2020年主汛期(6—8月)貴州區(qū)域強(qiáng)降水過程期間雨帶自東北向西南方向逐步推進(jìn)，直至發(fā)展到峰值位相，而后由東南向西北方向收縮，直至整個(gè)區(qū)域降水過程結(jié)束，總降水量與常年同期相比，大部分地區(qū)正?！啵值囟嘀两?～9成。同期的區(qū)域強(qiáng)降水過程強(qiáng)度較大、頻率較高，主汛期逐日降水具有較強(qiáng)的6～12 d低頻特征，尤其在降水量最為集中的6月下旬—7月中旬時(shí)段，其范圍和強(qiáng)度具有顯著的極端性特征。CFSv2模式降水產(chǎn)品對(duì)2020年主汛期貴州低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的預(yù)報(bào)在提前7～10 d時(shí)段效果較好，表現(xiàn)在模式預(yù)報(bào)與降水實(shí)況低頻過程特征的相似性和誤差穩(wěn)定性。

1 資料和方法

觀測資料采用貴州省氣象信息中心提供的全省84個(gè)國家氣象觀測站2020年6—8月逐日降水量(20—20時(shí))資料。模式資料采用2020年6月11日—20日12時(shí)(UTC)逐日發(fā)布的CFSv2模式輸出的逐日降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品，其預(yù)報(bào)時(shí)間分辨率為6 h，每日預(yù)報(bào)4次(00時(shí)、06時(shí)、12時(shí)和18時(shí))，每日有4個(gè)樣本，空間分辨率為0.9°×0.9°。

低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程定義：本文規(guī)定，全省84個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)中，有10站(及以上)日降水指數(shù)(日降水量去掉季節(jié)循環(huán)和高頻天氣時(shí)間尺度后進(jìn)行6～12 d帶通濾波，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，記為“日降水指數(shù)”)達(dá)1.5以上時(shí)，稱為一個(gè)強(qiáng)降水日。當(dāng)連續(xù)2個(gè)或以上的強(qiáng)降水日為一次強(qiáng)降水過程(其中連續(xù)2個(gè)強(qiáng)降水日后中間允許間斷一天，且間斷期間至少有1個(gè)站日降水指數(shù)≥1.5)；如果過程持續(xù)間斷1 d以上或未有站點(diǎn)降水指數(shù)達(dá)到1.5則過程結(jié)束。

2 降水實(shí)況

如圖1(a)，2020年主汛期貴州總降水量在370.1～1 140.1 mm之間，較常年同期偏多4成左右，呈南北多、中部少的分布形式，有4個(gè)降水中心，分別位于三都、紫云、晴隆和松桃站，總降水量均超過900 mm。如圖1(b)，與常年同期相比，大部分地區(qū)正常—偏多，其中遵義市中北部和播州、銅仁市東北部、黔東南州西南部、黔南州中南部、安順市中南部、黔西南州晴隆和望謨、黔西、修文等地偏多20%以上，湄潭和石阡偏少20%以上。如圖1(c)，全省逐日平均降水量超過10 mm的日期主要在6月上旬—7月中旬，同期全省逐日平均降水量距平百分率超過100%的天數(shù)有21 d，尤其在7月9日，達(dá)368.4%，7月下旬—8月下旬主要以負(fù)距平百分率為主。上述分析表明，2020年主汛期貴州降水總體偏多，尤其在省之東南部、南部、北部和東北部地區(qū)，降水集中期主要在6月上旬—7月中旬，日平均降水量的極端性較強(qiáng)。

3 低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程

3.1 主汛期降水的周期特征

如圖2，2020年主汛期貴州降水的顯著周期集中在6～12 d左右，最顯著周期為9 d，除省之東北部、東部、中部、西南部和西北部局地降水的顯著周期在6 d以下(共7站，占9%)，中部以東局地降水的顯著周期在12 d以上(共9站，占11%)，其余大部分地區(qū)降水的顯著周期均集中在6～12 d(共60站，占74%)，其中貴陽、 松桃、 黔西、貴定、從江5站降水的功率譜周期未通過0.05信度檢驗(yàn)。以上功率譜周期特征分析說明2020年主汛期貴州降水具有6～12 d顯著的低頻振蕩特征。

圖2 2020年主汛期貴州降水的(a)功率譜周期值(黑線：譜值；藍(lán)線：0.05信度檢驗(yàn)；紅線：0.01信度檢驗(yàn))和(b)功率譜最顯著周期的空間分布

3.2 低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的極端性特征

按照本文對(duì)低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的定義，對(duì)2020年主汛期貴州2020年主汛期貴州省低頻區(qū)域性強(qiáng)降水過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在6月下旬—7月下旬共計(jì)發(fā)生4次低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程(6月22—24日、6月29日—7月2日、7月8—11日和7月18—20日)。如圖3(a、b)，從2020年4次低頻區(qū)域降水過程對(duì)應(yīng)的原始降水量和降水強(qiáng)度占主汛期總降水量和降水強(qiáng)度的百分比的空間分布可以看出，低頻區(qū)域降水過程降水量占比和降水強(qiáng)度倍數(shù)均呈東多西少的分布，由中部以東向北向西向南呈階梯狀逐漸減小，大值區(qū)都主要分布在黔南州中部以北和黔東南州北部，低頻降水過程降水量占主汛期總降水量的16.6%～68.8%，而降水強(qiáng)度倍數(shù)達(dá)1.1～4.5倍(全省大部地區(qū)均在2倍以上)，表明低頻區(qū)域降水過程對(duì)應(yīng)的降水量遠(yuǎn)小于夏季降水，但持續(xù)性的低頻區(qū)域降水過程的降水強(qiáng)度較強(qiáng)。同期發(fā)生的4次區(qū)域暴雨過程(6月23—24日、6月30日—7月2日、7月8—9日和7月18—19日)覆蓋范圍均較廣(暴雨站數(shù)在20～33站之間)、強(qiáng)度均較強(qiáng)(強(qiáng)度指數(shù)在303.4～486.5之間)，在2020年主汛期區(qū)域暴雨過程排位中分別位于第1、2、4和6位；同期出現(xiàn)的極端日降水站次為9站次(惠水、赤水、江口、黃平、臺(tái)江、雷山、三都、都勻、紫云)，占主汛期極端日降水總站次的64%。通過上述分析，雖然2020年主汛期低頻降水過程的降水量遠(yuǎn)小于主汛期降水量，但降水強(qiáng)度卻遠(yuǎn)大于主汛期降水強(qiáng)度，表明低頻區(qū)域降水過程在范圍和強(qiáng)度上的極端性特征。

圖3 2020年主汛期貴州低頻區(qū)域降水過程的(a)降水量和(b)降水強(qiáng)度占總降水量和降水強(qiáng)度的百分比(單位：%)和倍數(shù)的空間分布、(c)同期區(qū)域暴雨過程天數(shù)的空間分布

3.3 低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程位相劃分

為反映2020年主汛期貴州低頻區(qū)域降水過程期間降水異常的演變過程，將±1.5分別作為劃分降水指數(shù)位相的標(biāo)準(zhǔn)臨界閾值劃分出6個(gè)位相(圖4)，分別對(duì)低頻區(qū)域降水過程的不同降水異常階段，第1位相為降水指數(shù)發(fā)展位相，第2位相為降水指數(shù)峰值位相，第3位相為降水指數(shù)減弱位相，第4位相為降水指數(shù)抑制位相，第5位相為降水指數(shù)谷值位相和第6位相為降水指數(shù)恢復(fù)位相。

圖4 低頻區(qū)域降水過程的降水指數(shù)位相示意圖

對(duì)2020年主汛期貴州4次低頻降水過程期間的降水指數(shù)進(jìn)行位相劃分，如圖5，從第1位相的省之北部降水異常偏多開始，向南向西發(fā)展至第2位相的全省性降水偏多，尤其在省之中部以東以南地區(qū)，此時(shí)降水偏多達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)區(qū)域強(qiáng)降水過程的峰值位相。而后，在第3位相降水偏多區(qū)域減小、強(qiáng)度減弱，雨帶南壓至省之南部一線，從第4～5位相，降水偏少區(qū)域逐步擴(kuò)大，由省之中部以東以南地區(qū)擴(kuò)大至除北部地區(qū)外的全省大部地區(qū)，此時(shí)降水偏少達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)區(qū)域強(qiáng)降水過程的谷值位相。到第6位相時(shí)，降水偏多區(qū)域又從省之北部開始，周而復(fù)始的重復(fù)第1位相至第6位相的區(qū)域降水過程的發(fā)生發(fā)展過程。通過上述分析，可知2020年主汛期貴州低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程期間雨帶自東北向西南方向逐步推進(jìn)，直至發(fā)展到峰值位相，而后由東南向西北方向收縮，直至整個(gè)區(qū)域降水過程結(jié)束。

圖5 2020年主汛期貴州低頻降水過程1～6位相降水距平百分率的空間分布

4 CFSv2對(duì)主汛期低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的可預(yù)報(bào)性

通過評(píng)估CFSv2對(duì)低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的可預(yù)報(bào)性，有利于得到區(qū)域強(qiáng)降水過程的延伸期預(yù)報(bào)概率信息。如圖6(a、b)，分別計(jì)算了模式提前1～10 d的降水與觀測降水二者6～12 d濾波值的相關(guān)系數(shù)和均方根誤差，可以發(fā)現(xiàn)模式對(duì)貴州主汛期低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的可預(yù)報(bào)性波動(dòng)較大，尤其在提前1～6 d時(shí)段，但在提前7～10 d時(shí)段可預(yù)報(bào)性較強(qiáng)、且較穩(wěn)定，不僅表現(xiàn)為模式預(yù)報(bào)與降水實(shí)況低頻過程特征的相似性較好，還表現(xiàn)為二者之間的誤差較為穩(wěn)定。如圖6(c、d)，選取模式預(yù)報(bào)提前5 d和10 d預(yù)報(bào)效果較好的預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)模式預(yù)報(bào)降水產(chǎn)品在6～12 d濾波后的可預(yù)報(bào)性大大提高，其與實(shí)況降水濾波值的相關(guān)系數(shù)由0.4提高至0.7(0.05信度檢驗(yàn))。通過以上分析，CFSv2對(duì)2020年主汛期貴州低頻區(qū)域強(qiáng)降水過程的具有較好的預(yù)報(bào)效果，尤其在提前7～10 d時(shí)段，雖然模式預(yù)報(bào)存在系統(tǒng)性偏差，但偏差較小、較穩(wěn)定。

圖6 2020年6月21日—7月25日CFSv2.0模式提前1～10 d的降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品與觀測降水(6～12 d濾波值)的(a)相關(guān)系數(shù)、(b)均方根誤差(-：表示提前)、CFSv2.0模式提前10 d、5 d的(c)降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品與降水實(shí)況和(d)二者6～12 d濾波值的時(shí)間序列