基于MICPAS實(shí)況資料的兩次暴雨過程對比分析中的短時(shí)預(yù)報(bào)技巧

馬庚雪 （天津市北辰區(qū)氣象局 天津 300400)

0 引言

由于2012年雨水異常偏多，暴雨、大暴雨接連出現(xiàn)，給百姓的財(cái)產(chǎn)和人身安全造成不同程度的損失。隨之而來的城市內(nèi)澇也給市民的正常生活帶來了諸多不便。其中，7月21～22日降雨過程天津市共計(jì)損失1.5億元，北辰、武清、寶坻、寧河的城區(qū)及農(nóng)田積水4.4萬公頃，市區(qū)達(dá)18個(gè)積水片。造成如此大的損失的天氣災(zāi)害引起了各級政府的高度重視，這也無疑給氣象部門提出了更高的要求。

但是，在應(yīng)急值守的過程中我們發(fā)現(xiàn)，為了更及時(shí)、更準(zhǔn)確地作出臨近預(yù)報(bào)，僅依賴數(shù)值預(yù)報(bào)會有一定的局限性。一是數(shù)值預(yù)報(bào)資料更新速度是6～12h，相對來說時(shí)間較長。二是數(shù)值預(yù)報(bào)往往尺度較大，無法對局地天氣作出更精細(xì)的預(yù)報(bào)。所以，如何結(jié)合現(xiàn)有的更新速度及實(shí)況資料較快地做出短時(shí)臨近的局地預(yù)報(bào)就顯得格外重要。本文基于2012年7月21～22日過程（之后簡稱“7.21”過程）和7月28～29日過程（之后簡稱“7.28”過程）的micaps實(shí)況資料做簡單分析，試圖得到一些對暴雨鄰近預(yù)報(bào)有指導(dǎo)意義的方法。

1 實(shí)況雨量回顧

7月21日下午到22日凌晨（圖1a），天津地區(qū)普降暴雨，部分大暴雨，全市235個(gè)氣象站平均降水量109mm，其中特大暴雨4個(gè)站，大暴雨107個(gè)站，暴雨54個(gè)站。最大過程雨量和最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在寶坻的大白莊分別為297.5mm和94.4mm/h。市區(qū)平均降水量62.2mm。主要降水時(shí)段發(fā)生在21日前半夜到22日凌晨，為21日22時(shí)～22日03時(shí)。

圖1 天津地區(qū)24小時(shí)累計(jì)降水分布（單位：mm）

7月28日夜間（圖1b），天津的薊縣、寶坻、武清、漢沽、寧河、靜海、大港、津南、塘沽等地相繼出現(xiàn)雷陣雨或陣雨天氣，全區(qū)大暴雨1個(gè)站，暴雨2個(gè)站，大雨6個(gè)站。降水中心明顯偏北，中心發(fā)生在薊縣，薊縣降雨量達(dá)中到大雨（平均21.4mm），局部暴雨或大暴雨。最大過程雨量和最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在薊縣的西龍虎峪分別為103.5mm和49.4mm/h。降水主要時(shí)段發(fā)生在28日前半夜，為28日20時(shí)～29日00時(shí)。

2 預(yù)報(bào)分析

2.1 環(huán)流背景

7月21日08時(shí)，在500hPa上（見圖2），華北地區(qū)處于高空槽前和副熱帶高壓西北側(cè)，槽前的正渦度平流提供了有利于強(qiáng)降水天氣發(fā)生發(fā)展的大尺度上升條件。在850hPa上（圖略），整個(gè)華北地區(qū)也是處于東高西低的形勢，高低壓之間的偏南氣流向華北地區(qū)輸送水汽，有利于天津地區(qū)的水汽輻合和持續(xù)補(bǔ)充。在這種流型中，西風(fēng)帶以經(jīng)向環(huán)流為主，長波系統(tǒng)移動緩慢或停滯少動，副熱帶高壓也比較穩(wěn)定，且位置偏北，中低緯系統(tǒng)容易相互作用。

圖2 21日08時(shí)500hPa高度場

由圖3a所示，“7.28”過程的500hPa環(huán)流形勢與前一過程類似，也屬于副高邊緣與高空槽共同作用的降水過程。不同的是，“7.28”過程高空槽不夠深厚，而且副高更加強(qiáng)盛且588線北抬的更加明顯。這就造成了整個(gè)降水系統(tǒng)較“7.21”過程偏北。同時(shí)當(dāng)日20時(shí)（圖3b）副高的進(jìn)一步西伸也對水汽的輸送有一定的阻擋作用，不利于副高邊緣大尺度降水云系的生成。

圖3 500hPa高度場

21日08時(shí)（圖4a）500hPa槽線位于河套中部，中低層切變位于內(nèi)蒙、山西及陜西一帶，槽后500hPa有西北急流，天津位于槽前西南氣流控制中。天津地區(qū)濕度條件較好，高中低3層的濕舌（t-td<4℃）由西南向東北伸，中低層濕舌東伸更加明顯。與此同時(shí)，熱力條件和動力條件也相當(dāng)不錯(cuò)，850hPa假相當(dāng)位溫大于72℃的高能區(qū)，垂直速度負(fù)值區(qū)控制天津地區(qū)。在這種強(qiáng)熱力條件下，上升運(yùn)動的抽吸作用為對流運(yùn)動的發(fā)展起到了很好的促進(jìn)作用。

2.2 中尺度分析

圖4 中尺度分析圖

21日20時(shí)（圖4b）三層槽線與切變線逐步東移，850hPa切變線逐漸加強(qiáng)演變?yōu)槔淝泻团袃芍?，并在河北山西交界一帶呈低渦環(huán)流形勢。而且中高層濕舌進(jìn)一步東伸在華北地區(qū)重疊。850hPa假相當(dāng)位溫大于67℃的高能區(qū)仍然維持，同時(shí)大上升速度中心也配合上，上升運(yùn)動顯著。

28日08時(shí)（圖4c）三層槽線與切變線位于河北與內(nèi)蒙和山西交界一帶，三層急流顯著，其中天津地區(qū)盛行副高邊緣強(qiáng)大的西南氣流。中低層大濕區(qū)（t-td<4℃）配合在天津地區(qū)疊加，高能區(qū)850hPa假相當(dāng)位溫大于79℃，但是上升運(yùn)動很弱，不利于天津地區(qū)對流的發(fā)展。且從850hPa低渦中心和700hPa上升運(yùn)動中心的位置以及其他要素的配合看，本次過程較“7.21”過程系統(tǒng)整體偏北。

28日20時(shí)（圖4d）三層槽線及切變線東進(jìn)，850hPa切變線加強(qiáng)同樣演變?yōu)槔淝泻团袃芍?，但位置偏北，在?nèi)蒙東部呈現(xiàn)出低渦環(huán)流形勢。三層急流也位于東北三省一帶。中低層大濕區(qū)配合得很好，濕度條件不錯(cuò)，能量條件也維持。上升運(yùn)動加強(qiáng)，但大的上升運(yùn)動中心位于東北三省一帶。

綜上可以簡單歸納出，“7.21”過程的動力、熱力和濕度條件都有利的配合，其中動力條件作用更為顯著，而“7.28”過程的影響系統(tǒng)整體偏北，水汽條件充沛，熱力作用比較顯著，但動力作用不明顯。

2.3 垂直運(yùn)動

2.3.1 垂直運(yùn)動與降雨落區(qū) 由圖5可以清晰地看到700hPa垂直速度負(fù)值區(qū)（即上升速度區(qū)）和加密自動站的雨區(qū)在大尺度上都可以比較好地吻合上?？梢娚仙俣仁且粋€(gè)對流發(fā)展強(qiáng)盛的重要條件。但是對于范圍較小的地區(qū)可能也處于上升運(yùn)動區(qū)域內(nèi)卻沒有出現(xiàn)降水現(xiàn)象。我們在2.4中再分析一下影響局地降水的其他因素。

圖5 700hPa垂直速度和加密自動站雨量疊加圖

2.3.2 垂直運(yùn)動剖面 天津地區(qū)的經(jīng)度范圍大概是在116°～118°之間。圖6可見，“7.21”過程的動力條件很充足，上升運(yùn)動很強(qiáng)。21日08時(shí)（圖6a）天津地區(qū)500hPa以下均為上升氣流，并在700hPa與850hPa之間垂直運(yùn)動較強(qiáng)-12Pa/s左右。天津以西地區(qū)上升運(yùn)動更強(qiáng)，但向東迅速減小，渤海灣上空700hPa以上為下沉運(yùn)動區(qū)。到了20時(shí)（圖6b）上升運(yùn)動中心東移，天津上空上升運(yùn)動明顯加強(qiáng)，在500hPa附近接近上升運(yùn)動中心，上升運(yùn)動非常強(qiáng)盛垂直速度達(dá)-60Pa/s。而更大的上升運(yùn)動中心仍然在天津上游地區(qū)。相比之下，“7.28”的上升運(yùn)動偏弱。28日08時(shí)（圖6c），天津地區(qū)500hPa以下也為上升氣流控制，但受700hPa天津以西地區(qū)下沉氣流的影響，天津上空的上升速度很小，僅925hPa垂直速度較大為-6Pa/s。到20時(shí)（圖6d），上升運(yùn)動加強(qiáng)，天津上空500hPa附近為上升運(yùn)動中心，垂直速度達(dá)-27Pa/s。

圖6 垂直速度剖面

2.4 加密自動站

加密自動站資料為每小時(shí)更新的實(shí)況數(shù)據(jù)資料，可以顯示地面風(fēng)場、雨量、溫度、露點(diǎn)、氣壓等多個(gè)氣象要素。如果可以在這個(gè)資料中得到一些降水的前期先兆性特征，那么就能在時(shí)間上給短臨預(yù)報(bào)提高了效率。而且由于其是加密的自動站數(shù)據(jù)，比站點(diǎn)數(shù)據(jù)更加的密集，也給精細(xì)化的局地預(yù)報(bào)提供了便利。下面選取“7.28”過程降水前期幾個(gè)小時(shí)的加密自動站資料做分析得出，前期天津地區(qū)大部分為強(qiáng)大的西南偏南氣流控制，冷空氣偏北，一直沒有侵入天津境內(nèi)，導(dǎo)致在比較有利的大氣環(huán)流背景下降水遲遲沒有到來。19時(shí)（圖7a）在薊縣北部山區(qū)逐漸由偏北風(fēng)侵入，優(yōu)先在薊縣造成了地面風(fēng)場的符合，隨著冷暖空氣的交匯（圖7b），降水區(qū)逐漸侵入薊縣（圖7c）。由此可見地面幅合對于局地降水的形成具有一定的指示性作用。

圖7 加密自動站風(fēng)場和雨量疊加圖

2.5 云圖和雷達(dá)

由兩次過程的衛(wèi)星云圖和多普勒雷達(dá)圖可見（圖略），“7.21”過程為高空槽與副高共同作用的大尺度強(qiáng)對流，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)展最強(qiáng)盛時(shí)，其云系在南北向跨度達(dá)25個(gè)緯距，雷達(dá)回波大范圍達(dá)到50dbz，局部55dbz，并連成一條東北-西南走向的強(qiáng)帶狀回波向東南方向緩慢推進(jìn)，同時(shí)不斷有新的回波生成形成列車效應(yīng)。而“7.28”過程也受高空槽與副高共同作用，但副高較偏北，這種形勢下，地面形勢為東高西低，天津處于弱的低壓帶中，局地強(qiáng)對流系統(tǒng)較多。所以，天津地區(qū)主要受東北低渦外圍零散對流云團(tuán)影響，其云系比較零散，沒有形成大尺度的云帶。而且雷達(dá)回波也僅在條件有利的地方不斷生成，且回波分布相對零散、移速較快，除薊縣山區(qū)的部分地區(qū)外，強(qiáng)回波的維持時(shí)間并不長。

3 小結(jié)

①兩次過程的大尺度環(huán)流背景都為傳統(tǒng)的暴雨流型，在這種大形勢下中低緯系統(tǒng)容易相互作用，并同處副高邊緣高能區(qū)，且有850hPa較強(qiáng)的偏南氣流為華北地區(qū)帶來源源不斷的暖濕水汽輸送。

②“7.21”過程的動力、熱力和濕度條件都有利配合，其中動力條件作用更為顯著，而“7.28”過程的影響系統(tǒng)整體偏北，濕度條件不錯(cuò)，動力條件不明顯，但熱力作用更為顯著。

③兩個(gè)過程700hPa上升速度區(qū)和雨區(qū)在大尺度上都可以比較好地吻合上?！?.21”過程的上升運(yùn)動非常強(qiáng)盛，相比之下“7.28”過程的上升運(yùn)動較弱?？梢砸姷蒙仙俣仁且粋€(gè)對流發(fā)展強(qiáng)盛的重要條件。

④地面輻合對于局地降水的形成具有一定的指示性作用。即在其他條件都比較有利的情況下，地面有風(fēng)場輻合的地方有利于局地對流的發(fā)生發(fā)展。

⑤“7.21”過程為高空槽與副高共同作用的大尺度強(qiáng)對流，云系最強(qiáng)盛時(shí)跨度為25個(gè)緯距。雷達(dá)回波連成一條東北-西南走向的強(qiáng)帶狀回波向東南方向緩慢推進(jìn)，同時(shí)不斷有新的回波生成形成列車效應(yīng)。而“7.28”過程也受高空槽與副高共同作用，但副高較偏北，天津處于弱的低壓帶中，局地強(qiáng)對流系統(tǒng)較多。因此對流云系尺度較小，雷達(dá)回波分布相對零散，移速較快。

暴雨的發(fā)生和發(fā)展，大尺度環(huán)流背景必然重要。但是，其他物理?xiàng)l件的有利配合也必不可少。所以今后要想更好地做好暴雨的局地臨近訂正預(yù)報(bào)，應(yīng)在掌握好大尺度環(huán)流背景的基礎(chǔ)上，注重分析對暴雨有重要作用的物理量的分布情況，以提高預(yù)報(bào)精確度和預(yù)報(bào)效率。■

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