張 丹

(內(nèi)蒙古烏蘭察布市氣象局,烏蘭察布 012000)

0 引言

烏蘭察布市主汛期經(jīng)常出現(xiàn)暴雨天氣。暴雨也是烏蘭察布市主要災(zāi)害性天氣之一,其危害性大,影響范圍廣,常常會(huì)引發(fā)城市內(nèi)澇、山洪、泥石流等次生災(zāi)害,造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。副高邊緣有較好的水汽和不穩(wěn)定能量,在一定的觸發(fā)條件下,極易產(chǎn)生暴雨天氣,這也是烏蘭察布市夏季暴雨的一個(gè)重要影響系統(tǒng),但由于副高邊緣觸發(fā)條件的不同,從而增加了對(duì)副高邊緣暴雨落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)難度[1]。目前很多學(xué)者已對(duì)副高型暴雨的環(huán)流特征和模式預(yù)報(bào)進(jìn)行了深入研究[2-9]。為了更進(jìn)一步了解烏蘭察布市副高邊緣暴雨的形成機(jī)理和模式,文章對(duì)烏蘭察布市8月兩次暴雨天氣過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行對(duì)比研究,并對(duì)不同模式對(duì)副高邊緣暴雨的預(yù)報(bào)情況進(jìn)行了檢驗(yàn),總結(jié)一定經(jīng)驗(yàn),從而提高副高邊緣暴雨的預(yù)報(bào)能力,同時(shí)也在一定程度上提高了不同模式對(duì)降水的訂正能力。

1 資料和方法

文章主要應(yīng)用MICAPS中的高空和地面實(shí)況資料,對(duì)此次天氣過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)和主要影響系統(tǒng)進(jìn)行研究分析。數(shù)值模式有ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP資料。其中高空環(huán)流形式檢驗(yàn)采用ECMWF臨近預(yù)報(bào)時(shí)次,從而分析檢驗(yàn)預(yù)報(bào)場(chǎng)和實(shí)況的差異。降水量實(shí)況采用烏蘭察布市242個(gè)監(jiān)測(cè)站的降水量數(shù)據(jù),數(shù)值模式降水量主要采用ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP的24 h降水量預(yù)報(bào)。

2 降水實(shí)況

文章選取2個(gè)個(gè)例,分別為2022-08-17/08-18暴雨個(gè)例(簡(jiǎn)稱“8.17”)和8月21日暴雨個(gè)例(簡(jiǎn)稱“8.21”),兩次暴雨過(guò)程高空環(huán)流形勢(shì)相似,且時(shí)間接近,都是副高邊緣型南部地區(qū)的強(qiáng)降水。不同點(diǎn)在于降水強(qiáng)度和落區(qū)有明顯差異。在降水強(qiáng)度方面,由于“8.21”的降水主要在白天,對(duì)流發(fā)展比較旺盛,因此小時(shí)雨強(qiáng)較強(qiáng),最大小時(shí)雨強(qiáng)為45.6 mm/h,而“8.21”是從夜間開始,主要以穩(wěn)定性降水為主,最大小時(shí)雨強(qiáng)為18.8 mm/h;在落區(qū)方面,“8.21”比“8.17”的暴雨范圍廣,“8.17”的暴雨主要集中在涼城南部,而“8.21”的暴雨主要位于涼城縣大部、卓資縣南部、豐鎮(zhèn)縣大部和興和縣南部。

3 環(huán)流背景特征分析

分析500 hPa高度場(chǎng)后得出,兩次暴雨天氣過(guò)程中高緯度均被一個(gè)寬廣的槽區(qū)控制,以緯向環(huán)流為主,但兩次過(guò)程槽區(qū)中都有短波槽向東移動(dòng),烏蘭察布市處于副高邊緣西北側(cè),不穩(wěn)定能量集聚區(qū),高溫高濕天氣為暴雨提供了有利條件,從588線的位置和強(qiáng)度來(lái)看,“8.21”的副高位置較“8.17”更靠北,且副高西伸脊點(diǎn)更偏西。兩次過(guò)程高空形勢(shì)都是副高邊緣配合短波槽,造成的暴雨天氣。

從影響系統(tǒng)來(lái)看,兩次過(guò)程也較相似,500 hPa在河套地區(qū)有短波槽存在,同時(shí)在烏蘭察布市南部地區(qū)中低層有切變線,700 hPa和850 hPa有西南氣流,有利于南海的水汽向北輸送,烏蘭察布市南部地區(qū)850 hPa比濕達(dá)14 g/kg以上,同時(shí)地面存在明顯的輻合線,為暴雨天氣的發(fā)生提供了良好的動(dòng)力條件。這種高低層配置有利于南部地區(qū)暴雨的產(chǎn)生。

4 副高位置的擺動(dòng)

兩次過(guò)程都處于副高外圍不穩(wěn)定環(huán)流之中,但副高西伸脊點(diǎn)有所不同,“8.17”過(guò)程位于118°E,而“8.21”過(guò)程位于97°E,“8.21”過(guò)程副高更為強(qiáng)盛,西伸脊點(diǎn)更偏西。在暴雨的發(fā)展過(guò)程中,副高位置的擺動(dòng)也有很大差異,“8.17”過(guò)程副高明顯東退,且位置稍微偏南,雨帶主要位于584線與588線之間,強(qiáng)降雨帶呈片狀或塊狀分布,隨著副高的東移南退,雨帶也隨之移動(dòng);而“8.21”過(guò)程在發(fā)展中副高先略有東退,然后再西進(jìn),但是副高整體呈塊狀,且位置移動(dòng)不明顯,副高維持穩(wěn)定少動(dòng),雨帶主要位于580線與588線之間,降雨帶主要位于副高北側(cè)和高空槽交界處,呈片狀或帶狀。兩次過(guò)程的強(qiáng)降水區(qū)域和雨帶形狀都與副高位置的動(dòng)態(tài)變化密切相關(guān)。

5 高低層擾動(dòng)的差異

根據(jù)高低層系統(tǒng)配置(500 hPa高空槽和700 hPa切變線)可知,17日08:00—18日08:00“8.17”過(guò)程高空槽一直維持在賀蘭山西部,并且穩(wěn)定少動(dòng),烏蘭察布市受槽前西南氣流的控制,同時(shí)配合低層有切變線劃過(guò)烏蘭察布市南部地區(qū),切變線主要向東南方向移動(dòng),至18日20:00高空槽和低層切變線移出烏蘭察布市,降水過(guò)程結(jié)束。“8.21”過(guò)程高空槽的經(jīng)向度較大,并且配合低層切變線,槽線和切變線配合較好,且移動(dòng)方向一致,導(dǎo)致產(chǎn)生大面積的強(qiáng)降水。因此得出這兩次過(guò)程高空槽和低層切變線的移動(dòng)方向、強(qiáng)度與雨帶的落區(qū)、形態(tài)密切相關(guān)。

6 水汽條件

6.1 相對(duì)濕度

兩次過(guò)程均發(fā)生在8月中下旬,該時(shí)段是烏蘭察布市強(qiáng)降水的主要時(shí)段。兩次過(guò)程850 hPa南部地區(qū)濕度條件都較好,但是“8.17”過(guò)程濕度條件更好。兩次過(guò)程700 hPa相對(duì)濕度大值區(qū)的位置有明顯的不同,“8.17”過(guò)程大值區(qū)位于西南部地區(qū),而“8.21”過(guò)程大值區(qū)范圍更廣,位于南部地區(qū),相對(duì)濕度的大值區(qū)強(qiáng)雨帶區(qū)域一致。

6.2 急流

兩次過(guò)程700 hPa均存在明顯的西南急流,急流有利于暖濕氣流的輸送,有利于強(qiáng)降水的發(fā)生,同時(shí)強(qiáng)降雨帶也出現(xiàn)在急流的左側(cè)。不同的是“8.17”過(guò)程急流較“8.21”過(guò)程偏強(qiáng),最大風(fēng)速達(dá)18 m/s,但是“8.17”過(guò)程烏蘭察布市出現(xiàn)在急流的左側(cè),而“8.21”過(guò)程烏蘭察布市處于急流出口區(qū)的左前側(cè),有風(fēng)速的輻合,同時(shí)烏蘭察布市南部地區(qū)低層有切變線配合,這也是造成兩次過(guò)程雨帶強(qiáng)度不同的原因之一。

7 模式預(yù)報(bào)誤差檢驗(yàn)

7.1 主要影響系統(tǒng)偏差檢驗(yàn)

從上述分析可以得出,兩次強(qiáng)降水雨帶的不同是由副高、高空槽、切變線及水汽條件的差異造成的,其中影響最大的是副高位置的擺動(dòng)。根據(jù)ECMWF數(shù)值模式對(duì)副高位置的預(yù)報(bào)可知,16日20:00起報(bào)的數(shù)值模式對(duì)“8.17”過(guò)程17日20:00和18日08:00兩個(gè)時(shí)次的副高和高空槽位置預(yù)報(bào)得比較準(zhǔn)確,基本與實(shí)況接近,但是兩個(gè)時(shí)次高空槽的強(qiáng)度預(yù)報(bào)比實(shí)況弱,因此針對(duì)此次過(guò)程的雨帶模式預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確,但量級(jí)存在一定偏差。

在“8.21”過(guò)程中,數(shù)值預(yù)報(bào)在20日20:00起報(bào)的500 hPa高度場(chǎng)中,21日08:00預(yù)報(bào)高空槽和副高的位置與實(shí)況基本吻合,但副高的形狀有所差異,且副高西脊點(diǎn)的位置與實(shí)況偏差2個(gè)經(jīng)度左右。但在21日20:00數(shù)值預(yù)報(bào)副高位置和強(qiáng)度、高空槽位置和強(qiáng)度卻與實(shí)況有較大偏差,實(shí)況副高維持穩(wěn)定少動(dòng),強(qiáng)度比數(shù)值預(yù)報(bào)偏強(qiáng),高空槽的位置也比預(yù)報(bào)偏南,且強(qiáng)度更強(qiáng)。因此副高外圍暖濕氣流與高空槽攜帶的冷空氣交匯,造成強(qiáng)降雨帶,而模式預(yù)報(bào)要偏弱,出現(xiàn)了漏報(bào)現(xiàn)象。

7.2 模式降水量預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

“8.17”過(guò)程主要是從17日夜間開始一直持續(xù)到18日白天,雨強(qiáng)不大,以穩(wěn)定性降水為主。從模式預(yù)報(bào)24 h的降水量數(shù)據(jù)來(lái)看,ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP 3個(gè)模式對(duì)此次過(guò)程的預(yù)報(bào)比較一致,3個(gè)模式均預(yù)報(bào)了烏蘭察布市南部地區(qū)的暴雨,但是NCEP中雨和大雨的量級(jí)預(yù)報(bào)比實(shí)況范圍更大,而ECMWF和GRAPES_GFS對(duì)中雨、大雨預(yù)報(bào)得比較準(zhǔn)確?？傮w來(lái)說(shuō),此次過(guò)程3個(gè)模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性較好,ECMWF和GRAPES_GFS較NCEP的預(yù)報(bào)效果更好。

“8.21”過(guò)程主要是從21日白天開始,且強(qiáng)降雨主要時(shí)段也是在白天,以混合性降水為主,對(duì)流發(fā)展比較旺盛,最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)45.6 mm/h。針對(duì)此次過(guò)程3個(gè)預(yù)報(bào)模式的降水量級(jí)普遍偏小,ECMWF和GRAPES_GFS主要以小雨量級(jí)為主,對(duì)中雨、大雨和暴雨都出現(xiàn)了漏報(bào),降水量級(jí)均與實(shí)況不符,預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較差。而NCEP相對(duì)其他兩個(gè)模式預(yù)報(bào)較強(qiáng),預(yù)報(bào)烏蘭察布市南部地區(qū)雨量量級(jí)偏大,與實(shí)況降水量偏差一個(gè)量級(jí)。因此針對(duì)此次對(duì)流性降水天氣,3個(gè)預(yù)報(bào)模式都出現(xiàn)了漏報(bào),預(yù)報(bào)效果較差。

8 結(jié)束語(yǔ)

文章從主要影響系統(tǒng)、高低層配置、水汽條件及模式預(yù)報(bào)之間的差異等方面,對(duì)發(fā)生在副高邊緣的兩次暴雨過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比分析,得出以下結(jié)論:

1)兩次過(guò)程都處于副高外圍的不穩(wěn)定環(huán)流之中,副高邊緣暖濕氣流與高空槽攜帶的冷空氣交匯,配合低層切變線,不穩(wěn)定能量得到觸發(fā),因此在副高邊緣出現(xiàn)了大范圍的強(qiáng)降水。

2)兩次過(guò)程500 hPa高度場(chǎng)相似,但兩次過(guò)程的強(qiáng)度和落區(qū)有明顯的差異,其主要原因是副高位置的變化,以及西風(fēng)帶槽脊、低層水汽和切變線位置的差異,其中副高位置的變化影響最大。

3)數(shù)值模式對(duì)于副高外圍的大范圍強(qiáng)降水有一定的可預(yù)報(bào)性,特別是GRAPES_GFS、ECMWF對(duì)副高外圍穩(wěn)定性降水的指示性較強(qiáng);對(duì)對(duì)流性的降水,降水落區(qū)預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確;數(shù)值模式對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)的指示意義較差,模式預(yù)報(bào)量級(jí)較弱。