一次梅雨鋒特大暴雨過程的預(yù)報誤差分析

肖 雯,凌 婷

(江西省氣象服務(wù)中心,南昌 330096)

0 引言

梅雨鋒是中國東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)的組成之一[1]。每年的6月中旬梅雨鋒隨著副熱帶高壓北跳,鋒面移至從長江流域到日本南部一帶,中國梅雨鋒兩側(cè)沒有明顯的溫度差,但是有很大的濕度差[2]。梅雨鋒暴雨是長江中下游地區(qū)夏季主要的災(zāi)害天氣,相關(guān)研究表明梅雨鋒暴雨一般發(fā)生在副熱帶高壓西側(cè)或北側(cè)邊緣,季風(fēng)是梅雨鋒暴雨的主要水汽來源,梅雨鋒暴雨往往伴隨著中尺度低渦或者江淮氣旋[3-10]。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展,暴雨預(yù)報已經(jīng)由傳統(tǒng)的天氣學(xué)主觀分析預(yù)報逐漸演變?yōu)橐詳?shù)值天氣預(yù)報為基礎(chǔ)、預(yù)報員訂正結(jié)果的模式客觀定量化預(yù)報[11-13]。業(yè)務(wù)預(yù)報人員對大暴雨或特大暴雨個例的分析總結(jié),逐漸由暴雨成因和機(jī)制研究,轉(zhuǎn)為暴雨成因和機(jī)制研究與數(shù)值模式偏差原因分析(主要是針對全球模式)兩者并重的形式[14-18]。漆梁波等[19]在反思一次漏報的豫北特大暴雨過程中指出,全球模式對過程中的中小尺度系統(tǒng)相互作用預(yù)報能力較差,而高分辨力區(qū)域模式和快速同化更新系統(tǒng)的預(yù)報性能更優(yōu)。伍志方等[20]在分析一次發(fā)生在廣州的暖區(qū)特大暴雨時指出,全球模式無法合理地預(yù)報出暖區(qū)的對流觸發(fā),進(jìn)而導(dǎo)致局地特大暴雨的漏報。上述研究更多地著眼于暖區(qū)暴雨,對梅雨鋒暴雨模式預(yù)報偏差的研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。2020-07-09江西發(fā)生了一次梅雨鋒暴雨過程,主觀預(yù)報有較大的落區(qū)預(yù)報偏差,因此有必要對此次過程做進(jìn)一步研究。

文章利用常規(guī)氣象觀測資料、業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報模式、FNL再分析資料等對2020-07-09江西一次暴雨過程進(jìn)行分析,從環(huán)流形勢、物理量特征等方面進(jìn)行成因分析,并且通過各類數(shù)值預(yù)報模式與實(shí)況的對比來分析此次暴雨過程中各模式預(yù)報偏差的原因,以期對此類暴雨過程預(yù)報提供參考,從而解決預(yù)報中的實(shí)際問題。

1 降水特點(diǎn)及預(yù)報誤差

從2020-07-09T08:00/2020-07-10T08:00(北京時,下同)的實(shí)況降水量來看,江西省有1.7%(43個)測站降雨量超過250 mm,14.8%(377個)測站降雨量超過100 mm,19.3%(492個)測站降雨量超過50 mm;24 h累計雨量最大為480.9 mm,出現(xiàn)在吉安永和,其次為375.1 mm,出現(xiàn)在吉安縣;小時雨強(qiáng)最大為93.4 mm/h,出現(xiàn)在吉安泰和,其次為92.8 mm/h,出現(xiàn)在吉安南溪。

針對此次過程的12 h以上降水預(yù)報,各個模式預(yù)報效果均不盡如人意。GRAPES和NCEP對降水等級的結(jié)果較差,江西全省范圍均未預(yù)報大暴雨,NCEP最大等級只有大雨,可參考性差;華東模式則在江西南部預(yù)報了全區(qū)暴雨,導(dǎo)致其可信度降低,且暴雨落區(qū)明顯偏南;EC預(yù)報結(jié)果從降水落區(qū)來看效果較好,但大暴雨落區(qū)范圍較實(shí)況偏小,且南界偏北100 km左右,贛中南部預(yù)報小雨到中雨,實(shí)況則出現(xiàn)了暴雨到大暴雨,預(yù)報偏差較大,導(dǎo)致江西中南部的萬安水庫和石虎塘水庫預(yù)報服務(wù)效果差。根據(jù)以上結(jié)果,重點(diǎn)分析EC和華東區(qū)域模式不同時次起報場的預(yù)報結(jié)果。分析發(fā)現(xiàn),EC對于此次過程的降水落區(qū)及量級預(yù)報比較穩(wěn)定,隨著時間臨近,模式將暴雨落區(qū)向南略有調(diào)整;華東區(qū)域模式對于對流性降水有著更好的預(yù)測,其中7日20:00和8日08:00起報的結(jié)果對此次過程暴雨落區(qū)與量級預(yù)測較好,但是由于其8日20:00起報的預(yù)報結(jié)果將暴雨落區(qū)突然調(diào)整至贛南,嚴(yán)重降低了其預(yù)報可信度。

2 對流環(huán)境場及維持原因分析

2.1 環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)分析

由分析7月9日08:00環(huán)流形勢可知,中高緯為“兩槽一脊”形勢,貝加爾湖南部和中國東北地區(qū)東部存在兩低渦,高壓脊位于內(nèi)蒙古東部,華中地區(qū)有一槽線向南延伸,江西處于500 hPa槽底位置,大部分地區(qū)處于西北氣流控制下,上游貴州、湖南地區(qū)不斷有短波槽東移影響江西;588線從廣東沿海地區(qū)不斷東退至海上,明顯呈減弱趨勢。這種形勢有利于南方水汽輸送至江西一帶。從溫度場上看,西高東低,江西位于冷中心。700 hPa上長江入?？诟浇械蜏u,切變線近似東西走向位于長江沿岸,南昌站西北風(fēng)速12 m/s,贛州站偏西風(fēng),風(fēng)速為16 m/s,衢州站風(fēng)速為20 m/s。850 hPa上低渦位于安徽,切變線較700 hPa略偏南,南昌站東北風(fēng),風(fēng)速為4 m/s,贛州站西南風(fēng),風(fēng)速為14 m/s,兩站之間存在明顯的風(fēng)向風(fēng)速輻合區(qū)。925 hPa上低渦中心較高層偏西偏南,位于湖北東部,輻合區(qū)仍然位于江西中部。在對應(yīng)200 hPa高層,江西撫州地區(qū)對應(yīng)分流輻散區(qū)。

2.2 動力條件分析

7月9日08:00,850 hPa渦度場上,江西中北部存在很強(qiáng)的正渦度區(qū),正渦度中心位于鷹潭附近,吉安、撫州附近則存在很強(qiáng)的渦度梯度,表明該地區(qū)風(fēng)場存在很強(qiáng)的氣旋性旋轉(zhuǎn),輻合較強(qiáng)。9日20:00,850 hPa渦度場上,江西中部正渦度增大,其位置較08:00更為偏南,吉安地區(qū)處于正渦度中心區(qū)域,表明此時江西中部風(fēng)場氣旋性旋轉(zhuǎn)增強(qiáng),輻合也相應(yīng)增強(qiáng)。

2.3 水汽條件分析

7月8日20:00起,江西省大部分地區(qū)850 hPa比濕達(dá)14 g/kg以上,925 hPa比濕達(dá)16～18 g/kg。9日08:00 850 hPa贛北地區(qū)存在近似東西走向的切變線,切變線南側(cè)比濕達(dá)16 g/kg,比濕條件良好,配合925 hPa上8～14 m/s和850 hPa上12～16 m/s強(qiáng)勁的西南風(fēng)急流,不斷地從南海地區(qū)向暴雨區(qū)輸送水汽。

結(jié)合水汽通量與水汽通量散度來看,同樣表明充沛的水汽被西南風(fēng)急流由南海地區(qū)不斷地向暴雨區(qū)輸送,且在大暴雨的中心地區(qū)存在明顯的水汽通量散度負(fù)中心,存在著水汽輻合,有利于強(qiáng)降水的不斷維持,這是造成吉安地區(qū)暴雨的直接原因。

2.4 熱力條件分析

假相當(dāng)位溫能夠綜合表征大氣熱力狀況,是大氣能量很好的承載量。9日08:00,850 hPa假相當(dāng)位溫場上,有一高能位溫舌從湖南延伸至江西中部,江西北部假相當(dāng)位溫超過354 K,表明該地區(qū)有很好的能量供應(yīng),江西北部有較強(qiáng)的溫度鋒區(qū),溫度鋒區(qū)有利于激發(fā)對流。10日02:00,850 hPa假相當(dāng)位溫場上354 K溫度場范圍擴(kuò)大至整個江西中南部,江西中部位溫升高至356 K,表明江西上游有很強(qiáng)的能量輸送。

3 預(yù)報偏差及其原因分析

3.1 副高和風(fēng)場的檢驗

華北-江南深厚低槽東移南壓是此次暴雨過程的關(guān)鍵,槽底位置決定了暴雨南界。對比模式的形勢場預(yù)報得出,500 hPa江西中南部已有短波槽預(yù)報,但是槽底偏西氣流較實(shí)況偏小2～4 m/s,而湖南地區(qū)沒有短波槽預(yù)報。這導(dǎo)致預(yù)報中對西風(fēng)槽位置和強(qiáng)度估計不足,沒有足夠重視西風(fēng)槽后部冷空氣的影響,且模式對短波槽后偏北氣流預(yù)報偏差較大,鄂東、皖西、贛北實(shí)況主要是北風(fēng),模式預(yù)報為西北風(fēng),風(fēng)場向南分量被低估,意味著模式對槽后冷空氣預(yù)報偏弱,這是降水偏北的原因之一。500 hPa高度場上584線江西段位于25.5°N附近,西風(fēng)槽東移至贛南北部,模式預(yù)報中中國東部沿海主槽位置與實(shí)況基本一致,但是主槽南部的短波槽預(yù)報比實(shí)況偏北50 km左右,此短波槽是造成江西中部暴雨的關(guān)鍵。

3.2 低層切變線和西南氣流檢驗

此次暴雨過程中低層有強(qiáng)西南急流和明顯的切變線。模式對9日20:00,850 hPa湘贛兩省南部西南急流預(yù)報準(zhǔn)確,準(zhǔn)確預(yù)報出16 m/s的急流核,急流出口區(qū)有很強(qiáng)的風(fēng)速輻合,急流頂端風(fēng)速差超過6 m/s。實(shí)況中切變線位于湘中至贛東北一線,其北部為偏東氣流,模式預(yù)報場為東南氣流;江西上游湖南段切變線南部實(shí)況為偏西氣流,模式預(yù)報為西南氣流,預(yù)報中切變線上的輻合是偏東風(fēng)與偏西風(fēng)的輻合,而實(shí)況是東南風(fēng)與西南風(fēng)的輻合,且切變線南側(cè)風(fēng)速較實(shí)況偏小2～4 m/s,這導(dǎo)致切變線上輻合強(qiáng)度較實(shí)況偏弱,位置偏北。模式對急流上脈動的預(yù)報也出現(xiàn)偏差,如江西中部吉安地區(qū)實(shí)況為4～6 m/s的偏西氣流,模式則預(yù)報為10～14 m/s的西南氣流,這直接導(dǎo)致吉安地區(qū)風(fēng)速輻合北推50 km左右,是造成預(yù)報偏北的原因之一。

3.3 溫濕度場檢驗

此次過程中數(shù)值模式對850 hPa溫度有較好的表現(xiàn),無論是暖舌還是溫度鋒區(qū)的位置、強(qiáng)度均與實(shí)況基本一致。但在濕度預(yù)報存在較大的誤差,通過對比850 hPa比濕預(yù)報與實(shí)況后發(fā)現(xiàn),9日20:00模式將16 g/kg的濕舌預(yù)報在湖南-江西-浙江一帶,贛中處于濕舌中;實(shí)際濕舌范圍較預(yù)報小,僅覆蓋江西中部-浙江,江西北部比濕為14 g/kg,較預(yù)報偏小2 g/kg,贛中北部處于比濕梯度大值區(qū)附近,濕度預(yù)報場弱化了北部干空氣的作用,使得北部降水偏大、偏北,因此在確定暴雨落區(qū)時應(yīng)該更加關(guān)注低層比濕的作用。

4 結(jié)束語

文章分析了2020-07-09江西1次梅雨鋒背景下特大暴雨過程的環(huán)流形勢和維持原因,并且對各個模式的預(yù)報偏差原因進(jìn)行了探討,得到結(jié)論如下:

1)此次暴雨過程是一次典型的梅雨鋒暴雨過程。高層200 hPa對應(yīng)輻散區(qū),500 hPa上不斷有短波槽移動影響江西,低層切變線附近有明顯的輻合上升運(yùn)動,為暴雨的產(chǎn)生提供了良好的動力抬升條件,配合不斷向暴雨區(qū)輸送水汽和熱量的西南急流,導(dǎo)致了此次特大暴雨過程。

2)對于此次暴雨過程,各個模式均表現(xiàn)出一定的缺陷。EC模式對暴雨的落區(qū)和量級均表現(xiàn)較好,但是仍然存在強(qiáng)度偏弱、落區(qū)偏北的缺點(diǎn)。

3)數(shù)值模式對此次過程中850 hPa暖舌和溫度鋒區(qū)的位置、強(qiáng)度均與實(shí)況基本一致,但在濕度預(yù)報場上表現(xiàn)出較大的誤差,因此在確定暴雨落區(qū)時應(yīng)該更關(guān)注低層比濕的作用。

在此次暴雨預(yù)報過程中,華東區(qū)域模式預(yù)報偏差和EC模式預(yù)報偏差相反,一定程度上反映出此次暴雨過程位置偏南的信息,同時EC模式降水落區(qū)有向南調(diào)整的趨勢。在以后的預(yù)報工作中,需要關(guān)注全球模式調(diào)整趨勢及中尺度區(qū)域模式對流區(qū)域的預(yù)報,同時需要進(jìn)一步研究綜合應(yīng)用中尺度區(qū)域模式和全球模式的方法。