兩次副高邊緣型暴雨過程特征及模式預(yù)報偏差檢驗對比

張 丹

(內(nèi)蒙古烏蘭察布市氣象局,烏蘭察布 012000)

0 引言

烏蘭察布市主汛期經(jīng)常出現(xiàn)暴雨天氣。暴雨也是烏蘭察布市主要災(zāi)害性天氣之一,其危害性大,影響范圍廣,常常會引發(fā)城市內(nèi)澇、山洪、泥石流等次生災(zāi)害,造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。副高邊緣有較好的水汽和不穩(wěn)定能量,在一定的觸發(fā)條件下,極易產(chǎn)生暴雨天氣,這也是烏蘭察布市夏季暴雨的一個重要影響系統(tǒng),但由于副高邊緣觸發(fā)條件的不同,從而增加了對副高邊緣暴雨落區(qū)和強度的預(yù)報難度[1]。目前很多學(xué)者已對副高型暴雨的環(huán)流特征和模式預(yù)報進行了深入研究[2-9]。為了更進一步了解烏蘭察布市副高邊緣暴雨的形成機理和模式,文章對烏蘭察布市8月兩次暴雨天氣過程的環(huán)流形勢進行對比研究,并對不同模式對副高邊緣暴雨的預(yù)報情況進行了檢驗,總結(jié)一定經(jīng)驗,從而提高副高邊緣暴雨的預(yù)報能力,同時也在一定程度上提高了不同模式對降水的訂正能力。

1 資料和方法

文章主要應(yīng)用MICAPS中的高空和地面實況資料,對此次天氣過程的環(huán)流形勢和主要影響系統(tǒng)進行研究分析。數(shù)值模式有ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP資料。其中高空環(huán)流形式檢驗采用ECMWF臨近預(yù)報時次,從而分析檢驗預(yù)報場和實況的差異。降水量實況采用烏蘭察布市242個監(jiān)測站的降水量數(shù)據(jù),數(shù)值模式降水量主要采用ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP的24 h降水量預(yù)報。

2 降水實況

文章選取2個個例,分別為2022-08-17/08-18暴雨個例(簡稱“8.17”)和8月21日暴雨個例(簡稱“8.21”),兩次暴雨過程高空環(huán)流形勢相似,且時間接近,都是副高邊緣型南部地區(qū)的強降水。不同點在于降水強度和落區(qū)有明顯差異。在降水強度方面,由于“8.21”的降水主要在白天,對流發(fā)展比較旺盛,因此小時雨強較強,最大小時雨強為45.6 mm/h,而“8.21”是從夜間開始,主要以穩(wěn)定性降水為主,最大小時雨強為18.8 mm/h;在落區(qū)方面,“8.21”比“8.17”的暴雨范圍廣,“8.17”的暴雨主要集中在涼城南部,而“8.21”的暴雨主要位于涼城縣大部、卓資縣南部、豐鎮(zhèn)縣大部和興和縣南部。

3 環(huán)流背景特征分析

分析500 hPa高度場后得出,兩次暴雨天氣過程中高緯度均被一個寬廣的槽區(qū)控制,以緯向環(huán)流為主,但兩次過程槽區(qū)中都有短波槽向東移動,烏蘭察布市處于副高邊緣西北側(cè),不穩(wěn)定能量集聚區(qū),高溫高濕天氣為暴雨提供了有利條件,從588線的位置和強度來看,“8.21”的副高位置較“8.17”更靠北,且副高西伸脊點更偏西。兩次過程高空形勢都是副高邊緣配合短波槽,造成的暴雨天氣。

從影響系統(tǒng)來看,兩次過程也較相似,500 hPa在河套地區(qū)有短波槽存在,同時在烏蘭察布市南部地區(qū)中低層有切變線,700 hPa和850 hPa有西南氣流,有利于南海的水汽向北輸送,烏蘭察布市南部地區(qū)850 hPa比濕達14 g/kg以上,同時地面存在明顯的輻合線,為暴雨天氣的發(fā)生提供了良好的動力條件。這種高低層配置有利于南部地區(qū)暴雨的產(chǎn)生。

4 副高位置的擺動

兩次過程都處于副高外圍不穩(wěn)定環(huán)流之中,但副高西伸脊點有所不同,“8.17”過程位于118°E,而“8.21”過程位于97°E,“8.21”過程副高更為強盛,西伸脊點更偏西。在暴雨的發(fā)展過程中,副高位置的擺動也有很大差異,“8.17”過程副高明顯東退,且位置稍微偏南,雨帶主要位于584線與588線之間,強降雨帶呈片狀或塊狀分布,隨著副高的東移南退,雨帶也隨之移動;而“8.21”過程在發(fā)展中副高先略有東退,然后再西進,但是副高整體呈塊狀,且位置移動不明顯,副高維持穩(wěn)定少動,雨帶主要位于580線與588線之間,降雨帶主要位于副高北側(cè)和高空槽交界處,呈片狀或帶狀。兩次過程的強降水區(qū)域和雨帶形狀都與副高位置的動態(tài)變化密切相關(guān)。

5 高低層擾動的差異

根據(jù)高低層系統(tǒng)配置(500 hPa高空槽和700 hPa切變線)可知,17日08:00—18日08:00“8.17”過程高空槽一直維持在賀蘭山西部,并且穩(wěn)定少動,烏蘭察布市受槽前西南氣流的控制,同時配合低層有切變線劃過烏蘭察布市南部地區(qū),切變線主要向東南方向移動,至18日20:00高空槽和低層切變線移出烏蘭察布市,降水過程結(jié)束。“8.21”過程高空槽的經(jīng)向度較大,并且配合低層切變線,槽線和切變線配合較好,且移動方向一致,導(dǎo)致產(chǎn)生大面積的強降水。因此得出這兩次過程高空槽和低層切變線的移動方向、強度與雨帶的落區(qū)、形態(tài)密切相關(guān)。

6 水汽條件

6.1 相對濕度

兩次過程均發(fā)生在8月中下旬,該時段是烏蘭察布市強降水的主要時段。兩次過程850 hPa南部地區(qū)濕度條件都較好,但是“8.17”過程濕度條件更好。兩次過程700 hPa相對濕度大值區(qū)的位置有明顯的不同,“8.17”過程大值區(qū)位于西南部地區(qū),而“8.21”過程大值區(qū)范圍更廣,位于南部地區(qū),相對濕度的大值區(qū)強雨帶區(qū)域一致。

6.2 急流

兩次過程700 hPa均存在明顯的西南急流,急流有利于暖濕氣流的輸送,有利于強降水的發(fā)生,同時強降雨帶也出現(xiàn)在急流的左側(cè)。不同的是“8.17”過程急流較“8.21”過程偏強,最大風(fēng)速達18 m/s,但是“8.17”過程烏蘭察布市出現(xiàn)在急流的左側(cè),而“8.21”過程烏蘭察布市處于急流出口區(qū)的左前側(cè),有風(fēng)速的輻合,同時烏蘭察布市南部地區(qū)低層有切變線配合,這也是造成兩次過程雨帶強度不同的原因之一。

7 模式預(yù)報誤差檢驗

7.1 主要影響系統(tǒng)偏差檢驗

從上述分析可以得出,兩次強降水雨帶的不同是由副高、高空槽、切變線及水汽條件的差異造成的,其中影響最大的是副高位置的擺動。根據(jù)ECMWF數(shù)值模式對副高位置的預(yù)報可知,16日20:00起報的數(shù)值模式對“8.17”過程17日20:00和18日08:00兩個時次的副高和高空槽位置預(yù)報得比較準確,基本與實況接近,但是兩個時次高空槽的強度預(yù)報比實況弱,因此針對此次過程的雨帶模式預(yù)報比較準確,但量級存在一定偏差。

在“8.21”過程中,數(shù)值預(yù)報在20日20:00起報的500 hPa高度場中,21日08:00預(yù)報高空槽和副高的位置與實況基本吻合,但副高的形狀有所差異,且副高西脊點的位置與實況偏差2個經(jīng)度左右。但在21日20:00數(shù)值預(yù)報副高位置和強度、高空槽位置和強度卻與實況有較大偏差,實況副高維持穩(wěn)定少動,強度比數(shù)值預(yù)報偏強,高空槽的位置也比預(yù)報偏南,且強度更強。因此副高外圍暖濕氣流與高空槽攜帶的冷空氣交匯,造成強降雨帶,而模式預(yù)報要偏弱,出現(xiàn)了漏報現(xiàn)象。

7.2 模式降水量預(yù)報檢驗

“8.17”過程主要是從17日夜間開始一直持續(xù)到18日白天,雨強不大,以穩(wěn)定性降水為主。從模式預(yù)報24 h的降水量數(shù)據(jù)來看,ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP 3個模式對此次過程的預(yù)報比較一致,3個模式均預(yù)報了烏蘭察布市南部地區(qū)的暴雨,但是NCEP中雨和大雨的量級預(yù)報比實況范圍更大,而ECMWF和GRAPES_GFS對中雨、大雨預(yù)報得比較準確?？傮w來說,此次過程3個模式預(yù)報準確性較好,ECMWF和GRAPES_GFS較NCEP的預(yù)報效果更好。

“8.21”過程主要是從21日白天開始,且強降雨主要時段也是在白天,以混合性降水為主,對流發(fā)展比較旺盛,最大小時雨強達45.6 mm/h。針對此次過程3個預(yù)報模式的降水量級普遍偏小,ECMWF和GRAPES_GFS主要以小雨量級為主,對中雨、大雨和暴雨都出現(xiàn)了漏報,降水量級均與實況不符,預(yù)報準確率較差。而NCEP相對其他兩個模式預(yù)報較強,預(yù)報烏蘭察布市南部地區(qū)雨量量級偏大,與實況降水量偏差一個量級。因此針對此次對流性降水天氣,3個預(yù)報模式都出現(xiàn)了漏報,預(yù)報效果較差。

8 結(jié)束語

文章從主要影響系統(tǒng)、高低層配置、水汽條件及模式預(yù)報之間的差異等方面,對發(fā)生在副高邊緣的兩次暴雨過程進行了對比分析,得出以下結(jié)論:

1)兩次過程都處于副高外圍的不穩(wěn)定環(huán)流之中,副高邊緣暖濕氣流與高空槽攜帶的冷空氣交匯,配合低層切變線,不穩(wěn)定能量得到觸發(fā),因此在副高邊緣出現(xiàn)了大范圍的強降水。

2)兩次過程500 hPa高度場相似,但兩次過程的強度和落區(qū)有明顯的差異,其主要原因是副高位置的變化,以及西風(fēng)帶槽脊、低層水汽和切變線位置的差異,其中副高位置的變化影響最大。

3)數(shù)值模式對于副高外圍的大范圍強降水有一定的可預(yù)報性,特別是GRAPES_GFS、ECMWF對副高外圍穩(wěn)定性降水的指示性較強;對對流性的降水,降水落區(qū)預(yù)報比較準確;數(shù)值模式對強降水落區(qū)的指示意義較差,模式預(yù)報量級較弱。