一次大暴雨過程預(yù)報(bào)失誤的原因及數(shù)值產(chǎn)品檢驗(yàn)訂正

李亞琴，蘇小玲，藍(lán)柳茹

廣西柳州市氣象局，廣西柳州 545001

近年來，大量的氣象工作者通常能夠在暴雨發(fā)生后，通過各種實(shí)況觀測和對數(shù)值產(chǎn)品模擬等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)暴雨發(fā)生發(fā)展機(jī)制，找出數(shù)值產(chǎn)品存在的問題，以及類似降雨過程中需要對數(shù)值預(yù)報(bào)各類產(chǎn)品的定性調(diào)整[1-10]。但是，對預(yù)報(bào)員來說，一般在15 h前根據(jù)前一天20:00和當(dāng)天08:00起報(bào)的數(shù)值產(chǎn)品，以及高空、地面、雷達(dá)、衛(wèi)星等實(shí)時(shí)觀測資料，進(jìn)行未來3 d的預(yù)報(bào)，但當(dāng)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品出現(xiàn)明顯偏差時(shí)，應(yīng)通過各種實(shí)時(shí)觀測資料，及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整數(shù)值產(chǎn)品，并訂正預(yù)報(bào)和服務(wù)，針對這一類的預(yù)報(bào)分析相對較少，且每個(gè)地方都各不相同，因此，對本地的強(qiáng)降雨過程從預(yù)報(bào)服務(wù)出發(fā)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析十分有必要。通過2020年一次暴雨過程，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品出現(xiàn)明顯偏差后，如何通過實(shí)時(shí)的觀測資料進(jìn)行預(yù)報(bào)服務(wù)訂正進(jìn)行了分析。

1 暴雨落區(qū)和天氣背景

2020年6月23—24日柳州自北向南出現(xiàn)了大到暴雨，局部大暴雨過程，從逐12 h的降雨分布分析，23日20:00—24日08:00，強(qiáng)降雨出現(xiàn)在融水縣三防鎮(zhèn)至三江南部的老堡一帶，呈東北—西南走向（圖1a），到24日08:00～20:00，強(qiáng)降雨區(qū)迅速南壓至柳江、柳州、鹿寨一帶，大暴雨落區(qū)主要集中在偏東的鹿寨地 區(qū)（圖1b）；24日20:00—25日08:00，強(qiáng)降雨維持且略有北抬，集中在柳城至柳江一帶，大暴雨落區(qū)出現(xiàn)在柳城至柳州市區(qū)的北部，最大12 h降雨達(dá)到222.6 mm，出現(xiàn)在融安的潭頭村；25日08:00～20:00，雨區(qū)明顯東移，強(qiáng)降雨出現(xiàn)在鹿寨東部地區(qū)，之后降雨過程結(jié)束。

圖1 2020年6月23日20:00—24日20:00柳州逐12 h降雨實(shí)況圖

2020年6月23日08:00（圖2a），500 hPa的環(huán)流形勢為“兩槽一脊”型，高原一帶有低槽不斷分裂短波槽東移，在黔桂交界一帶東移北收，桂北位于短波槽前，副熱帶高壓（后簡稱副高）呈東西向，控制華南沿海，588線位于桂中一帶，桂北為副高北側(cè)的西南氣流控制。700、850 hPa切變線位于貴州中部一帶，桂北位于風(fēng)速14～16 m/s的西南急流軸左側(cè)的氣旋性輻合區(qū)中；925 hPa南北風(fēng)切變線位于黔桂交界一帶，其南側(cè)的偏南風(fēng)風(fēng)速達(dá)10～12 m/s，桂北處于風(fēng)向、風(fēng)速的輻合區(qū)。

從地面來看（圖2b），弱冷空氣在貴州南部一帶，此時(shí)主要降雨位于貴州南部，桂北以陣雨天氣為主。23日20:00—24日08:00，500 hPa高原槽明顯加深東移南壓，桂西北逐漸轉(zhuǎn)為槽后的偏西北氣流，槽底達(dá)到桂中一帶，桂東北一帶處于槽前的輻合上升區(qū)；700、850 hPa夜間偏南風(fēng)急流有所加強(qiáng)，切變線維持在貴州中部一帶，桂北仍處于切變線南側(cè)及西南急流軸的左側(cè)，925 hPa的輻合線仍位于黔桂交界一帶，隨著23日夜間850 hPa低空西南急流加強(qiáng)，與925 hPa超低空南風(fēng)急流在桂北交匯，不僅為暴雨區(qū)提供了充足的水汽，還有利于暴雨區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)的建立和維持。

圖2 2020年6月23日08:00 500 hPa（a）、14:00（b）地面圖

地面有弱冷空氣從黔東南與河池交界一帶擴(kuò)散進(jìn)入廣西，隨著冷空氣的侵入抬升觸發(fā)了對流的發(fā)生，因此，在柳州的融水、融安及三江縣一帶出現(xiàn)了大暴雨，最大12 h降雨在安太鄉(xiāng)小桑村，達(dá)172.9 mm。6月24日08:00～20:00，500 hPa高原槽東移過程中受到東側(cè)的副高的阻擋，在廣西中東部一帶維持減弱。850、925 hPa切變線逐漸南壓進(jìn)入桂北，地面中尺度輻合線從融水一帶緩慢南壓至柳州中南部一帶，主要強(qiáng)降雨區(qū)也明顯南壓至柳城南部—鹿寨一帶，大部地區(qū)出現(xiàn)了大雨到暴雨，最大12 h降雨出現(xiàn)在鹿寨江口鄉(xiāng)，達(dá)193.7 mm。

2 數(shù)值產(chǎn)品檢驗(yàn)及實(shí)況訂正

2.1 數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

從廣西區(qū)臺72～24 h對6月23日20:00—24日20:00的12 h預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析，21日 預(yù) 報(bào)23日20:00—24日08:00，主要降雨出現(xiàn)在桂北一帶，對于柳州而言，主要集中在柳州的北部三線，到24日08:00～20:00，強(qiáng)降雨區(qū)范圍有所擴(kuò)大，但大暴雨的落區(qū)主要集中在北部三縣；22日的降雨預(yù)報(bào)23日20:00—24日08:00，降雨的范圍和強(qiáng)度明顯減小，暴雨區(qū)僅為柳州市融水西北部的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，到24日08:00～20:00，強(qiáng)降雨區(qū)集中在柳州柳城縣以北的大部分地區(qū)；23日起報(bào)的產(chǎn)品，強(qiáng)降雨落區(qū)仍集中在柳州北部三縣。

省、市兩級預(yù)報(bào)員基于數(shù)值產(chǎn)品的形勢預(yù)報(bào)，均認(rèn)為24日20:00以前，強(qiáng)降雨主要位于黔桂交界一帶的桂北地區(qū)；從實(shí)況可以看出，23日20:00—24日08:00強(qiáng)降雨區(qū)位于桂北，至24日白天，雨區(qū)明顯南壓至桂中，預(yù)報(bào)員對降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)明顯偏晚，系統(tǒng)比預(yù)計(jì)南下偏早12 h，導(dǎo)致預(yù)報(bào)服務(wù)十分被動。對此，分析出現(xiàn)此問題的原因，探究如何運(yùn)用當(dāng)下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行訂正。分析此次歐洲中心的形勢預(yù)報(bào)產(chǎn)品：從前面的預(yù)報(bào)產(chǎn)品可知，越臨近，預(yù)報(bào)員對降雨落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)偏差反而越大，因此，主要分析24 h預(yù)報(bào)。

23日15:00以前，預(yù)報(bào)員能參考的主要為22日20:00、23日08:00的起報(bào)場，從歐洲中心22日20:00報(bào)場可以看出（圖3a），23日20:00—24日08:00 500 hPa高原有低槽逐漸東移，槽底影響黔桂交界一帶，而700、850 hPa為槽前的西南急流，且850 hPa低空急流的強(qiáng)度有所加強(qiáng)。925 hPa的偏南風(fēng)超低空急流也是逐漸加強(qiáng)北伸的，桂北地區(qū)的風(fēng)速輻合加強(qiáng)；Ec預(yù)報(bào)地面輻合線位于貴州的中部附近（圖3b），貴州南部為一致的偏南氣流，輻合線并未進(jìn)入廣西，通過與實(shí)況對比：高層500 hPa南支槽預(yù)報(bào)位置偏西、中低層的西南氣流預(yù)報(bào)偏強(qiáng)，切變線位置偏北、地面冷空氣位置預(yù)報(bào)偏北，因此，將南支槽的位置往東往南調(diào)整，地面輻合線位置也向南調(diào)整之后，在23日夜間黔桂交界一帶具備對流觸發(fā)潛勢，因此，強(qiáng)降雨可以預(yù)報(bào)在桂北一帶，且因?yàn)椴壑饕傻崆鹨粠|移，強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)在百色至柳州北部一帶，預(yù)報(bào)與實(shí)況基本吻合，有很大的參考價(jià)值。

圖3 歐洲中心2020年6月22日20:00起報(bào)的23日20:00預(yù)報(bào)與實(shí)況對比圖（紅色實(shí)況、黑色預(yù)報(bào)）（a），以及14:00 1 000 hPa風(fēng)場預(yù)報(bào)圖（b）

到24日08:00～20:00，500、700 hPa低槽緩慢加深東移，850、925 hPa切變線位置從貴州中部南壓到南部并未進(jìn)入廣西，且從23日08:00起報(bào)場來看，低層的西南氣流在24日白天有所加強(qiáng)，同時(shí)結(jié)合各物理量場和降雨預(yù)報(bào)綜合分析，預(yù)報(bào)員仍將24日08:00～20:00段的強(qiáng)降雨落區(qū)預(yù)報(bào)在桂北，南壓趨勢不明顯，綜合分析Ec預(yù)報(bào)為24日白天低槽略有東移，到24日20:00槽底的位置已到百色河池一帶，在結(jié)合前面訂正情況，24日白天可以考慮系統(tǒng)南壓，強(qiáng)降雨區(qū)可能出現(xiàn)在柳州的中南部一帶。

2.2 實(shí)況資料的訂正預(yù)報(bào)

2.2.1 天氣形勢分析 下面對24日08:00以前的高空觀、地面、雷達(dá)、衛(wèi)星等實(shí)時(shí)觀測資料進(jìn)行分析，再次進(jìn)行訂正預(yù)報(bào)。從23日20:00中分析圖（4a）可以看到，高原槽已東移至河池附近，南支槽強(qiáng)度加強(qiáng)，位置比預(yù)報(bào)場偏南，桂西北的百色一帶轉(zhuǎn)為偏西北氣流，桂中以北地區(qū)均處于槽前輻合上升區(qū)，強(qiáng)降雨的落區(qū)可能比預(yù)計(jì)要偏南；850 hPa實(shí)況切變線出現(xiàn)在貴州中部，同時(shí)在桂西出現(xiàn)低渦，西南風(fēng)風(fēng)速8～10 m/s，而預(yù)報(bào)場則為西南風(fēng)加強(qiáng)為急流，切變線位置基本維持。因此，低層除強(qiáng)度偏強(qiáng)外，輻合位置未出現(xiàn)明顯偏差，桂北一帶均為西南氣流前端風(fēng)速輻合區(qū)，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。925 hPa在湘黔中南部一帶，桂東北處于輻合線南側(cè)偏南風(fēng)風(fēng)速的輻合區(qū)，地面輻合線已經(jīng)進(jìn)入桂北。因此，根據(jù)實(shí)況與預(yù)報(bào)場的對比發(fā)現(xiàn)南支槽比預(yù)報(bào)強(qiáng)，而較強(qiáng)的低槽東移過程中更有利于上升運(yùn)動的加強(qiáng)，同時(shí)低層切變線南側(cè)的偏南氣流比預(yù)報(bào)場弱，利于低層輻合線南下，因此，可以考慮將23日下午預(yù)報(bào)的強(qiáng)降雨影響時(shí)段提前，且強(qiáng)降雨落區(qū)擴(kuò)大。

從23日20:00的探空空間剖面圖（圖4b）可知，受貴陽以南500 hPa為槽前的西南氣流影響，貴陽近地層已轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，其余各站為偏南風(fēng)，23日20:00，貴陽—百色—河池一帶500 hPa已轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，低槽已東移至河池一帶。近地面08:00，僅貴陽為偏北風(fēng)，20:00百色至桂林一帶轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，近地面有淺薄冷空氣擴(kuò)散進(jìn)入桂北，因此，近地層的輻合線很可能抬升觸發(fā)23日夜間的對流，同時(shí)高層槽前的正渦度平流加強(qiáng)了大尺度對流上升運(yùn)動。從23日20:00桂林站T-logP圖來看（圖略），CAPE值為2 476 J/kg，K=39.6 ℃，SI=-2.71 ℃，且濕層的厚度到700 hPa高度，因此，強(qiáng)的不穩(wěn)能量、強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)、深厚的濕層，在近地層的輻合線觸發(fā)下，產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降雨的可能性非常大，與前面訂正結(jié)果基本吻合。

圖4 2020年6月23日20:00中分析圖（a）和空間剖面圖（b）

從物理量預(yù)報(bào)場分析（圖5a～圖5c），23日20:00桂中一帶cape值達(dá)1 500 J/kg以上，850 hPa上升速度達(dá)60×10-2Pa/s，桂北有18 g/kg的比濕中心；EC預(yù)報(bào)上升運(yùn)動、不穩(wěn)定能量及水汽條件桂北均位于梯度大值區(qū)中，有抬升觸發(fā)機(jī)制就可能出現(xiàn)強(qiáng)降雨。從Ec降雨預(yù)報(bào)可知（圖5d），24 h主要降雨落區(qū)在桂北附近為20～30 mm；從12 h的降雨預(yù)報(bào)來看，22日20:00起報(bào)的2個(gè)時(shí)段較強(qiáng)降雨均集中出現(xiàn)在桂北，白天未出現(xiàn)明顯南壓，但23日08:00起報(bào)場分析，24日白天，強(qiáng)降雨中心在柳城附近，較之前有所南壓，且中心強(qiáng)度為30 mm以上，值得參考。

圖5 2020 年6 月22 日20:00起報(bào)的23日20:00 cape值（a）、vvel（b）、rain24 h預(yù)報(bào)圖（c）以及23日08:00起報(bào)的24日08:00～20:00 12 h降雨預(yù)報(bào)圖（d）

2.2.2 云圖分析 23日08:00～15:00，低槽云系集中在黔桂交界（圖6a）,桂北有發(fā)展旺盛的孤立對流云，從地面逐小時(shí)實(shí)況降雨分析，主要降雨區(qū)在貴州南部，桂北的強(qiáng)對流云團(tuán)未出現(xiàn)明顯降雨；16:00～20:00以前，桂北一直為偏南氣流，弱北風(fēng)在貴州南部，到20:00桂北對流云系減弱，但貴州西南部的對流云圖開始發(fā)展，到24日夜間（圖6b）逐漸加強(qiáng)為MCS，到22:00桂北逐漸有對流云圖生成并加強(qiáng)東移，其西側(cè)又不斷有新對流云生成，具有明顯的后向傳播性，到24日01:00（圖略）。桂北對流云系與貴州西南部MCS合并，形成新的切變線云系。值得注意的是，從百色至河池的中南部已經(jīng)開始有對流云生成發(fā)展，同時(shí)據(jù)地面1 h風(fēng)場觀測可知，桂西北的百色至河池一帶的北部地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為弱偏北風(fēng)，且貴州南部一帶的偏北風(fēng)加強(qiáng)，綜合分析此時(shí)地面輻合線已經(jīng)進(jìn)入廣西，從1 h降雨資料來看，桂北一帶開始出現(xiàn)較強(qiáng)的降雨，強(qiáng)對流云團(tuán)與地面降雨位置對應(yīng)較好。

圖6 2020年6月23日17:00云圖（a）和24日00:00云圖（b）

3 結(jié)論

通過對2020年6月24日暴雨過程分析發(fā)現(xiàn)：

（1）ec數(shù)值預(yù)報(bào)對500 hPa的高原槽預(yù)報(bào)較弱，尤其是副高較強(qiáng)時(shí)，偏弱明顯，由于高原槽預(yù)報(bào)偏弱，導(dǎo)致低槽東移對低層系統(tǒng)的引導(dǎo)作用被低估，導(dǎo)致系統(tǒng)是否南下、且南下時(shí)間出現(xiàn)偏差，通過實(shí)況對比能較好地進(jìn)行修訂，尤其是桂西北百色站風(fēng)向，對南支槽的東移有較好的指導(dǎo)作用。

（2）低層的偏南氣流比實(shí)況預(yù)報(bào)偏強(qiáng)4～8 m/s，是導(dǎo)致系統(tǒng)南下預(yù)報(bào)比實(shí)況偏晚的主要原因。通過降雨個(gè)例分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降雨出現(xiàn)在低層切變線南側(cè)50～100 km，低層偏南氣流主要為暴雨發(fā)生提供水汽和不穩(wěn)定能量，切變線是否進(jìn)入桂北對廣西中北部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨影響不明顯。同時(shí)，可通過實(shí)況觀測及時(shí)調(diào)整，高低空的耦合對暴雨的產(chǎn)生位置也很關(guān)鍵。

（3）降水落區(qū)與近低層輻合線位置更為接近，在選擇參考時(shí)，可側(cè)重考慮近地層的風(fēng)速和風(fēng)向的輻合區(qū)。一般通過逐小時(shí)的降雨和風(fēng)場分析，能更好地判斷其位置，在其前側(cè)更容易激發(fā)新對流，其北側(cè)偏北風(fēng)的變化也需仔細(xì)分析，對系統(tǒng)的南下與否非常重要。

（4）衛(wèi)星資料的在短臨預(yù)報(bào)中非常重要，在系統(tǒng)東移過程中，其前側(cè)不斷激發(fā)新對流云，因此系統(tǒng)前側(cè)的對流云的出現(xiàn)可能預(yù)示著系統(tǒng)未來移動方向。