廣西8 月一次大范圍暴雨過程的預報檢驗分析

鄧汝伊，蔣 健，梁 棟

（百色市氣象局，廣西 百色 533000）

引言

近年來，氣象工作者深入研究了數(shù)值天氣預報水平的發(fā)展，其中包括資料同化方案的先進程度、模式動力過程的優(yōu)越程度和物理過程參數(shù)化水平等方面［1］。然而，數(shù)值預報和實況始終存在偏差，預報員必須了解數(shù)值模式產品的預報性能，對其加以訂正和評估，才能有效的提高模式應用水平和訂正能力。

目前，已有學者對歐洲中期天氣預報中心（ECWMF）、中國氣象局（CMA）模式等國內外不同尺度的數(shù)值預報產品進行了檢驗分析［2-6］，產品性能各有優(yōu)劣。如張嬌等［7］對使用ECWMF 降水和500hPa高度場資料進行了強降水預報偏差的訂正工作，建立主雨帶位置和暴雨強度的訂正方法；丁凡等［8］認為ECWMF 在強對流天氣預報中，0℃層高度、T850-T500值和相對濕度等影響因子的預報能力較其他因子優(yōu)越；曲巧娜等［9］對多種模式的強降雨落區(qū)檢驗結果表明，ECWMF 降水預報優(yōu)于其他模式；孫素琴等［10］認為ECWMF 對主雨帶預報多數(shù)較偏北，各種模式對降水量級的預報總體偏弱；林開平等［11］認為劉國忠等人利用數(shù)值預報產品建立的桂西北持續(xù)性暴雨24h 短期客觀預報工具，實現(xiàn)了暴雨預報年平均正確率穩(wěn)定在10%以上；趙飛等［12］分析2016 年臺風“浪卡”的數(shù)值預報效果得出：ECWMF 降水預報偏差原因是對副熱帶高壓環(huán)流和低空急流強度的預報偏差；蘇兆達等［13］使用由華南中尺度數(shù)值模式（CMA-GD R1KM 模式）經本地化改造研發(fā)的廣西對流尺度數(shù)值預報模式產品進行檢驗得出其對短臨預報存在指導意義。近十年來，數(shù)值預報模式預報能力的提高直接促使對各種產品釋用方法的深入研究和應用成為提高預報質量的主要手段之一，廣西暴雨預報轉為數(shù)值預報及基于數(shù)值預報產品釋用技術的客觀方法預報，預報員逐漸由以經驗為主的主觀預報轉為開展主客觀融合的定量預報。目前廣西已建立以數(shù)值預報為基礎的預報業(yè)務體系，較好地實現(xiàn)了數(shù)值模式產品在廣西的解釋應用，但研究發(fā)現(xiàn)各家模式在2019—2020 年的分級降水，特別是暴雨以上量級降水的預報能力不足，預報員仍能發(fā)揮較大的作用［14］。

本文對廣西2021 年8 月一次大范圍暴雨過程的中央氣象臺和廣西壯族自治區(qū)氣象臺指導產品、ECWMF、CMA 模式等數(shù)值預報產品進行檢驗，著重分析降水強度和落區(qū)預報，結合廣西本地天氣氣候特征，給出調整建議，以期對未來相似暴雨預報提供參考和幫助。

1 資料和方法

本文選取的主觀預報產品包括2021 年8 月13日08 時—15 日08 時中央氣象臺、廣西壯族自治區(qū)氣象臺逐日起報的降水預報產品，數(shù)值模式產品包括：同時期歐洲中期天氣預報中心高分辨率預報模式（ECWMF）和中國氣象局全球同化預報系統(tǒng)（CMAGFS）的500hPa 高度場、850hPa 和10m 風場、氣壓場，ECWMF、CMA-GFS、中國氣象局華南中尺度模式預報系統(tǒng)CMA-3KM、中國氣象局上海數(shù)值預報模式系統(tǒng)（CMA-SH）、中國氣象局廣東快速更新同化數(shù)值預報系統(tǒng)（CMA-GD）的降水預報產品。ECWMF的分辨率為0.125°×0.125°，CMA-GFS 的分辨率為0.25°×0.25°，CMA-3KM 和CMA-GD 的分辨率為3km，CMA-SH 的分辨率為9km。所有產品的預報時效為24～72h，檢驗時段為8 月13 日08 時—16 日08 時的逐日廣西降水實況。從天氣系統(tǒng)檢驗和降水檢驗方面開展天氣系統(tǒng)位置、強度、影響時間、降水落區(qū)和降水量級等的天氣學檢驗和預報效果分析。

2 雨情概況

2021 年8 月13—16 日，廣西出現(xiàn)了持續(xù)性大范圍暴雨過程，落區(qū)呈現(xiàn)東北-西南向的雙雨帶形態(tài)，桂北的百色市-河池市和桂南的防城港市-欽州市為暴雨中心。據(jù)13 日08 時—16 日08 時統(tǒng)計，過程雨量超過250mm 的有17 站，100～249.9mm 有375 站，最大過程雨量395.8mm 出現(xiàn)在防城港市，最大24h 雨量239.2mm 出現(xiàn)在河池市，最大12h 雨量215.1mm 出現(xiàn)在百色市。13 日大暴雨落區(qū)分散出現(xiàn)在桂西北和桂南；14 日雨區(qū)明顯擴大、雨勢增強，桂北出現(xiàn)大到暴雨、局部大暴雨，桂南降水增強且集中，全區(qū)暴雨以上站次由170 站增至370 站；15 日桂北雨勢減小，大暴雨集中出現(xiàn)在桂南。此交過程降雨范圍廣、過程雨量大、雨強大，強降雨位置和出現(xiàn)時間較為分散，對各家預報形成不小的挑戰(zhàn)。

3 天氣形勢分析

2021 年8 月13—15 日，200hPa 上南亞高壓中心位于西藏南部，廣西始終處在高壓環(huán)流輻散區(qū)，加強中低層上升氣流。13 日，500hPa 高緯為兩槽一脊且槽強脊弱，巴爾喀什湖附近低渦中心值為564dagpm，不斷分裂小槽東移南下；東北大槽底部到達江淮地區(qū)，引導地面冷空氣南下影響華南地區(qū)。13 日08 時副熱帶高壓環(huán)流588dagpm 線位于粵閩沿海，經過不斷地西伸北抬，15 日20 時588dagpm線到達兩廣交界，北側到達長江中下游地區(qū)，廣西處在加強的偏南氣流中。13 日850hPa 切變線由貴州北部逐漸南下到達桂西北，受到偏南氣流加強的影響，加強為季風槽，至15 日08 時停留在桂西北，向廣西不斷輸送暖濕水汽。13 日20 時冷空氣南下進入廣西，冷空氣前沿激發(fā)的強對流云系發(fā)展旺盛。14日08 時冷空氣到達沿海，廣西轉為冷墊。冷空氣不斷補充影響，直至15 日20 時廣西大部出現(xiàn)3～5hPa 的24h 正變壓。在季風槽、切變線和地面弱冷空氣的共同作用下，廣西發(fā)生了本次大范圍持續(xù)性暴雨過程。

4 上級指導產品檢驗

雙雨帶和大暴雨的落區(qū)預報是本次降水過程的預報難點。使用8 月13—15 日08 時起報的中央氣象臺、廣西氣象臺降水預報產品滾動檢驗13—16 日逐日降水預報。其中13 日指13 日08 時—14 日08時雨量，以此類推，下文不再贅述。

對照8 月13—15 日逐日降水實況，對中央氣象臺和廣西氣象臺24h 降水指導產品進行對比檢驗。

中央氣象臺24h 時效降水預報中，13 日暴雨落區(qū)偏北、偏東，漏報大暴雨和桂南暴雨。14 日預報效果較好，已能體現(xiàn)系統(tǒng)性暴雨過程的特征，桂北雨帶位置和大暴雨中心較接近實況，增加了對桂南局地暴雨的預報，但范圍和量級略有偏小。15 日，預報桂北部分地區(qū)仍將出現(xiàn)暴雨，漏報桂南大暴雨。相比之下，廣西氣象臺預報13 日桂北強降水落區(qū)偏北、偏大，但桂南落區(qū)預報效果比中央氣象臺好；14 日落區(qū)預報對河池、柳州的暴雨中心預報較好，但漏報了桂西暴雨區(qū)，漏報大暴雨，量級有偏差；15 日由于對強降雨結束時間估計過早，導致預報落區(qū)和量級整體偏小。

對比中央氣象臺和廣西氣象臺48h 預報時效指導產品發(fā)現(xiàn)結論較為一致，均對桂北暴雨區(qū)有所反應，但同樣漏報桂西及桂南暴雨。與24h 預報相似，廣西氣象臺15 日的預報量級偏差較大。72h 預報產品可見中央氣象臺預報桂北暴雨及大暴雨落區(qū)相當接近實況，廣西區(qū)臺雖漏報大暴雨，但桂北暴雨區(qū)延伸至桂西右江河谷一帶，與實況接近，兩者均漏報桂南暴雨。

綜上所述，由實況與中央氣象臺和廣西氣象臺的預報指導產品的對比可見：（1）對桂北暴雨區(qū)的持續(xù)預報可以體現(xiàn)出對本次冷空氣南下觸發(fā)暴雨的過程把握較大，也可體現(xiàn)系統(tǒng)性降水的可預報性較強。（2）兩家均能報桂北地區(qū)大部地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，中央氣象臺對桂北大暴雨落區(qū)的預報相當接近實況，廣西氣象臺略有偏差；（3）廣西氣象臺對13 日24h預報產品已考慮到桂南暴雨，體現(xiàn)出預報員對本地天氣具備一定的訂正能力，但兩家均漏報了桂南大暴雨；（4）由于對降水過程結束時間估計過早，導致廣西氣象臺15 日預報偏差較大。在本次過程中，對季風槽動力條件及能量供應的低估是漏報桂南大暴雨的主要原因。預報員應綜合參考兩家指導產品，充分考慮天氣系統(tǒng)對降水的影響程度，適當調整量級預報；對于局地性強降水，可參照廣西本地預報經驗進行訂正預報。

5 數(shù)值預報產品檢驗

使用ECWMF、中國氣象局全球同化預報系統(tǒng)（CMA-GFS）、中國氣象局華南中尺度模式預報系統(tǒng)CMA-3KM、中國氣象局上海數(shù)值預報模式系統(tǒng)（CMA-SH）和中國氣象局廣東快速更新同化數(shù)值預報系統(tǒng)（CMA-GD）等不同尺度模式產品對本次過程進行滾動檢驗，對ECWMF 和CMA-GFS 檢驗天氣形勢預報，對所有模式產品檢驗降水預報。

5.1 天氣形勢預報檢驗

在本次過程中，副熱帶高壓（簡稱“副高”）高西進后，其邊緣的偏南氣流得以加強，并與季風銜接，使得中高層保持一致的偏南氣流，為強降水提供從南海和孟加拉灣朝廣西輸送的暖濕水汽。

使用500hPa 位勢高度場預報檢驗副高位置和強度（以588dagpm 線西段為界）。檢驗12 日20時—15 日08 時總共6 份間隔12h 的ECWMF 產品發(fā)現(xiàn)：ECWMF 對副高變化的預報是穩(wěn)定且具有延續(xù)性的，不同時次起報的588dagpm 線位置偏離不大，15 日20 時的位置預報高度一致，均能明確顯示廣西處在副高西側偏南氣流控制下。CMA-GFS 對副高位置把握較好，588dagpm 線較ECWMF 偏西，但風速偏小。

使用850hPa 風場檢驗切變線影響時間，兩家預報產品對850hPa 切變線于14 日凌晨進入桂西北的結論較為一致，14 日白天切變線南下到達的位置略有差別，15 日北退并逐漸轉為偏南氣流控制，基本上均能有效預報出切變線移動、調整的時間節(jié)點。

結合氣壓場和10m 風場預報產品對冷空氣南下影響廣西的時間節(jié)點進行判斷，多數(shù)起報場顯示14 日08 時桂北開始出現(xiàn)2～3hPa 的24h 正變壓，記為冷空氣影響時段起點；10m 風場顯示桂西北始終存在氣旋性輻合流場，是降雨維持的重要原因。

由此可見，ECWMF 和CMA-GFS 的850hPa、地面形勢預報，與強降水落區(qū)由桂西北擴大至桂北的轉變相當吻合，13 日桂西北出現(xiàn)的強降水由850hPa線觸發(fā)，14 日受切變線和地面冷空氣共同影響導致桂北強降水，15 日切變線減弱，雨勢隨之減弱。但與之形成明顯對比的是桂南強降水的完全漏報，在副高和孟加拉灣季風槽共同影響下出現(xiàn)的偏南氣流的脈動引發(fā)的持續(xù)性強降水易被忽略，這仍是亟待重視和解決的預報難點之一。

5.2 降水預報檢驗

使用13—15 日08 時起報的24～72h 時效產品檢驗降水預報。在本次過程中，ECWMF 對24h、48h時效報出桂北強降水，范圍偏小，大暴雨落區(qū)有偏差，所有時效均漏報了桂南強降水。

14 日08 時和15 日08 時起報的CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD 的24h 時效產品效果最優(yōu)：三家均能報出南北雙雨帶的特征，CMA-3KM 對桂北大暴雨落區(qū)把握比CMA-SH 好，但桂南大暴雨落區(qū)偏強、偏北；CMA-SH 對強降水落區(qū)進行了適當調小，能反映出桂南強降水的預報連貫性。CMA-GFS模式產品漏報情況較明顯。48h 和72h 時效預報產品中，僅CMA-GD 模式對桂南大暴雨有所反應，其他模式漏報明顯。

綜上所述，各家數(shù)值預報模式能隨著時效臨近調整預報，ECWMF 和CMA-GFS 對桂北的系統(tǒng)性降水預報把握較好，CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD均能預報出雙雨帶特征，量級有所偏差。當區(qū)域模式產品對非系統(tǒng)性降水落區(qū)出現(xiàn)連續(xù)預報時，預報員需提高警惕，參考上級指導產品和本地經驗調整預報思路。

6 結論與討論

（1）本次強降水過程發(fā)生在低層切變線、季風槽和地面弱冷空氣的廣西汛期暴雨經典天氣系統(tǒng)配置下，影響范圍大、過程雨量大、雨勢強、桂北-桂南雙雨帶特征明顯。

（2）對上級指導產品的檢驗顯示，中央氣象臺和廣西氣象臺均能較好預報出桂北系統(tǒng)性降水，對桂南強降水考慮不足，落區(qū)和量級均存在偏差，對降水過程結束時間考慮不足導致了較大預報偏差。

（3）對數(shù)值預報產品的檢驗顯示，ECWMF 和CMA-GFS 對天氣形勢的預報具有穩(wěn)定性和連貫性，對副高西進、低層切變線和地面弱冷空氣南下等關鍵時間節(jié)點均能較好地預報，對季風槽的影響時間把握較好；但降水預報偏差較大，存在漏報。CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD 模式產品在降水預報中均能報出雙雨帶特征，降水量級和范圍略有偏差，出現(xiàn)一定程度的空報。CMA-GFS 模式出現(xiàn)較多漏報現(xiàn)象。

（4）本次過程中，各家數(shù)值預報性能體現(xiàn)出隨預報時效加長而減弱的特征，大尺度預報相對較好。

在中短期預報中，預報員對數(shù)值預報產品的檢驗應具有持續(xù)性，積累對強降水過程的預報經驗，收集不同季節(jié)、多次過程、多家產品的預報特點，結合季節(jié)特征和本地經驗等進行綜合參考，才能減少空報、漏報現(xiàn)象。