鄧霞君，孫 青，王益琴，胡淳焓，周國華

(1.南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210008;2.浙江省麗水市氣象局，浙江 麗水 323000;3.山東省氣象局科技與預(yù)報處，山東 濟(jì)南 250031)

2010年龍泉、慶元暴雨特點(diǎn)對比及可預(yù)報性分析

鄧霞君1，2，孫 青1，3，王益琴2，胡淳焓1，2，周國華2

(1.南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210008;2.浙江省麗水市氣象局，浙江 麗水 323000;3.山東省氣象局科技與預(yù)報處，山東 濟(jì)南 250031)

龍泉、慶元是浙江省最西南部兩毗鄰縣(市)，雖僅一山之隔，降水卻存在較大的時間差，尤其暴雨，總存在6～12 h的差異，是氣象預(yù)報與預(yù)警工作之難點(diǎn)。該文通過對2010年1—7月兩地汛期暴雨的分析，表明兩地出現(xiàn)暴雨的條件存在明顯差異：主要表現(xiàn)在暴雨主導(dǎo)風(fēng)向、物理量指示性、數(shù)值預(yù)報的可參考性、兩地特殊地形的影響等方面，通過對這些特點(diǎn)的分析，得到一些對日常的預(yù)報工作有一定參考價值的指標(biāo)。

龍泉;慶元;暴雨;T639;物理量診斷

1 引言

暴雨是指一定時間內(nèi)降水量達(dá)到某一強(qiáng)度，且可能造成某種后果的災(zāi)害性天氣過程，各地由于年降水量的差異，對暴雨的定義也有所不同。江南、華南地區(qū)一般以24 h雨量≥50 mm或12 h雨量≥30 mm作為暴雨的標(biāo)準(zhǔn)［1］。

暴雨歷來是日常天氣預(yù)報工作中最重視的預(yù)報因子之一，尤其是華南前汛期、梅汛期等連續(xù)性暴雨，極易導(dǎo)致區(qū)域性的滑坡、泥石流、暴洪等，造成重大災(zāi)害。關(guān)于梅汛期和華南前汛期暴雨，都有諸多深入研究，并有很好的研究成果［2，6，7］。對暴雨產(chǎn)生的機(jī)理、動力、熱力、影響天氣系統(tǒng)等方面［1，4，5，6，7］，也都有不同側(cè)重的深入研究，同時隨著城市化的推進(jìn)，對暴雨的定義和標(biāo)準(zhǔn)，也有相關(guān)的討論［3］。但這些研究和分析都是在較大范圍內(nèi)開展的，注重天氣系統(tǒng)的研究，對幾公里或幾十公里范圍的局地性特征則關(guān)注較少。

麗水市地處浙西南山區(qū)，屬于江南梅雨帶的南部邊緣和華南前汛期雨帶的北部邊緣，先后受兩大雨帶的影響，但又都不典型［2］。近年來，隨著自動氣象站的廣泛布設(shè)，對暴雨，尤其是局地短時強(qiáng)降水的監(jiān)測能力得到明顯的提高和加強(qiáng)，但是在預(yù)報能力方面，并未同步明顯提高。麗水地處浙西南，是南嶺山脈的余脈，九山半水半分田，地形尤為復(fù)雜，天氣的局地性特別強(qiáng)［8］。

龍泉、慶元同屬麗水市并且位于麗水南部，其中龍泉是浙江省的24 h暴雨中心(08時—次日08時)，由于兩地均屬山區(qū)，溪短流急，短時強(qiáng)降水極易引發(fā)局地山洪及塌方、滑坡等氣象次生災(zāi)害，因此對短時暴雨的準(zhǔn)確預(yù)報是防災(zāi)減災(zāi)的重要有效手段。以往，由于雷達(dá)、自動站、云圖、地理信息等高精度的空間、時間不間斷的客觀觀測數(shù)據(jù)缺少的限制，關(guān)于這兩地暴雨的差異性特征的研究極少，僅有少數(shù)從水文特性［9］等方面粗略論述，對預(yù)報和預(yù)警的作用很?。?］。因此，在觀測和預(yù)報數(shù)據(jù)增加、精度提高的保障下，對兩地暴雨的局地性特征深入分析，對提高暴雨的預(yù)報能力有所幫助。

2 2010年龍泉、慶元暴雨概況

從暴雨的預(yù)報能力分析，龍泉?dú)v來好于慶元，2010年尤其明顯。兩地相距不足50 km，但暴雨往往存在6～12 h的時差，這給日常的預(yù)報和服務(wù)工作造成很大的困擾，尤其是近年來隨著預(yù)報技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會對強(qiáng)天氣預(yù)報預(yù)警的需求更趨向于時間和空間的雙重精細(xì)化，因此，研究這兩地預(yù)報的差異性和特殊性，對未來兩地暴雨的預(yù)報具有非常重要的意義。

根據(jù)目前的預(yù)報評價標(biāo)準(zhǔn)，以08—20時作為白天預(yù)報時段，20—次日08時作為夜間預(yù)報時段，每時段雨量≥30 mm記為一個暴雨，據(jù)1971—2009年的歷史資料分析，龍泉本站暴雨次數(shù)達(dá)9.9次/a，慶元10.1次/a。而2010年僅1—7月，龍泉市本站暴雨已達(dá)20次，慶元18次，已超常年1倍(如表1)。據(jù)自動氣象站觀測資料，2010-01—07，龍泉市暴雨達(dá)57個時段(據(jù)31站觀測數(shù)據(jù)，同一時段多站暴雨，記為一個時段，下同)，慶元縣達(dá)46個(據(jù)20站觀測);暴雨引起的洪澇災(zāi)害和塌方事故也明顯多于往年，在兩地造成不同程度的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

雖然兩地在暴雨的數(shù)量增長上保持一致性，但在出現(xiàn)時間上始終存在一定的差異，龍泉的暴雨隨天氣系統(tǒng)的過程變化更具有系統(tǒng)性，與麗水市其它7縣(區(qū))的暴雨在時間上保持較高的一致性且高于其他縣(區(qū));而慶元的暴雨則多出現(xiàn)于系統(tǒng)性暴雨過程開始之前或過程趨于結(jié)束之時，相對于龍泉暴雨而言，往往提前或滯后一個時段(約6～12 h)。這一明顯的時間差異給預(yù)報人員帶來較大的困擾，也給抗洪搶險救災(zāi)工作造成一定的干擾。

表1 2010年1—7月龍泉、慶元本站降雨情況 (單位：mm)

3 診斷分析

3.1 天氣形勢分析

對2010年1—7月的暴雨天氣，利用新一代衛(wèi)星通信氣象數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)(DVBS)下發(fā)的資料，通過Micaps3.1系統(tǒng)，對實(shí)際暴雨出現(xiàn)前最鄰近時段的500 hPa、700 hPa、850 hPa和地面實(shí)況進(jìn)行分析;利用中國T639數(shù)值模式產(chǎn)品中所提供的預(yù)報初始場格點(diǎn)數(shù)據(jù)，對兩地暴雨前的風(fēng)向風(fēng)速、溫度等進(jìn)行量化分析。

根據(jù)分析，兩地暴雨的天氣形勢大致分為3類。①汛期前冷空氣導(dǎo)致暴雨：在冷空氣影響之前經(jīng)歷1～2d甚至更長時間強(qiáng)回暖，西南暖濕氣流異常強(qiáng)盛，爾后有中等或中等以上強(qiáng)度的冷空氣快速南下影響，導(dǎo)致1～2個時段的較短暴雨天氣過程。②汛期典型暴雨：該類暴雨天氣過程持續(xù)時間較長，可達(dá)3個或以上時段，也是引起災(zāi)害最為嚴(yán)重的一類。主要天氣形勢表現(xiàn)為中低層切變維持，在切變上常有低渦發(fā)展東移，有不強(qiáng)的冷空氣通過高空冷槽或地面影響，使切變系統(tǒng)南北擺動維持。③進(jìn)入7月以后，熱力和水汽條件長期具備，弱天氣系統(tǒng)擾動導(dǎo)致高不穩(wěn)定條件下的山區(qū)局地暴雨。較常見的是在500 hPa小槽偏北滑過時導(dǎo)致個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨而其它地方卻是晴熱天氣，該類暴雨需更多地從物理量和局地地形等影響因子上加以考慮。

雖然兩地暴雨總數(shù)相當(dāng)，但時段差異明顯，尤其上述第②類暴雨天氣(如表1)。根據(jù)上述的天氣類型和實(shí)際天氣形勢，將兩地暴雨時段歸納為龍泉15個和慶元12個暴雨天氣過程。利用T639的初始場數(shù)據(jù)定量分析，重點(diǎn)分析其暴雨天氣環(huán)流形勢及其演變、高(500 hPa，下同)、低(850 hPa，下同)空急流、高空風(fēng)向、低空風(fēng)向、水汽源地(孟加拉灣、東海、南海)等，總結(jié)其特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)兩地暴雨在影響天氣系統(tǒng)上的異同和物理量指示性、數(shù)值預(yù)報的可參考性。

3.1.1 龍泉、慶元暴雨天氣形勢共同特征 通過分析，兩地暴雨時天氣形勢的共同特點(diǎn)可概括為：①高層絕大多數(shù)在西南暖濕氣流的控制下，或南支槽前，風(fēng)速沒有明顯的特點(diǎn)，1—3月高層風(fēng)速較大，4月以后風(fēng)速逐漸降低，這是季節(jié)性變化的表現(xiàn)，與暴雨關(guān)系不大。②天氣系統(tǒng)主要有冷空氣、地面低壓倒槽配合中低層切變或低渦、副熱帶高壓邊緣配合高空淺槽擾動等。③地面倒槽引發(fā)的暴雨：當(dāng)?shù)共畚挥诮鞅辈康嫩蛾柡粠r，兩地暴雨概率最高，逐漸東移靠近則降水將趨于減弱。

3.1.2 龍泉、慶元暴雨天氣形勢差異性 兩地暴雨時的天氣形勢差異主要表現(xiàn)為：①急流：慶元暴雨時低層(850 hPa)急流不明顯，但常在江西中北部—浙西有低層風(fēng)速輻合。低空急流對龍泉暴雨則非常有利。②低層(850 hPa)風(fēng)向風(fēng)速：龍泉暴雨時風(fēng)向在0～340°之間，平均 211°(SSW 風(fēng))，57個暴雨時段中，71%屬于SW風(fēng)，另各有約8%分別為NE風(fēng)、SE風(fēng)和WNW風(fēng)。慶元46個暴雨時段中，其風(fēng)向在10～300°之間，平均227°(SW 風(fēng))，61%為 SW風(fēng)，各有17%的SE風(fēng)和WNW風(fēng)。雖然兩者出現(xiàn)暴雨最多都為SW風(fēng)，但慶元暴雨則更多地集中于SSW 風(fēng)(180～225°)，超過225°，即使暴雨天氣系統(tǒng)明顯，也較難產(chǎn)生暴雨，而W風(fēng)或WSW風(fēng)則是龍泉暴雨的最好條件;另外，SE風(fēng)也是導(dǎo)致慶元東部局地暴雨的較好條件，這一現(xiàn)象在龍泉并不明顯?？偟膩碚f，偏西風(fēng)是慶元暴雨的不利條件。從風(fēng)速看，龍泉暴雨時段的平均風(fēng)速為8.0 m/s，非暴雨時段平均為5.6 m/s;慶元暴雨時平均風(fēng)速達(dá)8.6 m/s，非暴雨時為6.7 m/s，均存在明顯差異。③天氣系統(tǒng)：影響麗水的典型暴雨天氣系統(tǒng)主要有底層切變和低渦過程、冷空氣過程、地面倒槽低渦過程、來自孟加拉灣的南支槽過程等，慶元暴雨往往出現(xiàn)在經(jīng)典暴雨天氣形勢開始之前或趨于結(jié)束之時，龍泉則較符合經(jīng)典暴雨形勢，也因此龍泉的暴雨天氣相比慶元具有較好的可預(yù)報性。

3.2 各數(shù)值模式的預(yù)報能力對比分析

3.2.1 降水整體預(yù)報能力 根據(jù)2010年1—7月各模式的降水預(yù)報與實(shí)況對比，分別分析各模式預(yù)報與實(shí)況的相關(guān)系數(shù)作為可信度標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)各模式的整體降水(含一般降水和暴雨)預(yù)報可信度(與實(shí)況的相關(guān)系數(shù))存在明顯差異(如表2)。就各模式間同時段橫向?qū)Ρ葋砜?，日本、德國和中國T639對降水都具有較好的詮釋能力，預(yù)報產(chǎn)品的可信度較高。除MM5 0～12 h的預(yù)報還具有一定的參考價值外，MM5和GRAPES模式產(chǎn)品各時段的預(yù)報可信度普遍較低，可以認(rèn)為沒有參考價值。較好的3家模式產(chǎn)品降水整體預(yù)報能力相對平衡，但各模式對龍泉站整體降水的預(yù)報能力比慶元站普遍高10%～20%，這也間接證明山區(qū)降水的突發(fā)性和局地性導(dǎo)致可預(yù)報性下降的特點(diǎn)。

表2 各模式0—12h和12—24 h整體降水預(yù)報可信度

3.2.2 明顯降水(＞5 mm)預(yù)報能力 為突出明顯降水的預(yù)報能力，剔除晴好、弱降水天氣的干擾，將各模式預(yù)報降水的平均≥5mm或?qū)崨r(含鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象站)出現(xiàn)一站或以上暴雨的個例定義為明顯降水，對該類個例進(jìn)一步分析(如表3)。各模式的預(yù)報能力趨勢不變：可信度較高的仍然是日本、德國和中國T639模式的降水預(yù)報產(chǎn)品，但可信度明顯要低于表2所分析的整體降水的預(yù)報能力。對比表2和表3可見，其預(yù)報能力普遍降低到整體降水預(yù)報能力的一半左右，并且仍然表現(xiàn)為龍泉的可預(yù)報性明顯高于慶元。

表3 各模式0-12h和12-24 h明顯降水(＞5 mm)預(yù)報可信度

3.2.3 剔除模式內(nèi)相關(guān)干擾后的回歸分析 以上兩類情況下，日本、德國、中國T639、MM5之間的相關(guān)性都比較高，即其對天氣形勢的預(yù)報有較高的一致性和穩(wěn)定性。為剔除模式間共同特征的重復(fù)表述，對上述兩類降水預(yù)報分別作分時段、站點(diǎn)、因子進(jìn)入式的多元線性回歸分析(回歸方程略)。從得到的8個回歸結(jié)果中分析發(fā)現(xiàn)，日本模式預(yù)報產(chǎn)品的相關(guān)系數(shù)最高，介于0.7～1.2之間，并且在各方程中差異較小，表明其穩(wěn)定性較好;同時有大于1的系數(shù)，表示日本模式對大降水的預(yù)報有保守趨勢，對極端強(qiáng)降水的指示能力偏弱，但穩(wěn)定性較高，空漏報率低。德國預(yù)報的系數(shù)在-0.6～0.6，變幅較大，預(yù)報穩(wěn)定性差，對大降水的預(yù)報明顯偏大，但對于暴雨的指示能力仍然較好。中國T639預(yù)報產(chǎn)品的系數(shù)在0.3～0.5之間，表現(xiàn)穩(wěn)定，預(yù)報能力和日本、德國模式產(chǎn)品基本持平，但和德國模式產(chǎn)品一樣，對大降水預(yù)報的穩(wěn)定性較差，空漏報率都較高。

從以上分析可知總體上暴雨的預(yù)報準(zhǔn)確率要低于一般降水的預(yù)報能力，但數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品對龍泉、慶元的暴雨預(yù)報都具有一定的指示能力;其次是龍泉的暴雨較為系統(tǒng)性，可預(yù)報性明顯高于慶元。

3.3 物理量診斷分析

利用DVBS系統(tǒng)下發(fā)的實(shí)況物理量場資料和中國T639模式的預(yù)報初始場資料，分析2010年1—7月各時段起始時刻(08、20時)的K指數(shù)、垂直上升速度(Ω)、假相當(dāng)位溫(θse)、水汽通量散度(Q_div)在暴雨和非暴雨時段的特點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)θse對兩地暴雨的指示能力較差，其它3個物理量都對兩地暴雨具有一定的指示能力。

3.3.1 K指數(shù)分析 K指數(shù)存在明顯的季節(jié)變化，不能直接分析與暴雨之間的關(guān)系，因此引入過去10 d K指數(shù)平均作為參照，與當(dāng)前時次的K指數(shù)對比。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)K指數(shù)大于過去10 d平均且高于30℃時，出現(xiàn)暴雨的概率明顯增高，1—7月共424個時段，龍泉、慶元分別只有161、152個時段滿足上述條件，占1/3，但包含70%以上的暴雨時段，雖然空警率偏高，但漏報率非常低，可作為暴雨的一個必要條件：當(dāng)這一條件不滿足時，可以認(rèn)為出現(xiàn)暴雨的概率很低。分析也發(fā)現(xiàn)，漏報主要集中于6月下旬之后，盛夏季節(jié)由于熱力條件的普遍好轉(zhuǎn)，K指數(shù)普遍高于30℃，熱力條件實(shí)際滿足易出現(xiàn)局地暴雨，但受高于過去10 d平均這一條件的限制而漏報。

對比兩地暴雨時的K指數(shù)，發(fā)現(xiàn)龍泉的57個暴雨時段中，有16個(近30%)不滿足這一條件，結(jié)合天氣形勢分析，發(fā)現(xiàn)只要天氣形勢上滿足，K指數(shù)低于上述標(biāo)準(zhǔn)時龍泉也可以出現(xiàn)暴雨甚至區(qū)域性暴雨，而慶元的47個暴雨時段中，只有9個(18%)不滿足這一條件，說明慶元暴雨對熱力條件的要求較龍泉更高。

3.3.2 垂直上升速度 對兩站2010年1—7月1 000～200 hPa的垂直速度分析發(fā)現(xiàn)，就平均而言，可得如圖1所示的結(jié)論：兩站暴雨時段的垂直上升速度都明顯高于1—7月的非暴雨時段平均值。1—7月非暴雨時段上升運(yùn)動在400 hPa層附近達(dá)最大，平均不超過-5×10-5m/s;暴雨時段明顯偏高，且從850 hPa層開始就有明顯的上升運(yùn)動，在700～400 hPa層最明顯，上升運(yùn)動最劇烈的層次由400 hPa下移到500 hPa左右，其值超過-20×10-5m/s。

對比兩地暴雨時段的上升運(yùn)動，其不同之處是：本站有暴雨時，上升運(yùn)動最強(qiáng)層，龍泉的上升值達(dá)-54.6×10-5m/s，慶元僅為 -22.6×10-5m/s;龍泉本站暴雨時的上升運(yùn)動比自動站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨時明顯要高，二者最大上升速度差達(dá)15～20×10-5m/s，慶元則沒有明顯差異。

圖1 2010年1—7月非暴雨、自動站暴雨、本站暴雨時Ω平均值(左：龍泉，右：慶元，單位：10-5m/s)

據(jù)上述分析，就上升運(yùn)動對暴雨的影響可總結(jié)為：①500 hPa或600 hPa，上升速度慶元＜-10×10-5m/s，龍泉 ＜ -15 ×10-5m/s，有利于 20 mm 以上的明顯降水出現(xiàn)，且包含大部分暴雨記錄。②暴雨時700～850 hPa極少表現(xiàn)為明顯的下沉氣流區(qū)，一般為上升區(qū)或微弱的下沉區(qū)，對速度大小的要求不明顯。③在500 hPa以上層，一般上升速度漸趨減弱，但如有較為明顯的上升，則更有利于暴雨。滿足以上條件，則說明在上升凝結(jié)方面的條件對暴雨的出現(xiàn)已經(jīng)非常有利。

3.3.3 水汽通量散度(Q_div) 對水汽通量散度的分析發(fā)現(xiàn)暴雨時段與非暴雨時段的水汽通量散度場存在明顯的差異(如表4)，暴雨時低層850 hPa水汽輻合明顯，700 hPa也要明顯大于非暴雨時平均值，高層差異不大。但逐一分析每個暴雨時段發(fā)現(xiàn)，所分析的3層中，任意一層滿足Q_div＜-10 g/(s·cm2·hPa)的條件，都有利暴雨出現(xiàn)。龍泉、慶元分別有71%和80%的暴雨滿足這一條件，但非暴雨時段仍有35%能滿足這一條件，也存在空報率較高的問題。通過單純的輻合分析發(fā)現(xiàn)，Q_div可作為暴雨的必要條件：當(dāng)3層都不存在輻合時，可以認(rèn)定沒有暴雨。

表4 各時段各層水汽通量散度的平均值［單位：g/(s·cm2·hPa)］

3.4 地形的特殊作用

地形歷來都是暴雨不可忽視的重要因子。龍泉、慶元的地形有同有異：龍泉是典型的東北—西南走向峽谷盆地，西北部、東南部均為超過1 000 m的較高山區(qū)，中部狹窄的盆地區(qū)海拔不足200 m，且開口呈西南大東北小，是典型的喇叭口形(如圖2)。慶元中部也是小盆地，并呈東北—西南走向，但盆地較小，其正西部的屏都、隆宮為高山，最高點(diǎn)百丈林場超過1 000 m，對喇叭口形成實(shí)質(zhì)的阻擋，呈“塞子”作用，這一地形有效阻擋了低層850 hPa 225～270°的WSW風(fēng)所能帶來的水汽，導(dǎo)致慶元在即使有較為明顯的降水系統(tǒng)的影響時，往往也難以在SW或W風(fēng)提供水汽來源時出現(xiàn)暴雨。這也從另一方面驗證3.1中所分析的特殊風(fēng)向因素。因此，在分析有暴雨系統(tǒng)時，綜合低層水汽供應(yīng)來源，可以排除一部分慶元的暴雨空報問題，當(dāng)水汽源于SSW風(fēng)時，則可以傾向于考慮降水偏大或暴雨。

圖2 龍泉喇叭口地形與慶元中西部“塞子”地形(北：龍泉，南：慶元，中間實(shí)線為分界線)

4 小結(jié)

①在典型的暴雨天氣形勢下，龍泉、慶元兩地都有可能出現(xiàn)暴雨，其中慶元對天氣形勢的要求更高，在某些特殊的形勢下，又比龍泉更容易出現(xiàn)暴雨，尤其對850 hPa西南偏南風(fēng)(水汽供應(yīng)源自南海)尤為敏感。

②從各數(shù)值模式對兩地暴雨的預(yù)報指示能力來看，日本模式、德國模式、中國T639模式都對暴雨有比較穩(wěn)定可靠的預(yù)報指示能力，龍泉的暴雨可預(yù)報性明顯高于慶元，慶元的暴雨可預(yù)報性僅在20%左右，龍泉可達(dá)30% ～50%。

③通過對物理量的診斷分析發(fā)現(xiàn)，K指數(shù)高于過去10 d平均且值大于30℃，有利于暴雨。垂直速度Ω在500或600 hPa出現(xiàn)慶元＜-10×10-5m/s，龍泉＜-15×10-5m/s，有利暴雨。慶元71%、龍泉80%的暴雨都伴隨有明顯的水汽輻合，這一輻合在850 hPa表現(xiàn)最為明顯。

④特殊地形是造就兩地暴雨差異的重要原因。龍泉是典型的西南向喇叭口地形，對西風(fēng)暴雨系統(tǒng)有明顯的輻合和加強(qiáng)作用，只要天氣形勢具備、水汽充沛，極易出現(xiàn)暴雨。慶元的喇叭口地形較小，且喇叭口西端存在屏都、隆宮等小型千米高地，形成”塞子”，對225～270°WSW風(fēng)的暴雨系統(tǒng)的水汽源形成阻擋作用，在大形勢和水汽都滿足的條件下，慶元出現(xiàn)暴雨的概率明顯偏低，但是對于水汽供應(yīng)源于南海的較明顯的西南偏南風(fēng)，則能明顯避開“塞子”，在天氣形勢環(huán)流不足以出現(xiàn)暴雨的一般性降水天氣形勢下，也能形成暴雨。

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1003-6598(2011)05-0005-05

2011-07-01

鄧霞君(1981-)，女，工程師，主要從事短期、短時、臨近天氣預(yù)報工作。