時(shí)洋，羅聰，涂靜，陳玉瑋，黃曉瑩，梁建

（廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510640）

廣東省前汛期暴雨按照天氣學(xué)分型通常分為暖區(qū)型暴雨和鋒面型暴雨，陳濤等［1］對(duì)比了華南前汛期鋒面對(duì)流系統(tǒng)和暖區(qū)對(duì)流系統(tǒng)的多尺度特征和可預(yù)報(bào)性分析，發(fā)現(xiàn)與暖區(qū)對(duì)流性降水相比，主流業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式對(duì)鋒面對(duì)流系統(tǒng)的預(yù)報(bào)更為準(zhǔn)確，并對(duì)相關(guān)天氣系統(tǒng)的強(qiáng)迫具有更高的預(yù)報(bào)敏感性；鄢俊一等［2］對(duì)比了2012年廣東省汛期華南中尺度模式在不同天氣學(xué)分型下的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)該模式在強(qiáng)西南（季）風(fēng)型暴雨、鋒面低槽型暴雨、弱冷空氣觸發(fā)強(qiáng)降水和回流暴雨中TS評(píng)分依次下降；涂靜等［3］將2019年汛期大雨以上降水過(guò)程進(jìn)行了天氣學(xué)分型，對(duì)比了鋒面和暖區(qū)型降水過(guò)程的歐洲中心全球模式的預(yù)報(bào)表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)兩種過(guò)程中的TS評(píng)分相當(dāng)，鋒面型略高于暖區(qū)型。在對(duì)比暖區(qū)型暴雨和鋒面型暴雨模式預(yù)報(bào)表現(xiàn)之外，對(duì)暖區(qū)和鋒面降水特征和觸發(fā)機(jī)制方面也有許多研究：羅聰?shù)龋?］對(duì)比了鋒面與暖區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的差異，發(fā)現(xiàn)暖區(qū)強(qiáng)降水過(guò)程的80 mm/h以上降水發(fā)生頻率、極值比鋒面強(qiáng)降水更高；鄭偉杰等［5］對(duì)近10年江門前汛期大暴雨進(jìn)行分類和特征的合成分析，發(fā)現(xiàn)江門前汛期暴雨過(guò)程暖區(qū)型數(shù)量最多、降水強(qiáng)度最大，而鋒面型數(shù)量最少，降水強(qiáng)度??；周兆丁等［6］分析了一次鋒前暖區(qū)暴雨觸發(fā)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)鋒面型暴雨由短支槽、切變線等系統(tǒng)觸發(fā)，而暖區(qū)型暴雨主要是由西南低空急流脈沖和中尺度能量風(fēng)、地面輻合線以及地形觸發(fā)。

以往的研究集中在暖區(qū)和鋒面降水特征、對(duì)流觸發(fā)機(jī)制和模式預(yù)報(bào)評(píng)分的對(duì)比上，而在模式對(duì)鋒面暴雨過(guò)程中的時(shí)空誤差特征分析以及怎樣合理應(yīng)用模式鋒面暴雨的預(yù)報(bào)結(jié)論缺少系統(tǒng)性分析。歐洲中心全球數(shù)值預(yù)報(bào)模式（ECMWF）是氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中最為常用的數(shù)值模式之一，其預(yù)報(bào)結(jié)果具有重要的參考作用。本研究利用業(yè)務(wù)常用評(píng)分和空間檢驗(yàn)指標(biāo)評(píng)估對(duì)ECMWF在2019—2020年廣東省開(kāi)汛至季風(fēng)爆發(fā)前典型鋒面暴雨過(guò)程的預(yù)報(bào)能力進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)總結(jié)模式命中和漏報(bào)過(guò)程的降水預(yù)報(bào)演變特征及其對(duì)應(yīng)天氣形勢(shì)，為合理應(yīng)用模式預(yù)報(bào)結(jié)論、增強(qiáng)預(yù)報(bào)員對(duì)模式預(yù)報(bào)性能的理解提供參考。

1 資料與方法

本研究選用ECMWF模式的24～48 h降水量預(yù)報(bào)進(jìn)行評(píng)估，采用最近格點(diǎn)法得到站點(diǎn)降水預(yù)報(bào)。實(shí)況資料為廣東省86個(gè)國(guó)家級(jí)觀測(cè)站和近3 000個(gè)區(qū)域級(jí)自動(dòng)站的逐小時(shí)降水量，并累加成逐日累積降水量。利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的二值法評(píng)分對(duì)站點(diǎn)預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)評(píng)分方案來(lái)自中國(guó)氣象局的《中短期天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)辦法》［7］，具體指標(biāo)包括大雨和暴雨以上量級(jí)的累積降水TS評(píng)分、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率和預(yù)報(bào)偏差；另外，本研究還采用了MODE［8］方法的中心位置偏差、極大值雨量偏差和雨區(qū)面積偏差3個(gè)指標(biāo)對(duì)模式進(jìn)行空間檢驗(yàn)評(píng)估。

2 鋒面暴雨過(guò)程整體評(píng)估

受北方冷性氣團(tuán)南下影響，地面形成正變壓，且主降水落區(qū)與地面鋒面、低層切變線位置在200 km以內(nèi)的暴雨過(guò)程為鋒面暴雨過(guò)程。本研究挑選2019—2020年廣東省開(kāi)汛前后至季風(fēng)爆發(fā)前的12個(gè)典型鋒面暴雨過(guò)程［9］，對(duì)ECMWF的24～48 h累積雨量進(jìn)行客觀定量檢驗(yàn)分析（表1）。

表1 2019—2020年典型鋒面暴雨過(guò)程TS、漏報(bào)率、空?qǐng)?bào)率及預(yù)報(bào)偏差1）

從TS評(píng)分來(lái)看，大雨和暴雨以上量級(jí)的平均TS較低，分別為12.65%和2.81%，僅有5/12（2/12）的大雨（暴雨）以上個(gè)例TS評(píng)分高于平均值，平均漏報(bào)率高于平均空?qǐng)?bào)率，且暴雨以上漏報(bào)率達(dá)到了95.09%；不同個(gè)例間的評(píng)分差異較大，多數(shù)過(guò)程的空?qǐng)?bào)和漏報(bào)率均較高，部分個(gè)例出現(xiàn)了完全的漏報(bào)。為了比較ECMWF在鋒面過(guò)程中預(yù)報(bào)落區(qū)、降水強(qiáng)度的系統(tǒng)性偏差，本研究利用MODE空間檢驗(yàn)方法中的降水中心位置偏差、雨區(qū)面積偏差、平均和極值雨量偏差4個(gè)指標(biāo)對(duì)ECMWF鋒面過(guò)程預(yù)報(bào)效果進(jìn)行評(píng)估。受預(yù)報(bào)場(chǎng)和觀測(cè)場(chǎng)“對(duì)象”識(shí)別和匹配過(guò)程中的條件限制，空間檢驗(yàn)的個(gè)例數(shù)少于列表中個(gè)例數(shù)（12個(gè)）。

ECMWF鋒面過(guò)程空間檢驗(yàn)（圖1）主要有以下特征：（1）多數(shù)個(gè)例大雨以上降水中心位置偏差在2°以內(nèi)，暴雨以上降水中心位置偏差相對(duì)更大，在2°～3°（圖1a-b）；（2）多數(shù)個(gè)例大雨和以上實(shí)況雨區(qū)與預(yù)報(bào)雨區(qū)面積偏差在±1 000個(gè)格點(diǎn)（25 000 km2）以內(nèi)（圖1c-d），表明 ECMWF對(duì)日降水落區(qū)范圍大小預(yù)報(bào)效果較優(yōu)；（3）多數(shù)個(gè)例平均雨量和極值雨量偏差（圖1e-f）分別在±10和±30 mm以內(nèi)，且模式平均（極值）雨量多數(shù)個(gè)例小于實(shí)況。從空間檢驗(yàn)的指標(biāo)中可以看出，ECMWF降水中心位置、雨區(qū)面積以及平均（極值）雨量偏差分布均較為集中，表明該模式對(duì)鋒面過(guò)程的有較高的預(yù)報(bào)參考價(jià)值。

3 漏報(bào)和命中過(guò)程特點(diǎn)

為了進(jìn)一步分析ECMWF在鋒面暴雨過(guò)程中的預(yù)報(bào)特點(diǎn)，本研究基于模式與實(shí)況降水空間位置分布、雨區(qū)移動(dòng)方向和演變特征，將模式預(yù)報(bào)表現(xiàn)分為命中過(guò)程和漏報(bào)過(guò)程，并分析了模式在兩種過(guò)程中的時(shí)空誤差特征（表2）。

圖1 鋒面暴雨過(guò)程大雨和暴雨以上量級(jí)降水中心位置偏差、雨區(qū)面積偏差、極值雨量偏差

表2 典型個(gè)例ECMW 模式表現(xiàn)及時(shí)空誤差特征

命中過(guò)程指數(shù)值預(yù)報(bào)模式與實(shí)況日降水落區(qū)位置、降水強(qiáng)度大體相似，且逐3 h雨區(qū)移動(dòng)和演變過(guò)程與實(shí)況相近；漏報(bào)過(guò)程指數(shù)值預(yù)報(bào)模式與實(shí)況日降水落區(qū)的位置、降水強(qiáng)度有顯著差異，在具體分類中將漏報(bào)過(guò)程分為“一空一漏”和“僅漏報(bào)”，分別代表模式與實(shí)況均有一定強(qiáng)度的雨區(qū)但空間位置存在明顯偏差，和模式僅漏報(bào)實(shí)況某強(qiáng)度降水落區(qū)。表2中“過(guò)程有無(wú)”用來(lái)評(píng)價(jià)在不考慮落區(qū)位置的情況下，模式對(duì)相同或高一量級(jí)的雨區(qū)是否有預(yù)報(bào)能力。

11/12鋒面過(guò)程ECMWF均預(yù)報(bào)出有過(guò)程發(fā)生，5/12為命中過(guò)程，6/12為漏報(bào)過(guò)程。命中過(guò)程中，4/5的個(gè)例的強(qiáng)降水ECMWF預(yù)報(bào)啟動(dòng)（結(jié)束）時(shí)間偏慢3～9 h（表2）。

在漏報(bào)過(guò)程中，5/6個(gè)例的暴雨漏報(bào)落區(qū)發(fā)生在粵西南地區(qū)。這類過(guò)程一般受弱鋒面的影響，或者有弱切變線停滯在粵北至珠三角北部，850～925 hPa風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為偏東風(fēng)與弱偏南風(fēng)的輻合或偏北風(fēng)與偏東風(fēng)的輻合。弱鋒面通常會(huì)造成2次降水過(guò)程，第1次為弱切變抵達(dá)南嶺，形成的雨強(qiáng)相對(duì)較弱的降水；第2次為切變線南壓至沿海地區(qū)后，桂東偏北氣流與來(lái)自南海北部的偏東風(fēng)形成在兩廣交界地區(qū)的氣旋式環(huán)流，在粵西上游形成對(duì)流性質(zhì)的雨帶，雨帶位置與偏南氣流和偏北風(fēng)輻合的位置有關(guān)。隨后第2次降水雨帶隨引導(dǎo)氣流向下游地區(qū)移動(dòng)，并在東移的過(guò)程中受到下墊面水汽和能量條件影響，雨強(qiáng)迅速增強(qiáng)。ECMWF通常對(duì)第1次切變線降水的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，但對(duì)第2次從廣西中南部形成的雨帶的東移以及加強(qiáng)過(guò)程的預(yù)報(bào)能力較差。

4 結(jié)論

本研究利用業(yè)務(wù)常用評(píng)分和空間檢驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)ECMWF模式2019—2020年廣東省開(kāi)汛至季風(fēng)爆發(fā)前典型鋒面暴雨過(guò)程進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)模式在降水中心位置、雨區(qū)面積以及平均（極值）雨量偏差分布均較為集中，對(duì)鋒面過(guò)程的有較高的預(yù)報(bào)參考價(jià)值。

另外，本研究提取了模式命中和漏報(bào)過(guò)程的降水演變特征以及對(duì)應(yīng)的天氣形勢(shì)，其中4/5的命中過(guò)程均表現(xiàn)為降水啟動(dòng)（結(jié)束）時(shí)間偏慢；5/6的漏報(bào)過(guò)程表現(xiàn)為粵西有暴雨以上降水漏報(bào)，這通常與弱冷空氣帶來(lái)的偏北、偏東氣流和南海北部的偏南氣流在低層形成兩廣交界地區(qū)氣旋式環(huán)流的加強(qiáng)有關(guān)，而模式對(duì)弱鋒面低層對(duì)流觸發(fā)的預(yù)報(bào)能力有限，易造成上述地區(qū)暴雨的漏報(bào)。需要指出的是，本研究分析的個(gè)例數(shù)有限，未來(lái)仍需在增加統(tǒng)計(jì)個(gè)例的基礎(chǔ)上對(duì)模式定量化特征進(jìn)行深入挖掘，并嘗試發(fā)展客觀降水訂正算法。