高空西北氣流下銅仁東部特大暴雨的預(yù)報(bào)分析及思考

徐大紅，胡 萍，楊 群，李習(xí)瑾

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

2020年6月29日18時(shí)—30日01時(shí)(北京時(shí)，下同)，銅仁市東部的碧江、江口、松桃3縣交界區(qū)域突發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水(歷時(shí)8 h)，大暴雨、特大暴雨集中出現(xiàn)在6月29日18時(shí)—30日02時(shí)，過程中有6個(gè)區(qū)域自動站降雨量超過200 mm，其中江口縣壩盤鄉(xiāng)降雨量最大達(dá)280.1 mm，江口縣城區(qū)降雨量達(dá)205.1 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為江口縣水泥廠鄉(xiāng)139.8 mm，雨強(qiáng)創(chuàng)歷史極值，國家站江口縣城雨量達(dá)次極值。此次特大暴雨過程具有突發(fā)性、極端性、降水時(shí)段高度集中的特點(diǎn)，造成江口縣、碧江區(qū)、松桃縣不同程度的洪澇災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失7437.84萬元，江口縣因?yàn)?zāi)受傷3人，碧江區(qū)壩黃鎮(zhèn)死亡1人。

由于此次特大暴雨過程具有極端性、突發(fā)性、降水時(shí)段高度集中性，同時(shí)當(dāng)天08時(shí)關(guān)鍵區(qū)域的天氣尺度環(huán)境場信號弱，數(shù)值模式及主觀預(yù)報(bào)對此次暴雨過程的預(yù)報(bào)效果不是很理想，暴雨量級偏小。

1 資料

本文運(yùn)用貴州省預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)常規(guī)資料和地面自動站加密觀測資料進(jìn)行分析討論。采用MICAPS4.1分布式數(shù)據(jù)和NCEP/FNL1°×1°逐6 h再分析資料，用于分析天氣尺度環(huán)境場配置；采用地面國家站和地面區(qū)域自動站逐小時(shí)風(fēng)場、雨量、氣溫來分析中小尺度系統(tǒng)的生消移動。

2 特大暴雨的降水實(shí)況特征

2020年6月29日18時(shí)—30日01時(shí)，銅仁市東部突發(fā)特大暴雨，統(tǒng)計(jì)29日08時(shí)—30日08時(shí)的24 h雨量(圖1)，特大暴雨中心集中出現(xiàn)在銅仁市碧江區(qū)、江口、松桃3縣境內(nèi)，第一個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段集中在29日19—22時(shí)，碧江區(qū)、江口縣有5個(gè)區(qū)域自動站為特大暴雨，江口縣壩盤鄉(xiāng)連續(xù)2 h雨強(qiáng)超過100 mm(29日21時(shí)106.8 mm·h-1、22時(shí)119.8 mm·h-1),最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)119.8 mm·h-1，江口縣城區(qū)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)115.4 mm·h-1；22時(shí)后雨帶有所西移，出現(xiàn)第二個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段29日23時(shí)—30日01時(shí)，江口縣水泥廠鄉(xiāng)4 h雨量為253 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在30日00時(shí)達(dá)139.8 mm·h-1，突破了銅仁市有氣象記錄以來小時(shí)雨強(qiáng)歷史極值，具有極端性。

圖1 2020年6月29日08時(shí)—30日08時(shí)銅仁市降雨量Fig.1 Rainfall in Tongren City from 08:00 on June 29 to 08:00 on June 30, 2020

3 特大暴雨發(fā)生的天氣尺度環(huán)境場

暴雨天氣是在有利天氣尺度環(huán)流背景下，多種尺度的天氣系統(tǒng)共同配合作用下產(chǎn)生的，因此首先對產(chǎn)生特大暴雨的天氣尺度環(huán)境場進(jìn)行初步分析。

銅仁6.29特大暴雨發(fā)生時(shí)期，29日08時(shí)—30日08時(shí)，200 hPa(圖略)上的高空西北風(fēng)急流帶位于35～45°N之間，急流核位于新疆北部—內(nèi)蒙南部—華北南部，我國淮河以南地區(qū)處于高空急流南側(cè)的弱西北氣流控制，貴州省一直為弱的高壓環(huán)流輻散下沉區(qū)中，貴州北部西北風(fēng)風(fēng)速的水平切變基本維持在30 m·s-1左右。分析6月29日08時(shí)—30日08時(shí)的500 hPa、700 hPa、850 hPa、地面的4層綜合分析圖(圖2)，500 hPa中高緯地區(qū)維持兩槽一脊形勢，29日08時(shí)高壓脊位于貝加爾湖西側(cè)95°E附近，29日20時(shí)—30日08時(shí)高壓脊東移維持在100°E附近；29日08時(shí)高壓脊前我國內(nèi)蒙古東部—東北地區(qū)為寬闊的冷渦槽區(qū)，29日20時(shí)—30日08時(shí)冷渦槽區(qū)東移到日本島。中低緯地區(qū)29日08時(shí)，川南—滇北為一短波槽，副熱帶高壓(以下簡稱副高)588 dagpm西伸點(diǎn)廣西西部,副高北界兩廣北部、脊線位于22°N左右，貴州省偏西北氣流(暖溫脊區(qū))，29日20時(shí)副高東南退到廣西東部，30日08時(shí)繼續(xù)東退到廣東西部，川滇槽發(fā)展南伸稍東移到滇中部。700 hPa，29日08時(shí)橫切變位于重慶北部一線，貴州省西南風(fēng)8～10 m·s-1, 有西南風(fēng)急流廣西東北—湘中部—江蘇南部；29日20時(shí),重慶中部橫切變線南壓到貴州銅仁市北部，廣西中部—懷化為8～12 m·s-1的西南大風(fēng)速區(qū)，但≥12 m·s-1西南急流已東移到江西北部—浙江中部；30時(shí)08時(shí)重慶西南部形成人字形低渦切變，低渦北段切變壓在重慶南部，銅仁市北部切變線消失，廣西北部—湖南南部8～10 m·s-1的西南大風(fēng)速區(qū)，≥12 m·s-1西南急流已東南移到福建北部。850 hPa，29日08時(shí)重慶東部切變，西南風(fēng)急流廣西西部—湘中部—浙江北；29日20時(shí)貴州省的北部切變線南側(cè)轉(zhuǎn)為偏南氣流，急流減弱為8～12 m·s-1, 且銅仁市西部為暖溫脊區(qū)、市東部毗鄰湖南有冷溫槽區(qū)自安徽—湖北伸向湖南北部；30時(shí)08時(shí)貴州畢節(jié)形成人字形低渦切變，低渦北段切變壓在銅仁市西北部，廣西河池—湖南懷化8～12 m·s-1的西南大風(fēng)速區(qū)。地面圖上，貴州省北部風(fēng)場輻合線維持并先南后北小幅擺動，形態(tài)基本呈東西向壓在銅仁市東南部。

圖2 2020年6月29日08時(shí)(a)、29日20時(shí)(b)、30日08時(shí)(c)、30日20時(shí)(d)500 hPa、700 hPa、850 hPa、地面場的綜合分析Fig.2 08: 00 (a), 20:00 (b) on June 29，2020, 08:00 (c)，20:00 (d) on June 30， 2020 Comprehensive analysis of 500 hPa, 700 hPa, 850 hPa and ground field

以上分析發(fā)現(xiàn)，此次銅仁東部6.29特大暴雨是一次對流性極端暴雨，發(fā)生于副高588 dagpm由廣西北部東南退到廣西東南—廣東中部的進(jìn)程中，同時(shí)高層中高緯為東北冷渦后部，我國西北—西南—華中地區(qū)為大范圍的西北氣流影響的天氣背景下。在29日08時(shí)、20時(shí)、30日08時(shí)這3個(gè)時(shí)次中，高空200 hPa我國淮河以南地區(qū)受高空急流南側(cè)的西北氣流控制；500 hPa內(nèi)蒙—東北冷渦槽維持東移，銅仁市位于低渦槽后的偏西北氣流，高空急流的出口區(qū)右側(cè)，副高西伸脊點(diǎn)位置偏東、并減弱東南退到廣東；700 hPa重慶北部橫切變先南壓到銅仁市北部后減弱消失；850 hPa重慶東部切變先東南移到銅仁市東北，且銅仁市東部有冷平流自湖北—湖南輸送入，低層切變線南側(cè)的偏西南氣流僅為8～12 m·s-1，關(guān)鍵區(qū)域顯著的低空急流未建立，僅有銅仁市東部毗鄰的懷化站出現(xiàn)12 m·s-1風(fēng)速脈動，地面貴州省北部有東西向輻合線維持，大尺度環(huán)流形勢對此次暴雨過程為弱強(qiáng)迫信號。

4 特大暴雨的可能成因分析

前面分析發(fā)現(xiàn)，此次極端性特大暴雨的產(chǎn)生背景是高空西北氣流、副高先期偏南且發(fā)生期持續(xù)東南退，關(guān)鍵區(qū)域銅仁市有中低層切變影響，但距離特大暴雨發(fā)生區(qū)位置稍遠(yuǎn)且后期北抬或消失，低空急流未明顯建立但特大暴雨發(fā)生區(qū)的毗鄰站有12 m·s-1風(fēng)速脈動,天氣尺度系統(tǒng)總體偏弱。為了清晰發(fā)現(xiàn)一些中小尺度可能成因，我們從以下方面進(jìn)行探討。

4.1 特大暴雨關(guān)鍵區(qū)域大氣的探空結(jié)構(gòu)分析

發(fā)生在銅仁市東部的暴雨天氣，通常采用懷化的探空數(shù)據(jù)，來討論該區(qū)域暴雨過程的大氣探空層結(jié)條件。

29日08時(shí)(圖3a)，懷化站整層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)為暖平流，對流有效位能CAPE為1169.5 J·kg-1、最大上升速度W_CAPE值為48.4 m·s-1、SSI指數(shù)強(qiáng)度為302，同時(shí)還存在一定的CIN為46.1 J·kg-1對流抑制有效位能，區(qū)域上空大氣呈高能高濕、不穩(wěn)定能量積蓄狀態(tài)；同時(shí)，該時(shí)刻的抬升凝結(jié)高度LCL為915.4 hPa。到29日20時(shí)(圖3b)，近地層有弱偏東氣流侵入，低層到500 hPa層為暖濕平流，干冷平流層抬升至500～350 hPa之間，大氣不穩(wěn)定層結(jié)增強(qiáng)，CAPE值、W_CAPE值、SSI指數(shù)增強(qiáng)至1909.4 J·kg-1、61.8 m·s-1、317，LCL降低至935.9 hPa，CIN降低為0 J·kg-1，能量及對流上升條件迅速增強(qiáng)，對流凝結(jié)高度下降到近地層，對流云體得到迅速發(fā)展。因此，此次暴雨過程是在大氣處于上干冷下暖濕的潛勢不穩(wěn)定配置、對流參數(shù)CAPE、W_CAPE、SSI指數(shù)較強(qiáng)且快速增大、LCL高度明顯降低的環(huán)境探空中發(fā)生和加強(qiáng)的。

圖3 2020年6月29日08時(shí)( a)、20時(shí)( b)懷化站T-lnP圖和風(fēng)廓線Fig.3 T-lnP diagram and wind profile of Huaihua Station at 08: 00 (a) and 20: 00 (b)on June 29, 2020

表1 銅仁市東部最近探空站懷化站特大暴雨過程期間探空要素變化Tab.1 Changes of sounding elements during heavy rainstorm at Huaihua Station,the nearest sounding station in eastern tongren city

4.2 地面中小尺度系統(tǒng)的作用

從6月29日08時(shí)、20時(shí)、30日08時(shí)這3個(gè)時(shí)次高中低層地面環(huán)境場及關(guān)鍵區(qū)探空特征分析發(fā)現(xiàn)，特大暴雨發(fā)生期地面上維持有一條東西向的輻合線，其位置基本在貴州中北部—銅仁市南部一帶小幅擺動，中間變化特征較粗略，其與造成特大暴雨雨團(tuán)的對應(yīng)關(guān)系如何；且低層到近地層在暴雨發(fā)生時(shí)有冷溫平流和弱偏東風(fēng)的輸送，這兩個(gè)因子是否為重要觸發(fā)因子，還有必要深入分析。下面采用地面國家站、貴州省區(qū)域自動站逐時(shí)資料來進(jìn)行分析。

4.2.1 地面輻合線觸發(fā)對流作用 分析貴州省區(qū)域自動站29日18時(shí)—30日01逐時(shí)資料發(fā)現(xiàn)(圖4a)，29日15—16時(shí)在銅仁市松桃南部至石阡東北部有弱的東北風(fēng)與西南風(fēng)輻合線(2～4 m·s-1),分散小雨；29日18—20時(shí)輻合線東移到江口中部—碧江北部(2～4 m·s-1)，3個(gè)時(shí)次位置維持少動，19時(shí)輻合線北側(cè)有松桃東北風(fēng)加大6 m·s-1、碧江東北部的東風(fēng)增大10 m·s-1,輻合線南側(cè)碧江西南部南風(fēng)增大6 m·s-1，顯示地面風(fēng)場輻合加強(qiáng)，氣流小渦旋特征顯現(xiàn)，相應(yīng)19—20時(shí)輻合線兩側(cè)江口松桃碧江區(qū)域降雨站點(diǎn)增多，小時(shí)雨強(qiáng)增大，并有6個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)≥50 mm·h-1的短時(shí)強(qiáng)降雨；29日21—22時(shí)，碧江西部—江口東部一帶的小渦旋輻合特征明顯，其西北維持8 m·s-1的北風(fēng)，相應(yīng)在渦旋中心西南部出現(xiàn)江口壩盤106.8 mm·h-1(21時(shí))、119.8 mm·h-1(22時(shí))、碧江壩黃107 mm·h-1、江口縣城115.4 mm·h-1(22時(shí))的雨強(qiáng)，渦旋東部北部出現(xiàn)10站≥50 mm·h-1的雨強(qiáng)；29日23時(shí)—30日01時(shí)，隨著輻合線北側(cè)北風(fēng)減弱為4 m·s-1、南側(cè)南風(fēng)有所加強(qiáng)為6 m·s-1，輻合線西北移，對應(yīng)≥50 mm·h-1的雨強(qiáng)區(qū)西北移動，雨強(qiáng)的密度強(qiáng)度均明顯減弱。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，在特大暴雨發(fā)生初期有地面輻合線維持少動，雨強(qiáng)最強(qiáng)期地面輻合兩側(cè)南北風(fēng)增大，切變輻合加強(qiáng)為渦旋輻合，且至少維持2個(gè)時(shí)次，后期輻合線北風(fēng)風(fēng)速減小，南風(fēng)增大輻合減弱西移，雨強(qiáng)減小，銅仁市東部的特大暴雨過程結(jié)束。

4.2.2 地面東北路徑冷溫度平流觸發(fā)能量鋒生 分析MICAPS4.1分布式數(shù)據(jù)的地面國家站區(qū)域自動站1 h資料發(fā)現(xiàn)(圖4b)，此次特大暴雨產(chǎn)生地面上，18—19時(shí)有弱冷溫平流自湖南北部(L冷中心阮陵24 ℃)持續(xù)向西輸入，在銅仁市東南部相對高溫舌區(qū)(N暖中心萬山鎮(zhèn)30 ℃)的碧江北部—江口中部一線前端等溫線密集區(qū)△T梯度達(dá)-5 ℃，冷暖平流交匯形成能量鋒生，進(jìn)而觸發(fā)對流；20—21時(shí)隨著冷平流的持續(xù)輸入，24 ℃冷中心線到達(dá)銅仁市碧江北部—松桃南部—江口西北部，近地層能量鋒區(qū)△T梯度仍達(dá)-3 ℃，冷暖溫度平流的能量鋒區(qū)繼續(xù)維持并增強(qiáng)，促進(jìn)該區(qū)域氣流輻合抬升運(yùn)動維持并加強(qiáng)；22—01時(shí)冷平流的持續(xù)深入西進(jìn)，越過梵凈山到達(dá)印江東部，23 ℃冷中心線控制松桃—江口—印江，對流降雨云團(tuán)隨之西移，碧江—江口的特大暴雨結(jié)束。

圖4 2020年6月29日18時(shí)—30日01時(shí)銅仁市國家站區(qū)域自動站逐時(shí)風(fēng)場及雨量(a)，6月29日18—23時(shí)銅仁市國家站區(qū)域自動站逐小時(shí)地面溫度(b)Fig.4 Hourly wind field and rainfall of tongren city national station regional automatic station from 18: 00 on June 29, 2020 to 01: 00 on June 30, 2020 (a). Hourly ground temperature of regional automatic station of tongren city National Station from 18: 00 to 23: 00 on June 29,2020(b)

4.3 低空700 hPa附近的濕斜壓鋒生觸發(fā)

前面對地面輻合線觸發(fā)對流和冷溫度平流觸發(fā)能量鋒生作了分析，暴雨尤其是特大暴雨的發(fā)生必須有深厚的上升對流并且發(fā)展維持，因此我們對特大暴雨中心附近(27.5°N、109°E)上空的溫濕特征θse場及氣流垂直運(yùn)動做剖面分析。圖5a～5c的850 hPaθse、500 hPa露點(diǎn)鋒分析可見，29日14時(shí)從貴州西部伸向重慶南部有360 K的高能舌，θse能量鋒區(qū)位于湖北西南部，500 hPa存在2條分別位于湖北南部和貴州東南部的露點(diǎn)鋒，銅仁市位于2條干冷露點(diǎn)鋒夾心的暖濕高能區(qū)；29日20時(shí)—30日02時(shí)850 hPaθse360 K的高能舌西南退至貴州銅仁市西南部，500 hPa湖北南部露點(diǎn)鋒東南移、貴州東南的露點(diǎn)鋒南退；暴雨大暴雨區(qū)位于500 hPa南北部露點(diǎn)鋒之間、850 hPaθse360～364 K高能區(qū)的冷暖空氣交匯區(qū)。圖5d～5f的垂直方向上，29日14時(shí)—30日02時(shí)，中層600～700 hPaθse位于重慶—湖北的干冷空氣不斷下傳、西進(jìn)到暴雨區(qū)的低層800～900 hPa高度上，在暴雨區(qū)域上空有明顯東南和西南氣流匯合形成的垂直環(huán)流，有增長到-140 Pa·s-1中心的上升運(yùn)動區(qū)明顯向上伸展，同時(shí)θse鋒區(qū)梯度加大、也更加傾斜，說明暖濕空氣的爬升更為強(qiáng)烈，暴雨的強(qiáng)度也隨之加大維持。

圖5 2020年6月29日16時(shí)—30日02時(shí)850 hPa風(fēng)(箭頭)、假相當(dāng)位溫(等值線, 單位:K)和500 hPa露點(diǎn)溫度(陰影,單位:℃)(a～c) , 沿116°E的假相當(dāng)位溫(等值線,單位:K)和垂直環(huán)流分布(箭頭, 單位:50-1m·s-1)、上升運(yùn)動區(qū)(填色, 單位:Pa·s-1)(d～f)Fig.5 850 hPa wind (arrow), pseudo equivalent potential temperature (isoline,unit∶ K) and 500 hPa Dew point temperature (shadow, unit∶ ℃)from 16：00 on June 29, 2020 to 02:00 on June 30, 2020(a～c), pseudo equivalent potential temperature along 116°E (isoline, unit∶ K) and Vertical circulation distribution (arrow, unit∶ 50-1·m·s-1), ascending movement area (color filling, unit∶ Pa·s-1)(d～f)

5 多普勒雷達(dá)回波特征分析

跟蹤分析此次銅仁東部(江口東部—碧江西部)特大暴雨的銅仁多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測的組合反射率因子演變圖(圖6)發(fā)現(xiàn)，回波的發(fā)展演變分為2個(gè)階段。第1階段為6月29日18時(shí)01分—20時(shí)08分，18時(shí)01分江口東部回波A、碧江西北部回波B、C生成后，呈西南—東北向緩慢移動的列車效應(yīng)(圖6a),在19時(shí)11分(圖6b)ABC合并于碧江西北部至松桃南部，40 dBz以上回波面積擴(kuò)大，3個(gè)50～55 dBz強(qiáng)回波中心穩(wěn)定位于碧江西部壩黃鎮(zhèn)、北部德勝屯，壩黃鎮(zhèn)21時(shí)的小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)107 mm·h-1，該階段雨強(qiáng)超100 mm·h-1的有2站、超雨強(qiáng)超50 mm·h-1的有10站。第2階段為29日20時(shí)08分—30日01時(shí)(圖6c～圖6e)，回波帶呈西向列車移動進(jìn)入江口縣，50 dBz以上的強(qiáng)中心也西移進(jìn)入江口，特大暴雨開始在江口中西部產(chǎn)生；21時(shí)11分—23時(shí)02分回波強(qiáng)中心50～60 dBz影響江口縣城至東南部的壩盤鄉(xiāng)一帶，壩盤鄉(xiāng)最大小時(shí)雨強(qiáng)119.8 mm·h-1、江口縣城115.4 mm·h-1，該階段雨強(qiáng)超100 mm·h-1的有2站、雨強(qiáng)超50 mm·h-1的有9站；29日23時(shí)—30日00時(shí)后，降雨回波繼續(xù)西北移，中心強(qiáng)度減弱45～50 dBz，江口西部的小時(shí)雨強(qiáng)超100 mm·h-1的1站, 雨強(qiáng)超50 mm·h-1的有3站；30日01—02回波繼續(xù)西移減弱，雨強(qiáng)迅速減小到16.3 mm·h-1，銅仁市東部特大暴雨過程結(jié)束。

圖6 銅仁雷達(dá)回波組合反射率因子演變(a、b、c、d、e)和29日22時(shí)04分反射率因子剖面(f)Fig.6 Evolution of radar echo combination reflectivity (a,b, c,d, e) and reflectivity factor profile at 22:04 on June 29 (f)

此次特大暴雨過程的最大降雨出現(xiàn)在江口縣城—壩盤鄉(xiāng)，其中在29日20—22時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)超過100 mm·h-1有4站次、小時(shí)雨強(qiáng)超過50 mm·h-1有19站次，壩盤鄉(xiāng)連續(xù)2 h雨量均超100 mm·h-1,過程雷達(dá)回波最大反射率因子為58 dBz，最大回波頂高為14 km，最大垂直液態(tài)水含量為19.8 kg·m-2。分析21時(shí)06分的0.5°仰角徑向速度PPI(圖7a)為 “S”型的零速度線，碧江西部至江口東部區(qū)域?yàn)轱L(fēng)的低層輻合；同時(shí)刻19.5°仰角徑向速度PPI(圖7b)為 反“S”型的零速度線，碧江西部至江口東部區(qū)域?yàn)轱L(fēng)的高層輻散區(qū)。這種風(fēng)的低層輻合、高層輻散共軛配置極有利于周圍水汽聚合抬升，降雨得到加強(qiáng)；同時(shí)刻的3.4°仰角徑向速度PPI(圖7c)的特大暴雨發(fā)生區(qū)域有風(fēng)的氣旋式輻合，正的最大速度達(dá)20 m·s-1，負(fù)的最大速度達(dá)13 m·s-1，中層氣旋式輻合明顯加強(qiáng)，抬升運(yùn)動增強(qiáng)維持，大暴雨的雨強(qiáng)增大、范圍也擴(kuò)大。

圖7 6月29日21時(shí)06分銅仁雷達(dá)徑向速度圖(a、0.5°仰角，b、19.5°仰角，c、3.4°仰角)Fig.7 Radial velocity map of Tongren radar at 21:06 on June 29 (a 0.5 elevation angle, b 19.5 elevation angle and c 3.4 elevation angle)

此次特大暴雨過程發(fā)生區(qū)域在銅仁雷達(dá)站西南方上空半徑50 km范圍內(nèi)，雷達(dá)VWP產(chǎn)品可以有效地反映暴雨區(qū)上空的風(fēng)場結(jié)構(gòu)變化特征。分析29日18時(shí)30分—30日01時(shí)的逐時(shí)VWP產(chǎn)品演變圖(圖8)發(fā)現(xiàn)，此次過程高中低層的風(fēng)均未達(dá)急流，中低層南風(fēng)風(fēng)速最大為8 m·s-1,高層西北風(fēng)速最大12 m·s-1，但是南北風(fēng)的高度、風(fēng)切變在暴雨強(qiáng)弱階段發(fā)生了變化。29日14—18時(shí)的銅仁雷達(dá)VWP產(chǎn)品上有整層深厚的“ND”層，大暴雨前1 h“ND”區(qū)開始萎縮發(fā)生斷裂，底端抬高，低層2.7 km以下出現(xiàn)2～6 m·s-1的西南風(fēng)，說明低層水汽含量增加。29日19時(shí)—30日00時(shí)，“ND”區(qū)完全消失，低層西南風(fēng)高度逐漸抬升，19時(shí)05分達(dá)3.7 km，20時(shí)31分達(dá)4.0 km，21時(shí)達(dá)4.3 km, 22時(shí)04分達(dá)4.9 km，西南風(fēng)速也增大到4～8 m·s-1，暖平流及水汽濕層向上伸展；在近地層0.9 km高度處，20時(shí)31分開始到22時(shí)45分由之前的東南風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠珫|風(fēng)，偏東風(fēng)的風(fēng)速達(dá)6～8 m·s-1，風(fēng)向的順轉(zhuǎn)角度加大，風(fēng)的垂直切變加大；西南暖濕氣流向上伸展、且風(fēng)速增大，近地層風(fēng)向的變化加大風(fēng)切變，有利此時(shí)段暴雨回波的加強(qiáng)維持。自22時(shí)33分開始西南風(fēng)高度開始降低至4.3 km，23時(shí)02分西南風(fēng)高度繼續(xù)降低至4.0 km，30日00時(shí)01分西南風(fēng)高度降低至3.7 km，且30日00時(shí)07分—01時(shí)01分的4 km附近開始出現(xiàn) “ND”區(qū)，“ND”區(qū)域隨時(shí)間推移上下擴(kuò)展，該區(qū)域降雨強(qiáng)度開始減弱至停止。

圖8 銅仁雷達(dá)29日18時(shí)30分—30日01時(shí)VWP產(chǎn)品圖Fig.8 VWP product map of Tongren Radar from 18: 30 on June 29 to 01: 00 on June 30

6 特大暴雨的預(yù)報(bào)偏差原因分析

此次銅仁市東部的特大暴雨過程,銅仁市氣象臺的24 h暴雨落區(qū)基本一致，但大暴雨、特大暴雨漏報(bào)，預(yù)報(bào)強(qiáng)度明顯偏弱?；仡櫘?dāng)天的預(yù)報(bào)思路，主要是對在高空西北氣流主導(dǎo)下，副高東南退過程中的北界位置，低層切變位置偏北，低空西南急流位置偏東偏南中但有臨近站點(diǎn)風(fēng)速脈動，地面輻合線擺動情況下東路弱冷溫平流深入的共同作用理解不夠；同時(shí)EC 數(shù)值模式對降水強(qiáng)度和落區(qū)預(yù)報(bào)偏差大，影響了預(yù)報(bào)員對大暴雨、特大暴雨可能性的預(yù)報(bào)。下面參考對比EC全球模式的預(yù)報(bào)產(chǎn)品和中尺度華南模式、華東模式的降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品，從產(chǎn)生特大暴雨的關(guān)鍵天氣系統(tǒng)來分析預(yù)報(bào)偏差原因。

6.1 EC模式高中低層主要影響天氣系統(tǒng)的檢驗(yàn)

經(jīng)多年的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)檢驗(yàn)，EC模式對形勢場的預(yù)報(bào)能力明顯優(yōu)于其他模式。前文分析可知，高空500 hPa29日08時(shí)副高北界位于廣西北部，29日20時(shí)副高北界東南退到廣西東南部，同時(shí)高層中高緯為東北冷渦穩(wěn)定維持，重慶、湖北、貴州均為西北冷渦后部西北氣流影響。圖9對比檢驗(yàn)分析可見，EC模式對副高的東退趨勢預(yù)報(bào)基本一致，但對北界位置預(yù)報(bào)比實(shí)況偏北，影響了預(yù)報(bào)員對系統(tǒng)影響位置偏北的判斷。同時(shí)，由于28日20時(shí)預(yù)報(bào)的冷渦槽比29日08時(shí)預(yù)報(bào)偏西，移動偏慢；暴雨區(qū)域上空實(shí)況西北氣流在2個(gè)時(shí)次的預(yù)報(bào)場差異大，28日起報(bào)的是偏西氣流，而臨近時(shí)刻29日08時(shí)起報(bào)的是弱脊前西北氣流，是預(yù)報(bào)員判斷暴雨發(fā)生區(qū)夜間過弱脊的形勢，降雨不強(qiáng)的一個(gè)原因。

圖9 2020年6月29日20時(shí)500 hPa實(shí)況場(a)、28日20時(shí)起報(bào)的29日20時(shí)500 hPa預(yù)報(bào)場(b)、29日08時(shí)起報(bào)的29日20時(shí)500 hPa預(yù)報(bào)場(c)Fig.9 500 hPa Live field at 20:00 on June 29, 2020 (a),500 hPa forecast field at 20：00 on June 28, 2020 (b) and 500 hPa forecast field at 20：00 on June 29, 2020 (c)

前文分析可知，6月29日08—20時(shí)，700 hPa重慶北部橫切變先南壓到銅仁市北部后減弱消失，850 hPa重慶東部切變先東南移到銅仁市東北部，再西北推到銅仁市西北至貴州西部。發(fā)生暴雨時(shí)，低層切變線南側(cè)的偏西南低空急流未建立，僅有銅仁市東部毗鄰的懷化站出現(xiàn)12 m·s-1風(fēng)速脈動。圖10的29日20時(shí)中低層實(shí)況風(fēng)場與最近2個(gè)時(shí)次的EC數(shù)值預(yù)報(bào)風(fēng)場對比檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，700 hPa 2個(gè)時(shí)次起報(bào)的29日20時(shí)重慶北部橫切變的預(yù)報(bào)比實(shí)況位置偏北，未進(jìn)入貴州省，貴州風(fēng)速預(yù)報(bào)僅4～6 m·s-1，廣西—貴州—湖南也未建立西南急流。850 hPa 2個(gè)時(shí)次起報(bào)的對29日20時(shí)重慶東南部切變的預(yù)報(bào)比實(shí)況位置明顯偏西偏北，廣西—貴州—懷化風(fēng)速預(yù)報(bào)僅8～10 m·s-1，未有西南急流建立。而實(shí)況場上850 hPa 切變線已壓在銅仁市中部，產(chǎn)生此次特大暴雨的一個(gè)主要影響系統(tǒng)。正是由于700 hPa、850 hPa切變南壓、東移的速度偏慢，未進(jìn)入銅仁市，西南急流未建立，由此判斷水汽的輸送輻合抬升弱，使得預(yù)報(bào)員對產(chǎn)生暴雨系統(tǒng)影響位置、可能的強(qiáng)度判斷不足。

圖10 2020年6月29日20時(shí)700 hPa實(shí)況場與不同時(shí)次起報(bào)的預(yù)報(bào)場(a)、2020年6月29日20時(shí)850 hPa實(shí)況場與不同時(shí)次起報(bào)的預(yù)報(bào)場(b)(黑色：實(shí)況場，藍(lán)色：28日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)場，紫色：29日08時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)場)Fig.10 Live field at 20: 00 on June 29, 2020 and forecast field reported at different times (a),The live field at 20: 850 hPa on June 29, 2020 and the forecast field reported at different times (b) (Black: live field, blue: forecast field reported at 20: 00 on the 28th, purple: forecast field reported at 08: 00 on the 29th)

6.2 多模式降水預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)

前文分析可知，6月29日08時(shí)—30日08時(shí)的天氣尺度環(huán)境場配置為副高東南退、高空西北氣流主導(dǎo)下的，預(yù)報(bào)場的中低層切變未進(jìn)入銅仁市，未有西南低空急流，地面有輻合線弱強(qiáng)迫抬升配置下發(fā)生的特大暴雨。預(yù)報(bào)員對天氣影響系統(tǒng)的未來變化作出初步判斷后，參考對比EC模式、華南模式、華東模式的降水預(yù)報(bào)(圖略)，發(fā)現(xiàn)EC模式預(yù)報(bào)暴雨區(qū)強(qiáng)度明顯偏弱、位置偏小，且臨近時(shí)次預(yù)報(bào)更弱，與實(shí)況誤差最大；華南模式預(yù)報(bào)了大暴雨的強(qiáng)度，但落區(qū)位置南北差異大，且臨近時(shí)次預(yù)報(bào)位置與實(shí)況誤差大；華東模式預(yù)報(bào)了特大暴雨的強(qiáng)度，落區(qū)位置2個(gè)時(shí)次起報(bào)比較穩(wěn)定，與實(shí)況特大暴雨落區(qū)位置有一定誤差。相比而言，華東模式的降水預(yù)報(bào)對此次特大暴雨過程的預(yù)報(bào)較好。

7 討論與小結(jié)

①此次特大暴雨發(fā)生的天氣尺度環(huán)境場為副高由廣西北部東南退到廣西東南—廣東中部的進(jìn)程中，我國東北部沿海有冷渦穩(wěn)定維持，銅仁市位于冷渦槽后的西北氣流，700 hPa、850 hPa切變銅仁市北部，中低空急流輸送未建立，中高層為暖平流，低層及近地層有弱冷平流東路輸入，地面銅仁市南部輻合線維持?jǐn)[動的弱強(qiáng)迫系統(tǒng)的綜合配置特征。

②在西北氣流影響下區(qū)域的天氣尺度環(huán)境場特征為中上暖近地冷、有一定的潛勢不穩(wěn)定對流層結(jié)下，地面輻合線穩(wěn)定維持，地面輻合線附近南北風(fēng)增強(qiáng)，促使地面小尺度對流渦旋的生成、發(fā)展、增強(qiáng)，促使?jié)搫莶环€(wěn)定對流層結(jié)轉(zhuǎn)化為對流不穩(wěn)定層結(jié)，持續(xù)增強(qiáng)了特大暴雨發(fā)生的動力抬升條件。

③此次過程中，低層600～700 hPa有東北方向冷平流下傳西送到800～900 hPa高度上，近地層?xùn)|路弱冷空氣向銅仁市侵入，觸發(fā)特大暴雨發(fā)生區(qū)低空θse能量鋒生，且θse鋒區(qū)的梯度加大、斜壓性增強(qiáng)，致使暴雨區(qū)域上空東南和西南氣流的垂直環(huán)流上升區(qū)明顯向上伸展，暖濕空氣沿著鋒區(qū)的爬升得到維持和加強(qiáng)，暴雨維持時(shí)間、強(qiáng)度也隨之加大。

④此次過程的雷達(dá)回波演變，回波先東北向后西向的2個(gè)階段列車效應(yīng)，徑向速度圖顯示有低層輻合高層輻散的共軛配置、中層氣旋式輻合，VWP產(chǎn)品圖顯示有西南風(fēng)暖濕平流的向上伸展到中層、近地層風(fēng)向轉(zhuǎn)變導(dǎo)致風(fēng)切變增大，這些特征有利于暴雨的加強(qiáng)維持。

⑤全球模式EC對副高東退位置預(yù)報(bào)較好、北界位置預(yù)報(bào)偏北，中低層切變位置預(yù)報(bào)偏北，西南風(fēng)速、降雨量級預(yù)報(bào)明顯偏??；華南和華東中尺度模式對降雨強(qiáng)度預(yù)報(bào)有指示意義，但落區(qū)也有明顯偏差。相比之下，華東模式對此次特大暴雨多次的預(yù)報(bào)能力最好。

⑥預(yù)報(bào)銅仁市東部西北氣流影響的弱強(qiáng)迫背景下的暴雨落區(qū)和強(qiáng)度，應(yīng)重視低層和近地面的風(fēng)場輻合信息、冷暖空氣預(yù)報(bào)信息，尤其關(guān)注位于銅仁市東部的湖北、湖南方向東輸?shù)牡蛯永錅夭燮搅骱偷孛鏂|路入侵的弱冷空氣觸發(fā)抬升作用。