西藏拉薩市一次強(qiáng)對流天氣過程中尺度及預(yù)報失誤分析

奚鳳　代華光　余燕群　卓瑪　丹增諾布　旦增冉珍

摘要 利用常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域自動站資料、FY—4衛(wèi)星云圖資料、拉薩多普勒雷達(dá)資料，對2020年7月9日20∶00發(fā)生在拉薩及其周邊的異地強(qiáng)對流天氣的環(huán)流背景、動力和熱力條件、中尺度系統(tǒng)和雷達(dá)特征進(jìn)行了分析，并進(jìn)行數(shù)值預(yù)報檢驗以及預(yù)報失誤原因分析。結(jié)果表明：（1）夏季預(yù)報中，需要多考慮較有利的大尺度環(huán)流背景下激發(fā)的中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展;（2）此次拉薩強(qiáng)降水為高空槽東移過程中攜帶的冷空氣與低緯度低壓前的西南暖濕氣流在拉薩上空交綏的過程中激發(fā)了中尺度對流系統(tǒng)，中尺度對流系統(tǒng)的強(qiáng)度和移動路徑以及地面輻合線是預(yù)報此次強(qiáng)降水、局部大雨落區(qū)的關(guān)鍵因素;（3）數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品雖已成為天氣預(yù)報日常業(yè)務(wù)中的重要參考資料，但西藏強(qiáng)降水多是由中小尺度系統(tǒng)以及地形因素引起的，因此預(yù)報能力有較大誤差;（4）多普勒雷達(dá)組合反射率以及衛(wèi)星云圖的發(fā)展變化對西藏短時強(qiáng)降水系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供重要參考;（5）對于強(qiáng)降水的預(yù)報，數(shù)值預(yù)報很難報出落區(qū)和量級;（6）低空強(qiáng)烈的水汽輻合是暴雨發(fā)生的主要原因，暴雨發(fā)生前的不穩(wěn)定能量為暴雨的發(fā)生提供有利的熱力條件。拉薩位于高原東坡（河谷地帶），有地形的阻擋和加熱作用，是大氣不穩(wěn)定能量聚集地。

關(guān)鍵詞 青藏高原;強(qiáng)對流;不穩(wěn)定能量;預(yù)報失誤;位渦

中圖分類號：P458.2;P412.25 文章標(biāo)識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）06–0–04

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.06.043

青藏高原地區(qū)的環(huán)境變化對高原以及周邊其他地區(qū)人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展可產(chǎn)生非常重要的影響。許多學(xué)者從氣候特征、大尺度環(huán)流分類、物理量診斷和數(shù)值模擬等方面對青藏高原邊緣地區(qū)發(fā)生的暴雨做了大量的研究工作，為提高暴雨的預(yù)報水平打下了堅實的基礎(chǔ)[1～18]。青藏高原地形復(fù)雜，常規(guī)觀測資料的時空分辨率較低，西藏地區(qū)的天氣尤其是強(qiáng)對流天氣是氣象工作者面臨的難題。目前，引起高原強(qiáng)降水的環(huán)流場以及系統(tǒng)等已有很多學(xué)者進(jìn)行研究，但是對于西藏的強(qiáng)降水并不能僅靠環(huán)流場和數(shù)值預(yù)報進(jìn)行準(zhǔn)確報道。為此，利用常規(guī)資料、自動站資料、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料，分析此次拉薩強(qiáng)降水過程的動力條件、水汽條件、層結(jié)條件、雷達(dá)回波以及中尺度對流系統(tǒng)特征，總結(jié)強(qiáng)降雨過程漏報的原因，為今后山谷對流性降雨的預(yù)報與服務(wù)提供參考。

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

所用資料為2020年7月9—10日地面與高空觀測資料、數(shù)值預(yù)報資料、區(qū)域自動站資料、衛(wèi)星云圖資料、多普勒雷達(dá)資料，使用MICAPS4.5、雷達(dá)PUP等氣象軟件，應(yīng)用各類天氣診斷方法對西藏拉薩的強(qiáng)對流天氣進(jìn)行分析，并總結(jié)漏報原因。

1.1 天氣實況

7月9日20∶00—10日08∶00，拉薩降雨量16.1 mm，墨竹工卡降雨量13.2 mm，尼木降雨量為6.2 mm（圖1）。拉薩和墨竹工卡小時雨強(qiáng)很強(qiáng)，拉薩02∶00小時雨強(qiáng)7.9 mm，這在該地區(qū)是比較大的降雨量（圖2）。

1.2 大氣環(huán)流背景

7月9日20∶00對流層高層100 hPa，受南亞高壓控制，高壓中心位于西藏中部，東部脊線在拉薩附近，高空輻散流場利于上升運(yùn)動維持發(fā)展（圖略）。500 hPa上，8日20∶00，前一天，拉薩位于588線高壓的邊緣，暖中心附近，前期高原上能量和水汽充足（圖略）。9日08∶00，拉薩仍位于暖中心附件，位于切變北部。09日20∶00（圖3），中高緯度地區(qū)維持兩脊一槽環(huán)流形勢，低壓槽分別位于貝加爾湖和巴爾喀什湖，槽后脊前西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，南部阿拉伯海有一個低值系統(tǒng)，槽前的西南氣流與北部的西北氣流在西藏北部形成低渦切變線，拉薩及其周邊受一致的西南風(fēng)控制，切變線偏北;10日08∶00（圖4），拉薩仍受一致的西南風(fēng)控制，切變線東移到西藏東北部，移速較快。高空400 hPa和300 hPa為一致的西風(fēng)，沒有冷空氣。由此可見，環(huán)流場對此次強(qiáng)降水指示性不強(qiáng)。

地面圖上（圖略），09日08∶00，拉薩24 h變壓為-2 hPa，受低壓控制，有風(fēng)向風(fēng)速的輻合。09日20∶00，拉薩24 h變壓持續(xù)下降，為-4 hPa，低壓加強(qiáng)，風(fēng)向風(fēng)速輻合加強(qiáng)，降水相應(yīng)加強(qiáng)。10日08∶00 24 h變壓為-2 hPa，降水減弱。

1.3 中尺度環(huán)境條件

由中尺度分析可知，拉薩位于高空輻散，低空輻合，地面明顯的風(fēng)向輻合區(qū)以及拉薩邊坡地形強(qiáng)迫抬升作用共同觸發(fā)了此次強(qiáng)降水。溫度露點差，比濕由此說明水汽充沛，在有利的條件配合下易產(chǎn)生強(qiáng)降水（圖5）。

1.3.1 水汽條件 拉薩附近500 hPa溫度露點差為≤4℃，比濕達(dá)7 g/kg，在西藏可以說明對流層中低層水汽充沛，在有利形勢下利于產(chǎn)生強(qiáng)降水（圖略）。

1.3.2 不穩(wěn)定條件和探空環(huán)境條件 假相當(dāng)位溫θse的分布可以反映大氣中能量的分布狀況，從9日20∶00拉薩的假相當(dāng)位溫垂直剖面（圖6）可知，整層θse在80℃以上，這是由500 hPa西南氣流為雨區(qū)輸送水汽和能量，近地層大氣高溫高濕造成的。拉薩上層400 hPa附近θse為85℃左右，垂直方向上近地層與400 hPa之間θse相差近達(dá)10℃。θse隨高度遞減，說明拉薩的大氣具有明顯對流不穩(wěn)定性。

T-lnP探空圖能夠反映測站一定范圍內(nèi)上空的各種氣象要素的垂直分布特征。從9日20∶00拉薩站探空的T-lnP圖（圖略）可知，中低層濕度條件較好;從風(fēng)的垂直切變分布狀況來看，整層以偏西風(fēng)為主，且地面至400 hPa風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，有弱冷平流輸送。400 hPa向上風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有弱暖平流輸送，層結(jié)較穩(wěn)定。對流有效位能CAPE為473.6 J/kg，其垂直分布呈瘦長型，0℃層高度超過了3 km，暖云層較厚，利于短時強(qiáng)降水天氣的發(fā)生。從探空層結(jié)曲線分布來看，抬升凝結(jié)高度和自由對流高度在500 hPa和650 hPa，較低的抬升凝結(jié)高度和自由對流高度利于對流的觸發(fā)（圖7）。

1.4 動力條件

強(qiáng)降水發(fā)生過程中，散度和渦度變現(xiàn)不明顯，從垂直速度剖面圖（圖8）可知，發(fā)生之前，整層速度為0 Pa/s，強(qiáng)降水發(fā)生后，整層轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動，10日08∶00，降水減弱，速度又變?yōu)? Pa/s?？梢姡?dāng)散度和渦不明顯時，僅有弱的垂直速度就有可能產(chǎn)生強(qiáng)降水。

位渦：位渦是一個反映大氣熱力和動力性質(zhì)的特征量，低空急流的建立和發(fā)展，位渦也會有相應(yīng)的變化。在濕位渦診斷和數(shù)值模擬中認(rèn)為，位渦的分布反映了冷暖氣團(tuán)的分布，冷暖氣流相互作用是成暴雨的機(jī)制。位渦的高值區(qū)和低壓槽相對應(yīng)，低值區(qū)和暖濕氣團(tuán)相對應(yīng)[19-23]。9日23∶00拉薩為高值區(qū)中心，10日02：00等值線更密集，仍為高值中心（圖9、10）。

1.5 中尺度對流云團(tuán)

利用高空分辨率的氣象衛(wèi)星觀測資料分析影響強(qiáng)降水過程的中尺度對流系統(tǒng)，所用資料為FY—4A衛(wèi)星紅外云圖（12 μm），一般TBB≤-32℃的區(qū)域為活躍區(qū)[24]。分析云圖可知，9日傍晚多個對流云系生成并發(fā)展。9日17∶00～10日10∶00，共有3個對流云團(tuán)先后移過拉薩，形成“列車效應(yīng)”，云頂亮溫均低于-52℃。9日20∶00，中尺度對流云團(tuán)A在拉薩新生發(fā)展，不斷壯大，云頂亮溫不斷下降;21∶38，在A西南部有對流云團(tuán)B不斷形成發(fā)展（圖11a），00∶19，對流云團(tuán)C不斷形成發(fā)展，它們形成一條東北西南向的線狀對流系統(tǒng)，此時，拉薩位于云頂亮溫最小值中心和梯度大值區(qū)附近，對應(yīng)著雨強(qiáng)也是最大（圖11b）。隨著時間推移，2∶30，對流云團(tuán)逐漸減弱消散，移出拉薩，降水過程趨于結(jié)束（圖11c）。由此可以看出，中尺度對流云團(tuán)合并加強(qiáng)以及“列車效應(yīng)”是造成本次大暴雨的直接原因。

1.6 雷達(dá)特征分析

利用拉薩多普勒天氣雷達(dá)資料分析對流單體的演變過程，由組合反射率演變可知，20∶09，在拉薩境內(nèi)新生對流單體A，對流單體A中心強(qiáng)度大于45 dBZ，受對流層中低層西南氣流引導(dǎo)，對流單體A向東偏北方向移動并發(fā)展加強(qiáng)。22∶58和23∶04時，在對流單體A東北側(cè)有塊狀兒對流單體B新生，中心強(qiáng)度大于45 dBZ，23∶15對流對流單體B分裂為兩塊，23∶20又合并加強(qiáng)，經(jīng)過拉薩，01∶15新多單體新生東移，01∶31新多單體C由一堆線狀多單體圍繞一個塊狀低質(zhì)心對流單體組成，經(jīng)過拉薩，強(qiáng)度維持并緩慢向東移動，對應(yīng)地面區(qū)域站在該時間段內(nèi)降水強(qiáng)度最大，02∶15多單體逐漸移出拉薩，強(qiáng)降水逐漸趨于結(jié)束（圖12）。綜上可知，低質(zhì)心的強(qiáng)對流多單體緩慢移動并長時間維持在拉薩造成了局部短歷時暴雨。

2 預(yù)報檢驗

拉薩及其周邊站點預(yù)報量級偏小，拉薩站點12 h預(yù)報5 mm，實況16 mm，落區(qū)偏北，拉薩北部報到了10 mm以上。500 hPa風(fēng)壓場，在西藏北部報了一個580的低值中心，實況場位于槽前，預(yù)報場在拉薩北部受一致的西風(fēng)，實況場為偏北風(fēng)，所以在拉薩北部有弱的切變線，而預(yù)報場在拉薩北部無切變線。（圖13、14）從水汽條件看，比濕預(yù)報和實況較一致，拉薩周邊都為7g/kg（圖15、16）。

此次，拉薩站GRAPES的3 km格點和實況報的較好，拉薩以及周邊12 h報到13～21 mm。從GRAPES的10 m的風(fēng)場來看，拉薩附近有風(fēng)場輻合線，低層輻合上升配合高層的輻散，在充沛的水汽條件下形成拉薩的強(qiáng)降水過程（圖17）。

3 預(yù)報失誤原因

（1）西藏短時強(qiáng)降水的預(yù)報難度大，天氣系統(tǒng)演變規(guī)律較難掌握，對造成暴雨的中小尺度系統(tǒng)更難掌握。此次拉薩強(qiáng)降水過程未預(yù)報出來，原因主要是各數(shù)值預(yù)報影響系統(tǒng)偏西、偏北，高原槽主要位于那曲至日喀則北部，離拉薩距離較遠(yuǎn)，且沒有明顯東移影響拉薩的趨勢。

（2）中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展是在有利的大尺度環(huán)流背景下激發(fā)出來的，中小尺度系統(tǒng)是產(chǎn)生暴雨的主要系統(tǒng)，對造成暴雨的中小尺度系統(tǒng)更難掌握。

（3）綜合以上各家模式預(yù)報，可以看出環(huán)流形勢、天氣系統(tǒng)、急流、水汽、數(shù)值預(yù)報和上級指導(dǎo)預(yù)報等資料都表明拉薩市為小雨天氣過程，出現(xiàn)區(qū)域性大雨的條件較小，尤其歐洲中心的預(yù)報（預(yù)報員一直覺得預(yù)報最準(zhǔn)確的模式）拉薩降雨量級小于10 mm。

（4）高空400 hpa和300 hpa以西風(fēng)為主，沒有明顯的冷空氣影響。

（5）CAPE值較小，能量小。

5 結(jié)論與討論

（1）夏季預(yù)報中，需要多考慮較有利的大尺度環(huán)流背景下激發(fā)的中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。

（2）此次拉薩強(qiáng)降水為高空槽東移過程中攜帶的冷空氣與低緯度低壓前的西南暖濕氣流在拉薩上空交綏的過程中激發(fā)了中尺度對流系統(tǒng)，中尺度對流系統(tǒng)的強(qiáng)度和移動路徑以及地面輻合線是預(yù)報此次強(qiáng)降水、局部大雨落區(qū)的關(guān)鍵因素。

（3）數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品雖已成為天氣預(yù)報日常業(yè)務(wù)中的重要參考資料，但西藏強(qiáng)降水多是由中小尺度系統(tǒng)以及地形因素引起的，因此預(yù)報能力有較大誤差。

（4）多普勒雷達(dá)組合反射率以及衛(wèi)星云圖的發(fā)展變化對西藏短時強(qiáng)降水系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供重要參考。

（5）對于強(qiáng)降水的預(yù)報，數(shù)值預(yù)報很難報出落區(qū)和量級。

（6）低空強(qiáng)烈的水汽輻合是暴雨發(fā)生的主要原因，暴雨發(fā)生前的不穩(wěn)定能量為暴雨的發(fā)生提供有利的熱力條件。拉薩位于高原東坡（河谷地帶），有地形的阻擋和加熱作用，是大氣不穩(wěn)定能量聚集地[25]。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Mesoscale Analysis and Forecast Error of a Severe Convective Weather Process in Lhasa， Tibet

XI Feng et al （The Meteorological Observatory of Tibet Autonomous Region Meteorological Bureau， Lhasa， Tibet 850000）

Abstract Using conventional meteorological observation data， regional automatic station data， FY-4 satellite cloud image data， and Lhasa Doppler radar data to determine the circulation background of the strong convective weather in and around Lhasa at 20：00 on July 9， 2020. Dynamic and thermal conditions， mesoscale systems， and radar characteristics are analyzed， numerical forecast verification， and reasons for forecast errors are analyzed. The results show：（1） In summer forecasts， more favorable large-scale circulation background excitations need to be considered The occurrence and development of small and medium-scale systems in Lhasa. （2） The cold air carried during the eastward movement of the Lhasa trough and the warm southwestern warm air currents before low latitude and low pressure in Lhasa stimulated the mesoscale The convective system， the strength and movement path of the mesoscale convective system， and the ground convergence line are the key factors for forecasting the heavy precipitation and local heavy rain. （3） Although numerical forecast products have become important references in the daily business of weather forecasting However， the heavy rainfall in Tibet is mostly caused by small and medium-scale systems and topographical factors， so the forecasting ability has large errors. （4） The development and changes of Doppler radar combined reflectivity and satellite cloud images affect the system of short-term heavy rainfall in Tibet. The occurrence and development provide an important reference. （5） For the forecast of heavy rainfall， it is difficult to report the falling area and magnitude of the numerical forecast. （6） The strong water vapor convergence at low altitude is the main reason for the occurrence of heavy rainfall， and the unstable energy before the occurrence of heavy rainfall It provides favorable thermal conditions for the occurrence of heavy rains. Lhasa is located on the east slope of the plateau （river valley）. The terrain is blocked and heated， and is a place where unstable energy is concentrated in the atmosphere.

Key words Qinghai-Tibet Plateau; Strong convection; Unstable energy; Forecast error; Potential vorticity

基金項目 第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究項目（2019QZKK0102）。

作者簡介 奚鳳（1992–），女，安徽太和人，助理工程師，從事氣象預(yù)報預(yù)測工作。

收稿日期 2020–06–20