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        兩次強(qiáng)降雪過程EC預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        2020-07-22 08:44:12喬馨慧
        黑龍江氣象 2020年2期
        關(guān)鍵詞:實(shí)況降雪風(fēng)場

        曹 蕾 ,喬馨慧

        (1.哈爾濱市氣象臺,黑龍江 哈爾濱150028;2.黑龍江省氣象局,黑龍江 哈爾濱 150000)

        1 過程簡述

        2020年2月下旬,哈爾濱市出現(xiàn)了兩次較大降雪天氣過程,分別發(fā)生在2月21-22日、2月28日-3月1日,兩次降雪過程均呈現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長、降雪總量大、分布不均、相態(tài)變化復(fù)雜等特點(diǎn),平均降雪量均達(dá)到了大雪或以上量級;降雪期間氣溫波動(dòng)較大,凍融交替導(dǎo)致道路結(jié)冰,給城市道路清冰雪、交通運(yùn)輸、市民出行及疫情防控等工作帶來一定影響。兩次降雪天氣過程的共同特點(diǎn)一是持續(xù)時(shí)間長,降雪量大,哈爾濱東南部為全市的降雪中心。二是天氣形勢類似,兩次過程均有南來暖濕空氣與西來冷空氣交匯影響,天氣系統(tǒng)相對穩(wěn)定。因此,在對該類天氣系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤預(yù)報(bào)過程及訂正后,基本可以做到提前3 d以上進(jìn)行相對準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。

        2 環(huán)流背景

        2.1 2月21日-22日降雪過程

        2月21日高空槽過境,500 hPa有西南來的強(qiáng)暖濕氣流和槽后弱冷平流交匯造成降雪天氣。大風(fēng)速軸出口位于哈爾濱南部地區(qū),有良好的水汽輸送,呈輻散狀。850 hPa哈爾濱位于槽前,有暖脊影響哈爾濱。哈爾濱西南地區(qū)呈明顯的風(fēng)速輻合。配合地面低壓移入,21日上午冷鋒過境開始降雪。20時(shí)渦中心向東南方向移動(dòng),哈爾濱西部、北部縣市有兩條切變線,有利于降雪天氣維持。

        22日08時(shí)低壓主體影響東部縣市,同時(shí)低壓北部有一股冷空氣從大興安嶺南下,配合地面弱西南暖濕氣流,在低壓后部形成小尺度渦旋,并對哈爾濱西北部縣市造成影響。地面西南氣流維持至22日午后,為降雪提供水汽條件并與低壓后部的偏北氣流不斷交匯,形成切變,形成了第二個(gè)降水時(shí)段。22日20時(shí)地面高壓逐漸影響黑龍江,轉(zhuǎn)為一致的偏北氣流,降雪過程結(jié)束。

        2.2 2月28日-3月1日降雪過程

        2月28日高空500 hPa呈兩槽兩脊,08時(shí)850 hPa有暖脊影響黑龍江南部地區(qū),北部貝湖以東有冷中心,結(jié)合風(fēng)場來看,冷空氣輸送較弱,有冷暖平流交匯。850 hPa黑龍江南部有西南方向的大風(fēng)速帶,出口區(qū)位于哈爾濱西北部的巴彥縣附近,對應(yīng)地面降水中心位于哈爾濱西北部區(qū)縣。地面場實(shí)況顯示28日08時(shí),有一個(gè)地面高壓中心位于哈爾濱東北部,地面低壓中心位于內(nèi)蒙古東北部地區(qū),地面高壓的存在導(dǎo)致降水后期低壓移動(dòng)方向轉(zhuǎn)向東南,系統(tǒng)移速減慢,降雨區(qū)域也隨之南移。降水分為兩個(gè)階段,前期受蒙古低壓前部的暖鋒影響開始降水,后期轉(zhuǎn)為暖鋒后的東北冷渦降水。

        2.3 物理量場條件

        2.3.1 水汽條件

        對比兩次強(qiáng)降雪過程中比濕場,在925 hPa上比濕均為2 g/kg左右,在850 hPa上為1.5 g/kg左右。對于黑龍江冬季降水來說,水汽條件較為充沛。

        2.3.2 T-lnP 圖

        兩次強(qiáng)降雪開始時(shí)大氣底層均有逆溫,為偏東風(fēng),底層有強(qiáng)的暖平流,維持時(shí)間超過12 h。但是2月28日08時(shí)降雪即將開始時(shí),2 km以下水汽條件并不好,水汽較好的層次在2-6 km。這也是東北冬季一種典型的降雪水汽輸送形勢(圖1)。

        圖1 2020年2月(a)21日08時(shí)、(b)28日08時(shí)TlnP

        2.3.3 動(dòng)力條件

        兩次強(qiáng)降雪過程中散度場分布來看,2月21日過程中08時(shí)400 hPa以下均為輻合上升區(qū),且各層差異不大。22日08時(shí),當(dāng)?shù)孛娴蛪汉蟛砍霈F(xiàn)偏北風(fēng)與西南風(fēng)的新的切變后,在850 hPa以下出現(xiàn)了中心強(qiáng)度為-3.5*10-4/s的散度場,中心在黑吉邊界124°E,45°N,哈爾濱處于強(qiáng)輻合區(qū)的東側(cè)梯度大值區(qū);2月28日08時(shí)的強(qiáng)降雪過程開始時(shí)在散度場看,700 hPa以下均為輻合區(qū),最小散度出現(xiàn)在850 hPa為-2.5*10-4/s,水汽源明顯。

        3 EC預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        3.1 21-23日降雪過程能力檢驗(yàn)

        3.1.1 500 hPa高度場預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        EC 預(yù)報(bào)場提前 156 h(14日 20時(shí))、108 h(16日20時(shí))、60 h(18 日 20 時(shí))及 12 h(20 日 20 時(shí))的預(yù)報(bào)場在中高緯地區(qū)均表現(xiàn)為一槽兩脊的形勢,起報(bào)時(shí)間越晚越接近實(shí)況。14日東部脊強(qiáng),冷渦移速會減慢,因此預(yù)報(bào)的降雪開始時(shí)間晚,且持續(xù)時(shí)間長。隨著時(shí)間逐漸接近,高度場調(diào)整后東部脊變?nèi)?,?0日20時(shí)的預(yù)報(bào)場與實(shí)況趨于一致。

        3.1.2 EC 850 hPa溫度預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        850 hPa 溫度場在降雪前 1、3、5、7 日的預(yù)報(bào)場比較穩(wěn)定,形勢分布上黑龍江南部的暖脊和蒙古的冷中心位置與實(shí)況場相比基本一致,但是強(qiáng)度有一定變化。以21日08時(shí)影響本地的暖脊為例,156 h(14日20時(shí))和 12 h(20日20時(shí))的溫度預(yù)報(bào)與實(shí)況基本接近,但 108 h(16日20時(shí))和60 h(18日 20時(shí))該暖脊的強(qiáng)度均略強(qiáng)于實(shí)況值,約為2℃左右。同時(shí)注意到貝湖東北部的冷渦,各時(shí)次的預(yù)報(bào)場位置基本接近,但強(qiáng)度均偏弱于實(shí)況。最接近的是16日20時(shí)起報(bào)的溫度場,高于實(shí)況4℃,其它各時(shí)次預(yù)報(bào)場高于實(shí)況的6-8℃。

        3.1.3 EC 850 hPa風(fēng)場預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        提前156 h起報(bào)的850 hPa場可以看出,其對21日08時(shí)內(nèi)蒙古東北部的渦預(yù)報(bào)的位置與實(shí)況非常接近。且隨著時(shí)間的臨近,風(fēng)場強(qiáng)度調(diào)整,850 hPa的風(fēng)力減小,與實(shí)況接近。各時(shí)次預(yù)報(bào)場的急流(或大風(fēng)速軸)位置與實(shí)況接近,風(fēng)速出口均位于哈爾濱西北部地區(qū)。

        3.1.4 EC地面風(fēng)場預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        21日08時(shí),地面實(shí)況顯示哈爾濱地區(qū)受地面高壓控制,內(nèi)蒙古東北部有一個(gè)地面低壓東移,即將影響黑龍江。四個(gè)時(shí)次的預(yù)報(bào)場對地面低壓中心位置的預(yù)測與實(shí)況接近,中心強(qiáng)度隨預(yù)報(bào)時(shí)間的臨近逐漸減弱并接近實(shí)況,但對東部高壓的移速預(yù)測過快,高壓的存在可能造成地面低壓移速減慢,方向轉(zhuǎn)向東南向。

        在此次降水過程中,造成預(yù)報(bào)偏差較大的是對小尺度系統(tǒng)的預(yù)測不夠準(zhǔn)確。22日14時(shí)地面低壓后部出現(xiàn)新生切變,地面風(fēng)場的預(yù)報(bào)穩(wěn)定性差,實(shí)況顯示,受強(qiáng)暖氣流北上,造成南下的弱冷空氣分流,第二股冷空氣南下過程中與北上的暖空氣在哈爾濱地區(qū)形成一條切變線,而18日、20日20時(shí)的預(yù)報(bào)場沒有預(yù)測出北上的暖空氣,為一致的脊前偏北氣流,導(dǎo)致降雪量預(yù)報(bào)偏小。14日、16日的預(yù)報(bào)場有暖空氣北上,但暖平流強(qiáng)度較實(shí)況偏小。

        3.2 2月28日降雪過程EC預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        3.2.1 500 hPa高度場預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        EC 預(yù)報(bào)場提前 156 h(21日 20時(shí))、108 h(23日20時(shí))、60 h(25日 20時(shí))及 12 h(27日 20時(shí))的預(yù)報(bào)場在中高緯地區(qū)均表現(xiàn)為兩槽兩脊的形勢。其中21日20時(shí)的預(yù)報(bào)場對系統(tǒng)位置預(yù)測整體偏南、強(qiáng)度偏強(qiáng),其它時(shí)次預(yù)報(bào)場均與實(shí)況接近。

        3.2.2 EC 850hPa溫度預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        850 hPa溫度場預(yù)報(bào)在此次降雪過程中與實(shí)況差異較大,對貝湖以東的冷渦預(yù)測,各時(shí)次預(yù)報(bào)強(qiáng)度均偏弱約6-8℃。21-25日三個(gè)時(shí)次的預(yù)報(bào)場對位于我省西部的暖脊位置預(yù)測不準(zhǔn)確,只有27日20時(shí)的預(yù)報(bào)場暖脊位置和強(qiáng)度與實(shí)況最接近;21日20時(shí)預(yù)報(bào)場中暖脊位置較實(shí)況偏西10個(gè)經(jīng)度,差異較大,同時(shí)未預(yù)測出北部的強(qiáng)冷中心23日20時(shí)預(yù)報(bào)場對暖脊位置預(yù)測偏西、偏北;25日20時(shí)預(yù)報(bào)場顯示暖脊強(qiáng)度較實(shí)況強(qiáng)2℃,位置略偏西。

        3.2.3 EC 850 hPa風(fēng)場預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        隨著預(yù)報(bào)時(shí)間的臨近,850 hPa預(yù)報(bào)場低渦中心逐漸北調(diào),中心風(fēng)速逐漸調(diào)整減小,急流軸(大風(fēng)速中心)隨時(shí)間臨近東移,逐漸接近實(shí)況。

        21日20時(shí)預(yù)報(bào)場的急流軸較實(shí)況偏西兩個(gè)經(jīng)度,出口區(qū)位于內(nèi)蒙古東部;23日20時(shí)的預(yù)報(bào)場存在低空急流,急流軸位于吉林遼寧的西邊界;25日20時(shí)預(yù)報(bào)場低渦東側(cè)切變?yōu)槟媳毕颍c實(shí)況的東西向存在偏差,南氣流位置也較實(shí)況偏西;27日20時(shí)預(yù)報(bào)場顯示,黑龍江南部的低空急流強(qiáng)度、位置與實(shí)況接近,出口區(qū)位于哈爾濱西部。

        3.2.4 EC地面風(fēng)場預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)

        實(shí)況顯示28日08時(shí)有兩個(gè)地面低壓,中心分別位于內(nèi)蒙古東北部和黑龍江西南部。隨預(yù)報(bào)時(shí)間的臨近,系統(tǒng)移度加快。21日20時(shí)預(yù)報(bào)場顯示,兩個(gè)地面低壓中心位置均偏西偏南,預(yù)測系統(tǒng)移速慢,西部低壓中心風(fēng)速更大,對降水開始時(shí)間預(yù)測更晚;23日20時(shí)預(yù)報(bào)場西部低壓位置偏南,東部低壓中心的位置偏西,地面風(fēng)速較實(shí)況強(qiáng),未預(yù)測出低壓東部的切變線;25日20時(shí)預(yù)報(bào)場低壓中心位置與實(shí)況接近,但東部低壓偏南氣流較實(shí)況強(qiáng)、風(fēng)速大,切變線偏南;27日20時(shí)預(yù)報(bào)場與實(shí)況接近,兩個(gè)地面低壓中心位置、強(qiáng)度與實(shí)況一致,低壓底部的切變線位置與實(shí)況吻合,東部低壓前側(cè)的切變線,預(yù)報(bào)場比實(shí)況略偏南,可能導(dǎo)致降雨落區(qū)預(yù)報(bào)偏差。

        3.2.5 28日08時(shí)地面低壓的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

        地面實(shí)況顯示28日08時(shí),有一個(gè)地面高壓中心位于哈爾濱東北部,地面低壓中心位于內(nèi)蒙古東北部地區(qū),地面高壓的存在使低壓移動(dòng)方向轉(zhuǎn)向東南,移速減慢,降雨區(qū)域也隨之南移。21日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)場對低壓的移速均較實(shí)況落后、強(qiáng)度也較弱,其他時(shí)次的預(yù)報(bào)場相對穩(wěn)定,對地面低壓的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確,但臨近的三個(gè)時(shí)次均未預(yù)測出東部的地面高壓,導(dǎo)致后期地面低壓在預(yù)報(bào)場移速過快,移動(dòng)路徑有偏差。

        4 小結(jié)

        (1)兩次過程中EC預(yù)報(bào)場對500 hPa環(huán)流背景的預(yù)測穩(wěn)定性好,準(zhǔn)確性高,在降水開始前五日的預(yù)報(bào)場可信度已經(jīng)很高,并隨著預(yù)報(bào)時(shí)次的臨近,與實(shí)況逐漸吻合。

        (2)850 hPa溫度場預(yù)報(bào)在兩次降雪過程中表現(xiàn)差異大,在21日過程中,溫度預(yù)報(bào)與實(shí)況接近,對冷暖中心位置的預(yù)測較為準(zhǔn)確,但在暖脊強(qiáng)度的預(yù)報(bào)上有4-6℃的誤差。在28日的過程中溫度預(yù)報(bào)較差,對冷渦位置、強(qiáng)度預(yù)測始終存在誤差,對暖脊的預(yù)報(bào)在降雪前一天,即27日20時(shí)的預(yù)報(bào)中調(diào)整到與實(shí)況接近。

        (3)850 hPa風(fēng)場預(yù)報(bào)隨著時(shí)間逐漸調(diào)整接近實(shí)況,在降水開始前36 h的可信度高。21日過程中,850 hPa的風(fēng)場預(yù)報(bào)對高空冷渦位置預(yù)測準(zhǔn)確,風(fēng)場強(qiáng)度也隨預(yù)報(bào)時(shí)間臨近調(diào)整,接近實(shí)況。28日過程的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較21日差,降水開始前7日的預(yù)報(bào)場偏差最大,系統(tǒng)整體偏西、偏南,但隨著預(yù)報(bào)時(shí)次臨近,預(yù)報(bào)場進(jìn)行調(diào)整冷渦中心北調(diào),高空急流位置向東調(diào)整,與實(shí)況接近。

        (4)EC預(yù)報(bào)場在對地面切變的預(yù)報(bào)上,可以預(yù)測出強(qiáng)切變線的出現(xiàn),但對其定位存在較大偏差,隨著預(yù)報(bào)時(shí)次臨近可以調(diào)整至接近實(shí)況。對小尺度局地性強(qiáng)的切變無法做出預(yù)測,導(dǎo)致局地性強(qiáng)的降水出現(xiàn)漏報(bào)。

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