王和鳴 楊海迪 李昊源 李娜

摘要 近年來，GRAPES-MESO區(qū)域數(shù)值模式產(chǎn)品不斷升級(jí)更新，在基層業(yè)務(wù)工作實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果。以2021年汛期赤峰市東北部地區(qū)一次受東北冷渦激發(fā)，在凌晨時(shí)段生成發(fā)展的中尺度強(qiáng)降水天氣過程為例，通過對(duì)比GRAPES-MESO產(chǎn)品與地面觀測實(shí)況，分析高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品在內(nèi)蒙古東南部地區(qū)的表現(xiàn)?？偨Y(jié)高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品在基層業(yè)務(wù)工作中的釋用分析方法，以期加強(qiáng)數(shù)值模式產(chǎn)品在基層的應(yīng)用，提高基層預(yù)報(bào)預(yù)警、監(jiān)測服務(wù)工作質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 GRAPES-MESO釋用；中小尺度天氣系統(tǒng)；強(qiáng)對(duì)流天氣；預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）12–0-03

High Resolution Region Mode Products in Application Analysis of Southeast Inner Mongolia

—Taking An Early Morning Strong Convection Process Northeast of Chifeng City as An Example

Wang He-ming et al（Linxi Meteorological Bureau， Inner Mongolia Autonomous Region， Linxi， Inner Mongolia 024000）

Abstract In recent years， GRAPES-MESO regional numerical model products are constantly upgraded and updated， and good application results have been achieved in grassroots business practice. In this paper， a mesoscale heavy precipitation process generated and developed in the early morning hours in the northeast of Chifeng City during the flood season in 2021 is taken as an example. By comparing GRAPES-MESO products with ground observation， the performance of high-resolution regional model products in the southeast of Inner Mongolia is analyzed. This paper summarizes the interpretation and analysis methods of high-resolution regional model products in grassroots business work， in order to strengthen the application of numerical model products in grassroots， and improve the quality of grassroots forecasting， early warning and monitoring services.

Key words GRAPES-MESO interpretation; Small and medium scale weather system; Severe convection; Weather forecast and early warning service

近年來，國內(nèi)外的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平不斷提升，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品不斷增多，產(chǎn)品精度也在不斷提升，越來越多的產(chǎn)品供眾多的氣象業(yè)務(wù)人員和科研人員參考。中央氣象臺(tái)高分辨率區(qū)域數(shù)值模式產(chǎn)品發(fā)展進(jìn)步迅速，各類數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品日益豐富，產(chǎn)品的準(zhǔn)確率和時(shí)空分辨率不斷提升，在基層預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)、氣象防災(zāi)減災(zāi)工作實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果。

隨著國內(nèi)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平的提高，中國氣象局自主研發(fā)的區(qū)域中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)GRAPES-MESO已正式投入使用，經(jīng)過不斷優(yōu)化，水平分辨率提升至3 km，實(shí)現(xiàn)了逐3 h快速循環(huán)同化預(yù)報(bào)，能更好地刻畫雨帶細(xì)致結(jié)構(gòu)，對(duì)高度場、溫度場、風(fēng)場也有著一定的預(yù)報(bào)能力，被廣泛用于區(qū)域降水和局地強(qiáng)天氣系統(tǒng)。GRAPES-MNSO區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在內(nèi)蒙古東南部地區(qū)夏季中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)方面表現(xiàn)突出，在預(yù)報(bào)預(yù)警、監(jiān)測服務(wù)等業(yè)務(wù)工作中發(fā)揮了重要作用。

內(nèi)蒙古東南部地區(qū)地表類型復(fù)雜，陸氣作用顯著，夏季極易受大尺度天氣系統(tǒng)或局地對(duì)流擾動(dòng)的影響，誘發(fā)中小尺度災(zāi)害性強(qiáng)對(duì)流天氣，各類災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)難度較大，精細(xì)化程度不高；組網(wǎng)雷達(dá)和自動(dòng)氣象觀測站等地面氣象觀測設(shè)備布局較為稀疏，無法有效做好中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測服務(wù)工作。同時(shí)，該地區(qū)是我區(qū)重要的農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)區(qū)，是人口、城鎮(zhèn)分布最密集的區(qū)域之一，對(duì)精細(xì)化的強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、監(jiān)測服務(wù)、災(zāi)害調(diào)查工作有著迫切需求[1]。

以2021年6月21日凌晨赤峰市東北部地區(qū)受東北冷渦激發(fā)所引起的一次中尺度強(qiáng)對(duì)流天氣過程為例，分析GRAPES-MNSO產(chǎn)品在內(nèi)蒙古東南部地區(qū)的表現(xiàn)，總結(jié)高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品在基層業(yè)務(wù)工作中的釋用分析方法，為中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的預(yù)報(bào)預(yù)測、監(jiān)測服務(wù)工作總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期加強(qiáng)數(shù)值模式產(chǎn)品在基層的應(yīng)用，提高基層預(yù)報(bào)預(yù)警、監(jiān)測服務(wù)工作質(zhì)量[2]。

隨著模式性能的逐步優(yōu)化，其在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中發(fā)揮的作用也越來越重要。模式的大尺度環(huán)流形式預(yù)報(bào)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，進(jìn)一步使用好數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，需要了解模式基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉模式性能的空間差異、季節(jié)差異、層次差異、要素差異、指數(shù)物理量誤差以及各種尺度系統(tǒng)的可預(yù)報(bào)性，在對(duì)實(shí)況和各種模式預(yù)報(bào)、集合預(yù)報(bào)進(jìn)行仔細(xì)對(duì)比分析后，預(yù)報(bào)員對(duì)模式產(chǎn)品進(jìn)行訂正，訂正后的模式環(huán)流預(yù)報(bào)結(jié)合預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率將會(huì)有大幅提升。

1 天氣形勢分析

1.1 天氣背景簡介

2021年6月，內(nèi)蒙古東南部地區(qū)冷渦活動(dòng)頻繁，受不斷東移南下的多個(gè)冷渦配合北上的暖濕氣流影響，大氣對(duì)流能量充沛，對(duì)流活動(dòng)旺盛，以分散陣雨為主的對(duì)流天氣多發(fā)，同時(shí)多次出現(xiàn)冰雹、雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣過程。

1.2 強(qiáng)對(duì)流過程天氣形勢分析

6月18日—6月22日，500 hPa高度場上有一冷渦自西向東影響我區(qū)東部地區(qū)，6月20日夜間，該冷渦中心已經(jīng)位于吉林省東部日本海上空，內(nèi)蒙古東南部地區(qū)500 hPa高空受冷渦后部西北風(fēng)和東北風(fēng)控制，700、850 hPa高度有冷渦配合地面氣旋旋轉(zhuǎn)所帶來的豐沛水汽，同時(shí)850 hPa高度上有風(fēng)向輻合?？傮w來看，高低空各系統(tǒng)配合得當(dāng)，動(dòng)力條件和水汽條件有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展，但同時(shí)考慮前期該地區(qū)受冷渦活動(dòng)帶來的西北風(fēng)影響降溫迅速，熱力條件稍差，不考慮冰雹等強(qiáng)天氣發(fā)生。圖1為EC細(xì)網(wǎng)格6月19日20：00起報(bào)20日20：00高空、地面形勢。

1.3 全球模式資料及上級(jí)指導(dǎo)應(yīng)用

6月18日00：00及后續(xù)多個(gè)時(shí)次起報(bào)的EC模式、GFS模式、GRAPES模式等均提示20日夜間赤峰市東北部地區(qū)將出現(xiàn)小雨天氣，在18—20日會(huì)商中，自治區(qū)氣象臺(tái)、赤峰市氣象臺(tái)也多次做出相關(guān)提示，在3 d模式不斷調(diào)整后，多時(shí)次多模式形勢預(yù)報(bào)、大氣物理參數(shù)預(yù)報(bào)等資料意見基本趨于一致，各家全球模式均認(rèn)為20日夜間開始赤峰市東北部地區(qū)將出現(xiàn)小雨量級(jí)降水。6月20日20：00區(qū)臺(tái)短期意見為赤峰市東北部有小雨或雷陣雨，伴有雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣；區(qū)臺(tái)短時(shí)意見為21日02：00～05：00赤峰市北部地區(qū)有0.1～2.9 mm降水、05：00～08：00赤峰市東部地區(qū)有0.1～2.9 mm降水。

2 GRAPES-MNSO產(chǎn)品釋用

2.1 高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品釋用

6月20日14：00起報(bào)的GRAPES-MESO模式（圖2）對(duì)降水量級(jí)和區(qū)域給出了更為精細(xì)化的結(jié)論：未來24 h赤峰市東北部大部地區(qū)將出現(xiàn)中雨以上量級(jí)的對(duì)流降水，局地大雨，單點(diǎn)暴雨。同時(shí)GRAPES-MESO模式雷達(dá)回波模擬產(chǎn)品針對(duì)對(duì)流降水的具體發(fā)生發(fā)展時(shí)次作出了精細(xì)指導(dǎo)[3]。

2.2 最終預(yù)報(bào)結(jié)論

在參考多種模式資料和上級(jí)指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，值班預(yù)報(bào)員較為認(rèn)可區(qū)域模式的結(jié)論，同時(shí)針對(duì)近期GRAPES-MESO區(qū)域模式降水量級(jí)、落區(qū)預(yù)報(bào)偏大，雷達(dá)回波模擬結(jié)論偏強(qiáng)的情況作出了適當(dāng)調(diào)整，認(rèn)為21日凌晨開始赤峰市東北部地區(qū)將出現(xiàn)雷陣雨天氣，局地雨強(qiáng)稍大，同時(shí)對(duì)東北部阿魯科爾沁旗、巴林左旗氣象臺(tái)值班人員作出預(yù)報(bào)指導(dǎo)，對(duì)外發(fā)布的城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)則較為保守，預(yù)報(bào)阿魯科爾沁旗雷陣雨轉(zhuǎn)多云，巴林左旗、富河多云。

3 天氣過程實(shí)況

3.1 地面觀測情況

6月21日東北地區(qū)組網(wǎng)雷達(dá)觀測實(shí)況結(jié)果與GRAPES-MESO雷達(dá)回波模擬預(yù)報(bào)結(jié)論基本一致。同時(shí)受雷達(dá)觀測有效距離有限的影響，阿魯科爾沁旗西部、巴林左旗大部無法通過雷達(dá)實(shí)時(shí)觀測降水情況，估算降水強(qiáng)度和降水量，值班員在估算降水強(qiáng)度、區(qū)域與降水持續(xù)時(shí)間時(shí)主要依靠區(qū)域自動(dòng)站和衛(wèi)星云圖，但受本次強(qiáng)對(duì)流過程發(fā)生于凌晨時(shí)分、對(duì)流強(qiáng)度有限影響，降水過程前半段衛(wèi)星觀測效果不佳[4]。圖3為GRAPES-MESO模式20日14：00起報(bào)的21日07：00雷達(dá)回波模擬與21日07：00東北地區(qū)雷達(dá)拼圖對(duì)比，可以明顯看出雷達(dá)回波模擬預(yù)報(bào)與實(shí)況觀測的強(qiáng)度、范圍基本接近，雷達(dá)在巴林左旗附近明顯達(dá)到最大觀測距離，雷達(dá)回波實(shí)況觀測存在觀測范圍有限、上傳時(shí)間滯后等缺點(diǎn)。

3.2 天氣過程實(shí)況

此次對(duì)流天氣系統(tǒng)于21日00：00逐漸開始生成發(fā)展，11：00趨于消散結(jié)束，對(duì)流過程具有生成時(shí)間和移動(dòng)路徑少見、小時(shí)雨強(qiáng)較大、持續(xù)時(shí)間較長等特點(diǎn)，同時(shí)部分降水過程處于雷達(dá)盲區(qū)，觀測效果不佳，赤峰市東北部地區(qū)有4個(gè)國家級(jí)地面觀測站觀測到小雨以上量級(jí)降水，23個(gè)地面區(qū)域自動(dòng)站出現(xiàn)中雨以上量級(jí)降水，小時(shí)最大雨強(qiáng)33.1 mm/h，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活造成了一定影響。表1為21日00：00～12：00赤峰市東北部地區(qū)國家站及降水量達(dá)到20 mm以上的區(qū)域站降水?dāng)?shù)據(jù)。

基層業(yè)務(wù)人員在結(jié)合天氣形勢背景、參考上級(jí)指導(dǎo)與模式預(yù)報(bào)結(jié)論的基礎(chǔ)上，在21日凌晨著重開展了氣象監(jiān)測服務(wù)工作，充分發(fā)揮基層服務(wù)優(yōu)勢，自降水開始時(shí)段嚴(yán)密監(jiān)測雨情，迅速叫應(yīng)地方政府開展各類服務(wù)工作，及時(shí)發(fā)布監(jiān)測信息。雖然本次強(qiáng)對(duì)流過程生成發(fā)展于凌晨時(shí)分，小時(shí)雨強(qiáng)較大，但并未造成人員傷亡或嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在當(dāng)前的現(xiàn)代氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)中，對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)模式、氣象監(jiān)測信息的重視程度和應(yīng)用水平均有大幅提升，已初步建立起基于數(shù)值預(yù)報(bào)模式的現(xiàn)代氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)體系。

在現(xiàn)代防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)工作體系中，氣象預(yù)報(bào)預(yù)警發(fā)揮著極為重要的作用，內(nèi)蒙古東南部地區(qū)降水期集中于夏季汛期時(shí)段，降水時(shí)空間分布不均，極易造成短時(shí)強(qiáng)降水、區(qū)域性洪水等災(zāi)害性強(qiáng)對(duì)流天氣和城市內(nèi)澇、山洪、泥石流、地質(zhì)災(zāi)害等次生災(zāi)害[5]。

在傳統(tǒng)天氣預(yù)報(bào)方法中，強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)難度大、防御難度大、致災(zāi)性強(qiáng)，運(yùn)用好高分辨率區(qū)域數(shù)值模式等預(yù)報(bào)預(yù)警領(lǐng)域新技術(shù)、新資料、新方法，能夠不斷增加強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警的提前量，為災(zāi)害防御爭取更多時(shí)間。同時(shí)，進(jìn)一步落實(shí)和發(fā)揮好以氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)為先導(dǎo)的氣象預(yù)警應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，細(xì)化分行業(yè)分部門的氣象災(zāi)害防御應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，發(fā)揮好重大災(zāi)害性天氣直通式叫應(yīng)機(jī)制的快速反應(yīng)作用，有效防范化解氣象災(zāi)害帶來的各類風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，最大限度地減輕氣象災(zāi)害帶來的不利影響和財(cái)產(chǎn)損失，不斷提高經(jīng)濟(jì)社會(huì)抵御氣象災(zāi)害的能力和韌性[6]。

為取得更好的氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)效果，達(dá)成防災(zāi)減災(zāi)的目標(biāo)，需要進(jìn)一步提升氣象預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確度與時(shí)效性，氣象服務(wù)的時(shí)效性越強(qiáng)，越可以為公眾爭取到更多防范氣象災(zāi)害的時(shí)間提前量。在先進(jìn)氣象設(shè)備陸續(xù)投入氣象服務(wù)領(lǐng)域使用的當(dāng)下，氣象監(jiān)測信息更為完善、可靠，大大提高了數(shù)值模式預(yù)報(bào)初始場的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和精細(xì)化程度，客觀的數(shù)值模式產(chǎn)品檢驗(yàn)方法、基

于模式產(chǎn)品的預(yù)報(bào)方法等可以幫助預(yù)報(bào)員對(duì)大氣環(huán)流形勢演變作出更合理的解釋，模式產(chǎn)品對(duì)大氣環(huán)流形勢演變的預(yù)報(bào)效果也比傳統(tǒng)預(yù)報(bào)員依靠外推方法預(yù)報(bào)在數(shù)學(xué)物理方法解釋上更有依據(jù)，更加精準(zhǔn)、可靠。在國產(chǎn)高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)模式的基礎(chǔ)上，預(yù)報(bào)水平獲得進(jìn)一步提升，氣象預(yù)報(bào)信息在防災(zāi)減災(zāi)體系中的研判作用和指示意義也越來越及時(shí)、越來越精準(zhǔn)[7]。

4 總結(jié)與探討

4.1 高分辨率區(qū)域模式釋用總結(jié)

在本次以短時(shí)強(qiáng)降水為主要特征的強(qiáng)對(duì)流天氣過程預(yù)報(bào)、預(yù)警、監(jiān)測、服務(wù)過程中，GRAPES-MESO模式一如既往地表現(xiàn)出其遠(yuǎn)勝于全球模式的中小尺度天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)預(yù)警指導(dǎo)能力和高分辨率的時(shí)空尺度優(yōu)勢。同時(shí)在今年汛期的釋用分析過程中，GRAPES-MESO 3 km系統(tǒng)升級(jí)后，強(qiáng)天氣的空?qǐng)?bào)情況也得到較大改善，雖然仍存在降水預(yù)報(bào)范圍偏大、系統(tǒng)強(qiáng)度偏強(qiáng)等弱點(diǎn)，但已完全能夠滿足日常業(yè)務(wù)工作需要，在組網(wǎng)雷達(dá)和地面氣象區(qū)域觀測站點(diǎn)稀疏、不便觀測的地區(qū)，高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品能夠很好地彌補(bǔ)觀測方面存在的缺陷，充分發(fā)揮了氣象監(jiān)測、服務(wù)能力。

4.2 基層數(shù)值模式應(yīng)用探討

近年來，全球大氣數(shù)值模式的時(shí)效性和準(zhǔn)確性有所提升，大氣數(shù)值模式已成為天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測最重要的工具和手段，對(duì)中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣來說，數(shù)值模式模擬是加強(qiáng)對(duì)中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)演變規(guī)律認(rèn)識(shí)和把握最重要、最不可替代的工具之一。從基層氣象工作者的工作角度來看，我國數(shù)值模式飛速發(fā)展為基層氣象工作提供了豐富的診斷產(chǎn)品技術(shù)支持，對(duì)基層氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)工作的開展具有重要的支持、牽引、推動(dòng)作用。

在全球氣候變暖的大背景下，內(nèi)蒙古東南部地區(qū)的極端天氣氣候時(shí)間明顯增多，強(qiáng)度增強(qiáng)，氣象災(zāi)害的多發(fā)性、突發(fā)性、極端性日益突出，對(duì)自然系統(tǒng)平衡和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響愈加凸顯。因此，利用好高分辨率數(shù)值模式等新方法新技術(shù)，充分發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用，在氣候變化背景下具有非常深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[8]。

目前，受限于我區(qū)基層業(yè)務(wù)建設(shè)能力現(xiàn)狀，基層氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力長期存在不足。高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品以其內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)清晰、質(zhì)量可靠等優(yōu)勢，在基層預(yù)報(bào)、監(jiān)測、服務(wù)業(yè)務(wù)工作中具有較大開發(fā)潛力，可以發(fā)揮重要作用?；鶎訕I(yè)務(wù)工作人員可以在認(rèn)真收聽全區(qū)、全市天氣會(huì)商、借助上級(jí)講解全球模式預(yù)報(bào)天氣形勢的基礎(chǔ)上，關(guān)注最新時(shí)次各類高分辨率區(qū)域模式產(chǎn)品并加以利用，減輕短臨監(jiān)測、預(yù)報(bào)服務(wù)工作壓力，同時(shí)能夠利用相關(guān)資料開展好實(shí)況監(jiān)測、災(zāi)情調(diào)查等工作。

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