鄧汝伊，蔣 健，梁 棟

（百色市氣象局，廣西 百色 533000）

引言

近年來(lái)，氣象工作者深入研究了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平的發(fā)展，其中包括資料同化方案的先進(jìn)程度、模式動(dòng)力過(guò)程的優(yōu)越程度和物理過(guò)程參數(shù)化水平等方面［1］。然而，數(shù)值預(yù)報(bào)和實(shí)況始終存在偏差，預(yù)報(bào)員必須了解數(shù)值模式產(chǎn)品的預(yù)報(bào)性能，對(duì)其加以訂正和評(píng)估，才能有效的提高模式應(yīng)用水平和訂正能力。

目前，已有學(xué)者對(duì)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECWMF）、中國(guó)氣象局（CMA）模式等國(guó)內(nèi)外不同尺度的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行了檢驗(yàn)分析［2-6］，產(chǎn)品性能各有優(yōu)劣。如張嬌等［7］對(duì)使用ECWMF 降水和500hPa高度場(chǎng)資料進(jìn)行了強(qiáng)降水預(yù)報(bào)偏差的訂正工作，建立主雨帶位置和暴雨強(qiáng)度的訂正方法；丁凡等［8］認(rèn)為ECWMF 在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中，0℃層高度、T850-T500值和相對(duì)濕度等影響因子的預(yù)報(bào)能力較其他因子優(yōu)越；曲巧娜等［9］對(duì)多種模式的強(qiáng)降雨落區(qū)檢驗(yàn)結(jié)果表明，ECWMF 降水預(yù)報(bào)優(yōu)于其他模式；孫素琴等［10］認(rèn)為ECWMF 對(duì)主雨帶預(yù)報(bào)多數(shù)較偏北，各種模式對(duì)降水量級(jí)的預(yù)報(bào)總體偏弱；林開(kāi)平等［11］認(rèn)為劉國(guó)忠等人利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品建立的桂西北持續(xù)性暴雨24h 短期客觀預(yù)報(bào)工具，實(shí)現(xiàn)了暴雨預(yù)報(bào)年平均正確率穩(wěn)定在10%以上；趙飛等［12］分析2016 年臺(tái)風(fēng)“浪卡”的數(shù)值預(yù)報(bào)效果得出：ECWMF 降水預(yù)報(bào)偏差原因是對(duì)副熱帶高壓環(huán)流和低空急流強(qiáng)度的預(yù)報(bào)偏差；蘇兆達(dá)等［13］使用由華南中尺度數(shù)值模式（CMA-GD R1KM 模式）經(jīng)本地化改造研發(fā)的廣西對(duì)流尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)得出其對(duì)短臨預(yù)報(bào)存在指導(dǎo)意義。近十年來(lái)，數(shù)值預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)能力的提高直接促使對(duì)各種產(chǎn)品釋用方法的深入研究和應(yīng)用成為提高預(yù)報(bào)質(zhì)量的主要手段之一，廣西暴雨預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)為數(shù)值預(yù)報(bào)及基于數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用技術(shù)的客觀方法預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)員逐漸由以經(jīng)驗(yàn)為主的主觀預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)為開(kāi)展主客觀融合的定量預(yù)報(bào)。目前廣西已建立以數(shù)值預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系，較好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)值模式產(chǎn)品在廣西的解釋?xiě)?yīng)用，但研究發(fā)現(xiàn)各家模式在2019—2020 年的分級(jí)降水，特別是暴雨以上量級(jí)降水的預(yù)報(bào)能力不足，預(yù)報(bào)員仍能發(fā)揮較大的作用［14］。

本文對(duì)廣西2021 年8 月一次大范圍暴雨過(guò)程的中央氣象臺(tái)和廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)指導(dǎo)產(chǎn)品、ECWMF、CMA 模式等數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，著重分析降水強(qiáng)度和落區(qū)預(yù)報(bào)，結(jié)合廣西本地天氣氣候特征，給出調(diào)整建議，以期對(duì)未來(lái)相似暴雨預(yù)報(bào)提供參考和幫助。

1 資料和方法

本文選取的主觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品包括2021 年8 月13日08 時(shí)—15 日08 時(shí)中央氣象臺(tái)、廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)逐日起報(bào)的降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品，數(shù)值模式產(chǎn)品包括：同時(shí)期歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心高分辨率預(yù)報(bào)模式（ECWMF）和中國(guó)氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMAGFS）的500hPa 高度場(chǎng)、850hPa 和10m 風(fēng)場(chǎng)、氣壓場(chǎng)，ECWMF、CMA-GFS、中國(guó)氣象局華南中尺度模式預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-3KM、中國(guó)氣象局上海數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)（CMA-SH）、中國(guó)氣象局廣東快速更新同化數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-GD）的降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品。ECWMF的分辨率為0.125°×0.125°，CMA-GFS 的分辨率為0.25°×0.25°，CMA-3KM 和CMA-GD 的分辨率為3km，CMA-SH 的分辨率為9km。所有產(chǎn)品的預(yù)報(bào)時(shí)效為24～72h，檢驗(yàn)時(shí)段為8 月13 日08 時(shí)—16 日08 時(shí)的逐日廣西降水實(shí)況。從天氣系統(tǒng)檢驗(yàn)和降水檢驗(yàn)方面開(kāi)展天氣系統(tǒng)位置、強(qiáng)度、影響時(shí)間、降水落區(qū)和降水量級(jí)等的天氣學(xué)檢驗(yàn)和預(yù)報(bào)效果分析。

2 雨情概況

2021 年8 月13—16 日，廣西出現(xiàn)了持續(xù)性大范圍暴雨過(guò)程，落區(qū)呈現(xiàn)東北-西南向的雙雨帶形態(tài)，桂北的百色市-河池市和桂南的防城港市-欽州市為暴雨中心。據(jù)13 日08 時(shí)—16 日08 時(shí)統(tǒng)計(jì)，過(guò)程雨量超過(guò)250mm 的有17 站，100～249.9mm 有375 站，最大過(guò)程雨量395.8mm 出現(xiàn)在防城港市，最大24h 雨量239.2mm 出現(xiàn)在河池市，最大12h 雨量215.1mm 出現(xiàn)在百色市。13 日大暴雨落區(qū)分散出現(xiàn)在桂西北和桂南；14 日雨區(qū)明顯擴(kuò)大、雨勢(shì)增強(qiáng)，桂北出現(xiàn)大到暴雨、局部大暴雨，桂南降水增強(qiáng)且集中，全區(qū)暴雨以上站次由170 站增至370 站；15 日桂北雨勢(shì)減小，大暴雨集中出現(xiàn)在桂南。此交過(guò)程降雨范圍廣、過(guò)程雨量大、雨強(qiáng)大，強(qiáng)降雨位置和出現(xiàn)時(shí)間較為分散，對(duì)各家預(yù)報(bào)形成不小的挑戰(zhàn)。

3 天氣形勢(shì)分析

2021 年8 月13—15 日，200hPa 上南亞高壓中心位于西藏南部，廣西始終處在高壓環(huán)流輻散區(qū)，加強(qiáng)中低層上升氣流。13 日，500hPa 高緯為兩槽一脊且槽強(qiáng)脊弱，巴爾喀什湖附近低渦中心值為564dagpm，不斷分裂小槽東移南下；東北大槽底部到達(dá)江淮地區(qū)，引導(dǎo)地面冷空氣南下影響華南地區(qū)。13 日08 時(shí)副熱帶高壓環(huán)流588dagpm 線位于粵閩沿海，經(jīng)過(guò)不斷地西伸北抬，15 日20 時(shí)588dagpm線到達(dá)兩廣交界，北側(cè)到達(dá)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，廣西處在加強(qiáng)的偏南氣流中。13 日850hPa 切變線由貴州北部逐漸南下到達(dá)桂西北，受到偏南氣流加強(qiáng)的影響，加強(qiáng)為季風(fēng)槽，至15 日08 時(shí)停留在桂西北，向廣西不斷輸送暖濕水汽。13 日20 時(shí)冷空氣南下進(jìn)入廣西，冷空氣前沿激發(fā)的強(qiáng)對(duì)流云系發(fā)展旺盛。14日08 時(shí)冷空氣到達(dá)沿海，廣西轉(zhuǎn)為冷墊。冷空氣不斷補(bǔ)充影響，直至15 日20 時(shí)廣西大部出現(xiàn)3～5hPa 的24h 正變壓。在季風(fēng)槽、切變線和地面弱冷空氣的共同作用下，廣西發(fā)生了本次大范圍持續(xù)性暴雨過(guò)程。

4 上級(jí)指導(dǎo)產(chǎn)品檢驗(yàn)

雙雨帶和大暴雨的落區(qū)預(yù)報(bào)是本次降水過(guò)程的預(yù)報(bào)難點(diǎn)。使用8 月13—15 日08 時(shí)起報(bào)的中央氣象臺(tái)、廣西氣象臺(tái)降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品滾動(dòng)檢驗(yàn)13—16 日逐日降水預(yù)報(bào)。其中13 日指13 日08 時(shí)—14 日08時(shí)雨量，以此類(lèi)推，下文不再贅述。

對(duì)照8 月13—15 日逐日降水實(shí)況，對(duì)中央氣象臺(tái)和廣西氣象臺(tái)24h 降水指導(dǎo)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)。

中央氣象臺(tái)24h 時(shí)效降水預(yù)報(bào)中，13 日暴雨落區(qū)偏北、偏東，漏報(bào)大暴雨和桂南暴雨。14 日預(yù)報(bào)效果較好，已能體現(xiàn)系統(tǒng)性暴雨過(guò)程的特征，桂北雨帶位置和大暴雨中心較接近實(shí)況，增加了對(duì)桂南局地暴雨的預(yù)報(bào)，但范圍和量級(jí)略有偏小。15 日，預(yù)報(bào)桂北部分地區(qū)仍將出現(xiàn)暴雨，漏報(bào)桂南大暴雨。相比之下，廣西氣象臺(tái)預(yù)報(bào)13 日桂北強(qiáng)降水落區(qū)偏北、偏大，但桂南落區(qū)預(yù)報(bào)效果比中央氣象臺(tái)好；14 日落區(qū)預(yù)報(bào)對(duì)河池、柳州的暴雨中心預(yù)報(bào)較好，但漏報(bào)了桂西暴雨區(qū)，漏報(bào)大暴雨，量級(jí)有偏差；15 日由于對(duì)強(qiáng)降雨結(jié)束時(shí)間估計(jì)過(guò)早，導(dǎo)致預(yù)報(bào)落區(qū)和量級(jí)整體偏小。

對(duì)比中央氣象臺(tái)和廣西氣象臺(tái)48h 預(yù)報(bào)時(shí)效指導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)結(jié)論較為一致，均對(duì)桂北暴雨區(qū)有所反應(yīng)，但同樣漏報(bào)桂西及桂南暴雨。與24h 預(yù)報(bào)相似，廣西氣象臺(tái)15 日的預(yù)報(bào)量級(jí)偏差較大。72h 預(yù)報(bào)產(chǎn)品可見(jiàn)中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)桂北暴雨及大暴雨落區(qū)相當(dāng)接近實(shí)況，廣西區(qū)臺(tái)雖漏報(bào)大暴雨，但桂北暴雨區(qū)延伸至桂西右江河谷一帶，與實(shí)況接近，兩者均漏報(bào)桂南暴雨。

綜上所述，由實(shí)況與中央氣象臺(tái)和廣西氣象臺(tái)的預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品的對(duì)比可見(jiàn)：（1）對(duì)桂北暴雨區(qū)的持續(xù)預(yù)報(bào)可以體現(xiàn)出對(duì)本次冷空氣南下觸發(fā)暴雨的過(guò)程把握較大，也可體現(xiàn)系統(tǒng)性降水的可預(yù)報(bào)性較強(qiáng)。（2）兩家均能報(bào)桂北地區(qū)大部地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，中央氣象臺(tái)對(duì)桂北大暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)相當(dāng)接近實(shí)況，廣西氣象臺(tái)略有偏差；（3）廣西氣象臺(tái)對(duì)13 日24h預(yù)報(bào)產(chǎn)品已考慮到桂南暴雨，體現(xiàn)出預(yù)報(bào)員對(duì)本地天氣具備一定的訂正能力，但兩家均漏報(bào)了桂南大暴雨；（4）由于對(duì)降水過(guò)程結(jié)束時(shí)間估計(jì)過(guò)早，導(dǎo)致廣西氣象臺(tái)15 日預(yù)報(bào)偏差較大。在本次過(guò)程中，對(duì)季風(fēng)槽動(dòng)力條件及能量供應(yīng)的低估是漏報(bào)桂南大暴雨的主要原因。預(yù)報(bào)員應(yīng)綜合參考兩家指導(dǎo)產(chǎn)品，充分考慮天氣系統(tǒng)對(duì)降水的影響程度，適當(dāng)調(diào)整量級(jí)預(yù)報(bào)；對(duì)于局地性強(qiáng)降水，可參照廣西本地預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行訂正預(yù)報(bào)。

5 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)

使用ECWMF、中國(guó)氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-GFS）、中國(guó)氣象局華南中尺度模式預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-3KM、中國(guó)氣象局上海數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)（CMA-SH）和中國(guó)氣象局廣東快速更新同化數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-GD）等不同尺度模式產(chǎn)品對(duì)本次過(guò)程進(jìn)行滾動(dòng)檢驗(yàn)，對(duì)ECWMF 和CMA-GFS 檢驗(yàn)天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)，對(duì)所有模式產(chǎn)品檢驗(yàn)降水預(yù)報(bào)。

5.1 天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

在本次過(guò)程中，副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱(chēng)“副高”）高西進(jìn)后，其邊緣的偏南氣流得以加強(qiáng)，并與季風(fēng)銜接，使得中高層保持一致的偏南氣流，為強(qiáng)降水提供從南海和孟加拉灣朝廣西輸送的暖濕水汽。

使用500hPa 位勢(shì)高度場(chǎng)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)副高位置和強(qiáng)度（以588dagpm 線西段為界）。檢驗(yàn)12 日20時(shí)—15 日08 時(shí)總共6 份間隔12h 的ECWMF 產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)：ECWMF 對(duì)副高變化的預(yù)報(bào)是穩(wěn)定且具有延續(xù)性的，不同時(shí)次起報(bào)的588dagpm 線位置偏離不大，15 日20 時(shí)的位置預(yù)報(bào)高度一致，均能明確顯示廣西處在副高西側(cè)偏南氣流控制下。CMA-GFS 對(duì)副高位置把握較好，588dagpm 線較ECWMF 偏西，但風(fēng)速偏小。

使用850hPa 風(fēng)場(chǎng)檢驗(yàn)切變線影響時(shí)間，兩家預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)850hPa 切變線于14 日凌晨進(jìn)入桂西北的結(jié)論較為一致，14 日白天切變線南下到達(dá)的位置略有差別，15 日北退并逐漸轉(zhuǎn)為偏南氣流控制，基本上均能有效預(yù)報(bào)出切變線移動(dòng)、調(diào)整的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

結(jié)合氣壓場(chǎng)和10m 風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)冷空氣南下影響廣西的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，多數(shù)起報(bào)場(chǎng)顯示14 日08 時(shí)桂北開(kāi)始出現(xiàn)2～3hPa 的24h 正變壓，記為冷空氣影響時(shí)段起點(diǎn)；10m 風(fēng)場(chǎng)顯示桂西北始終存在氣旋性輻合流場(chǎng)，是降雨維持的重要原因。

由此可見(jiàn)，ECWMF 和CMA-GFS 的850hPa、地面形勢(shì)預(yù)報(bào)，與強(qiáng)降水落區(qū)由桂西北擴(kuò)大至桂北的轉(zhuǎn)變相當(dāng)吻合，13 日桂西北出現(xiàn)的強(qiáng)降水由850hPa線觸發(fā)，14 日受切變線和地面冷空氣共同影響導(dǎo)致桂北強(qiáng)降水，15 日切變線減弱，雨勢(shì)隨之減弱。但與之形成明顯對(duì)比的是桂南強(qiáng)降水的完全漏報(bào)，在副高和孟加拉灣季風(fēng)槽共同影響下出現(xiàn)的偏南氣流的脈動(dòng)引發(fā)的持續(xù)性強(qiáng)降水易被忽略，這仍是亟待重視和解決的預(yù)報(bào)難點(diǎn)之一。

5.2 降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

使用13—15 日08 時(shí)起報(bào)的24～72h 時(shí)效產(chǎn)品檢驗(yàn)降水預(yù)報(bào)。在本次過(guò)程中，ECWMF 對(duì)24h、48h時(shí)效報(bào)出桂北強(qiáng)降水，范圍偏小，大暴雨落區(qū)有偏差，所有時(shí)效均漏報(bào)了桂南強(qiáng)降水。

14 日08 時(shí)和15 日08 時(shí)起報(bào)的CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD 的24h 時(shí)效產(chǎn)品效果最優(yōu)：三家均能報(bào)出南北雙雨帶的特征，CMA-3KM 對(duì)桂北大暴雨落區(qū)把握比CMA-SH 好，但桂南大暴雨落區(qū)偏強(qiáng)、偏北；CMA-SH 對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)小，能反映出桂南強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)連貫性。CMA-GFS模式產(chǎn)品漏報(bào)情況較明顯。48h 和72h 時(shí)效預(yù)報(bào)產(chǎn)品中，僅CMA-GD 模式對(duì)桂南大暴雨有所反應(yīng)，其他模式漏報(bào)明顯。

綜上所述，各家數(shù)值預(yù)報(bào)模式能隨著時(shí)效臨近調(diào)整預(yù)報(bào)，ECWMF 和CMA-GFS 對(duì)桂北的系統(tǒng)性降水預(yù)報(bào)把握較好，CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD均能預(yù)報(bào)出雙雨帶特征，量級(jí)有所偏差。當(dāng)區(qū)域模式產(chǎn)品對(duì)非系統(tǒng)性降水落區(qū)出現(xiàn)連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí)，預(yù)報(bào)員需提高警惕，參考上級(jí)指導(dǎo)產(chǎn)品和本地經(jīng)驗(yàn)調(diào)整預(yù)報(bào)思路。

6 結(jié)論與討論

（1）本次強(qiáng)降水過(guò)程發(fā)生在低層切變線、季風(fēng)槽和地面弱冷空氣的廣西汛期暴雨經(jīng)典天氣系統(tǒng)配置下，影響范圍大、過(guò)程雨量大、雨勢(shì)強(qiáng)、桂北-桂南雙雨帶特征明顯。

（2）對(duì)上級(jí)指導(dǎo)產(chǎn)品的檢驗(yàn)顯示，中央氣象臺(tái)和廣西氣象臺(tái)均能較好預(yù)報(bào)出桂北系統(tǒng)性降水，對(duì)桂南強(qiáng)降水考慮不足，落區(qū)和量級(jí)均存在偏差，對(duì)降水過(guò)程結(jié)束時(shí)間考慮不足導(dǎo)致了較大預(yù)報(bào)偏差。

（3）對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)顯示，ECWMF 和CMA-GFS 對(duì)天氣形勢(shì)的預(yù)報(bào)具有穩(wěn)定性和連貫性，對(duì)副高西進(jìn)、低層切變線和地面弱冷空氣南下等關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)均能較好地預(yù)報(bào)，對(duì)季風(fēng)槽的影響時(shí)間把握較好；但降水預(yù)報(bào)偏差較大，存在漏報(bào)。CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD 模式產(chǎn)品在降水預(yù)報(bào)中均能報(bào)出雙雨帶特征，降水量級(jí)和范圍略有偏差，出現(xiàn)一定程度的空?qǐng)?bào)。CMA-GFS 模式出現(xiàn)較多漏報(bào)現(xiàn)象。

（4）本次過(guò)程中，各家數(shù)值預(yù)報(bào)性能體現(xiàn)出隨預(yù)報(bào)時(shí)效加長(zhǎng)而減弱的特征，大尺度預(yù)報(bào)相對(duì)較好。

在中短期預(yù)報(bào)中，預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)應(yīng)具有持續(xù)性，積累對(duì)強(qiáng)降水過(guò)程的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，收集不同季節(jié)、多次過(guò)程、多家產(chǎn)品的預(yù)報(bào)特點(diǎn)，結(jié)合季節(jié)特征和本地經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行綜合參考，才能減少空?qǐng)?bào)、漏報(bào)現(xiàn)象。