鄧以勤 齊 心 張妤晴 林彥婷

2019年3月5日福建暴雨落區(qū)預(yù)報偏差原因分析

鄧以勤 齊 心 張妤晴 林彥婷

（平潭綜合實(shí)驗區(qū)氣象局，福建 平潭 350400）

利用EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場、風(fēng)廓線雷達(dá)、雷達(dá)回波及常規(guī)觀測資料，對2019年3月5日福建省暴雨落區(qū)預(yù)報偏北的成因進(jìn)行分析，并將模式預(yù)報結(jié)果作了對比。結(jié)果表明，①本次暴雨過程是受南支槽、低層切變線、低空急流、地面倒槽和弱冷空氣共同影響造成的；②在暴雨預(yù)報中不僅要考慮大尺度降水系統(tǒng)變化，也要考慮在有利的大尺度環(huán)流背景下激發(fā)的中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展；③全球模式對中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展預(yù)報能力仍有較大誤差，因此要加強(qiáng)對模式預(yù)報能力檢驗評估，選取綜合評分較高的模式作為主要參考依據(jù)；④日常業(yè)務(wù)中應(yīng)加強(qiáng)對風(fēng)廓線雷達(dá)等新型探測資料的應(yīng)用，在判斷中小尺度系統(tǒng)中有很好的指示意義。

暴雨過程 落區(qū)預(yù)報失誤 中小尺度系統(tǒng) 風(fēng)廓線雷達(dá)

福建省地處東南沿海，春季受西南暖濕氣流和冷空氣共同影響，加上復(fù)雜地形和海洋動力、熱力等因素作用，暴雨過程頻發(fā)，且突發(fā)性、局地性、極端性特征顯著，預(yù)報難度大。目前對暴雨預(yù)報的研究較多，陸忠艷等[1]對遼寧一次夏季暴雨過程落區(qū)預(yù)報失誤原因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明夏季暴雨預(yù)報不僅要考慮高層形勢、副熱帶高壓強(qiáng)度和位置大尺度環(huán)流形勢的變化，也要考慮有利的大尺度環(huán)流背景下易產(chǎn)生的中小尺度天氣系統(tǒng)。廖勝石等[2]對廣西前汛期典型形勢下的一次暴雨過程落區(qū)偏南的成因進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴雨區(qū)上空的高低空急流配合，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的水汽和質(zhì)量輻合，造成不穩(wěn)定能量和垂直運(yùn)動在廣西南、北部的不均勻分布，從而導(dǎo)致強(qiáng)降水的不均勻分布。另外，數(shù)值模式輸出的云水和雨水的強(qiáng)度及所處的位置，可以為降水落區(qū)預(yù)報提供參考依據(jù)。本文對2019年3月5日福建省一次暴雨過程進(jìn)行分析，并對暴雨落區(qū)預(yù)報失誤原因進(jìn)行探討，以期為福建暴雨預(yù)報提供參考。

1 實(shí)況及環(huán)流背景分析

1.1 實(shí)況分析

受低層切變和西南急流共同影響，3月4日20時～5日20時，閩西南地區(qū)出現(xiàn)暴雨，共有13個縣（市、區(qū)）的152個區(qū)域站累計雨量超過50mm，以新羅區(qū)中城街道的82.5mm為最大（圖1a）。此次暴雨過程降雨強(qiáng)度不強(qiáng)，較強(qiáng)降水時段主要集中在5日08時至14時期間。EC細(xì)網(wǎng)格3月4日08時起報的暴雨落區(qū)位于南平西南部—三明中西部—南平西北部一帶（圖1b），較實(shí)況暴雨落區(qū)偏北。福建省氣象臺的指導(dǎo)預(yù)報對EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報的暴雨落區(qū)進(jìn)行了一定的南調(diào)，但指導(dǎo)預(yù)報暴雨落區(qū)較實(shí)況仍然偏北。

圖1 3月4日20時～5日20時福建省累計降水分布（a）、EC細(xì)網(wǎng)格（b）和華東區(qū)域模式（c）累計降水預(yù)報場

1.2 環(huán)流背景分析

3月4日20時，200hPa（圖2a）福建省處在高空西風(fēng)急流入口區(qū)的右側(cè)，500hPa（圖2b）處在南支槽前，受西南氣流影響，這樣的中、高層配置有利于垂直上升運(yùn)動發(fā)展及維持；850hPa（圖2c）貴州—湖南—江西—福建中西部一帶存在一條切變線，閩西南地區(qū)處在南風(fēng)輻合氣流控制下，到了5日08時，南風(fēng)氣流明顯增強(qiáng)，發(fā)展成為南風(fēng)急流，并且在福建西南部地區(qū)輻合明顯，南風(fēng)急流為這次暴雨過程帶來了充足的水汽條件，強(qiáng)烈的輻合也有利于上升發(fā)生發(fā)展，為這次暴雨提供了有利的動力條件。從3月4日20時的地面環(huán)流形勢場（圖2d）可以看出，閩西、閩中處在地面倒槽東部和入海高壓后部，在這一帶地區(qū)存在溫度鋒區(qū)，有利于強(qiáng)降水在這一帶發(fā)生。

由高低空環(huán)流形勢場配置可以看出，此次過程在福建中西部—西南部一帶發(fā)生強(qiáng)降水的可能性較大，具體落區(qū)還要結(jié)合物理量場進(jìn)行分析。

圖2 3月4日20時200hPa（a）、500hPa（b）、850hPa（c）、地面環(huán)流形勢場和5日02時地面圖（d）

2 原因分析

2.1 物理量場分析

5日08時EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場850hPa T-Td＜4℃（濕區(qū)）集中在福建中部到南部一帶，在三明龍巖交界處還存在一干區(qū)，T-Td＜2℃（水汽飽和區(qū)）報在三明中西部一帶（圖3a）；而從實(shí)況場看，T-Td＜2℃（水汽飽和區(qū)）出現(xiàn)在福建西部和中南部一帶（圖3d）。5日08時EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場850hPa垂直上升速度大值區(qū)主要位于福建省內(nèi)陸沿武夷山脈一帶以及龍巖一帶（圖3b）；而實(shí)況場的垂直上升運(yùn)動中心主要位于贛中南到閩西南一帶（圖3e）。5日08時EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場K≥32℃的區(qū)域有兩個，一個位于三明西部，一個位于龍巖西南部（圖3c）；而實(shí)況場K≥32℃的區(qū)域主要位于龍巖西南部一帶（圖3f）。綜上，EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場有利于強(qiáng)降水發(fā)生的水汽、動力和熱力條件疊加區(qū)域主要位于福建西部，而最有利于暴雨產(chǎn)生的區(qū)域位于南平南部—三明中西部—龍巖西部一帶；而實(shí)況物理量診斷場有利于強(qiáng)降水發(fā)生的物理量條件均位于福建南部一帶，而最有利于暴雨產(chǎn)生的區(qū)域位于龍巖地區(qū)。因此，EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場暴雨落區(qū)與實(shí)況暴雨落區(qū)發(fā)生偏離，較實(shí)況暴雨落區(qū)位置偏北且范圍偏大。

圖3 3月5日08時850hPa溫度露點(diǎn)差、垂直速度和K指數(shù)EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場（a、b、c）和物理量診斷場（d、e、f）

2.2 地面系統(tǒng)和冷空氣影響分析

從5日08時EC細(xì)網(wǎng)格地面流場預(yù)報場（圖略）可以看到，冷空氣從西北路南下，與入海高壓后部的東南氣流在江西中部交匯，之后，隨著系統(tǒng)東移南壓，冷暖氣流輻合區(qū)逐漸移至南平南部到龍巖北部一帶，從5日20時過去24小時變溫模式預(yù)報場，可以看到負(fù)變溫區(qū)與流場相對應(yīng)，其中南平中南部到三明一帶變溫達(dá)-3℃以上，與模式預(yù)報的暴雨區(qū)較為吻合。從5日08時實(shí)況場可以看到，冷空氣與入海高壓后部的東南氣流在江西中南部交匯，之后，隨著系統(tǒng)東移南壓，冷暖氣流輻合區(qū)移至三明到龍巖一帶，從5日20時過去24小時變溫場，較強(qiáng)的負(fù)變溫區(qū)集中在龍巖西部，與實(shí)際暴雨落區(qū)較為吻合。

2.3 雷達(dá)回波和風(fēng)廓線雷達(dá)分析

從風(fēng)廓線雷達(dá)觀測資料可以看出，4日20時在閩西地區(qū)存在風(fēng)向輻合，對應(yīng)的在該地區(qū)有弱的回波生成，并不斷向東北方向移動，此時，降水并不明顯；而該時次850hPaEC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場風(fēng)場在閩中一帶預(yù)報出了一條東西走向的切變線，預(yù)報場與實(shí)況場已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的不一致（圖4a、b）。到了5日08時，此時影響福建的實(shí)況南風(fēng)風(fēng)速增大，在內(nèi)陸一帶出現(xiàn)了南風(fēng)急流，中心風(fēng)速達(dá)到22m·s-1，此時在浙、閩、贛三省交界處存在西南氣流與東南氣流輻合，在粵東—閩西南一帶存在西南氣流與偏南氣流輻合，對應(yīng)的在這兩個區(qū)域有兩條回波帶不斷生成，并向東北方向移動，此時降水強(qiáng)度有所增強(qiáng)；該時次850hPaEC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場風(fēng)場在福建為較一致的偏南氣流影響，對中尺度的輻合線沒有預(yù)報出來（圖4c、d）。

圖4 3月4日20時、3月5日08時、11時、14時雷達(dá)回波（a、c、e、g）以及850hPa風(fēng)廓線雷達(dá)（黑色風(fēng)桿）、EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場（紅色風(fēng)桿）（b、d、f、h）圖

5日11時，在浙、閩、贛三省交界處仍存在著風(fēng)速脈動，但較08時風(fēng)場輻合變得更不明顯，從雷達(dá)回波圖上看，位于這一帶的回波結(jié)構(gòu)也變得更加松散；而此時位于閩西南的偏北和偏南風(fēng)向輻合更加明顯，從雷達(dá)回波圖上看，降水回波帶組織結(jié)構(gòu)則變得更加密實(shí)，對應(yīng)的在閩西南的降水集中性和強(qiáng)度也比南平—三明西部的降水要強(qiáng)；而該時次850hPa EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場風(fēng)場在福建沿海預(yù)報為一致的偏東氣流，到內(nèi)陸逐漸轉(zhuǎn)為偏南氣流，與實(shí)況風(fēng)場偏差較大（圖4e、f）。到了14時，可以看到，原本位于浙、閩、贛三省交界處的回波帶迅速東移南壓，而位于閩西南的回波帶移速較慢，最后兩條回波帶自東北向西南匯合成一條回波帶，850hPa實(shí)況風(fēng)場也能明顯看出位于福建西北部的輻合線迅速東移南壓，與南段輻合線合并為一條輻合線；此時850hPa EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場風(fēng)場在南平—三明一帶報出了一條明顯的風(fēng)向輻合帶，在龍巖一帶則為一致的西南風(fēng)控制（圖4g、h）。

由以上分析可以看出，從5日08時到11時，850hPa EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報場在閩西一帶存在著南風(fēng)急流風(fēng)速脈動，因此，EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報暴雨落區(qū)位于閩西一帶；而從風(fēng)廓線雷達(dá)觀測的實(shí)況風(fēng)場和雷達(dá)回波來看，此次過程存在兩條輻合線，一條由南平—三明一帶快速東移南亞，另一條從龍巖西部以較慢的速度向東移動，最終兩條輻合線合并為一條，位于北部的輻合線由于移速快，回波較為松散，因而累計降水量級不大；而位于南部的輻合線由于移速慢，回波較為密實(shí)，因而出現(xiàn)了暴雨。

3 與華東區(qū)域模式對比分析

從華東區(qū)域模式（WARMS 9km）累計降水預(yù)報場（圖1c）可以看出，其暴雨落區(qū)較EC細(xì)網(wǎng)格（圖1b）偏南，暴雨區(qū)范圍較EC細(xì)網(wǎng)格偏??；與實(shí)況場（圖1a）相比，華東區(qū)域模式的暴雨落區(qū)較實(shí)況場偏北，但落區(qū)和范圍均相較于EC細(xì)網(wǎng)格與實(shí)況更為接近。從3月4日（此次暴雨過程前一天）福建省≥50mm降水模式檢驗（表1）可以看出，華東區(qū)域模式TS評分遠(yuǎn)高于其他幾個全球或者區(qū)域模式，并且其空報率最小，漏報率也很小。因此，在考慮強(qiáng)降水落區(qū)時，可以先對近期各家模式降水預(yù)報的準(zhǔn)確率進(jìn)行檢驗，選取準(zhǔn)確率較高的模式作為主要參考。

表1 2019年3月4日福建省≥50mm降水模式檢驗情況

注：數(shù)據(jù)來源于氣象科學(xué)研究院聯(lián)合國家氣象信息中心研發(fā)的高分辨率區(qū)域數(shù)值預(yù)報檢驗評估系統(tǒng)。

4 結(jié)論與討論

（1）本次暴雨過程是受南支槽、低層切變線、低空急流、地面倒槽和弱冷空氣共同影響造成的。

（2）實(shí)際業(yè)務(wù)中，要加強(qiáng)模式預(yù)報場與實(shí)況場的對比分析，在發(fā)現(xiàn)模式預(yù)報場與實(shí)況已經(jīng)出現(xiàn)明顯偏離時，要結(jié)合物理量配置，對數(shù)值預(yù)報的暴雨落區(qū)進(jìn)行訂正。

（3）在暴雨預(yù)報中不僅要考慮大尺度降水系統(tǒng)變化，也要考慮在有利的大尺度環(huán)流背景下激發(fā)的中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。中尺度輻合線的強(qiáng)度和移速是預(yù)報此次暴雨落區(qū)的關(guān)鍵因素。

（4）數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品雖已成為日常預(yù)報業(yè)務(wù)的重要的參考依據(jù)，但對中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展預(yù)報能力仍有較大誤差，因此，雷達(dá)回波及風(fēng)廓線雷達(dá)等新型資料在短時臨近預(yù)報中的應(yīng)用仍應(yīng)加強(qiáng)。

（5）日常業(yè)務(wù)中，預(yù)報員要加強(qiáng)對模式的檢驗，選取近期預(yù)報結(jié)果更為穩(wěn)定，評分較高的模式作為主要參考依據(jù)。

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