單小明 李?lèi)?丁霖

(1.金華市氣象局，浙江 金華 321000；2.婺城區(qū)氣象災(zāi)害防御中心，浙江 金華 321000)

0 引 言

暴雨是影響金華的重要災(zāi)害性天氣，春夏季是暴雨頻發(fā)季節(jié)，做好暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)與暴雨精細(xì)化服務(wù)是減少災(zāi)害損失的重要支撐。近年來(lái)，數(shù)值模式對(duì)環(huán)流形勢(shì)預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確，但對(duì)天氣系統(tǒng)的強(qiáng)度和移速預(yù)報(bào)還有偏差。且數(shù)值預(yù)報(bào)初始場(chǎng)存在不可避免的誤差，其預(yù)報(bào)產(chǎn)品不能代表完全真實(shí)的大氣。這就使得暴雨定點(diǎn)預(yù)報(bào)與具體降水量級(jí)預(yù)報(bào)難度很大。根據(jù)數(shù)值模式天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)，只能確定暴雨可能落區(qū)，而具體的落區(qū)與降水量級(jí)，還需要根據(jù)高低空形勢(shì)配置，結(jié)合中小尺度系統(tǒng)，地形來(lái)進(jìn)行訂正。鄭麗娜等研究了低槽冷鋒影響下暴雨落區(qū)分布，指出后傾槽的鋒區(qū)中位于850 hPa以下的鋒，鋒后冷空氣較弱，但對(duì)整個(gè)降水過(guò)程起到了抬升觸發(fā)作用，暴雨區(qū)出現(xiàn)在低層鋒區(qū)推進(jìn)方向的前沿，即地面輻合線呈氣旋性彎曲的流線密集處[1]。孫興池等對(duì)地面倒槽暴雨的形成機(jī)制進(jìn)行了研究，她發(fā)現(xiàn)在有冷暖氣團(tuán)相互作用的鋒面過(guò)程中,地面倒槽頂部是暴雨的主要落區(qū)，后傾槽時(shí)，鋒面抬升作用導(dǎo)致強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在鋒后，暴雨趨向于出現(xiàn)在倒槽后部[2]。朱乾根等指出暴雨是由幾種不同尺度的天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果且地形對(duì)暴雨分布起重要作用[6]。可見(jiàn)，高低空系統(tǒng)配置——前傾槽還是后傾槽，低層弱冷空氣的觸發(fā)斜升作用，地面中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)作用和地形影響對(duì)暴雨落區(qū)有決定性的作用。2018年5月7—8日出現(xiàn)在金華市的一次暴雨過(guò)程，EC暴雨落區(qū)出現(xiàn)偏差，而預(yù)報(bào)員過(guò)度依賴(lài)數(shù)值預(yù)報(bào)，導(dǎo)致此次暴雨漏報(bào)。通過(guò)分析此次暴雨過(guò)程成因及數(shù)值模式預(yù)報(bào)誤差，提出暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)訂正著眼點(diǎn)，為預(yù)報(bào)員提高暴雨預(yù)報(bào)質(zhì)量提供參考，也為精細(xì)化智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)提供訂正思路。

1 金華市2018年“5.7”暴雨概況及成因分析

1.1 2018年“5.7”暴雨概況

金華市屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，春季短促，約兩個(gè)月左右即進(jìn)入夏季[3]。5月份到6月上旬，受切變線、低空低渦、倒槽等天氣系統(tǒng)影響，容易出現(xiàn)暴雨，且伴有冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。

2018年5月7日08時(shí)至8日08時(shí)，金華市出現(xiàn)暴雨天氣過(guò)程(圖1)，此次降水梯度大并伴有短時(shí)強(qiáng)降水。全市293個(gè)自動(dòng)站中有66個(gè)站出現(xiàn)了暴雨，暴雨落區(qū)呈帶狀分布，主要位于金華市婺城區(qū)南部至義烏市南部、東陽(yáng)市北部，最大降雨量出現(xiàn)在東陽(yáng)市里西崗站，為89.3 mm。降水主要時(shí)段集中在7日17—23時(shí)，20時(shí)婺城區(qū)塔石鄉(xiāng)1 h降雨47.9 mm，20—22時(shí)3 h降雨70.6 mm。

圖1 2018年5月7日08時(shí)至8日08時(shí)金華市降雨量分布圖(單位：mm)

1.2 大氣環(huán)流背景及暴雨成因

2018年5月上旬，500 hPa歐亞地區(qū)中高緯為兩槽一脊形勢(shì)，貝加爾湖高壓脊不斷增強(qiáng)，脊前冷平流使我國(guó)東北至日本海一帶大槽向南加深發(fā)展，逐漸與中低緯東移槽合并，環(huán)流經(jīng)向度加大。7日20時(shí)，隨著烏拉爾山至巴爾喀什湖一帶大槽底部冷空氣向南擴(kuò)散加強(qiáng)，長(zhǎng)江中下游低槽后西北風(fēng)加大，槽后冷平流促使低槽加深發(fā)展(圖2a)。

5日20時(shí)700 hPa與850 hPa上出現(xiàn)西南低空急流，急流軸隨著引導(dǎo)氣流逐漸東南移，水汽通道開(kāi)始建立，7日20時(shí)，700 hPa低空急流中心位于廣浙沿海一帶，強(qiáng)度為16 m/s(圖2b)；7日20時(shí)，低層受日本海低槽后部偏北路冷空氣影響，低空切變線東移南壓，金華市位于850 hPa冷切附近(圖2c)，700 hPa切變線右側(cè)，高低空系統(tǒng)配置呈后傾結(jié)構(gòu)，同時(shí)金華市位于700 hPa低空急流左前側(cè)強(qiáng)輻合區(qū)，暴雨的水汽與動(dòng)力條件逐漸形成。受高空槽前正渦度平流影響，華南倒槽向江南發(fā)展加強(qiáng)(圖2d)，倒槽頂部摩擦輻合作用加強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，浙北地區(qū)850 hPa以下層次基本轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，低層弱冷空氣入侵，迫使暖濕氣流爬坡斜升形成降水；金華市南部地區(qū)出現(xiàn)地面中尺度輻合中心(圖2d)，起到了抬升觸發(fā)作用，產(chǎn)生了中尺度的上升運(yùn)動(dòng)，使降水強(qiáng)度進(jìn)一步加大。

高空200 hPa，隨著環(huán)流經(jīng)向度逐漸加大，高空急流軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，西段東南壓，7日20時(shí)，高空急流中心風(fēng)速達(dá)56 m/s，金華市位于高空急流入口區(qū)右側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)(圖略)，有利于天氣尺度系統(tǒng)發(fā)展，同時(shí)高低空急流耦合，形成強(qiáng)烈的抽吸作用，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。

綜上所述，由于中高層受西北路冷空氣影響，中低緯低槽發(fā)展，而低層受偏北路冷空氣影響，切變線東移南壓，西南暖濕氣流在浙西南至東北一帶與冷空氣交匯形成降水，高低空急流耦合，江南倒槽、低層弱冷空氣及地面中尺度輻合中心的抬升觸發(fā)作用加強(qiáng)了此次降水。

(a:500 hPa高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng) b:700 hPa風(fēng)場(chǎng)灰色雙實(shí)線為切變線，黑色箭頭為低空急流c:850 hPa風(fēng)場(chǎng) d:海平面氣壓場(chǎng)4條流線指向中尺度輻合中心)圖2 2018年5月7日20時(shí)環(huán)流形勢(shì)

2 數(shù)值預(yù)報(bào)(EC)誤差分析及訂正著眼點(diǎn)

2.1 數(shù)值預(yù)報(bào)誤差分析

選取EC數(shù)值模式5月6日20時(shí)起報(bào)的，預(yù)報(bào)時(shí)效為24與36 h的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，從EC預(yù)報(bào)的7日08時(shí)至8日08時(shí)24 h降水量(圖3a)來(lái)看：EC暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)明顯偏東偏南，位于浙東南沿海一帶，預(yù)報(bào)金華市降水量最大值僅為30 mm。實(shí)況(圖3b)是金華市、紹興市、寧波北部一帶出現(xiàn)大范圍暴雨，暴雨漏報(bào)；而浙東南沿海一帶普降中到大雨，最大降雨量平陽(yáng)44.8 mm，暴雨空?qǐng)?bào)。

從天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)來(lái)看，EC 7日20時(shí)預(yù)報(bào)場(chǎng)環(huán)流形勢(shì)與實(shí)況基本一致；200 hPa高空急流的位置與強(qiáng)度也基本一致；700 hPa風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)也較準(zhǔn)確，分析出的切變線與低空急流的位置與實(shí)況基本一致(圖略)；但850 hPa預(yù)報(bào)場(chǎng)上偏北風(fēng)的強(qiáng)度偏弱，切變南壓移速偏慢，切變線偏弱(圖3c)；925 hPa預(yù)報(bào)場(chǎng)上中尺度輻合中心的位置位于浙江西南角，比實(shí)況偏南1°(圖3e)；海平面氣壓預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況基本接近(圖略)。從物理量場(chǎng)來(lái)分析，EC預(yù)報(bào)850 hPa水汽通量輻合區(qū)域位于浙東沿海與浙西南地區(qū)，較實(shí)況范圍偏大，且最強(qiáng)中心達(dá)-2.0×10-3g/(cm2· hPa·s)，遠(yuǎn)大于實(shí)際的-1.2×10-5g/(cm2· hPa·s)(圖3d)；700 hPa比濕預(yù)報(bào)與實(shí)況基本一致，浙江省大部分地區(qū)達(dá)到8 g/kg(圖略)，達(dá)到了暴雨水汽含量標(biāo)準(zhǔn)；假相當(dāng)位溫能量舌的位置與實(shí)況接近，位于浙東南沿海一帶(圖略)。

綜上所述，850 hPa偏北風(fēng)及切變線強(qiáng)度偏弱，中尺度輻合中心位置偏南，水汽通量輻合強(qiáng)度及區(qū)域偏大是EC形勢(shì)場(chǎng)和物理量場(chǎng)預(yù)報(bào)的主要偏差。這些偏差導(dǎo)致預(yù)報(bào)員在實(shí)際分析過(guò)程中可能出現(xiàn)如下失誤：一是容易忽略低層偏北風(fēng)冷墊迫使暖濕氣流爬坡斜升的作用；二是直接根據(jù)EC預(yù)報(bào)的有偏差的中尺度輻合中心定暴雨落區(qū)；三是根據(jù)水汽通量輻合強(qiáng)度和區(qū)域定降水落區(qū)，使降水偏強(qiáng)、落區(qū)偏大。

圖3 a:6日20時(shí)起報(bào)的7日08時(shí)至8日08時(shí)24 h降水量 b：7日08時(shí)至8日08時(shí)24 h降水實(shí)況c：6日20時(shí)起報(bào)的7日20時(shí)850 hPa風(fēng)場(chǎng)與實(shí)況對(duì)比圖 d：6日20時(shí)起報(bào)的7日20時(shí)850 hPa水汽通量散度與實(shí)況對(duì)比圖 e：6日20時(shí)起報(bào)的7日20時(shí)925 hPa中尺度輻合中心與實(shí)況對(duì)比圖 f:7日20時(shí)θse沿850 hPa切變線垂直方向空間垂直剖面圖

2.2 訂正著眼點(diǎn)

EC預(yù)報(bào)的大尺度環(huán)流背景與實(shí)況基本一致，從大尺度動(dòng)力條件來(lái)分析，降水主要落區(qū)應(yīng)位于500 hPa高空槽前、低空急流與850 hPa切變線之間，地面倒槽頂端第一象限，即位于浙東南沿海一帶；從水汽、熱力條件來(lái)看，降水主要落區(qū)應(yīng)該位于水汽通量輻合區(qū)與假相當(dāng)位溫能量舌所在區(qū)域，也位于浙東南沿海一帶。因此，在此次降水落區(qū)預(yù)報(bào)中，EC將暴雨落區(qū)定在了浙東南沿海一帶。

以上考慮有合理的一面，但也有不全面的因素：一是沒(méi)有考慮高低空系統(tǒng)呈后傾槽配置。結(jié)合高低層系統(tǒng)的位置以及7日20時(shí)θse實(shí)況沿850 hPa切變線垂直方向的空間垂直剖面圖(圖3f)可以發(fā)現(xiàn)，高能舌向北凸起，上升運(yùn)動(dòng)向北傾斜，低層鋒區(qū)抬升作用導(dǎo)致強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在鋒后，暴雨趨向于出現(xiàn)在倒槽頂后部(浙中)，而不是倒槽頂端第一象限(浙東南)。二是從風(fēng)場(chǎng)分析來(lái)看，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，浙北地區(qū)850 hPa及以下層次基本轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，低層弱冷空氣的入侵迫使暖濕氣流爬坡斜升，這使得降水落區(qū)偏離水汽輻合中心，而位于其西北側(cè)；三是地形對(duì)暴雨的影響也不可忽略，此次暴雨落區(qū)正好位于平原與山脈的過(guò)渡區(qū)，這也符合暴雨極值的分布特征[6]；四是從金華市的氣候特征來(lái)看，5月份是金華市易出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流的月份，暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)不僅僅要考慮大尺度環(huán)流背景，也需要考慮在大尺度環(huán)流形勢(shì)下激發(fā)產(chǎn)生的中尺度天氣系統(tǒng)，此次金華市暴雨的中尺度上升運(yùn)動(dòng)主要是由地面中尺度輻合中心觸發(fā)的，其出現(xiàn)位置及下游地帶都可能出現(xiàn)暴雨，因此在分析暴雨中尺度系統(tǒng)時(shí)，不能僅僅依靠一種數(shù)值模式預(yù)報(bào)，還應(yīng)該參考中尺度天氣預(yù)報(bào)模式對(duì)其位置進(jìn)行訂正。

因此，根據(jù)EC模式預(yù)報(bào)定暴雨落區(qū)時(shí)，首先應(yīng)該確定高低空天氣系統(tǒng)配置情況，做出中分析圖來(lái)確定暴雨主要落區(qū)。當(dāng)有冷暖空氣相互作用時(shí)，冷、暖空氣在水汽、熱力、動(dòng)力各方面的作用均要考慮，尤其不能忽視低層淺薄冷空氣的抬升作用。同時(shí)應(yīng)該結(jié)合多家中尺度模式來(lái)綜合分析中尺度系統(tǒng)的位置和強(qiáng)度，另外地形對(duì)暴雨的影響也要考慮進(jìn)去。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)此次暴雨落區(qū)沿850 hPa切變線走向呈帶狀分布，高低空系統(tǒng)呈后傾槽結(jié)構(gòu)，降水主要位于850 hPa切變線附近，地面倒槽頂后部。

2)從此次暴雨成因分析中，得出以下結(jié)論，低層弱冷空氣入侵路徑及強(qiáng)度決定了切變線的強(qiáng)度和移動(dòng)速度，且為斜升不穩(wěn)定提供了動(dòng)力條件，對(duì)整個(gè)降水過(guò)程起到了抬升觸發(fā)作用；低空急流的建立為暴雨區(qū)輸送了充分的水汽和不穩(wěn)定能量，與高空急流的耦合作用加強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了降水；江南倒槽及地面中尺度輻合中心的抬升觸發(fā)作用對(duì)暴雨落區(qū)分布起重要作用。

3)EC預(yù)報(bào)場(chǎng)中，暴雨落區(qū)比實(shí)況偏東偏南，部分原因是由于形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)偏差，即預(yù)報(bào)場(chǎng)中低層冷空氣強(qiáng)度偏弱，850 hPa切變線偏弱，地面中尺度輻合中心位置偏南，導(dǎo)致分析的動(dòng)力條件浙東南優(yōu)于浙中地區(qū)。

4)在此種類(lèi)型暴雨預(yù)報(bào)中，需要結(jié)合其他中尺度模式來(lái)訂正暴雨中尺度系統(tǒng)的位置，同時(shí)應(yīng)根據(jù)高低空系統(tǒng)呈后傾槽配置，低層弱冷空氣迫使暖濕氣流爬坡斜升及地形條件來(lái)調(diào)整暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)。