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        一次大暴雨過(guò)程預(yù)報(bào)失誤的原因及數(shù)值產(chǎn)品檢驗(yàn)訂正

        2023-03-04 07:08:46李亞琴蘇小玲藍(lán)柳茹
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2023年1期
        關(guān)鍵詞:分析

        李亞琴,蘇小玲,藍(lán)柳茹

        廣西柳州市氣象局,廣西柳州 545001

        近年來(lái),大量的氣象工作者通常能夠在暴雨發(fā)生后,通過(guò)各種實(shí)況觀測(cè)和對(duì)數(shù)值產(chǎn)品模擬等進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)暴雨發(fā)生發(fā)展機(jī)制,找出數(shù)值產(chǎn)品存在的問(wèn)題,以及類似降雨過(guò)程中需要對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)各類產(chǎn)品的定性調(diào)整[1-10]。但是,對(duì)預(yù)報(bào)員來(lái)說(shuō),一般在15 h前根據(jù)前一天20:00和當(dāng)天08:00起報(bào)的數(shù)值產(chǎn)品,以及高空、地面、雷達(dá)、衛(wèi)星等實(shí)時(shí)觀測(cè)資料,進(jìn)行未來(lái)3 d的預(yù)報(bào),但當(dāng)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品出現(xiàn)明顯偏差時(shí),應(yīng)通過(guò)各種實(shí)時(shí)觀測(cè)資料,及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整數(shù)值產(chǎn)品,并訂正預(yù)報(bào)和服務(wù),針對(duì)這一類的預(yù)報(bào)分析相對(duì)較少,且每個(gè)地方都各不相同,因此,對(duì)本地的強(qiáng)降雨過(guò)程從預(yù)報(bào)服務(wù)出發(fā)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析十分有必要。通過(guò)2020年一次暴雨過(guò)程,數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品出現(xiàn)明顯偏差后,如何通過(guò)實(shí)時(shí)的觀測(cè)資料進(jìn)行預(yù)報(bào)服務(wù)訂正進(jìn)行了分析。

        1 暴雨落區(qū)和天氣背景

        2020年6月23—24日柳州自北向南出現(xiàn)了大到暴雨,局部大暴雨過(guò)程,從逐12 h的降雨分布分析,23日20:00—24日08:00,強(qiáng)降雨出現(xiàn)在融水縣三防鎮(zhèn)至三江南部的老堡一帶,呈東北—西南走向(圖1a),到24日08:00~20:00,強(qiáng)降雨區(qū)迅速南壓至柳江、柳州、鹿寨一帶,大暴雨落區(qū)主要集中在偏東的鹿寨地 區(qū)(圖1b);24日20:00—25日08:00,強(qiáng)降雨維持且略有北抬,集中在柳城至柳江一帶,大暴雨落區(qū)出現(xiàn)在柳城至柳州市區(qū)的北部,最大12 h降雨達(dá)到222.6 mm,出現(xiàn)在融安的潭頭村;25日08:00~20:00,雨區(qū)明顯東移,強(qiáng)降雨出現(xiàn)在鹿寨東部地區(qū),之后降雨過(guò)程結(jié)束。

        圖1 2020年6月23日20:00—24日20:00柳州逐12 h降雨實(shí)況圖

        2020年6月23日08:00(圖2a),500 hPa的環(huán)流形勢(shì)為“兩槽一脊”型,高原一帶有低槽不斷分裂短波槽東移,在黔桂交界一帶東移北收,桂北位于短波槽前,副熱帶高壓(后簡(jiǎn)稱副高)呈東西向,控制華南沿海,588線位于桂中一帶,桂北為副高北側(cè)的西南氣流控制。700、850 hPa切變線位于貴州中部一帶,桂北位于風(fēng)速14~16 m/s的西南急流軸左側(cè)的氣旋性輻合區(qū)中;925 hPa南北風(fēng)切變線位于黔桂交界一帶,其南側(cè)的偏南風(fēng)風(fēng)速達(dá)10~12 m/s,桂北處于風(fēng)向、風(fēng)速的輻合區(qū)。

        從地面來(lái)看(圖2b),弱冷空氣在貴州南部一帶,此時(shí)主要降雨位于貴州南部,桂北以陣雨天氣為主。23日20:00—24日08:00,500 hPa高原槽明顯加深東移南壓,桂西北逐漸轉(zhuǎn)為槽后的偏西北氣流,槽底達(dá)到桂中一帶,桂東北一帶處于槽前的輻合上升區(qū);700、850 hPa夜間偏南風(fēng)急流有所加強(qiáng),切變線維持在貴州中部一帶,桂北仍處于切變線南側(cè)及西南急流軸的左側(cè),925 hPa的輻合線仍位于黔桂交界一帶,隨著23日夜間850 hPa低空西南急流加強(qiáng),與925 hPa超低空南風(fēng)急流在桂北交匯,不僅為暴雨區(qū)提供了充足的水汽,還有利于暴雨區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)的建立和維持。

        圖2 2020年6月23日08:00 500 hPa(a)、14:00(b)地面圖

        地面有弱冷空氣從黔東南與河池交界一帶擴(kuò)散進(jìn)入廣西,隨著冷空氣的侵入抬升觸發(fā)了對(duì)流的發(fā)生,因此,在柳州的融水、融安及三江縣一帶出現(xiàn)了大暴雨,最大12 h降雨在安太鄉(xiāng)小桑村,達(dá)172.9 mm。6月24日08:00~20:00,500 hPa高原槽東移過(guò)程中受到東側(cè)的副高的阻擋,在廣西中東部一帶維持減弱。850、925 hPa切變線逐漸南壓進(jìn)入桂北,地面中尺度輻合線從融水一帶緩慢南壓至柳州中南部一帶,主要強(qiáng)降雨區(qū)也明顯南壓至柳城南部—鹿寨一帶,大部地區(qū)出現(xiàn)了大雨到暴雨,最大12 h降雨出現(xiàn)在鹿寨江口鄉(xiāng),達(dá)193.7 mm。

        2 數(shù)值產(chǎn)品檢驗(yàn)及實(shí)況訂正

        2.1 數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

        從廣西區(qū)臺(tái)72~24 h對(duì)6月23日20:00—24日20:00的12 h預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析,21日 預(yù) 報(bào)23日20:00—24日08:00,主要降雨出現(xiàn)在桂北一帶,對(duì)于柳州而言,主要集中在柳州的北部三線,到24日08:00~20:00,強(qiáng)降雨區(qū)范圍有所擴(kuò)大,但大暴雨的落區(qū)主要集中在北部三縣;22日的降雨預(yù)報(bào)23日20:00—24日08:00,降雨的范圍和強(qiáng)度明顯減小,暴雨區(qū)僅為柳州市融水西北部的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn),到24日08:00~20:00,強(qiáng)降雨區(qū)集中在柳州柳城縣以北的大部分地區(qū);23日起報(bào)的產(chǎn)品,強(qiáng)降雨落區(qū)仍集中在柳州北部三縣。

        省、市兩級(jí)預(yù)報(bào)員基于數(shù)值產(chǎn)品的形勢(shì)預(yù)報(bào),均認(rèn)為24日20:00以前,強(qiáng)降雨主要位于黔桂交界一帶的桂北地區(qū);從實(shí)況可以看出,23日20:00—24日08:00強(qiáng)降雨區(qū)位于桂北,至24日白天,雨區(qū)明顯南壓至桂中,預(yù)報(bào)員對(duì)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)明顯偏晚,系統(tǒng)比預(yù)計(jì)南下偏早12 h,導(dǎo)致預(yù)報(bào)服務(wù)十分被動(dòng)。對(duì)此,分析出現(xiàn)此問(wèn)題的原因,探究如何運(yùn)用當(dāng)下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行訂正。分析此次歐洲中心的形勢(shì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品:從前面的預(yù)報(bào)產(chǎn)品可知,越臨近,預(yù)報(bào)員對(duì)降雨落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)偏差反而越大,因此,主要分析24 h預(yù)報(bào)。

        23日15:00以前,預(yù)報(bào)員能參考的主要為22日20:00、23日08:00的起報(bào)場(chǎng),從歐洲中心22日20:00報(bào)場(chǎng)可以看出(圖3a),23日20:00—24日08:00 500 hPa高原有低槽逐漸東移,槽底影響黔桂交界一帶,而700、850 hPa為槽前的西南急流,且850 hPa低空急流的強(qiáng)度有所加強(qiáng)。925 hPa的偏南風(fēng)超低空急流也是逐漸加強(qiáng)北伸的,桂北地區(qū)的風(fēng)速輻合加強(qiáng);Ec預(yù)報(bào)地面輻合線位于貴州的中部附近(圖3b),貴州南部為一致的偏南氣流,輻合線并未進(jìn)入廣西,通過(guò)與實(shí)況對(duì)比:高層500 hPa南支槽預(yù)報(bào)位置偏西、中低層的西南氣流預(yù)報(bào)偏強(qiáng),切變線位置偏北、地面冷空氣位置預(yù)報(bào)偏北,因此,將南支槽的位置往東往南調(diào)整,地面輻合線位置也向南調(diào)整之后,在23日夜間黔桂交界一帶具備對(duì)流觸發(fā)潛勢(shì),因此,強(qiáng)降雨可以預(yù)報(bào)在桂北一帶,且因?yàn)椴壑饕傻崆鹨粠|移,強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)在百色至柳州北部一帶,預(yù)報(bào)與實(shí)況基本吻合,有很大的參考價(jià)值。

        圖3 歐洲中心2020年6月22日20:00起報(bào)的23日20:00預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)比圖(紅色實(shí)況、黑色預(yù)報(bào))(a),以及14:00 1 000 hPa風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)圖(b)

        到24日08:00~20:00,500、700 hPa低槽緩慢加深東移,850、925 hPa切變線位置從貴州中部南壓到南部并未進(jìn)入廣西,且從23日08:00起報(bào)場(chǎng)來(lái)看,低層的西南氣流在24日白天有所加強(qiáng),同時(shí)結(jié)合各物理量場(chǎng)和降雨預(yù)報(bào)綜合分析,預(yù)報(bào)員仍將24日08:00~20:00段的強(qiáng)降雨落區(qū)預(yù)報(bào)在桂北,南壓趨勢(shì)不明顯,綜合分析Ec預(yù)報(bào)為24日白天低槽略有東移,到24日20:00槽底的位置已到百色河池一帶,在結(jié)合前面訂正情況,24日白天可以考慮系統(tǒng)南壓,強(qiáng)降雨區(qū)可能出現(xiàn)在柳州的中南部一帶。

        2.2 實(shí)況資料的訂正預(yù)報(bào)

        2.2.1 天氣形勢(shì)分析 下面對(duì)24日08:00以前的高空觀、地面、雷達(dá)、衛(wèi)星等實(shí)時(shí)觀測(cè)資料進(jìn)行分析,再次進(jìn)行訂正預(yù)報(bào)。從23日20:00中分析圖(4a)可以看到,高原槽已東移至河池附近,南支槽強(qiáng)度加強(qiáng),位置比預(yù)報(bào)場(chǎng)偏南,桂西北的百色一帶轉(zhuǎn)為偏西北氣流,桂中以北地區(qū)均處于槽前輻合上升區(qū),強(qiáng)降雨的落區(qū)可能比預(yù)計(jì)要偏南;850 hPa實(shí)況切變線出現(xiàn)在貴州中部,同時(shí)在桂西出現(xiàn)低渦,西南風(fēng)風(fēng)速8~10 m/s,而預(yù)報(bào)場(chǎng)則為西南風(fēng)加強(qiáng)為急流,切變線位置基本維持。因此,低層除強(qiáng)度偏強(qiáng)外,輻合位置未出現(xiàn)明顯偏差,桂北一帶均為西南氣流前端風(fēng)速輻合區(qū),有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。925 hPa在湘黔中南部一帶,桂東北處于輻合線南側(cè)偏南風(fēng)風(fēng)速的輻合區(qū),地面輻合線已經(jīng)進(jìn)入桂北。因此,根據(jù)實(shí)況與預(yù)報(bào)場(chǎng)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)南支槽比預(yù)報(bào)強(qiáng),而較強(qiáng)的低槽東移過(guò)程中更有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng),同時(shí)低層切變線南側(cè)的偏南氣流比預(yù)報(bào)場(chǎng)弱,利于低層輻合線南下,因此,可以考慮將23日下午預(yù)報(bào)的強(qiáng)降雨影響時(shí)段提前,且強(qiáng)降雨落區(qū)擴(kuò)大。

        從23日20:00的探空空間剖面圖(圖4b)可知,受貴陽(yáng)以南500 hPa為槽前的西南氣流影響,貴陽(yáng)近地層已轉(zhuǎn)為偏北風(fēng),其余各站為偏南風(fēng),23日20:00,貴陽(yáng)—百色—河池一帶500 hPa已轉(zhuǎn)為西北風(fēng),低槽已東移至河池一帶。近地面08:00,僅貴陽(yáng)為偏北風(fēng),20:00百色至桂林一帶轉(zhuǎn)為偏北風(fēng),近地面有淺薄冷空氣擴(kuò)散進(jìn)入桂北,因此,近地層的輻合線很可能抬升觸發(fā)23日夜間的對(duì)流,同時(shí)高層槽前的正渦度平流加強(qiáng)了大尺度對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)。從23日20:00桂林站T-logP圖來(lái)看(圖略),CAPE值為2 476 J/kg,K=39.6 ℃,SI=-2.71 ℃,且濕層的厚度到700 hPa高度,因此,強(qiáng)的不穩(wěn)能量、強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)、深厚的濕層,在近地層的輻合線觸發(fā)下,產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降雨的可能性非常大,與前面訂正結(jié)果基本吻合。

        圖4 2020年6月23日20:00中分析圖(a)和空間剖面圖(b)

        從物理量預(yù)報(bào)場(chǎng)分析(圖5a~圖5c),23日20:00桂中一帶cape值達(dá)1 500 J/kg以上,850 hPa上升速度達(dá)60×10-2Pa/s,桂北有18 g/kg的比濕中心;EC預(yù)報(bào)上升運(yùn)動(dòng)、不穩(wěn)定能量及水汽條件桂北均位于梯度大值區(qū)中,有抬升觸發(fā)機(jī)制就可能出現(xiàn)強(qiáng)降雨。從Ec降雨預(yù)報(bào)可知(圖5d),24 h主要降雨落區(qū)在桂北附近為20~30 mm;從12 h的降雨預(yù)報(bào)來(lái)看,22日20:00起報(bào)的2個(gè)時(shí)段較強(qiáng)降雨均集中出現(xiàn)在桂北,白天未出現(xiàn)明顯南壓,但23日08:00起報(bào)場(chǎng)分析,24日白天,強(qiáng)降雨中心在柳城附近,較之前有所南壓,且中心強(qiáng)度為30 mm以上,值得參考。

        圖5 2020 年6 月22 日20:00起報(bào)的23日20:00 cape值(a)、vvel(b)、rain24 h預(yù)報(bào)圖(c)以及23日08:00起報(bào)的24日08:00~20:00 12 h降雨預(yù)報(bào)圖(d)

        2.2.2 云圖分析 23日08:00~15:00,低槽云系集中在黔桂交界(圖6a),桂北有發(fā)展旺盛的孤立對(duì)流云,從地面逐小時(shí)實(shí)況降雨分析,主要降雨區(qū)在貴州南部,桂北的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)未出現(xiàn)明顯降雨;16:00~20:00以前,桂北一直為偏南氣流,弱北風(fēng)在貴州南部,到20:00桂北對(duì)流云系減弱,但貴州西南部的對(duì)流云圖開(kāi)始發(fā)展,到24日夜間(圖6b)逐漸加強(qiáng)為MCS,到22:00桂北逐漸有對(duì)流云圖生成并加強(qiáng)東移,其西側(cè)又不斷有新對(duì)流云生成,具有明顯的后向傳播性,到24日01:00(圖略)。桂北對(duì)流云系與貴州西南部MCS合并,形成新的切變線云系。值得注意的是,從百色至河池的中南部已經(jīng)開(kāi)始有對(duì)流云生成發(fā)展,同時(shí)據(jù)地面1 h風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)可知,桂西北的百色至河池一帶的北部地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為弱偏北風(fēng),且貴州南部一帶的偏北風(fēng)加強(qiáng),綜合分析此時(shí)地面輻合線已經(jīng)進(jìn)入廣西,從1 h降雨資料來(lái)看,桂北一帶開(kāi)始出現(xiàn)較強(qiáng)的降雨,強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)與地面降雨位置對(duì)應(yīng)較好。

        圖6 2020年6月23日17:00云圖(a)和24日00:00云圖(b)

        3 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)2020年6月24日暴雨過(guò)程分析發(fā)現(xiàn):

        (1)ec數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)500 hPa的高原槽預(yù)報(bào)較弱,尤其是副高較強(qiáng)時(shí),偏弱明顯,由于高原槽預(yù)報(bào)偏弱,導(dǎo)致低槽東移對(duì)低層系統(tǒng)的引導(dǎo)作用被低估,導(dǎo)致系統(tǒng)是否南下、且南下時(shí)間出現(xiàn)偏差,通過(guò)實(shí)況對(duì)比能較好地進(jìn)行修訂,尤其是桂西北百色站風(fēng)向,對(duì)南支槽的東移有較好的指導(dǎo)作用。

        (2)低層的偏南氣流比實(shí)況預(yù)報(bào)偏強(qiáng)4~8 m/s,是導(dǎo)致系統(tǒng)南下預(yù)報(bào)比實(shí)況偏晚的主要原因。通過(guò)降雨個(gè)例分析發(fā)現(xiàn),強(qiáng)降雨出現(xiàn)在低層切變線南側(cè)50~100 km,低層偏南氣流主要為暴雨發(fā)生提供水汽和不穩(wěn)定能量,切變線是否進(jìn)入桂北對(duì)廣西中北部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨影響不明顯。同時(shí),可通過(guò)實(shí)況觀測(cè)及時(shí)調(diào)整,高低空的耦合對(duì)暴雨的產(chǎn)生位置也很關(guān)鍵。

        (3)降水落區(qū)與近低層輻合線位置更為接近,在選擇參考時(shí),可側(cè)重考慮近地層的風(fēng)速和風(fēng)向的輻合區(qū)。一般通過(guò)逐小時(shí)的降雨和風(fēng)場(chǎng)分析,能更好地判斷其位置,在其前側(cè)更容易激發(fā)新對(duì)流,其北側(cè)偏北風(fēng)的變化也需仔細(xì)分析,對(duì)系統(tǒng)的南下與否非常重要。

        (4)衛(wèi)星資料的在短臨預(yù)報(bào)中非常重要,在系統(tǒng)東移過(guò)程中,其前側(cè)不斷激發(fā)新對(duì)流云,因此系統(tǒng)前側(cè)的對(duì)流云的出現(xiàn)可能預(yù)示著系統(tǒng)未來(lái)移動(dòng)方向。

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