2022年廣東一次極端低溫暴雨過程的預報檢驗

馮沁，梁巧倩，涂靜，任鵬飛，王鳳

（廣東省氣象臺，廣東廣州 510640）

低溫陰雨天氣是廣東冬春季節(jié)主要的災害性天氣之一，多出現(xiàn)在2—3月份，南下的北方冷空氣和北上的暖濕空氣對峙，易造成長時間的低溫陰雨寡照天氣［1］。已有諸多學者從氣候背景、環(huán)流特征和天氣成因等方面對廣東地區(qū)的低溫陰雨天氣和過程開展了研究，如黃露菁［2］統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)廣東低溫陰雨天氣平均總日數(shù)分布自北向南遞減，并且以全省性嚴重或全省性輕度類型為主；紀忠萍等［3］發(fā)現(xiàn)廣州低溫陰雨的年景變化與廣東高度一致，尤其烏拉爾山-貝加爾湖以西的阻塞高壓可作為預報廣東出現(xiàn)長低溫陰雨的前兆信號；何偉芬等［4］、吳乃庚等［5］、汪瑛等［6］、付雅婷［7］分別通過對2008、2010、2012年低溫陰雨過程的成因進行了分析；林良勛等［8］對2008年廣東低溫雨雪冰凍天氣及應急服務情況進行了回顧和思考。現(xiàn)有的研究對廣東低溫陰雨氣候特征統(tǒng)計和天氣過程成因討論較多，對決策服務節(jié)奏效果分析及主客觀預報檢驗研究較少。2022年2月18—23日出現(xiàn)了一次罕見的低溫暴雨冰凍天氣過程，對民眾生活、各行各業(yè)都造成了明顯影響。廣東省氣象部門提前把握決策氣象服務節(jié)奏做好了預報預警服務，為各級部門防雨防寒防凍提供了及時有力的氣象支撐。本研究對該次過程的預報和服務節(jié)奏等進行分析，并對各主客觀網(wǎng)格預報結果進行評估，以了解該次過程的天氣特點、總結廣東冬季低溫陰雨冰凍天氣服務經(jīng)驗和不足以及探討模式對該過程預報的指示作用。

1 低溫暴雨天氣過程及特點

2022年2月受大氣環(huán)流異常影響，廣東省氣溫偏低、降水偏多，其中18—23日受強冷空氣影響，廣東出現(xiàn)了罕見的持續(xù)低溫暴雨冰凍天氣。該次過程有“降水范圍廣、累計雨量大、低溫時間長、山區(qū)冰凍多”的特點。

2月18—23日全省連續(xù)出現(xiàn)大范圍降水，平均雨量129.6 mm，較歷史同期偏多6.4倍（圖1，時間為北京時，下同）；2月20日國家站平均日雨量47.6 mm，打破2月國家站日雨量最多歷史記錄；降水持續(xù)時間長，21市平均降水持續(xù)時間為67 h，汕頭市持續(xù)了95 h。

圖1 2022年2月17日20：00—23日20：00廣東省累計雨量分布

2月19日起廣東自北向南出現(xiàn)了大范圍降溫，過程降溫幅度達6～12℃，其中粵北和珠江三角洲市縣連續(xù)出現(xiàn)了2～5℃的低溫（粵北高寒山區(qū)-3～0℃）；19—22日全省持續(xù)4 d氣溫日較差＜3℃；清遠連州和連山、韶關樂昌和乳源、肇慶懷集等高寒山區(qū)出現(xiàn)了雨夾雪、冰凍、雨凇、道路結冰，并出現(xiàn)了低于2 km的低能見度天氣。

全省持續(xù)多日的暴雨、低溫以及粵北地區(qū)的冰凍天氣對春運交通、電力輸送、農(nóng)林養(yǎng)殖和居民生產(chǎn)生活產(chǎn)生了明顯影響。京珠北高速公路部分路段出現(xiàn)結冰，京港澳高速云巖部分高海拔路段監(jiān)測到有濃霧，京港澳高速公路18日夜間至25日下午實施了交通管制措施［9］；19—22日期間粵北高寒山區(qū)電力線路出現(xiàn)覆冰情況；持續(xù)陰冷寡照天氣還影響了水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)以及蔬菜、冬種作物及熱帶水果、成熟冬種作物的生長和收獲。

2 過程決策氣象服務特點

該次過程陰雨寒冷、低溫冰凍程度明顯，對多行業(yè)產(chǎn)生不利影響。該次決策服務與應急響應準確適當把握住了服務節(jié)奏、提供了充足的預報提前量，對災害性天氣預報較為準確，為各級部門防雨防寒防凍提供了及時有力的氣象支撐。

2.1 把握節(jié)奏提前研判

廣東省氣象局提前一周預報出該次降水降溫過程，研判后于2月16日下午發(fā)布快報，預報18日起受強冷空氣影響，全省降溫7～10℃，未來一周持續(xù)陰雨寒冷，粵北市縣有低溫冰凍，過程期間預報結論穩(wěn)定。全省氣象部門以汛期值守班工作狀態(tài)做好該次強冷空氣服務，及時啟動氣象災害寒冷應急響應，積極向當?shù)攸h委政府和相關部門滾動加密發(fā)送決策氣象服務信息，報送《重大氣象信息快報》、《農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警》、《寒冷災害影響評估預警》、《最新氣象信息》等材料，每日更新《每日天氣報告》、《春運氣象保障服務專報》，23日報送《重大氣象信息專報》報告該次過程結束。過程期間全省各級氣象部門共提供決策服務材料244份，協(xié)助多級應急管理和三防部門提前對該次低溫暴雨冰凍過程影響展開了研判和防御部署。

2.2 風險預警突出重點

該次過程決策服務指引到位，廣東省氣象局在過程首份快報中就提前提醒相關部門做好低溫、冰凍、凍雨、雨夾雪和海上大風的防御工作（圖2）。過程期間滾動提供針對農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、畜牧業(yè)、海陸交通、醫(yī)療衛(wèi)生等多行業(yè)的防御指引，利用各種傳統(tǒng)媒體和新媒體渠道廣泛宣傳科普防御知識，聯(lián)合省應急管理廳等單位向全網(wǎng)手機用戶發(fā)布應急短信1.9億人次。過程恰逢2022年春運末期，廣東省氣象局及時敏銳地增加了針對雨霧天氣能見度低路面濕滑、粵北山區(qū)道路結冰、海上風力較大等涉及海陸交通安全的專項提醒，有力保障春運出行安全。

圖2 過程決策服務流程

3 主客觀預報檢驗

在北脊南槽的環(huán)流背景下，長時間勢均力敵的冷暖氣流對峙造成了2月18—23日廣東的持續(xù)降水，其中19—20日全省普降大雨，南部市縣出現(xiàn)了暴雨。本研究對2月18—23日的日降水、最高和最低氣溫主客觀網(wǎng)格預報（20：00起報）進行檢驗評估。評估的主觀產(chǎn)品為省級主觀網(wǎng)格預報，客觀產(chǎn)品為ECMWF和CMA-GD模式，降水檢驗評估以廣東省86個市縣測站和近3 000個區(qū)域級自動觀測站為基準；氣溫檢驗評估以廣東省86個市縣測站為基準。

3.1 降水預報檢驗評估

檢驗指標包括小雨、中雨、大雨和暴雨以上量級的累積降水TS評分，以及大雨和暴雨以上量級的空報率、漏報率和預報偏差；還采用了MODE空間檢驗方法的雨區(qū)面積偏差、平均雨量偏差和極值雨量偏差等指標對降水最強的19—20日主客觀網(wǎng)格預報進行空間檢驗評估。

從過程主客觀24 h預報TS評分（表1）可以看出，主客觀預報基本能把握該次降水過程，小雨和中雨以上TS評分超過90%和80%，但對暴雨的評分較低。主觀網(wǎng)格在大雨和暴雨以上量級預報對ECMWF有正訂正。CMA-GD在除中雨以上降水評分中略低外，在其他量級上均優(yōu)于ECMWF，尤其是暴雨以上量級TS評分優(yōu)勢明顯。

表1 主客觀降水24 h預報TS評分 %

進一步分析過程中的大雨和暴雨以上預報評分（表2），發(fā)現(xiàn)對大雨以上降水，主觀網(wǎng)格和CMA-GD空報率均大于漏報率，主客觀預報偏差均接近于1；而對暴雨以上降水，主客觀預報的漏報率均高于空報率，預報偏差均小于1。在主客觀預報中，CMA-GD模式表現(xiàn)最優(yōu)，大雨以上和暴雨以上漏報率最低，同時暴雨空報率也較小，暴雨預報偏差最為接近1；ECMWF對大雨的漏報較為明顯，且對暴雨預報偏差遠小于1，考慮其預報的暴雨落區(qū)偏小且與實況偏差太大，所以同時漏報率和空報率較高。主觀網(wǎng)格在ECMWF預報基礎上一定程度訂正大雨范圍，但仍然漏報暴雨，主要是由于各模式形勢預報與實況存在偏差，對低層南風預報較實況偏弱（圖略），為該次過程中主觀強降水預報訂正帶來困難。

表2 過程主客觀強降水24 h預報評分

對19和20日大雨以上和暴雨以上降水進行空間檢驗（圖3），發(fā)現(xiàn)19日主客觀預報對大雨以上的降水面積（圖3a）顯著偏小，19日大雨以上實況雨區(qū)與預報雨區(qū)面積偏少2 892格點，而主觀和CMA-GD均在-2 000格點以下，CMAGD對日降水落區(qū)范圍大小預報效果較優(yōu)；20日主客觀預報對雨區(qū)面積的預報較為準確。19和20日的平均雨量偏差（圖3b）分布較為集中，均在±10 mm以內(nèi)；而極值雨量偏差（圖3c）較大，19日的主客觀預報極值雨量偏差達到了-50～-30 mm，20日的在-20 mm以內(nèi)。模式平均（極值）雨量基本都明顯小于實況，說明模式對19—20日的本次過程降水集中期的日降水量預報還是以低估為主，CMA-GD模式在該次過程的強降水時段的參考性明顯優(yōu)于ECMWF。

圖3 2月19和20日大雨以上量級雨區(qū)面積偏差（a）、平均雨量偏差（b）、極值雨量偏差（c）

3.2 氣溫預報檢驗評估

從表3和圖4可以看出，主觀網(wǎng)格和客觀模式整體能夠很好的把握降溫節(jié)奏、降溫幅度，以及后續(xù)的回溫趨勢。主客觀預報該次過程的氣溫變化節(jié)奏把握較為準確，預報誤差較小，各模式之間預報離散度較小，各模式最低氣溫的預報差異較最高氣溫的預報差異略偏大（圖略）。最高氣溫的平均絕對誤差均小于1.5℃，主觀預報和ECMWF模式的最低氣溫小于1℃。ECMWF對氣溫預報的表現(xiàn)在該次過程實際預報中參考性較強。主觀將過程最低氣溫預報在20日早晨，客觀模式均預報21日出現(xiàn)過程最低氣溫，和實況較為接近。

表3 主客觀逐日氣溫24 h網(wǎng)格預報平均絕對誤差℃

圖4 過程廣東省86市縣測站氣溫實況、省級網(wǎng)格預報和絕對誤差的逐日分布

4 討論

2022年2月18—23日的廣東極端低溫暴雨過程有“降水范圍廣、累計雨量大、低溫時間長、山區(qū)冰凍多”的特點，對民眾生活、各行各業(yè)都產(chǎn)生了不利影響。該次決策服務準確適當?shù)匕盐兆×朔展?jié)奏，為各級部門防雨防寒防凍提供了及時有力的氣象支撐。對降水和氣溫的主客觀預報檢驗發(fā)現(xiàn)，主客觀預報對冬季暴雨極端性估計有所不足，降水預報偏小，CMA-GD模式對大量級降水預報較好；整體對氣溫預報較為準確，ECMWF模式在溫度預報上誤差較小；主觀預報對粵北低溫冰凍情況有所低估。

從影響預報方面來看，過程中缺乏天氣災害實況的及時反饋信息，導致預報中對電線積冰情況考慮不足。未來需要加強寒冷災害的綜合監(jiān)測和移動監(jiān)測，加密對道路結冰、電線覆冰的觀測，重點加強粵北山區(qū)和偏遠村鎮(zhèn)的冰凍、雨雪情況等寒冷災害信息的自動采集能力。

從預報技術角度分析，在2月非汛期背景下，該次過程降水極端性明顯，考慮廣東暴雨往往具有很強的季節(jié)性特征，預報團隊對預報廣東冬季暴雨缺乏足夠的信心。整體降水累積量預報偏小一個量級，該過程中CMA-GD模式的降水預報具有較好的參考性，未來可加強對CMA-GD在冬季暴雨過程中的檢驗評估和應用。