四川盆地中部區(qū)域性暴雨可預(yù)報(bào)性分析

楊 雪，張 明，張渝杰，毛 單，李 信

(1.遂寧市氣象局，遂寧629000；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610072)

0 引言

暴雨預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，四川盆地暴雨頻發(fā)，極易造成洪澇、滑坡、中小河流洪水災(zāi)害等，給工農(nóng)業(yè)和人民生活生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，暴雨產(chǎn)生機(jī)制的復(fù)雜性和可預(yù)報(bào)性讓暴雨研究成為氣象學(xué)者仍需攻關(guān)的研究性課題。周春花[1]等分析了2018年6—7月四川持續(xù)性暴雨期間的大尺度環(huán)流特征、主要影響系統(tǒng)的活動(dòng)特征；高松[2]等通過對西南渦演變過程以及雷達(dá)資料的反演對川渝1次暴雨過程進(jìn)行了分析；周云霞[3]等指出考慮地形的作用，結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，利用數(shù)值模式，可以使極端暴雨的預(yù)報(bào)具有一定的可預(yù)報(bào)性；聶祥[4]等得出常規(guī)資料可以分析出未來24 h、48 h有對流性天氣過程，但是難以預(yù)報(bào)有無暴雨，而且強(qiáng)對流天氣的落區(qū)和出現(xiàn)時(shí)間難以繼續(xù)進(jìn)行精細(xì)化分析。

2018-07-03暴雨是四川盆地中部1次典型區(qū)域暴雨天氣，范圍大，強(qiáng)度強(qiáng)，以往針對四川盆地中部暴雨研究較少，此次模式對盆地中東部降水預(yù)報(bào)效果不確定性大，文章從短期預(yù)報(bào)角度對其進(jìn)行可預(yù)報(bào)性分析，以便提取對短期預(yù)報(bào)有用的預(yù)報(bào)信息。

1 天氣實(shí)況

2018-07-01—2018-07-04，副高東退，高空低槽合并加強(qiáng)，西南低渦發(fā)展移動(dòng)，低空急流建立持續(xù)影響，四川盆地自西向東出現(xiàn)了1次暴雨天氣過程，1日20：00—2日20：00，盆地西部出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨，2日20：00—3日20：00，盆地中部、南部5市出現(xiàn)區(qū)域暴雨，最大雨量出現(xiàn)在內(nèi)江樂至為 189.1 mm，1 h最強(qiáng)降水出現(xiàn)在樂至—八角廟(72.6 mm/h)。

2 數(shù)值模式預(yù)報(bào)

實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，數(shù)值模式產(chǎn)品是天氣預(yù)報(bào)的重要支撐，特別是歐洲中心全球模式(簡稱EC)已成為各級臺站天氣預(yù)報(bào)基礎(chǔ)，但EC作為全球模式，物理參數(shù)化不完善，對中小尺度預(yù)報(bào)效果欠佳，尤其是四川盆地這種地形復(fù)雜并伴有對流性降水的預(yù)報(bào)具有一定的局限性，雨帶或落區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)位置偏差[5，6]，要想得到更為精準(zhǔn)化的預(yù)報(bào)，對數(shù)值模式降水作出可預(yù)報(bào)性分析尤為重要。

2.1 24 h降水檢驗(yàn)比對

針對2日20:00—3日20:00的降水，確定性高分辨率模式預(yù)報(bào)EC出現(xiàn)明顯的量級、落區(qū)偏差，EC模式暴雨以及大暴雨主要預(yù)報(bào)在四川盆地西部，而實(shí)況盆地西南部出現(xiàn)小雨天氣，西北部中到大雨，局地有暴雨，盆地中部至東南部有成片暴雨區(qū)；同一模式不同時(shí)次起報(bào)的降水不斷調(diào)整，從最新3個(gè)時(shí)次的24 h降水預(yù)報(bào)來看，72 h模式暴雨區(qū)位于盆地西南部沿山，僅在盆地中部邊緣預(yù)報(bào)大雨；48 h盆地西部降水增強(qiáng)，分別在盆地西北部、西南部預(yù)報(bào)了兩個(gè)暴雨中心，從圖1(b)可見，盆地西南部大暴雨落區(qū)范圍與盆地中部實(shí)況100 mm降水區(qū)域相似，但是經(jīng)度位置明顯偏西1°～2°，該時(shí)次模式大雨帶較72 h向東調(diào)整，預(yù)報(bào)盆地中部有中到大雨，局部暴雨；隨著時(shí)次臨近，EC模式24 h大雨帶較48 h繼續(xù)向東調(diào)整，擴(kuò)展至整個(gè)盆地中部，盆地西南部暴雨中心明顯向東移動(dòng)，內(nèi)江、資陽西部都在50 mm預(yù)報(bào)值以內(nèi)?？傮w而言，72～24 h降水落區(qū)向東調(diào)整，有一定指示意義，模式大暴雨落區(qū)與實(shí)況100 mm降水范圍相當(dāng)，但是經(jīng)度位置明顯偏西1°～2°。

圖1 EC模式不同時(shí)次對2018-07-02T20：00—2018-07-03T20：00降水預(yù)報(bào)

2.2 3 h降水對比檢驗(yàn)

將實(shí)況與1日20:00起報(bào)模式的3 h降水對比分析，2日23:00(預(yù)報(bào)時(shí)效的27 h，依次類推)，隨著中低層偏南風(fēng)加強(qiáng)，盆地南部、中部發(fā)生強(qiáng)降水，中部出現(xiàn)了100 mm以上的短時(shí)暴雨，與西南低渦位置吻合，EC模式降水中心較實(shí)況偏西偏南，強(qiáng)度顯著偏弱；3日02:00，隨著西南渦的發(fā)展以及穩(wěn)定少動(dòng)，盆地中部降水達(dá)到最強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)到144 mm，70 mm以上強(qiáng)降水范圍明顯增加，但此時(shí)模式降水呈東北—西南走向位于盆地西部，對盆地中部降水完全漏報(bào)；3日05:00，隨著低空急流持續(xù)輸送，雨帶進(jìn)一步擴(kuò)大，盆地南部-中部形成20～70 mm帶狀雨區(qū)，此時(shí)暴雨區(qū)仍位于盆地中部，EC模式預(yù)報(bào)盆地西部降水增強(qiáng)，中雨量級降水預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，但空報(bào)50 mm強(qiáng)降雨，盆地中部預(yù)報(bào)值顯著小于實(shí)況；3日08:00，雨帶跟隨低渦北移，盆地中部降水有所減弱，但在遂寧區(qū)域仍有50 mm以上強(qiáng)降雨，EC在盆地西部空報(bào)了兩個(gè)大值中心，對盆地中部預(yù)報(bào)了3～10 mm的降水，因?yàn)橄到y(tǒng)的偏差，強(qiáng)度偏弱；11:00—20:00，低空急流撤退，低渦逐漸減弱，大雨離開盆中地區(qū)，EC模式降水仍主要控制偏西地區(qū)。通過對8個(gè)時(shí)次的3 h降水分析，EC模式降水落區(qū)偏西，強(qiáng)度偏弱，最強(qiáng)降水預(yù)報(bào)值有滯后性，可預(yù)報(bào)性差。

2.3 形勢可預(yù)報(bào)性

針對2日20:00實(shí)況風(fēng)場，EC模式利用00 h(2日20:00起報(bào))、24 h(1日20:00起報(bào))、48 h(6月30日20:00起報(bào))、 (6月29日20:00起報(bào))4個(gè)不同時(shí)次的預(yù)報(bào)場與之進(jìn)行對比：500 hPa高空，實(shí)況上副高588線略有東退，在高空低槽緩慢東移至盆地東部邊緣，此時(shí)武都站為東北風(fēng)，盆地中部處于強(qiáng)盛西南氣流之中；模式00 h預(yù)報(bào)，高空槽控制川西高原東部，武都站風(fēng)向與實(shí)況完全相反，呈現(xiàn)東南風(fēng)，模式低槽較實(shí)況場位置明顯偏西偏北，500 hPa模式00 h預(yù)報(bào)就存在較大誤差，可預(yù)報(bào)性較差。72 h預(yù)報(bào)的低槽位于川西高原北部，隨著時(shí)效臨近，24 h，48 h預(yù)報(bào)低槽位置向東調(diào)整，總體來說，以影響盆地西部為主。700 hPa風(fēng)場上，實(shí)況西南渦生成于盆地南部，低渦東北向移動(dòng)，同時(shí)低渦東南象限偏南風(fēng)加強(qiáng)達(dá)到急流，西北象限偏北風(fēng)增強(qiáng)，加上降水正反饋共同作用，低渦一邊移動(dòng)一邊發(fā)展，在地形作用下，在盆地中部移動(dòng)緩慢。00 h預(yù)報(bào)與實(shí)況較為一致，預(yù)報(bào)出了盆地東部有偏南風(fēng)增強(qiáng)以及低渦系統(tǒng)。72 h，48 h預(yù)報(bào)盆地西北部存在切變輻合中心以及低渦位于盆地西南部，強(qiáng)度較弱，與實(shí)況相比低渦明顯偏西偏南，強(qiáng)度偏弱，也沒有預(yù)報(bào)出低渦的移動(dòng)，24 h預(yù)報(bào)偏北氣流進(jìn)入盆地西部，但未能預(yù)報(bào)出中尺度急流以及西南低渦發(fā)展，盆地中部以弱的偏南風(fēng)為主，輻合區(qū)仍位于盆西地區(qū)，但位置較前面兩個(gè)時(shí)次向東向南調(diào)整。根據(jù)預(yù)報(bào)時(shí)次的臨近，模式不斷將低渦切變系統(tǒng)向東調(diào)整，但低渦系統(tǒng)預(yù)報(bào)不確定因素較大。

2.4 動(dòng)力條件可預(yù)報(bào)性

垂直上升運(yùn)動(dòng)將水平輸送來的水汽向上輸送，同時(shí)使空氣絕熱冷卻達(dá)到飽和，進(jìn)而凝結(jié)成水滴降落，上升速度越大，降水量越大。分析EC模式在盆地中部的代表站的時(shí)間序列圖，2日20:00—3日08:00，遂寧、內(nèi)江整層為強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，中心位于350 hPa附近，中心強(qiáng)度絕對值達(dá)到24～28×10-1m/s，模式顯示在強(qiáng)降水發(fā)生階段，遂寧、內(nèi)江中低層相對濕度在70%～80%，遂寧站在925～800 hPa 高度存在弱垂直上升運(yùn)動(dòng)，最大上升速度絕對值為8×10-1m/s，700～400 hPa垂直運(yùn)動(dòng)不明顯，內(nèi)江站整層無明顯上升運(yùn)動(dòng)，800～900 hPa甚至為弱下沉運(yùn)動(dòng)，3日08:00—20:00，模式在遂寧、內(nèi)江中低層上升速度絕對值達(dá)8～14×10-1m/s，滯后特點(diǎn)顯著。從垂直運(yùn)動(dòng)診斷對比來看，EC模式垂直運(yùn)動(dòng)與3 h模式降水一致，呈現(xiàn)滯后性，同時(shí)上升運(yùn)動(dòng)垂直伸展高度明顯偏低，強(qiáng)度偏弱，可預(yù)報(bào)性較差。

2.5 水汽條件可預(yù)報(bào)性

比濕常用于表征大氣中的水汽含量，被廣泛應(yīng)用于暴雨水汽條件研究和日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中[7]。2日20:00，盆地西北部降水趨于減弱，850 hPa比濕下降至14 g/kg，而四川盆地東南部、中東部地區(qū)由于偏南風(fēng)的增強(qiáng)，源源不斷的水汽輸送，使大氣比濕顯著增強(qiáng)至16 g/kg。比較EC模式1日20:00起報(bào)的比濕場，模式對盆地西北部比濕預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，同時(shí)盆地中東部高比濕區(qū)與實(shí)況一致，比濕達(dá)到17 g/kg，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)，已達(dá)到四川盆地暴雨標(biāo)準(zhǔn)。比濕場很好地反映了東高西低的特點(diǎn)，有利于將暴雨區(qū)向東調(diào)整，對預(yù)警預(yù)報(bào)有重要參考。

2.6 熱力條件可預(yù)報(bào)性

2日20:00，盆地西部大氣環(huán)境場轉(zhuǎn)為穩(wěn)定層結(jié)，利用盆地中部代表站(沙坪壩)的實(shí)況與模式資料分析，溫度層結(jié)曲線、狀態(tài)曲線、露點(diǎn)曲線垂直分布較為相似，對流有效位能(CAPE)均呈狹長型，都大于1100 J/kg，利于上升氣流維持，925 hPa附近有一定高度逆溫層，K指數(shù)分別為44，40，大氣高能、層結(jié)不穩(wěn)定。從垂直濕層分析，實(shí)況上850～700 hPa屬于飽和層，地面露點(diǎn)溫度為24 ℃，是發(fā)生強(qiáng)降水有利條件，EC模式也表現(xiàn)了以上的濕度環(huán)境，其露點(diǎn)溫度達(dá)25.9 ℃，有助于預(yù)報(bào)短時(shí)暴雨，由探空資料計(jì)算大氣可降水量(PW)為6.32 cm，模式大氣可降水量達(dá)到7.07 cm，模式預(yù)報(bào)體現(xiàn)出了大氣高濕的特性。從風(fēng)場的對比來看，0～6 km沙坪壩主要受暖平流影響，400～500 hPa為高空槽前強(qiáng)盛西南風(fēng)控制，EC模式風(fēng)速明顯偏小，0～6 km沒有明顯溫度平流，400～500 hPa只預(yù)報(bào)出了4 m/s西南風(fēng)。

3 結(jié)束語

1)模式預(yù)報(bào)24 h暴雨落區(qū)偏西，但隨著預(yù)報(bào)時(shí)效臨近，降水落區(qū)向東調(diào)整，模式大暴雨落區(qū)與實(shí)況100 mm降水范圍相當(dāng)，經(jīng)度位置明顯偏西1°～2°。分析3 h降水對比得出，所有時(shí)次降水落區(qū)偏西，強(qiáng)度偏弱，最大降水預(yù)報(bào)值滯后3～6 h，可預(yù)報(bào)性差。

2)EC模式能預(yù)報(bào)出高空槽、低渦切變線等天氣尺度系統(tǒng)，但位置有明顯偏差，強(qiáng)度偏弱，未能預(yù)報(bào)出此次過程的中尺度急流，對盆地中部來說，動(dòng)力條件預(yù)報(bào)偏弱，輻合位置偏西。

3)EC模式垂直運(yùn)動(dòng)與3 h模式降水一致，呈現(xiàn)滯后性，上升運(yùn)動(dòng)垂直伸展高度明顯偏低，強(qiáng)度偏弱，不利于深厚對流發(fā)生，對于暴雨和大暴雨的可預(yù)報(bào)性較差。

4)模式比濕場很好地反映了東高西低的特點(diǎn)，盆地中東部高比濕區(qū)與實(shí)況一致，有利于將暴雨區(qū)向東調(diào)整，同時(shí)對高能、高濕、層結(jié)不穩(wěn)定的環(huán)境場有較好的預(yù)報(bào)能力，但對中低層偏南風(fēng)預(yù)報(bào)偏弱、溫度平流預(yù)報(bào)不明顯。