黃元森，丁光義，余建華

（南平市氣象局，福建南平　353000）

基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)

黃元森，丁光義，余建華

（南平市氣象局，福建南平353000）

通過對(duì)2003—2012年實(shí)況物理量資料與南平市汛期（5—6月）12 h時(shí)效雨量進(jìn)行相關(guān)分析，選取與暴雨相關(guān)性較好的15種物理量產(chǎn)品進(jìn)行暴雨閾值設(shè)定，建立了基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期12 h時(shí)效暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)，在實(shí)際應(yīng)用中還采用T639物理量產(chǎn)品進(jìn)行12 h時(shí)效短期暴雨預(yù)報(bào)，該預(yù)報(bào)平臺(tái)具有較好的暴雨預(yù)報(bào)能力，對(duì)預(yù)報(bào)員在短臨和短期暴雨預(yù)報(bào)中有較好的參考作用；與使用實(shí)況物理量預(yù)報(bào)相比，實(shí)況物理量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率要比T639物理量產(chǎn)品預(yù)報(bào)要好，這是因?yàn)榛赥639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率還要依賴于T639物理量產(chǎn)品的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

天氣預(yù)報(bào)；暴雨；配料法；物理量產(chǎn)品；閾值；南平市

黃元森，丁光義，余建華.基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)［J］.廣東氣象，2016，38（4）：37-40.

隨著社會(huì)進(jìn)步和日益增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，為滿足人民生活及防災(zāi)減災(zāi)的需要，增強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)的針對(duì)性，各地氣象臺(tái)站都開展精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)。根據(jù)中國(guó)氣象局《全國(guó)短時(shí)、臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)規(guī)定》（氣辦發(fā)〔2010〕19號(hào)）的要求：目前短期（0～72 h）精細(xì)天氣預(yù)報(bào)的時(shí)效為12 h時(shí)效，而12和24 h時(shí)效這2種不同時(shí)效的暴雨預(yù)報(bào)是存在一定的差異性的，12 h時(shí)效暴雨預(yù)報(bào)難度更大，因此新的天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)暴雨提出更高的要求。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于暴雨預(yù)報(bào)的研究和成果很多［1-15］，但是這些研究成果基本上是針對(duì)24 h時(shí)效的暴雨預(yù)報(bào)研究，而對(duì)于以12 h時(shí)效的暴雨預(yù)報(bào)研究和成果很少。隨著數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平的提高，以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品解釋應(yīng)用，重視發(fā)揮預(yù)報(bào)員的作用，對(duì)于提高災(zāi)害性預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率起到了積極的作用?！芭淞戏ā笔且环N數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用方法，可用于強(qiáng)降水等天氣預(yù)報(bào)［16-17］，為了提高南平市暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，有必要開展基于12 h時(shí)效的短期暴雨預(yù)報(bào)的研究。本研究開展了基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期（5—6月）短期12 h時(shí)效暴雨（簡(jiǎn)稱暴雨，下同）預(yù)報(bào)研究，其研究成果在2015年南平市汛期短期暴雨預(yù)報(bào)中應(yīng)用，對(duì)預(yù)報(bào)員提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率起到較好的參考作用。

1　資料和方法及區(qū)域性暴雨定義

1.1資料和方法

本研究所用氣象資料來自于福建省氣象臺(tái)的Micaps格式物理量資料和福建省氣象信息中心的雨量資料。在綜合考慮站點(diǎn)數(shù)據(jù)的來源、時(shí)間序列長(zhǎng)度、準(zhǔn)確性和代表性的基礎(chǔ)上，選擇南平市10個(gè)國(guó)家氣象站點(diǎn)作為研究對(duì)象，其中日雨量、12 h雨量資料為1980年5月1日—2012年6月30日連續(xù)33年的5—6月觀測(cè)數(shù)據(jù)；高空實(shí)況物理量資料為2003年5月1日—2012年6月30日連續(xù)10年的5—6月觀測(cè)數(shù)據(jù)。

采用常規(guī)統(tǒng)計(jì)、相關(guān)關(guān)系分析等方法對(duì)南平前汛期強(qiáng)降水氣候特征進(jìn)行分析；應(yīng)用配料法方法建立基于物理量產(chǎn)品的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)。在實(shí)況應(yīng)用中選用基于T639物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期（5—6月）短期暴雨預(yù)報(bào)。

1.2區(qū)域性暴雨定義

張信華等［18］提出當(dāng)閩北10個(gè)縣（市、區(qū)）出現(xiàn)以下情況之一，即定義為1個(gè)區(qū)域性暴雨日：即當(dāng)出現(xiàn)大暴雨（日雨量≥100.0 mm）達(dá)1個(gè)站或以上；或出現(xiàn)暴雨（日雨量≥50.0 mm）達(dá)2站或以上。從1980—2012年共33年5—6月南平市10個(gè)縣（市、區(qū)）12及24 h雨量統(tǒng)計(jì)（表略）可知，南平市5月12 h雨量≥30 mm的次數(shù)為69次、24 h雨量≥50 mm次數(shù)為68次，年平均次數(shù)均為2.1次，2者相等；另外6月12 h雨量≥30 mm的次數(shù)為117.5次，而24 h雨量≥50 mm次數(shù)為123次，年平均次數(shù)分別為3.6與3.7次，也幾乎相等；說明南平市汛期（5—6月）12 h≥30 mm雨量相當(dāng)于24 h≥50 mm（暴雨）雨量。同理可見12 h≥50 mm雨量也相當(dāng)于24 h≥100 mm（大暴雨）雨量。

因此對(duì)于12 h時(shí)效暴雨，可這樣定義區(qū)域性暴雨日：南平10個(gè)縣（市、區(qū)）出現(xiàn)以下情況之一，即定義為1個(gè)區(qū)域性暴雨日：當(dāng)出現(xiàn)大暴雨（日雨量≥50.0 mm）達(dá)1個(gè)站或以上；或出現(xiàn)暴雨（日雨量≥30.0 mm）達(dá)2站或以上。

2　暴雨與物理量場(chǎng)的關(guān)系

2.1計(jì)算區(qū)域與要素

選取2003—2012年5—6月逐日08：00、20：00共10年的實(shí)況物理量產(chǎn)品，剔除資料缺失的天數(shù)后，5月20：00—08：00實(shí)際樣本為288 d、5月08：00—20：00實(shí)際樣本為306 d；6月20：00—08：00實(shí)際樣本為290 d、6月08：00—20：00實(shí)際樣本為299 d。

根據(jù)南平市汛期暴雨特點(diǎn)，南平市汛期暴雨主要影響天氣系統(tǒng)是西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)，在西風(fēng)帶系統(tǒng)中，南平市強(qiáng)降水天氣發(fā)生的上游地區(qū)位于南平市的西南方，而南平市經(jīng)緯度介于117°—119°E、26°—28°N之間，因此根據(jù)實(shí)況物理量的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)分布特點(diǎn)及通過南平市汛期暴雨與上游地區(qū)物理量產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)分析比較，確定網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)115°E，25°N、115°E，26°N、116°E，25°N、116°E， 26°N所圍區(qū)域作為南平市汛期暴雨的上游關(guān)鍵地區(qū)。因?yàn)樗玫?0年實(shí)況物理量產(chǎn)品中，只有115.5°E，26.4°N這個(gè)點(diǎn)在所圍上游地區(qū)內(nèi)，因此在相關(guān)分析時(shí)用這個(gè)點(diǎn)代表上游關(guān)鍵地區(qū)。

2.2暴雨與物理量場(chǎng)的相關(guān)關(guān)系

選取2003—2012年5—6月每月逐日08：00各種實(shí)況物理量及其不同層次產(chǎn)品與當(dāng)日08：00—20：00南平市12 h雨量作相關(guān)系數(shù)分析，及每月逐日20：00各種實(shí)況物理量及其不同層次產(chǎn)品與當(dāng)日20：00—次日08：00南平市12 h雨量作相關(guān)系數(shù)分析。根據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)次分析結(jié)果，選取與暴雨相關(guān)系數(shù)最好的15個(gè)物理量產(chǎn)品，并確定每一個(gè)物理量產(chǎn)品的閾值。表1為南平市汛期暴雨與15種物理量產(chǎn)品的閾值關(guān)系情況，從表1中可見，對(duì)南平市暴雨有利的水汽條件是水汽通量、水汽通量散度、比濕、相對(duì)濕度等4個(gè)物理量，并且都集中在700 hPa及以下層次；而高層輻散及低層輻合有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)，最能反映南平市暴雨的上升運(yùn)動(dòng)層次是500 hPa；有利于南平市出現(xiàn)暴雨的K指數(shù)都要在35℃以上，特別是6月都要在37℃以上；從假相當(dāng)位溫看，有利于南平市出現(xiàn)暴雨的假相當(dāng)位溫都比較大，都要在66℃以上，6月更要在70℃以上，說明南平市要出現(xiàn)暴雨，要求上游地區(qū)要有高溫高濕的能量輸送條件（從溫度平流為正也說明這一點(diǎn)），并且700 hPa假相當(dāng)位溫要與850 hPa假相當(dāng)位溫相當(dāng)或略小，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)。

表1　南平市汛期暴雨與15種物理量產(chǎn)品的閾值關(guān)系

2.3基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)

本研究在分析了南平市汛期暴雨與各種物理量產(chǎn)品關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了各種物理量產(chǎn)品的閾值，最后通過配料法把15種物理量產(chǎn)品統(tǒng)一起來，建立了基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期12 h時(shí)效的暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)。表2為2003— 2012年基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)擬合表，認(rèn)定當(dāng)15種物理量產(chǎn)品中有8～9個(gè)物理量（5月20：00—08：00時(shí)段為9個(gè)，其余時(shí)段為8個(gè)）達(dá)到其閾值時(shí)可確定為1次暴雨天氣，從表2中可見，4個(gè)暴雨預(yù)報(bào)時(shí)段的暴雨TS評(píng)分分別為36.2、24.4、29.5、34.8，其命中率可達(dá)86.2、84、86、79.6，擬合效果好。

表2　2003—2012年5—6月基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)擬合

3　2015年應(yīng)用情況及檢驗(yàn)

基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)于2015年汛期投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還采用了基于T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的配料法預(yù)報(bào)南平市汛期短期12 h時(shí)效暴雨，即將T639物理量預(yù)報(bào)產(chǎn)品代入表1中進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)15種物理量產(chǎn)品中有8～9個(gè)物理量（5月20：00—08：00時(shí)段為9個(gè)，其余時(shí)段為8個(gè)）達(dá)到其閾值時(shí)可確定南平市將出現(xiàn)1次暴雨天氣。具體為：每天T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品20：00起報(bào)的預(yù)報(bào)產(chǎn)品次日凌晨可收到，用T639的12 h預(yù)報(bào)即次日08：00物理量產(chǎn)品作為南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)的第1個(gè)12 h暴雨預(yù)報(bào)（用以預(yù)測(cè)次日08：00—20：00暴雨預(yù)報(bào)）；用T639的24 h預(yù)報(bào)即次日20：00物理量產(chǎn)品作為南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)的第2個(gè)12 h暴雨預(yù)報(bào)（用以預(yù)測(cè)次日20：00—次2日08：00暴雨預(yù)報(bào)）；用T639的36 h預(yù)報(bào)即次2日08：00物理量產(chǎn)品作為南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)的第3個(gè)12 h暴雨預(yù)報(bào)（用以預(yù)測(cè)次2日08：00—20：00暴雨預(yù)報(bào)）；最后通過南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)使用T639的20：00數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品預(yù)報(bào)3 d共6個(gè)12 h時(shí)段的南平暴雨預(yù)報(bào)。同理T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品08：00預(yù)報(bào)，于當(dāng)日15：00左右收到，最后通過南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)使用T639的08：00數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品預(yù)報(bào)3 d共6個(gè)12 h時(shí)段的南平暴雨預(yù)報(bào)。因此南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)每天可滾動(dòng)預(yù)報(bào)2次，生成的12 h時(shí)效暴雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品可供預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)強(qiáng)降水時(shí)參考。

2015年5月1日—7月5日南平市08：00—20：00時(shí)段實(shí)況共出現(xiàn)11次暴雨天氣，20：00—次日08：00時(shí)段實(shí)況共出現(xiàn)7次暴雨天氣。表3為基于T639物理量產(chǎn)品配料法的2015年南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)表。從表3中可見，對(duì)于08：00—20：00暴雨預(yù)報(bào)：12、36 h TS評(píng)分可達(dá)31.8、35.8，暴雨預(yù)報(bào)效果較好，第3天預(yù)報(bào)效果較差，3 d總的TS平均為18.4；12、36、48 h命中率分別達(dá)到38.9%、50%、44.4%；3 d總的命中率為29.7%，總體上此暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)對(duì)白天的暴雨預(yù)報(bào)效好。對(duì)于20：00—08：00暴雨預(yù)報(bào)：3 d總的TS平均為12.5，命中率為18.1%，可見夜間暴雨預(yù)報(bào)效果不如白天暴雨預(yù)報(bào)。

另外在對(duì)2015年5月1日—7月5月實(shí)況物理量進(jìn)行配料法暴雨預(yù)報(bào)，其中08：00—20：00報(bào)對(duì)暴雨10次，空?qǐng)?bào)27次，漏報(bào)1次，TS評(píng)分26.3，命中率90.1%；20：00—08：00報(bào)對(duì)暴雨7次，空?qǐng)?bào)35次，無漏報(bào)，TS評(píng)分16.7，命中率100%?？梢娪脤?shí)況物理量進(jìn)行暴雨預(yù)報(bào)，命中率高，漏報(bào)少，空?qǐng)?bào)高；如果在此預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上結(jié)合其它工具進(jìn)行暴雨排除，減少空?qǐng)?bào)率，則可提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；并且此暴雨預(yù)報(bào)對(duì)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)有較好的參考作用。

對(duì)比實(shí)況物理量和基于T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，實(shí)況物理量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率要更好，因此基于T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的配料法南平市汛期短期暴雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率還依賴于T639物理量產(chǎn)品的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

表3　基于T639物理量產(chǎn)品配料法的2015年南平市汛期暴雨預(yù)報(bào)檢驗(yàn)表

4　結(jié)論

1）對(duì)實(shí)況物理量與南平汛期12 h時(shí)效暴雨的相關(guān)分析表明，與南平市汛期暴雨相關(guān)性較好的物理量有散度、K指數(shù)、垂直速度、水汽通量、水汽通量散度、比濕、溫度平流和假相當(dāng)位溫等，這些物理量對(duì)南平市暴雨預(yù)報(bào)有較好的指示性。通過對(duì)物理量產(chǎn)品進(jìn)行暴雨閾值設(shè)定，建立了基于物理量產(chǎn)品配料法的南平市汛期12 h時(shí)效暴雨預(yù)報(bào)平臺(tái)。

2）在實(shí)際應(yīng)用中還采用T639物理量產(chǎn)品進(jìn)行12 h時(shí)效短期暴雨預(yù)報(bào)，該預(yù)報(bào)平臺(tái)具有較好的暴雨預(yù)報(bào)能力，對(duì)預(yù)報(bào)員在短臨和短期暴雨預(yù)報(bào)中有較好的參考作用；與使用實(shí)況物理量預(yù)報(bào)相比，實(shí)況物理量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率要比T639物理量產(chǎn)品預(yù)報(bào)要好，這是因?yàn)榛赥639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率還要依賴于T639物理量產(chǎn)品的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

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Forecasting Heavy Rains of Raining Seasons of Nanping City Based on a Burdening Method with Products of Physical Quantities

HUANG Yuan-sen，DING Guang-yi，YU Jian-hua
（Meteorological Bureau of Nanping City，Nanping Fujian 353000）

Observations of physical quantities from 2003 to 2012 are used to run correlation analysis for 12 h rainfall amounts in the raining season（May and June）of Nanping City and thresholds are set for 15 products of the physical quantities that have relatively good correlation.On the base of it，a platform for forecasting 12 h heavy rainfall in the city is set up using a burdening method.During routine application，the products of physical quantities from T639 were also used to run 12 h short-term heavy rain forecasts.Having good capabilities，the platform is good reference for the forecaster in nowcasting and short-range forecasting. Compared with the forecasts using observed physical quantities，the observed physical quantities are more accurately forecast than those using the T639 products of physical quantities，because the accuracy of heavy rain forecast with the T639 products relies on the accuracy and stability with the T639 products.

weather forecast；burdening method；products of physical quantities；thresholds；Nanping City

P457

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.04.009

2015-12-18

中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目（CMAYBY2015-036）和福建省氣象局基層科技專項(xiàng)項(xiàng)目（2013j11）共同資助

黃元森（1973年生），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事短期天氣預(yù)報(bào)工作。E-mail：hys2008@163.com