2014年河南汛期久旱轉(zhuǎn)雨過程分析及模式預(yù)報檢驗

崔麗曼

（河南省氣象臺，鄭州 450003）

2014年河南汛期久旱轉(zhuǎn)雨過程分析及模式預(yù)報檢驗

崔麗曼

（河南省氣象臺，鄭州 450003）

利用常規(guī)氣象觀測資料、土壤相對濕度監(jiān)測資料以及數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品對2014年汛期的久旱轉(zhuǎn)雨過程進行了分析和檢驗。結(jié)果表明：環(huán)流調(diào)整是久旱轉(zhuǎn)雨過程的必要條件；500hPa高空槽東移配合中低層切變線和低空急流東伸加強及地面倒槽發(fā)展形成了此次天氣過程；低空急流發(fā)展為此次暴雨提供充沛的水汽，暴雨落區(qū)與水汽通量和水汽通量散度以及垂直速度大值區(qū)位置相吻合，另外850～700hPa大于64℃是此次暴雨預(yù)報的指標之一。對T639和ECMWF模式產(chǎn)品檢驗分析表明，兩個模式都對穩(wěn)定性降水預(yù)報有優(yōu)勢，ECMWF-THIN模式對降水預(yù)報有48小時提前量。

久旱轉(zhuǎn)雨；影響系統(tǒng)；物理量診斷；數(shù)值模式檢驗

引言

2014年入汛后，河南省遭遇了歷史罕見的特大干旱，其中河南省西南部地區(qū)自6月1日至8月28日的連續(xù)近90天內(nèi)未出現(xiàn)有效降水過程。此次嚴重干旱導(dǎo)致農(nóng)作物受旱，部分地塊秋作物因旱絕收，特別是平頂山出現(xiàn)了61年來的嚴重干旱。直到8月29日，河南才出現(xiàn)入汛以來的第一次區(qū)域性暴雨過程，這場透雨明顯緩解了旱情。這次入汛以后的區(qū)域降水過程出現(xiàn)的時間之晚，導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)損失之重均創(chuàng)歷史極值，因此進行系統(tǒng)分析研究，總結(jié)其發(fā)生、發(fā)展特點，將為久旱轉(zhuǎn)雨的預(yù)報提供重要的參考依據(jù)。

有關(guān)河南干旱和久旱轉(zhuǎn)雨過程方面，一些學(xué)者已做了大量的研究工作［1］。古秀杰［2］對河南省一次久旱轉(zhuǎn)雨過程進行分析，結(jié)果表明干旱期間500hPa高度場長期維持“西高東低”的環(huán)流形勢，暴雨時段環(huán)流則迅速調(diào)整為“東高西低”。司瑤冰［3］等對蒙古干旱轉(zhuǎn)雨大氣環(huán)流進行了分析，黃榮輝等［4］對我國西南地區(qū)干旱進行了研究后發(fā)現(xiàn)高原東部為槽后西北氣流和下沉氣流所控制，造成了孟加拉灣水汽很難到達云貴高原而導(dǎo)致干旱天氣出現(xiàn)，趙世發(fā)［5］等、馬艷［6］等對久旱轉(zhuǎn)雨過程進行了研究表明：當發(fā)生干旱時，大氣環(huán)流通常呈現(xiàn)相對穩(wěn)定、長期少變的形勢，這種穩(wěn)定的環(huán)流形勢一旦崩潰或進行調(diào)整就是一次久旱轉(zhuǎn)雨的天氣過程，且低槽對轉(zhuǎn)折性降水主要體現(xiàn)為動力作用。黃遠盼等［7］、許霖等［8］、黃翠銀等［9］分析了夏季暴雨，結(jié)果顯示中低空切變的出現(xiàn)為降雨提供了水汽輻合和上升動力條件，切變線的位置決定降雨的落區(qū)，中低空急流的出現(xiàn)和維持為降雨提供水汽條件，急流的強度和維持時間決定降雨量的大小。另外，很多學(xué)者［10-13］對數(shù)值模式預(yù)報進行了檢驗分析，提高了模式產(chǎn)品在天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中的釋用水平。

本文利用地面和高空氣象觀測資料、T639和ECMWF-THIN（歐洲中心細網(wǎng)格）模式資料，探討了河南入汛后首次區(qū)域性暴雨過程的降水機制，對比分析ECMWF-THIN和T639兩種模式對此次久旱轉(zhuǎn)雨過程的預(yù)報能力，將進一步提高防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 2014年6-8月天氣實況

1.1 2014年汛期持續(xù)干旱天氣實況

入汛直至8月28日，河南西南部一直無有效降水并且出現(xiàn)了極端、持續(xù)的高溫天氣使河南旱情不斷發(fā)展加重。7月到8月上旬，河南有24天出現(xiàn)大范圍35度以上高溫天氣，其中7月21-22日，588dagpm線明顯西伸北抬控制河南，850hPa為24oC暖舌發(fā)展并控制河南南部地區(qū)，對應(yīng)地面西南暖倒槽發(fā)展強烈，造成河南西南部地區(qū)連續(xù)2天出現(xiàn)39℃以上高溫天氣，平頂山兩天最高溫度達到40℃；8月3-4日，584dagpm線西伸北抬控制河南，850hPa為22℃暖舌控制河南大部分地區(qū)，對應(yīng)地面同樣出現(xiàn)了西南暖倒槽發(fā)展強烈，造成平頂山4日最高溫度達到41℃，超過同期歷史極值。

由6月1日-8月28日的河南省降水距平顯示，黃淮之間大部分地區(qū)降水總體偏少50%以上，尤其是西南部、中部一帶降水距平為-70%～-80%，降水嚴重偏少，從土壤相對濕度來看，8月28日14時西南部土壤相對濕度僅30%～40%，表明干旱程度非常嚴重，在汛期內(nèi)發(fā)生如此嚴重的長達90天的干旱天氣比較罕見。

1.2 大氣環(huán)流形勢的演變分析

2014年入汛到8月中旬，河南省長期處于“西高東低”的環(huán)流形勢下，導(dǎo)致汛期出現(xiàn)嚴重干旱。500hPa平均高度場演變顯示，6月東北地區(qū)明顯有一低渦存在，副高位置較常年偏南，河南處于強盛的西北氣流控制下，導(dǎo)致旱情發(fā)展較快；7月副高北抬到我國華南地區(qū)，位于25°N附近，但是副熱帶高壓主體位置仍偏東，貝加爾湖到我國河套西部一帶高壓脊穩(wěn)定存在，河南仍受高壓脊前西西北氣流控制，不利于河南省產(chǎn)生和維持大范圍持續(xù)性的降水天氣。進入8月中旬以后中高緯度大氣環(huán)流出現(xiàn)了調(diào)整，降水發(fā)生前期，8月20～27日500hPa環(huán)流形勢出現(xiàn)了明顯的改變：東北冷渦強度減弱，貝加爾湖地區(qū)的冷空氣南下，影響到河南地區(qū)，副熱帶高壓繼續(xù)發(fā)展加強，來自南海的水汽輸送同時增強，冷暖空氣交匯于河南地區(qū)，有利于河南地區(qū)出現(xiàn)降水天氣。

1.3 入汛以來首場暴雨實況

8月29日17時～9月1日07時，河南省出現(xiàn)了大范圍的降水天氣，其中東南部達到了區(qū)域性暴雨標準。此次降水過程的雨量分布不均，全省平均雨量為38mm，除東北部降水不足10mm外，其它大部分地區(qū)降水量30～80mm；14個地市平均降雨量在20mm以上，其中平均降水量在50mm以上的地市有信陽市70mm、駐馬店65mm、漯河59mm、三門峽54mm、周口53mm、洛陽52mm；平頂山全區(qū)平均降水量為40mm。此次降水過后，河南全省大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)旱情基本解除，9月1日14時，河南全省大部分地區(qū)土壤相對濕度在50%以上，大部分區(qū)域墑情適宜，甚至偏濕。

2 入汛以來首場暴雨的影響系統(tǒng)

此次久旱轉(zhuǎn)雨過程主要是由29日20時～31日20時500hPa高空槽東移、中低層切變線影響同時配合地面上有西南倒槽東伸發(fā)展所致。30日08時低槽東移至河套西部，588線明顯東退至南陽到信陽地區(qū)（圖1a），中低層切變線分別位于陜西和湖北，700hPa低空急流伸向河南西南部（圖1b）。30日20時588線東退至湖北中部，同時中緯度低槽快速東移至河南西部，700hPa切變線東移，位于湖北的850hPa切變線北抬到河南中部，700hPa低空急流自重慶、湖北伸向河南東南部，急流加強為此次暴雨提供了充足的水汽條件和輻合上升運動條件，從實況降水落區(qū)來看，東南部暴雨區(qū)基本位于急流出口的左側(cè)。

30日14時西南倒槽發(fā)展并伸展到安徽中部一帶，河南東南部地區(qū)處于倒槽頂部的偏東氣流里，17～20時倒槽持續(xù)發(fā)展，23時地面倒槽發(fā)展到山東省中西部一帶，信陽南部出現(xiàn)了低壓中心，黃河以南地區(qū)的東北氣流加強明顯。從地面倒槽和風(fēng)場發(fā)展演變來看，從30日14時開始，隨著倒槽強烈發(fā)展西南暖濕空氣與來自渤海的東北冷空氣交匯于河南省南部、東南部一帶，與東南部暴雨落區(qū)位置基本吻合。隨著天氣系統(tǒng)東移，31日20時河南降水過程基本結(jié)束。

3 物理量診斷分析

3.1 低空急流與水汽條件

低空急流為暴雨提供水汽條件，分析表明：8月29日20時700hPa的切變線位于湖北北部一帶，30日08～20時河南南部地區(qū)受切變線南側(cè)偏南風(fēng)影響，700hPa上東南急流達到18m·s-1（圖略）；低空南風(fēng)急流的建立和發(fā)展使高濕區(qū)向北擴展，從孟加拉灣和南海向北輸送的水汽在河南中南部地區(qū)形成相對濕度＞90%的高濕區(qū)。低空南風(fēng)急流把熱帶洋面的水汽向北輸送，和北方冷空氣在青島地區(qū)交匯，造成了30～31日河南南部暴雨過程。

為了了解此次暴雨過程的水汽輸送和水汽的輻合輻散情況，特別分析了水汽通量和水汽通量散度的變化。河南南部29日20時～30日08時僅700hPa處于水汽通量和水汽通量輻合高值區(qū)內(nèi)，數(shù)值中心分別為8gcm-1hPa-1s-1、-12gcm-2hPa-1s-1；30日20時700～925hPa河南南部均處于水汽通量和水汽通量的輻合區(qū)的高值區(qū)，由孟加拉灣經(jīng)高原東部、四川盆地東部到河南南部為水汽輸送大值帶，其中850～925hPa河南南部上空水汽通量約為10～12gcm-1hPa-1s-1，700hPa水汽通量中心為14gcm-1hPa-1s-1，河南東南部地區(qū)是一個水汽通量散度大值區(qū)，最大值分別達到了-20、-16gcm-2hPa-1s-1，此水汽通量散度大值區(qū)與暴雨落區(qū)較吻合。

圖1 2014年8月29日08時-8月31日20時500hPa高空槽和588dagpm動態(tài)圖（a）和2014年8月29日08時-8月31日20時700、850hPa切變線和急流演變（b）

3.2 動力條件

2014年8月30日08時，500hPa河南東部處于弱上升運動區(qū)內(nèi)，但是700hPa以下河南大部分地區(qū)處于下沉運動區(qū)里。30日20時，隨著西風(fēng)槽的移動和低層切變線影響，500hPa和700hPa（圖2）河南上空大部分地區(qū)是輻合的，上升運動大值區(qū)均位于河南東南部地區(qū)，中心值分別為為-2.8Pas-1、-1.6Pas-1。31日08時500hPa上升運動中心位于河南南部地區(qū)，中心速度達到-3.9Pas-1。上升運動不僅為氣流輸送和高低空能量交換提供了條件，也是降水形成的重要動力因子。

圖2 2014年8月30日20時700hPa垂直速度（單位：Pas-1）

3.3 熱力條件分析

圖3 2014年8月30日20時700hPa（a）和850hPa（b）假相當位溫場（單位：℃）

水汽條件的分析表明，這次降水過程中河南都處于850hPa相對濕度＞80%的區(qū)域，水汽還是比較充沛的。而假相當位溫是氣壓、水汽壓和溫度的函數(shù)，表征著大氣的暖濕能量特征。許多學(xué)者的研究表明，850hPa的高值區(qū)對暴雨預(yù)報有一定的指示意義。29日20時西南部大于60℃，其它地區(qū)低于60℃，但是30日河南南部均處于相對高值區(qū)。30日08時700hPa高能舌向北伸，河南大部分地區(qū)大于60℃，河南南部地區(qū)為64～68℃，但是850hPa變化不大；30日20時850hPa高能舌也向北伸，河南大部分地區(qū)700～850hPa均大于60℃，河南南部均大于64℃（圖3a），河南南部850hPa達到68～72℃（圖3b）；31日08時，河南全省700～850hPa均小于64℃。

陶詩言認為，對于我國東部地區(qū)暴雨發(fā)生的條件為850hPa臨界值為64℃。對于此次降水過程來說，河南南部地區(qū)700～850hPa在30日20時均大于64℃，且暴雨就發(fā)生在這一區(qū)域內(nèi)，說明這一指標具有一定的預(yù)報意義。

4 數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品檢驗分析

4.1 588 線位置和850hPa風(fēng)場預(yù)報檢驗

實況顯示，從29日20時開始，588dagpm線逐漸南壓東退，副高邊沿西南暖濕氣流與低槽攜帶的冷空氣交匯于河南地區(qū)，河南省南部出現(xiàn)了區(qū)域暴雨天氣。T639和ECMWF-THIN兩種模式對29～31日副高東退南壓的趨勢均提前10天。

ECMWF-THIN模式27日～29日逐日20時預(yù)報30日20時850hPa風(fēng)場與T639模式相比更接近實況。27日20時預(yù)報河南南部有弱切變線存在但位置與實況相比明顯偏南，29日20時河南南部切變線位置預(yù)報與28日相比調(diào)整不大，僅切變線北側(cè)風(fēng)速預(yù)報比28日偏強，但是根據(jù)切變線預(yù)報結(jié)果，可以提前72小時預(yù)報河南南部出現(xiàn)的降水天氣。

4.2 降水預(yù)報檢驗

對30日08時-31日08時24小時降水落區(qū)預(yù)報檢驗來看，T639模式預(yù)報的調(diào)整較大，27日20時預(yù)報強降水在陜西東部到河南西部一帶，降水量級達到大暴雨，28日20時降水量級調(diào)整為大雨，29日20時降水落區(qū)調(diào)整到河南東南部，量級暴雨，降水落區(qū)預(yù)報為信陽地區(qū)，與實況降水落區(qū)較一致，預(yù)報提前24小時。ECMWF-THIN模式（圖4）對量級預(yù)報均為暴雨、落區(qū)逐漸向南調(diào)整，且28日20時預(yù)報出河南南部的暴雨落區(qū)，預(yù)報有48小時的提前量。

圖4 30日08～31日08時降水實況降水與ECMWF-THIN模式預(yù)報（黑線為實況場，陰影為預(yù)報場）（單位：mm）

5 結(jié)論

（1）7月中旬到8月上旬持續(xù)高溫天氣是河南旱情持久的一個原因。8月環(huán)流調(diào)整是久旱轉(zhuǎn)雨的必要條件。

（2）此次河南久旱轉(zhuǎn)雨過程是由高空槽自河套西部東移、副熱帶高壓東退、配合中低層切變線和低空急流影響同時地面西南暖倒槽強烈發(fā)展影響所致。

（3）物理量場的分析可知，暴雨落區(qū)與水汽通量、水汽通量散度和垂直上升運動大值區(qū)相吻合；850～700hPa大于64℃是此次暴雨預(yù)報的指標之一。

（4）對ECMWF-THIN模式和T639模式產(chǎn)品檢驗顯示，兩個模式都提前10天預(yù)報588dagpm東退南壓的趨勢；兩種模式都對穩(wěn)定性的降水預(yù)報表現(xiàn)出優(yōu)越性，ECMWF-THIN模式降水預(yù)報能力更優(yōu)。

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Diagnostic Analysis and Numerical Predication M odel Verification of the Process from Drought to Rain During the rainy season in Henan of 2014

Cui Li-man
（Henan Provincial Meteorological Observatory，Zhengzhou Henan 450003，China）

Based on the meteorological observation data，soil humidity data and numerical model forecast products，the weather characteristics of the drought turning to rain process in 2014 were analyzed and verified.The results show that the adjustment of circulation is a necessary condition for this turning process；and the cooperation between moving eastward 500hPa upper trough and strengthening eastward low-level shear line and low-level jet as well as the development of inverted trough led to this weather process；furthermore，the development of low-level jet provided abundant moisture for the rainstorm，the rainstorm area corresponded to the large value area of vapor flux and its divergence and the vertical velocity.In addition，＞64℃of 850～700hPa is one of the indicators of the storm forecast.Both T639 and ECMWF forecast have advantages about stable precipitation；and ECMWF-THIN model can predicted 48 hours in advance.

long drought turning to raining；influencing system；physical diagnosis；verification of numerical predication model

P45

A

1673-8411（2016）01-0025-05

2015-12-11

崔麗曼（1982-），女，滿族，碩士，工程師，從事天氣預(yù)報工作。