一次梅雨鋒特大暴雨過程的預報誤差分析

肖 雯,凌 婷

(江西省氣象服務中心,南昌 330096)

0 引言

梅雨鋒是中國東亞夏季風系統的組成之一[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夏季主要的災害天氣,相關研究表明梅雨鋒暴雨一般發生在副熱帶高壓西側或北側邊緣,季風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,隨著科學技術高速發展,暴雨預報已經由傳統的天氣學主觀分析預報逐漸演變為以數值天氣預報為基礎、預報員訂正結果的模式客觀定量化預報[11-13]。業務預報人員對大暴雨或特大暴雨個例的分析總結,逐漸由暴雨成因和機制研究,轉為暴雨成因和機制研究與數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相互作用預報能力較差,而高分辨力區域模式和快速同化更新系統的預報性能更優。伍志方等[20]在分析一次發生在廣州的暖區特大暴雨時指出,全球模式無法合理地預報出暖區的對流觸發,進而導致局地特大暴雨的漏報。上述研究更多地著眼于暖區暴雨,對梅雨鋒暴雨模式預報偏差的研究還需要進一步加強。2020-07-09江西發生了一次梅雨鋒暴雨過程,主觀預報有較大的落區預報偏差,因此有必要對此次過程做進一步研究。

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

1 降水特點及預報誤差

從2020-07-09T08:00/2020-07-10T08:00(北京時,下同)的實況降水量來看,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,出現在吉安永和,其次為375.1 mm,出現在吉安縣;小時雨強最大為93.4 mm/h,出現在吉安泰和,其次為92.8 mm/h,出現在吉安南溪。

針對此次過程的12 h以上降水預報,各個模式預報效果均不盡如人意。GRAPES和NCEP對降水等級的結果較差,江西全省范圍均未預報大暴雨,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報了全區暴雨,導致其可信度降低,且暴雨落區明顯偏南;EC預報結果從降水落區來看效果較好,但大暴雨落區范圍較實況偏小,且南界偏北100 km左右,贛中南部預報小雨到中雨,實況則出現了暴雨到大暴雨,預報偏差較大,導致江西中南部的萬安水庫和石虎塘水庫預報服務效果差。根據以上結果,重點分析EC和華東區域模式不同時次起報場的預報結果。分析發現,EC對于此次過程的降水落區及量級預報比較穩定,隨著時間臨近,模式將暴雨落區向南略有調整;華東區域模式對于對流性降水有著更好的預測,其中7日20:00和8日08:00起報的結果對此次過程暴雨落區與量級預測較好,但是由于其8日20:00起報的預報結果將暴雨落區突然調整至贛南,嚴重降低了其預報可信度。

2 對流環境場及維持原因分析

2.1 環流形勢和影響系統分析

由分析7月9日08:00環流形勢可知,中高緯為“兩槽一脊”形勢,貝加爾湖南部和中國東北地區東部存在兩低渦,高壓脊位于內蒙古東部,華中地區有一槽線向南延伸,江西處于500 hPa槽底位置,大部分地區處于西北氣流控制下,上游貴州、湖南地區不斷有短波槽東移影響江西;588線從廣東沿海地區不斷東退至海上,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,南昌站西北風速12 m/s,贛州站偏西風,風速為16 m/s,衢州站風速為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,風速為4 m/s,贛州站西南風,風速為14 m/s,兩站之間存在明顯的風向風速輻合區。925 hPa上低渦中心較高層偏西偏南,位于湖北東部,輻合區仍然位于江西中部。在對應200 hPa高層,江西撫州地區對應分流輻散區。

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的正渦度區,正渦度中心位于鷹潭附近,吉安、撫州附近則存在很強的渦度梯度,表明該地區風場存在很強的氣旋性旋轉,輻合較強。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,吉安地區處于正渦度中心區域,表明此時江西中部風場氣旋性旋轉增強,輻合也相應增強。

2.3 水汽條件分析

7月8日20:00起,江西省大部分地區850 hPa比濕達14 g/kg以上,925 hPa比濕達16～18 g/kg。9日08:00 850 hPa贛北地區存在近似東西走向的切變線,切變線南側比濕達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強勁的西南風急流,不斷地從南海地區向暴雨區輸送水汽。

結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急流由南海地區不斷地向暴雨區輸送,且在大暴雨的中心地區存在明顯的水汽通量散度負中心,存在著水汽輻合,有利于強降水的不斷維持,這是造成吉安地區暴雨的直接原因。

2.4 熱力條件分析

假相當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,江西北部假相當位溫超過354 K,表明該地區有很好的能量供應,江西北部有較強的溫度鋒區,溫度鋒區有利于激發對流。10日02:00,850 hPa假相當位溫場上354 K溫度場范圍擴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的能量輸送。

3 預報偏差及其原因分析

3.1 副高和風場的檢驗

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

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報準確,準確預報出16 m/s的急流核,急流出口區有很強的風速輻合,急流頂端風速差超過6 m/s。實況中切變線位于湘中至贛東北一線,其北部為偏東氣流,模式預報場為東南氣流;江西上游湖南段切變線南部實況為偏西氣流,模式預報為西南氣流,預報中切變線上的輻合是偏東風與偏西風的輻合,而實況是東南風與西南風的輻合,且切變線南側風速較實況偏小2～4 m/s,這導致切變線上輻合強度較實況偏弱,位置偏北。模式對急流上脈動的預報也出現偏差,如江西中部吉安地區實況為4～6 m/s的偏西氣流,模式則預報為10～14 m/s的西南氣流,這直接導致吉安地區風速輻合北推50 km左右,是造成預報偏北的原因之一。

3.3 溫濕度場檢驗

此次過程中數值模式對850 hPa溫度有較好的表現,無論是暖舌還是溫度鋒區的位置、強度均與實況基本一致。但在濕度預報存在較大的誤差,通過對比850 hPa比濕預報與實況后發現,9日20:00模式將16 g/kg的濕舌預報在湖南-江西-浙江一帶,贛中處于濕舌中;實際濕舌范圍較預報小,僅覆蓋江西中部-浙江,江西北部比濕為14 g/kg,較預報偏小2 g/kg,贛中北部處于比濕梯度大值區附近,濕度預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時應該更加關注低層比濕的作用。

4 結束語

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流形勢和維持原因,并且對各個模式的預報偏差原因進行了探討,得到結論如下:

1)此次暴雨過程是一次典型的梅雨鋒暴雨過程。高層200 hPa對應輻散區,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動,為暴雨的產生提供了良好的動力抬升條件,配合不斷向暴雨區輸送水汽和熱量的西南急流,導致了此次特大暴雨過程。

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

3)數值模式對此次過程中850 hPa暖舌和溫度鋒區的位置、強度均與實況基本一致,但在濕度預報場上表現出較大的誤差,因此在確定暴雨落區時應該更關注低層比濕的作用。

在此次暴雨預報過程中,華東區域模式預報偏差和EC模式預報偏差相反,一定程度上反映出此次暴雨過程位置偏南的信息,同時EC模式降水落區有向南調整的趨勢。在以后的預報工作中,需要關注全球模式調整趨勢及中尺度區域模式對流區域的預報,同時需要進一步研究綜合應用中尺度區域模式和全球模式的方法。