沈陽(yáng)局地暴雨過(guò)程預(yù)報(bào)失誤分析

朱國(guó)明，胡 壯，張思瑤

（1.民航東北地區(qū)空中交通管理局，遼寧沈陽(yáng)110043；2.民航西南空管局，四川成都610202；3.沈陽(yáng)市氣象局，遼寧沈陽(yáng)110168）

暴雨空間尺度小、持續(xù)時(shí)間短、降水強(qiáng)度大和成因復(fù)雜等特點(diǎn)一直是預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)[1-4]。許多學(xué)者對(duì)暴雨的氣候特征、環(huán)流形勢(shì)、結(jié)構(gòu)特征和水汽來(lái)源等做了大量的工作。肖遞祥等[5]選取35年四川盆地出現(xiàn)的極端暴雨天氣個(gè)例，分析了氣候特征、環(huán)流形勢(shì)、影響系統(tǒng)及中尺度對(duì)流環(huán)境條件，結(jié)果表明大多數(shù)極端暴雨都出現(xiàn)在持續(xù)性暴雨過(guò)程中，暴雨中心主要出現(xiàn)在盆地西北部和西南部，極端暴雨過(guò)程具有低層高比濕、整層相對(duì)濕度大、暖云層厚、CAPE呈狹長(zhǎng)形態(tài)、垂直風(fēng)切變小等特征。雷蕾等[6]針對(duì)2016年7月19～20日華北極端暴雨中的低渦系統(tǒng)發(fā)展演變的結(jié)構(gòu)特征和加強(qiáng)機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：中低層低渦系統(tǒng)快速發(fā)展過(guò)程與高低空系統(tǒng)構(gòu)成耦合作用有關(guān)，低渦系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)一步強(qiáng)化了低空暖平流，促使低空氣旋向東北方向發(fā)展移動(dòng)，這一正反饋過(guò)程形成的耦合環(huán)流不僅造成了整個(gè)渦度柱強(qiáng)度增強(qiáng)，而且垂直結(jié)構(gòu)上逐漸由傾斜渦柱演變?yōu)榻跤谥绷⒌臏u柱。為了更好地研究沈陽(yáng)本地局地暴雨預(yù)報(bào)，本文利用實(shí)況氣象觀測(cè)資料、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)產(chǎn)品、雷達(dá)探測(cè)產(chǎn)品和地基GPS/MET觀測(cè)網(wǎng)大氣可降水量（PWV）數(shù)據(jù)，針對(duì)2017年8月

3日沈陽(yáng)局地暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，反思預(yù)報(bào)思路，探討模式預(yù)報(bào)誤差，尋求預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。

1 降水過(guò)程概述

2017年8月3 日07時(shí) ～4日06時(shí)，沈陽(yáng)地區(qū)出現(xiàn)大雨局部暴雨天氣，降水量分布不均勻，強(qiáng)降水落區(qū)主要集中在沈陽(yáng)新民、康平和法庫(kù)地區(qū)。全市7個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站平均降水量26．5 mm，全市245個(gè)氣象觀測(cè)站平均降水量17．1 mm，最大降水量出現(xiàn)在新民柳河溝為93．1 mm，最大降水強(qiáng)度出現(xiàn)在法庫(kù)十間房為44．3 mm/h。

2 降水預(yù)報(bào)失誤分析

預(yù)報(bào)員主觀預(yù)報(bào)2017年8月3日傍晚到夜間沈陽(yáng)地區(qū)將出現(xiàn)暴雨、局部大暴雨天氣過(guò)程，其中康平、法庫(kù)和新民地區(qū)降水量可能超過(guò)150．0 mm。對(duì)比實(shí)況降水量，預(yù)報(bào)失誤主要體現(xiàn)在沈陽(yáng)市區(qū)的暴雨空?qǐng)?bào)。本文反思預(yù)報(bào)思路，探討模式預(yù)報(bào)誤差，尋求預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為臨近訂正預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

2.1 模式環(huán)流背景檢驗(yàn)

檢驗(yàn)不同起報(bào)時(shí)刻ECMWF模式預(yù)報(bào)2017年8月3日08時(shí)700 hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)（圖1a、2c、3e）可知，2017 年 7月 31 日 20 時(shí)起報(bào)，低渦中心位于河北省與遼寧省交界處，閉合環(huán)流中，偏南風(fēng)風(fēng)速較強(qiáng)，偏北風(fēng)風(fēng)速較弱；2017年8月1日20時(shí)起報(bào)，低渦中心較前一起報(bào)時(shí)刻位置偏北，低渦北部延伸出風(fēng)速的輻合切變，偏南風(fēng)進(jìn)一步增強(qiáng)；2017年8月2日20時(shí)起報(bào)，低渦中心位置較前一起報(bào)時(shí)刻變化不明顯，但輻合明顯增強(qiáng)。檢驗(yàn)不同起報(bào)時(shí)刻ECMWF模式預(yù)報(bào)2017年8月3日20時(shí)700hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)的穩(wěn)定性（圖 1b、1d、1f）可知，2017年7月31日20時(shí)起報(bào)，低渦中心位于遼寧省中北部地區(qū)，沈陽(yáng)地區(qū)上空為一致的西南氣流；2017年8月1日20時(shí)起報(bào)，低渦中心位置較前一起報(bào)時(shí)刻明顯偏北；2017年8月2日20時(shí)起報(bào)，切變線較前一起報(bào)時(shí)刻移速偏快，切變線前側(cè)的西南急流剛好位于沈陽(yáng)地區(qū)上空。從檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，ECMWF模式預(yù)報(bào)的700hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)存在明顯的不確定性。

圖 1 2017年 7月 31日 20時(shí)（a、b）、8月 1日 20時(shí)（c、d）和 8月 2日 20時(shí)（e、f）起報(bào) ECMWF模式預(yù)報(bào) 2017年 8月 3日 08時(shí)（a、c、e）和 8月 3日20時(shí)（b、d、f）850 hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)

圖2 2017年8月 2日20時(shí)起報(bào)ECMWF模式預(yù)報(bào)12～24小時(shí)（a、b）、24～36小時(shí)（c、d）的對(duì)流性降水量（a、c）和大尺度降水量（b、d）

圖3 2017年8月3日20時(shí)起報(bào)ECMWF模式預(yù)報(bào)遼寧地區(qū)850hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)的分析場(chǎng)（a）和 0～3小時(shí)預(yù)報(bào)場(chǎng)（b）

2.2 模式降水預(yù)報(bào)失誤

分析2017年8月2日20時(shí)起報(bào)ECMWF模式預(yù)報(bào)未來(lái)對(duì)流性降水量和大尺度降水量（圖2），2017年8月3日08時(shí)～20時(shí)，新民站（區(qū)站號(hào)；54333）累計(jì)降水量39．2mm，其中對(duì)流降水量 5．8mm，大尺度降水量 33．4mm；2017年 3日 20時(shí) ～4日 08時(shí)，沈陽(yáng)城區(qū)累計(jì)降水量70．8mm，其中對(duì)流降水量9．7mm，大尺度降水量61．2mm。由此可見，ECMWF模式預(yù)報(bào)的累計(jì)降水量主要是大尺度降水，即降水是由大尺度系統(tǒng)產(chǎn)生，而ECMWF模式預(yù)報(bào)的對(duì)流性降水量最大不超過(guò)10 mm，即降水由中、小尺度系統(tǒng)產(chǎn)生的比例較小。

2.3 模式大尺度降水預(yù)報(bào)誤差

從ECMWF模式對(duì)降水系統(tǒng)的調(diào)整來(lái)分析模式預(yù)報(bào)大尺度降水的誤差，圖3a給出了2017年8月3日20時(shí)ECMWF模式遼寧地區(qū)850hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)的分析場(chǎng)，2017年8月2日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)8月3日20時(shí)的低空切變線較實(shí)況明顯偏慢，且預(yù)報(bào)的西南風(fēng)和偏南風(fēng)的水汽輻合消失，轉(zhuǎn)為西南風(fēng)的水汽通道。2017年8月3日23時(shí)，系統(tǒng)快速東移，水汽輻合區(qū)位于沈陽(yáng)市區(qū)的東南，暖濕的對(duì)流環(huán)境消失。

為了進(jìn)一步分析沈陽(yáng)城區(qū)上空的水汽特征，通過(guò)分析2017年8月3日20時(shí)～3日23時(shí)逐小時(shí)大氣可降水量的探測(cè)結(jié)果。2017年8月3日20時(shí)大氣可降水量的大值區(qū)（≥65．0 mm）主要集中在遼寧中南部地區(qū)，沈陽(yáng)城區(qū)上空并未出現(xiàn)水汽的堆積區(qū)。水汽堆積區(qū)向東北方向移動(dòng)，擦過(guò)沈陽(yáng)東南部地區(qū)，2017年8月2日20時(shí)起報(bào)ECMWF模式預(yù)報(bào)，2017年8月3日20時(shí)沈陽(yáng)城區(qū)上空的水汽輻合區(qū)并未出現(xiàn)，因此導(dǎo)致沈陽(yáng)城區(qū)的暴雨空?qǐng)?bào)。

3 結(jié)論

本文利用實(shí)況氣象觀測(cè)資料、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)產(chǎn)品和地基GPS/MET觀測(cè)網(wǎng)大氣可降水量（PWV）數(shù)據(jù)，針對(duì)2017年8月3日沈陽(yáng)局地暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，反思預(yù)報(bào)思路，探討模式預(yù)報(bào)誤差，尋求預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，結(jié)果表明：

不同起報(bào)時(shí)刻ECMWF模式預(yù)報(bào)的700 hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)，切變線的位置和兩側(cè)風(fēng)速大小存在明顯的不確定性。

ECMWF模式預(yù)報(bào)的降水量主要是由大尺度降水產(chǎn)生，對(duì)對(duì)流性降水估計(jì)明顯不足。對(duì)降水系統(tǒng)的位置及風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致大尺度降水落區(qū)處于不段調(diào)整，使沈陽(yáng)城區(qū)對(duì)流環(huán)境發(fā)生改變，預(yù)報(bào)城區(qū)上空西南風(fēng)和偏南風(fēng)的水汽輻合消失，轉(zhuǎn)為西南風(fēng)的水汽通道，水汽輻合區(qū)出現(xiàn)在城區(qū)東南部，因此導(dǎo)致沈陽(yáng)城區(qū)暴雨空?qǐng)?bào)。

可以利用大氣可降水量的監(jiān)測(cè)資料，來(lái)判斷水汽輻合區(qū)，進(jìn)而訂正模式預(yù)報(bào)。