善，雖然仍存在降水預報范圍偏大、系統強度偏強等弱點，但已完全能夠滿足日常業務工作需要，在組網雷達和地面氣象區域觀測站點稀疏、不便觀測的地區，高分辨率區域模式產品能夠很好地彌補觀測方面存在的缺陷，充分發揮了氣象監測、服務能力。

4.2 基層數值模式應用探討

近年來，全球大氣數值模式的時效性和準確性有所提升，大氣數值模式已成為天氣預報和氣候預測最重要的工具和手段，對中小尺度強對流天氣來說，數值模式模擬是加強對中小尺度強對流天氣系統演變規律認識和把握最重要、最不可替代的工具之一。從基層氣象工作者的工作角度來看，我國數值模式飛速發展為基層氣象工作提供了豐富的診斷產品技術支持，對基層氣象預報預警服務工作的開展具有重要的支持、牽引、推動作用。

在全球氣候變暖的大背景下，內蒙古東南部地區的極端天氣氣候時間明顯增多，強度增強，氣象災害的多發性、突發性、極端性日益突出，對自然系統平衡和經濟社會發展的影響愈加凸顯。因此，利用好高分辨率數值模式等新方法新技術，充分發揮氣象防災減災第一道防線作用，在氣候變化背景下具有非常深遠的戰略意義[8]。

目前，受限于我區基層業務建設能力現狀，基層氣象預報預警服務能力長期存在不足。高分辨率區域模式產品以其內容豐富、結構清晰、質量可靠等優勢，在基層預報、監測、服務業務工作中具有較大開發潛力，可以發揮重要作用。基層業務工作人員可以在認真收聽全區、全市天氣會商、借助上級講解全球模式預報天氣形勢的基礎上，關注最新時次各類高分辨率區域模式產品并加以利用，減輕短臨監測、預報服務工作壓力，同時能夠利用相關資料開展好實況監測、災情調查等工作。

參考文獻

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