基于數(shù)值模式產(chǎn)品的廣西冰雹客觀預(yù)報(bào)方法研究

莫麗霞，高憲權(quán)，歐徽寧，周云霞，梁維亮

(1.廣西壯族自治區(qū)賀州市氣象局，廣西 賀州 542899；2.廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，廣西 南寧 530022)

引 言

冰雹產(chǎn)生于強(qiáng)烈發(fā)展并具有組織化的中尺度對(duì)流系統(tǒng)，由于其致災(zāi)嚴(yán)重，且具有發(fā)展演變迅速、時(shí)間空間尺度小等特點(diǎn)[1-5]，其預(yù)報(bào)預(yù)警一直是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。自2009年起，國(guó)家氣象中心以強(qiáng)對(duì)流天氣分析規(guī)范[6-8]為指導(dǎo)，以“配料法”[9-11]為主要技術(shù)方法建立了一套分類強(qiáng)對(duì)流短期主客觀預(yù)報(bào)體系，目前強(qiáng)對(duì)流短期潛勢(shì)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)已趨于成熟。2010—2015年4—9月國(guó)家級(jí)強(qiáng)對(duì)流天氣落區(qū)主觀分類預(yù)報(bào)產(chǎn)品的客觀檢驗(yàn)結(jié)果顯示，強(qiáng)對(duì)流天氣落區(qū)主觀預(yù)報(bào)TS(threat score)評(píng)分總體呈上升趨勢(shì)，但風(fēng)雹類預(yù)報(bào)評(píng)分明顯低于雷暴和短時(shí)強(qiáng)降水[12]。而強(qiáng)對(duì)流天氣客觀分類預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)表明，雷暴和短時(shí)強(qiáng)降水的客觀概率預(yù)報(bào)具有一定的預(yù)報(bào)能力和參考意義，對(duì)冰雹和雷暴大風(fēng)的客觀預(yù)報(bào)檢驗(yàn)尚未開展[13]。

不同區(qū)域冰雹發(fā)生的環(huán)境參數(shù)特征有地域差異性，了解各地冰雹發(fā)生時(shí)的環(huán)境物理量特征及其變化對(duì)冰雹天氣主客觀潛勢(shì)預(yù)報(bào)可以提供一定的參考[14-18]。近年來，利用各種方法建立的冰雹客觀預(yù)報(bào)系統(tǒng)在不同區(qū)域也取得了一定的預(yù)報(bào)效果[19-21]。廣西地屬華南，強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，除鋒面強(qiáng)對(duì)流天氣外，還有與冷鋒活動(dòng)無直接關(guān)系的暖區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣。華南暖區(qū)暴雨具有獨(dú)特的中尺度對(duì)流特性，其觸發(fā)機(jī)制和對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展及組織傳播、維持機(jī)制有較多相關(guān)研究[22-26]。然而對(duì)于華南暖區(qū)雷暴大風(fēng)及冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的研究并不多見，其中蒙遠(yuǎn)文[27]總結(jié)了華南暖區(qū)強(qiáng)對(duì)流的預(yù)報(bào)關(guān)鍵在于高層冷平流、低層暖平流的相互配置以及對(duì)流層中層低值擾動(dòng)系統(tǒng)的觸發(fā)。

本文通過對(duì)2012—2016年廣西高空、地面觀測(cè)資料及高時(shí)空分辨率的再分析資料進(jìn)行相關(guān)物理量參數(shù)診斷分析，結(jié)合本地特點(diǎn)盡可能優(yōu)化、完善預(yù)報(bào)指標(biāo)，建立廣西冰雹天氣發(fā)生的預(yù)報(bào)指標(biāo)及預(yù)報(bào)方程，以期為廣西冰雹天氣短期時(shí)效內(nèi)的潛勢(shì)分析和預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 資料及相關(guān)技術(shù)定義

所用資料為2012—2018年廣西90個(gè)基準(zhǔn)、基本和一般地面氣象觀測(cè)站上報(bào)的重要天氣報(bào)(WS報(bào))及信息員上報(bào)的冰雹實(shí)況，同期歐洲中心103°E—113°E、20°N—27°N范圍內(nèi)逐6 h再分析資料，分辨率為0.125°×0.125°，包括500、700、850、1000 hPa的東西風(fēng)分量(u)、南北風(fēng)分量(v)，500、850、925 hPa相對(duì)濕度(RH)，1000～200 hPa間隔50 hPa的各層位勢(shì)(φ)及溫度(T)，并由此換算對(duì)應(yīng)層次的位勢(shì)高度(H)和0 ℃層、-20 ℃層高度。

通過分析2012—2016年資料，總結(jié)建立冰雹客觀預(yù)報(bào)方法，再利用2017—2018年資料進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)檢驗(yàn)所用的冰雹實(shí)況增加了源自中國(guó)天氣網(wǎng)、各地政府信息網(wǎng)等可靠網(wǎng)站報(bào)道的相關(guān)信息。

參考相關(guān)研究[28-30]定義，將廣西90個(gè)基準(zhǔn)、基本和一般地面氣象觀測(cè)站24 h內(nèi)出現(xiàn)冰雹站數(shù)Nhail≥10的過程稱為大范圍冰雹過程；5≤Nhail<10的過程為區(qū)域性冰雹過程；Nhail<5的過程為局地性冰雹過程。雹粒直徑(D)大小規(guī)定：D<20 mm為小冰雹，20 mm≤D<50 mm為大冰雹，D≥50 mm為特大冰雹。

根據(jù)以上技術(shù)規(guī)定及WS報(bào)文、信息員上報(bào)情況，選取2012—2016年24 h內(nèi)冰雹出現(xiàn)站數(shù)≥5站，或特大冰雹站數(shù)≥1站的天氣過程為研究對(duì)象。統(tǒng)計(jì)共出現(xiàn)3次大范圍冰雹天氣過程，其中1次罕見的高架雷暴過程發(fā)生在2012年2月27日，簡(jiǎn)稱“120227”過程(發(fā)生冰雹13站)，高架雷暴是指雷暴云云底在邊界層以上的雷暴，與邊界層內(nèi)不穩(wěn)定空氣抬升觸發(fā)的對(duì)流不同，高架雷暴觸發(fā)于冷鋒后或暖鋒前距離鋒面110 km以外的大氣邊界層以上[31-34]，由于其物理參數(shù)特征與一般強(qiáng)對(duì)流過程有明顯不同，需加以區(qū)別研究，因此將其剔除。另外2次大范圍冰雹天氣過程為“130323”過程(發(fā)生冰雹11站)、“160417”過程(發(fā)生冰雹35站)。區(qū)域性降雹過程4次，分別為“130326”(發(fā)生冰雹5站)、“130424”(發(fā)生冰雹6站)、“130425”(發(fā)生冰雹9站)、“140331”(發(fā)生冰雹5站)過程；局地性特大冰雹天氣過程3次，分別為“130318”(發(fā)生冰雹1站)、“150406”(發(fā)生冰雹3站)和“160410”(發(fā)生冰雹3站)過程。以上選取的9個(gè)過程共發(fā)生冰雹78站次。

2 環(huán)流特征

根據(jù)歷史冰雹過程的環(huán)流形勢(shì)及影響系統(tǒng)對(duì)廣西冰雹天氣進(jìn)行分類：冷空氣影響類冰雹，由冷空氣南下與暖濕氣流相匯合觸發(fā)，如“130318”、“130326”、“130425”、“140331”和“160410”過程；暖區(qū)類冰雹，在單一的暖氣團(tuán)內(nèi)由邊界層輻合線或低空偏南風(fēng)風(fēng)速的脈動(dòng)配合中高層干冷空氣觸發(fā)，如“130424”和“150406”過程。冷空氣影響類冰雹和暖區(qū)類冰雹有時(shí)還會(huì)在同一天的不同地區(qū)分別出現(xiàn)，如“130323”和“160417”過程。以“130323”過程演變給出冷空氣影響類冰雹和暖區(qū)類冰雹發(fā)生的不同影響系統(tǒng)特征。

“130323”過程可分為兩個(gè)階段，第一階段發(fā)生在2013年3月23日下午至晚上，對(duì)流云團(tuán)自廣西西北部觸發(fā)后向東偏南方向移動(dòng)，造成田林、百色、田陽、田東、平果、馬山、武鳴等地出現(xiàn)不同程度的冰雹及雷暴大風(fēng)天氣，最大冰雹直徑達(dá)40 mm(百色)，屬于暖區(qū)類冰雹；第二階段發(fā)生在3月23日傍晚至24日凌晨，多個(gè)對(duì)流單體先后在黔桂交界處觸發(fā)，分別沿偏東方向或東偏南方向移動(dòng)，造成廣西東北部地區(qū)出現(xiàn)大范圍冰雹、雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水天氣，屬于冷空氣影響類冰雹。

圖1為廣西“130323”過程500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)及溫度場(chǎng)?？梢钥闯觯?013年3月23日08:00(北京時(shí)，下同)，高空槽位于100°E附近，廣西受槽前西南氣流控制，風(fēng)速達(dá)20 m·s-1以上，同時(shí)在廣西西部可見一明顯的冷溫槽，上冷下暖的溫度層結(jié)加大了大氣不穩(wěn)定度；23日14:00，高空槽逐漸逼近廣西，槽前西南氣流進(jìn)一步加大，冷溫槽進(jìn)一步南壓，廣西西部大部地區(qū)850 hPa與500 hPa溫度差(T850-500)在30 ℃以上，西林一帶T850-500高達(dá)33～35 ℃，本次過程的第一個(gè)對(duì)流云團(tuán)此時(shí)在西林上空生成；隨后高空槽繼續(xù)東移進(jìn)入廣西，槽后有弱冷溫槽為廣西上空補(bǔ)充干冷空氣，并使高空槽得以發(fā)展加深，為低層切變線和地面冷空氣的南壓提供了有利的環(huán)境條件，在廣西北部觸發(fā)多個(gè)對(duì)流單體；24日08:00，高空槽和冷溫槽均移出廣西，過程結(jié)束。

圖2為廣西“130323”過程的850 hPa風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)及地面氣壓場(chǎng)。可以看出，2013年3月23日08:00，850 hPa廣西受強(qiáng)盛的西南氣流控制，切變線位于廣西以北，南北氣流的相互抵制使大量的水汽、熱力在廣西上空積聚，廣西西部地區(qū)形成一條西北—東南向的暖舌，地面暖低壓也得到發(fā)展。23日14:00，廣西西北部右江河谷地區(qū)地面氣溫高達(dá)31～33 ℃，配合中層干冷空氣侵入，該地區(qū)大氣處于強(qiáng)烈不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)。從區(qū)域自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)(圖略)可見，2013年3月23日13:00開始，廣西西北地區(qū)形成一條地面輻合線，并不斷向東南方向移動(dòng)，這是本次暖區(qū)冰雹發(fā)生的重要觸發(fā)機(jī)制。23日20:00，850 hPa切變線和地面鋒面南壓進(jìn)入廣西北部，冷空氣侵入造成的強(qiáng)迫抬升觸發(fā)對(duì)流，前期西南急流在廣西積蓄的大量不穩(wěn)定能量得以釋放，冰雹天氣發(fā)生在高空槽前、低層切變線及地面鋒線附近的動(dòng)力抬升區(qū)域，隨高空槽和鋒區(qū)移動(dòng)而移動(dòng)。

圖1 2013年3月23日08:00(a)，14:00(b)，20:00(c)，24日02:00(d)廣西“130323”過程500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(實(shí)線，單位：gpm)和溫度場(chǎng)(虛線，單位：℃)Fig.1 The geopotential height field (solid line, Unit: gpm) and temperature field (dashed line, Unit: ℃) on 500 hPa at 08:00 BST (a), 14:00 BST (b), 20:00 BST (c) on 23 and 02:00 BST on 24 (d) March 2013

圖2 2013年3月23日08:00(a)，14:00(b)，20:00(c)，24日02:00(d)廣西“130323”過程850 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢量，單位：m·s-1)、溫度場(chǎng)(虛線，單位：℃)和地面氣壓場(chǎng)(實(shí)線，單位：hPa)Fig.2 The horizontal wind barbs (vectors, Unit: m·s-1), temperature field (dashed line, Unit: ℃) on 850 hPa and sea level pressure field (solid line, Unit: hPa) at 08:00 BST (a), 14:00 BST (b), 20:00 BST (c) on 23 and 02:00 BST on 24 (d) March 2013

綜上所述，冷空氣影響類冰雹天氣是由高空槽、低空切變線和地面鋒面相互配合，在一定的垂直風(fēng)切變和熱力條件下觸發(fā)；暖區(qū)類冰雹則是在高空冷槽和低層暖脊相互疊加的強(qiáng)烈不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，由單一暖氣團(tuán)內(nèi)的邊界層輻合線等中尺度擾動(dòng)所觸發(fā)。

3 關(guān)鍵物理量參數(shù)選取及冰雹預(yù)報(bào)指標(biāo)確定

發(fā)生冰雹的環(huán)境背景除具備一般雷暴要求的層結(jié)不穩(wěn)定、水汽條件和對(duì)流觸發(fā)條件以外，還需具備形成冰雹的獨(dú)特環(huán)境條件：強(qiáng)烈且持續(xù)的斜升氣流、適當(dāng)?shù)? ℃層和-20 ℃層高度以及中層有干冷空氣的入侵。選取溫度、高度、濕度及風(fēng)4個(gè)基本的物理要素計(jì)算預(yù)報(bào)指標(biāo)，一方面希望減少模式在處理計(jì)算各種對(duì)流指數(shù)過程中的計(jì)算誤差，在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率上有更好的保障；另一方面，也滿足配料法應(yīng)盡量使用相對(duì)獨(dú)立的物理參數(shù)進(jìn)行配料的要求[9,11]。利用篩選樣本冰雹發(fā)生時(shí)刻前距離最近的一個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻(02:00、08:00、14:00或20:00，簡(jiǎn)稱“歷史時(shí)刻”)，及其前48 h、后12 h內(nèi)的溫度、高度、濕度及風(fēng)場(chǎng)資料，結(jié)合預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)分別計(jì)算反映不穩(wěn)定能量條件、水汽條件、對(duì)流觸發(fā)條件、垂直風(fēng)切變條件以及0 ℃層和-20 ℃層高度的各項(xiàng)物理量參數(shù)值及其變化，通過統(tǒng)計(jì)分析，從中選取與冰雹天氣發(fā)生相關(guān)性較大的物理量參數(shù)，找出其能滿足大多數(shù)冰雹樣本的數(shù)值作為該參數(shù)的預(yù)報(bào)臨界值，依次確定各項(xiàng)條件的關(guān)鍵物理量參數(shù)(表1)及其臨界閾值。

考慮關(guān)鍵物理量變化的預(yù)報(bào)指標(biāo)較單一臨界閾值作預(yù)報(bào)指標(biāo)更為有效，且對(duì)于某一項(xiàng)條件，也并非某單一物理量參數(shù)能代表，通過多項(xiàng)物理量配合可以更好地反映。以Xab(a=1,2,…，5；b=1,2,…，5)表示各項(xiàng)預(yù)報(bào)指標(biāo)，對(duì)于某一格點(diǎn)，假設(shè)i時(shí)刻有冰雹發(fā)生，則冰雹發(fā)生時(shí)(i時(shí)刻)及發(fā)生前6 h(i-1時(shí)刻)、發(fā)生后6 h(i+1時(shí)刻)各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)鍵物理量參數(shù)的臨界閾值及其物理意義如下：

(1)不穩(wěn)定能量指標(biāo)

X12、X13、X14表示冰雹天氣發(fā)生前，對(duì)流層中低層有正溫度平流，有利于對(duì)流層中低層不穩(wěn)定層結(jié)的建立，為對(duì)流發(fā)生提供條件，而過程發(fā)生時(shí)，一般伴隨冷空氣南下，或由于冰雹下落過程中蒸發(fā)冷卻導(dǎo)致中低層溫度下降，且氣溫在短時(shí)間內(nèi)呈持續(xù)下降趨勢(shì)。

(2)水汽條件指標(biāo)

X21：i或i-1時(shí)刻RH500≤50%、RH850≥70%或RH925≥70%。表示冰雹發(fā)生前，對(duì)流層中層有干空氣侵入，增強(qiáng)了大氣的位勢(shì)不穩(wěn)定，為對(duì)流發(fā)展儲(chǔ)備充沛對(duì)流有效位能[35]，且低層有濕區(qū)提供形成冰雹所必須的水汽。

(3)對(duì)流觸發(fā)指標(biāo)

X31：i-1時(shí)刻v500>0 m·s-1、i時(shí)刻v500>0 m·s-1；i-1時(shí)刻v850≥0 m·s-1、i時(shí)刻v850<0 m·s-1或i+1時(shí)刻v850<0 m·s-1；i-1時(shí)刻v1000≥0 m·s-1、i時(shí)刻v1000<0 m·s-1。表示中層為槽前偏南氣流，低層有切變線南下，地面有冷空氣南下共同作用觸發(fā)對(duì)流。

表1 關(guān)鍵物理量參數(shù)及物理意義Tab.1 The key physical parameters and their physical meaning

X32：i時(shí)刻|v1000|≤2 m·s-1、UV850≥12 m·s-1或UV700≥12 m·s-1、v850或v700≥4 m·s-1且較i-1時(shí)刻大2 m·s-1以上。表示近地面層風(fēng)速較小，一方面有利于對(duì)流層底層熱力的積蓄，另一方面，近地面層風(fēng)速小于2 m·s-1時(shí)，湍流發(fā)展最旺盛[36-37]；同時(shí)低層有偏南風(fēng)急流加強(qiáng)，為湍流發(fā)展提供熱力和動(dòng)力條件，該項(xiàng)為暖區(qū)對(duì)流觸發(fā)因子。

X33：i-1時(shí)刻v500≥0 m·s-1、i時(shí)刻v500<0 m·s-1；i時(shí)刻UV850≥12 m·s-1或UV700≥12 m·s-1或v850、v700較i-1時(shí)刻大3 m·s-1以上；i-1時(shí)刻v1000≥0 m·s-1。表示高空轉(zhuǎn)為前傾槽結(jié)構(gòu)，低層有偏南風(fēng)急流或偏南風(fēng)顯著加強(qiáng)，地面也維持偏南風(fēng)，為暖區(qū)對(duì)流觸發(fā)因子。

(4)垂直風(fēng)切變指標(biāo)

X41：i或i-1時(shí)刻UV1000≤4 m·s-1；UV500≥18 m·s-1且SHR500≥17 m·s-1，或14≤UV500<18 m·s-1、14≤SHR500<17 m·s-1且500 hPa與1000 hPa風(fēng)的交角≥120°。表示中低空存在較強(qiáng)的深層垂直風(fēng)切變，有利于對(duì)流風(fēng)暴和中尺度對(duì)流系統(tǒng)的維持和加強(qiáng)。

(5)0 ℃層和-20 ℃層高度

X51：2—3月，3500≤H0≤4300 m，6500≤H-20≤7800 m；4—5月，4000≤H0≤4800 m，7000≤H-20≤8300 m；6—7月，4500≤H0≤5300 m，7500≤H-20≤8800 m。表示不同月份適宜冰雹發(fā)生的0 ℃層高度和-20 ℃層高度。對(duì)歷史冰雹個(gè)例環(huán)境負(fù)溫區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)溫區(qū)隨季節(jié)變化甚為明顯，在預(yù)報(bào)中分季節(jié)的調(diào)整該高度有重要的消空作用，兩層高度差在2.8～3.5 km之間為適宜冰雹發(fā)生的環(huán)境。負(fù)溫區(qū)的厚度與冰雹大小之間存在反相關(guān)關(guān)系，歷史樣本中，同一個(gè)例20 mm以上大冰雹和特大冰雹站點(diǎn)的負(fù)溫區(qū)厚度都基本比其余小冰雹的負(fù)溫區(qū)厚度小，但由于大冰雹樣本數(shù)較少，且該值隨不同季節(jié)變化較大，沒有統(tǒng)計(jì)出具體的負(fù)溫區(qū)厚度值。

4 預(yù)報(bào)方法

利用數(shù)值預(yù)報(bào)資料逐格點(diǎn)計(jì)算某一時(shí)刻及前48 h、后12 h內(nèi)關(guān)鍵物理量參數(shù)，與各項(xiàng)預(yù)報(bào)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，在某一格點(diǎn)上，滿足某一項(xiàng)預(yù)報(bào)指標(biāo)時(shí)，Xab賦值為1；否則為0。對(duì)冷空氣過程冰雹預(yù)報(bào)方程和暖區(qū)冰雹過程預(yù)報(bào)方程進(jìn)行逐格點(diǎn)配料，以判斷冰雹發(fā)生的潛勢(shì)。

(1)冷空氣過程冰雹預(yù)報(bào)方程

Yc=X11×X12(或X13或X14)×X21×

X31×X34(或X35)×X41×X51

(1)

(2)暖區(qū)冰雹過程預(yù)報(bào)方程

Yw=X11×X15×X21×X32(或X33)×

X34(或X35)×X41×X51

(2)

其中，Yc=1或Yw=1，則預(yù)報(bào)該網(wǎng)格點(diǎn)有冰雹；Yc=0且Yw=0，則預(yù)報(bào)該網(wǎng)格點(diǎn)無冰雹。冰雹客觀預(yù)報(bào)流程見圖3。

圖3 冰雹客觀預(yù)報(bào)流程圖Fig.3 Objective forecast flowchart of hail

5 預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)

根據(jù)WS報(bào)文和信息員上報(bào)信息，2017—2018年廣西無大范圍和區(qū)域性降雹過程，影響較大的局地性冰雹過程有3個(gè)，分別為“170330”、“180304”和“180319”過程，其中“180304”過程出現(xiàn)1站最大冰雹直徑50 mm的特大冰雹。鄭永光等[38]經(jīng)業(yè)務(wù)實(shí)踐提出，我國(guó)雖然已經(jīng)布設(shè)完成了較為完備的氣象觀測(cè)網(wǎng)，但對(duì)于極端強(qiáng)對(duì)流天氣如冰雹和大風(fēng)天氣，仍難以實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)，因此災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和氣象信息員、互聯(lián)網(wǎng)提供的相關(guān)信息等其他觀測(cè)信息仍是現(xiàn)有監(jiān)測(cè)網(wǎng)的必要補(bǔ)充。由此，在對(duì)逐站預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率檢驗(yàn)時(shí)，冰雹實(shí)況除WS報(bào)文及信息員上報(bào)的信息以外，增加了源自中國(guó)天氣網(wǎng)、各地政府信息網(wǎng)等可靠網(wǎng)站報(bào)道的相關(guān)冰雹信息。

利用上述冰雹預(yù)報(bào)方程對(duì)2017、2018年2—6月時(shí)段逐日4個(gè)時(shí)次(02:00、08:00、14:00、20:00)進(jìn)行冰雹試報(bào)，結(jié)果顯示2017年預(yù)報(bào)效果很好，成功報(bào)出1個(gè)過程(“170330”過程)，過程預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為100%，空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率均為0；2018年共報(bào)出5次冰雹過程，其中影響較大的“180319”冷空氣過程成功報(bào)出，另外，報(bào)出了報(bào)文上沒有，但有網(wǎng)絡(luò)報(bào)道的2個(gè)過程(“180414”、“180507”)，空?qǐng)?bào)“180307”和“180405” 2個(gè)過程，漏報(bào)“180304”暖區(qū)過程，過程預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為50%，空?qǐng)?bào)率為33%，漏報(bào)率為17%。

參考美國(guó)SPC[39]和中國(guó)氣象局強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心[12]對(duì)主觀確定性預(yù)報(bào)產(chǎn)品的“點(diǎn)對(duì)面”檢驗(yàn)方法，以某一點(diǎn)為中心，40 km為半徑的圓面來判斷該點(diǎn)是否出現(xiàn)冰雹天氣，對(duì)2017、2018年2—6月廣西90個(gè)站進(jìn)行逐日4次逐站檢驗(yàn)，表2列出檢驗(yàn)結(jié)果，圖4、圖5分別為2017年3月30日、2018年3月19日冰雹預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況對(duì)比?？梢钥闯?，該預(yù)報(bào)方法的各項(xiàng)預(yù)報(bào)評(píng)分存在較大的年際差異，這是由于風(fēng)雹類天氣發(fā)生概率較低、局地性及突發(fā)性強(qiáng)，且不具備完善的觀測(cè)資料，對(duì)評(píng)分結(jié)果有一定程度影響[12]。結(jié)合檢驗(yàn)結(jié)果及過程環(huán)境背景可以看出，對(duì)于冷空氣南下觸發(fā)的過程，本預(yù)報(bào)方法較為敏感，TS評(píng)分較高，如“170330”廣西西北部冰雹過程及“180319”廣西西部冰雹過程中，WS報(bào)及網(wǎng)絡(luò)報(bào)道的共23個(gè)冰雹站點(diǎn)有22個(gè)成功報(bào)出，僅1個(gè)漏報(bào)，同時(shí)空?qǐng)?bào)率也較高，甚至完全空?qǐng)?bào)了“180307”和“180405”2個(gè)過程，空?qǐng)?bào)區(qū)域基本與雷暴大風(fēng)天氣落區(qū)對(duì)應(yīng)；而對(duì)于暖區(qū)冰雹過程，由于其尺度小，機(jī)理復(fù)雜，同時(shí)數(shù)值模式對(duì)其要素特征及演變的反演能力較弱，應(yīng)用該預(yù)報(bào)方程對(duì)暖區(qū)冰雹預(yù)報(bào)的誤差仍較大，TS評(píng)分低，漏報(bào)嚴(yán)重，如出現(xiàn)“180304”廣西東北部和廣西西南部的局地特大冰雹過程漏報(bào)。另外，發(fā)現(xiàn)廣西西北部地區(qū)的隆林、西林及樂業(yè)一帶較易出現(xiàn)小范圍的空?qǐng)?bào)，可能與當(dāng)?shù)睾庸鹊匦斡嘘P(guān)，還需進(jìn)一步探討。

表2 2017、2018年2—6月廣西90站冰雹預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The evaluation of forecasting test of hail for 90 meteorological stations in Guangxi from February to June in 2017 and 2018

圖4 2017年3月30日14:00(a)、20:00(b)和31日02:00(c)、08:00(d)冰雹預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況對(duì)比(陰影區(qū)表示預(yù)報(bào)的冰雹落區(qū)，下同)Fig.4 Hail prediction and landing point at 14:00 BST (a), 20:00 BST (b) on 30 and 02:00 BST (c), 08:00 BST (d) on 31 March 2017(The shaded area indicated the forecasted landing point of hail, the same as below)

圖5 2018年3月19日02:00(a)、08:00(b)、14:00(c)、20:00(d)冰雹預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況對(duì)比Fig.5 Hail prediction and landing point at 02:00 BST (a), 08:00 BST (b), 14:00 BST (c) and 20:00 BST (d) on 19 March 2018

6 結(jié)論與討論

利用歐洲中心(ECMWF)0.125°×0.125°再分析資料，對(duì)2012—2016年廣西9個(gè)冰雹個(gè)例的不穩(wěn)定能量、水汽條件、對(duì)流觸發(fā)條件和垂直風(fēng)切變及0 ℃層和-20 ℃層高度分別歸納總結(jié)了廣西冷空氣影響冰雹過程及暖區(qū)冰雹過程的預(yù)報(bào)指標(biāo)，應(yīng)用預(yù)報(bào)指標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整的配料法，分別建立了冷空氣影響冰雹過程和暖區(qū)冰雹過程的廣西分類冰雹客觀預(yù)報(bào)方程。

預(yù)報(bào)試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)廣西冰雹天氣有一定的預(yù)報(bào)能力，預(yù)報(bào)效果與發(fā)生冰雹的環(huán)境背景有密切關(guān)系，對(duì)于大范圍冷空氣南下觸發(fā)的過程預(yù)報(bào)更準(zhǔn)確，但也存在較大范圍的空?qǐng)?bào)，空?qǐng)?bào)區(qū)域基本與雷暴大風(fēng)天氣落區(qū)對(duì)應(yīng)；而對(duì)于暖區(qū)局地強(qiáng)對(duì)流天氣過程則容易出現(xiàn)漏報(bào)，其原因一方面在于模式資料對(duì)于暖區(qū)局地過程的刻畫能力不足，另一方面，歷史暖區(qū)過程個(gè)例較少，還需不斷增加新的個(gè)例對(duì)預(yù)報(bào)方程進(jìn)行完善。

冰雹客觀預(yù)報(bào)方法對(duì)目前業(yè)務(wù)中的主觀臨近預(yù)報(bào)是一個(gè)有效的補(bǔ)充，結(jié)合高時(shí)空分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品輸出的冰雹落區(qū)預(yù)報(bào)，有助于提高廣西冰雹天氣預(yù)報(bào)在時(shí)間和空間上的精細(xì)化程度，且該方法對(duì)于雷暴大風(fēng)天氣的預(yù)報(bào)也具有較好的指示意義。但由于該方法的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率依賴于數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的準(zhǔn)確性，因此仍需在日常應(yīng)用中對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)，總結(jié)預(yù)報(bào)偏差規(guī)律，對(duì)預(yù)報(bào)方程進(jìn)行較正。