李 浪,白 慧,吳戰(zhàn)平，方 荻，于 飛，彭 芳

(1.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

延伸期預(yù)報(bào)是指時(shí)間為10～30 d的氣象預(yù)報(bào)，它作為天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)之間的重要銜接[1-2]，為實(shí)現(xiàn)“無縫隙”的氣象預(yù)報(bào)服務(wù)，其重要性日益凸顯，近年來隨著極端天氣氣候事件的增多，其引發(fā)的氣象災(zāi)害給國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活帶來了嚴(yán)重影響和損失，延伸期的預(yù)報(bào)服務(wù)對(duì)防災(zāi)減災(zāi)等工作有著特殊的意義[3]。一直以來，延伸期預(yù)報(bào)都是國(guó)際上大氣科學(xué)關(guān)注的一大研究熱點(diǎn)和難題, 延伸期預(yù)報(bào)的難點(diǎn)在于它的預(yù)報(bào)時(shí)效超過了逐日天氣可預(yù)報(bào)時(shí)效的理論上限(2周)[4-6]，同時(shí)又小于氣候預(yù)測(cè)的月、季時(shí)間尺度。在天氣預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)，主要受大氣初值信息的影響，即所謂的“邊值問題”，而在氣候預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)，更多的是受到海溫、下墊面等外強(qiáng)迫信號(hào)的作用[7-8]，延伸期預(yù)報(bào)正處于天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)兩者之間，同時(shí)受到初值信息和外強(qiáng)迫信號(hào)的影響，其預(yù)報(bào)信號(hào)的不確定性，無疑增加了預(yù)報(bào)的難度。

延伸期預(yù)報(bào)研究工作的開端要追溯到1983年，Miyakoda首先利用數(shù)值模式成功預(yù)報(bào)出了10～30 d平均的阻塞高壓[9]，在那之后，Madden[10]等一系列專家學(xué)者通過不斷的研究，隨著數(shù)值預(yù)報(bào)的發(fā)展以及集合預(yù)報(bào)理念的提出使延伸期預(yù)報(bào)逐步成為可能[11-13]。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的發(fā)現(xiàn)[14]成為延伸期預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)可靠的信號(hào)來源之一[15]，隨后，經(jīng)過國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者的研究工作，利用MJO(熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩)法以及低頻天氣圖的延伸期預(yù)報(bào)方法逐步開展開來[16-18]。延伸期預(yù)報(bào)工作的開展為災(zāi)害性天氣的規(guī)避和防御贏得了寶貴的時(shí)間，對(duì)國(guó)民人身安全和經(jīng)濟(jì)的保障有著不可忽視的作用，為真正落實(shí)防災(zāi)減災(zāi)氣象先行的理念是不可或缺的一部分，美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心研發(fā)的新一代氣候預(yù)測(cè)模式—CFSv2模式，該模式產(chǎn)生了3種預(yù)報(bào)產(chǎn)品，分別是預(yù)見期長(zhǎng)度為9個(gè)月的預(yù)報(bào)，預(yù)見期長(zhǎng)度為1個(gè)季節(jié)以及45 d的預(yù)報(bào)[19-20]。陳官軍等[21]利用CFS模式資料檢驗(yàn)了該系統(tǒng)對(duì)東亞夏季延伸期大氣環(huán)流的預(yù)報(bào)技巧，結(jié)果表明該系統(tǒng)模式對(duì)一些持續(xù)性強(qiáng)降雨過程中的主要大氣環(huán)流有一定的預(yù)報(bào)效果。李永生等[22]評(píng)估了CFSv2模式延伸期逐日預(yù)報(bào)對(duì)黑龍江省3次強(qiáng)降溫過程的預(yù)測(cè)能力，發(fā)現(xiàn)該模式對(duì)強(qiáng)降溫過程的預(yù)報(bào)表現(xiàn)出一定的技巧。周辰光[23]等利用CFSv2模式資料開展了區(qū)域性高溫事件的延伸期預(yù)報(bào)，結(jié)果表現(xiàn)良好。

本文采用CFSv2模式逐日預(yù)報(bào)的45 d降水量預(yù)報(bào)產(chǎn)品，評(píng)估了對(duì)貴州區(qū)域延伸期時(shí)段6月5—9日暴雨過程的預(yù)報(bào)能力，并通過CFSv2模式輸出的環(huán)流預(yù)報(bào)場(chǎng)進(jìn)一步分析此次暴雨過程預(yù)報(bào)量級(jí)偏差的原因。

1 資料和方法

CFSv2模式有4個(gè)時(shí)段(00、06、12和18 UTC cycles)的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，本文選取世界時(shí)12時(shí)起報(bào)的4個(gè)預(yù)報(bào)成員，采用5 d集合平均方案，得到集合20個(gè)成員的逐日平均降水和大氣環(huán)流場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，實(shí)況降水為貴州省85個(gè)地面氣象觀測(cè)站的逐日降水資料，大氣資料為NCEP/NCAR再分析逐日資料，用于分析本次區(qū)域暴雨過程的大氣環(huán)流場(chǎng)特征，包括500 hPa高度場(chǎng)、700 hPa和850 hPa風(fēng)場(chǎng)，水平分辨率為2.5°×2.5°。

2 2019年貴州省6月5—9日區(qū)域暴雨過程實(shí)況

根據(jù)貴州省區(qū)域性暴雨氣象評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[24]，即在一次區(qū)域性降水過程中，評(píng)估區(qū)域范圍內(nèi)有6個(gè)及以上國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站(或有6%及以上區(qū)域氣象觀測(cè)站)日降水量達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)，記為一次區(qū)域暴雨過程。

2019年6月5—9日，貴州省出現(xiàn)了大范圍持續(xù)性暴雨天氣過程。累計(jì)降水量超過100 mm的區(qū)域主要分布在畢節(jié)市南部、六盤水市東部、黔西南州北部、安順市、貴陽(yáng)市南部、黔南州西部和中北部、黔東南州和遵義市局地，其中安順市中東南部和黔南州西部等地超過200 mm。全省有34個(gè)國(guó)家站日降水量超過了暴雨量級(jí)，其中6月8日暴雨范圍最廣，全省有146個(gè)考核站(含10個(gè)國(guó)家站)出現(xiàn)暴雨以上降水，其中25站(含1個(gè)國(guó)家站)達(dá)大暴雨以上量級(jí)，達(dá)到了區(qū)域暴雨標(biāo)準(zhǔn)。此次區(qū)域暴雨過程強(qiáng)度較強(qiáng)、范圍較廣、時(shí)間較長(zhǎng)。本文選取此次過程作為研究對(duì)象。

3 大氣環(huán)流形勢(shì)

從6月5日500 hPa的大氣環(huán)流形勢(shì)(圖1a)中可以看出，西太平洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)脊線處在18°N附近，貴州處在副高588線西北側(cè)的西南氣流中。貴州的大部分地區(qū)處于高空槽前的西南氣流中，引導(dǎo)低層西南氣流加強(qiáng)，在6月5日貴州東南部形成西南急流(風(fēng)速≥12 m·s-1)[25]。西南急流有利于將印度洋和南海的水汽輸送至貴州地區(qū)，形成較強(qiáng)的降水。從6月5日700 hPa和850 hPa(圖略)的大氣環(huán)流形勢(shì)中可以看出，貴州位于低渦南部的西南急流中，這些條件都極其利于降水的形成。

6月6—8日貴州上空500 hPa大部分轉(zhuǎn)成西風(fēng)氣流，副高有所西伸，且副高588線斷開(圖1)，極利于印度洋暖濕氣流向貴州地區(qū)輸送，700 hPa的低渦也隨之消失，但是低空有一條切變線橫穿貴州上空，一直持續(xù)至9日。低空切變線的長(zhǎng)時(shí)間存在，有利于底層氣流的垂直運(yùn)動(dòng)，而高層處在副高邊緣，高空有下沉氣流。低層的暖濕氣流與高空的干冷空氣的長(zhǎng)時(shí)間接觸，有利于長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降水的形成。10日，隨著副高東退，降水趨于結(jié)束。

圖1 6月5—9日700 hPa急流(陰影，單位：m·s-1)、500 hPa高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm) 和700 hPa風(fēng)場(chǎng)(a:5日，b:7日，c:8日，d:10日)Fig.1 700 hPa rapids from June 5th to 9th(shadow，unit：m·s-1)、500 hPa height field(Contour，unit：dagpm)and 700 hPa wind farm(a:5th，b:7th，c:8th，d:10th)

4 CFSv2模式產(chǎn)品的預(yù)報(bào)能力分析

4.1 降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品

對(duì)于這次區(qū)域暴雨過程，CFSv2延伸期逐日降水量預(yù)報(bào)產(chǎn)品在5月21日就已提前15 d預(yù)報(bào)在6月5—9日期間將發(fā)生一次持續(xù)性降水過程，該預(yù)報(bào)信號(hào)穩(wěn)定、持續(xù)到5月25日。5月22日預(yù)報(bào)在6月3—7日有一次降水過程，這與6月5—9日的強(qiáng)降水過程在時(shí)間上稍微有所提前；5月23日預(yù)報(bào)在6月3—7日會(huì)有一次降水過程；5月24日預(yù)報(bào)在6月3—11日有一次持續(xù)性降水過程，這與6月5—9日的強(qiáng)降水過程在時(shí)間尺度上有所偏差；5月25日起報(bào)的預(yù)報(bào)結(jié)果最好，預(yù)報(bào)在6月5—9日會(huì)有一次強(qiáng)降水過程，并且6月8日的降水量最大，這與6月5—9日這次過程的實(shí)際情況較為一致，不過在降水量級(jí)程度上預(yù)報(bào)依然偏小(圖2)。

圖2 2019年6月1—30日逐日全省平均降水量(a:實(shí)況降水，b:5 d集合平均處理后的5月25日模式預(yù)報(bào)降水)Fig.2 Daily average precipitation in the province from June 1 to 30, 2019(a:Live precipitation， b: Predicted precipitation on May 25 after 5d ensemble processing)

4.2 環(huán)流預(yù)報(bào)產(chǎn)品

在本次區(qū)域暴雨過程中，6月8日降水量最大，選取8日實(shí)況和模式預(yù)報(bào)的環(huán)流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析，在500 hPa實(shí)況高度場(chǎng)上(圖3a)，貴州處于副高588線的西北側(cè)，高空大部分為偏西氣流，副高有所西伸，由于副高588線的斷開，利于印度洋的暖濕氣流向貴州區(qū)域輸送，中高緯地區(qū)的東亞大槽中心線為560線。而從圖3b的CFSv2模式預(yù)報(bào)的500 hPa高度場(chǎng)上可以看出，貴州處于副高588線的北側(cè)，大部分地區(qū)處于西偏北氣流中，對(duì)于水汽的輸送并不有利，中高緯度東亞大槽的中心位置位于實(shí)際位置的東北方向，并且中心線為548線。對(duì)中高緯的天氣系統(tǒng)模式預(yù)測(cè)比實(shí)況位置偏北，強(qiáng)度要強(qiáng)。反觀CFSv2模式預(yù)報(bào)的副高，預(yù)報(bào)場(chǎng)中副高只控制在海南島南部和中南半島中部以及南海群島，而實(shí)況場(chǎng)中副高幾乎控制整個(gè)中南半島和南海地區(qū)，模式對(duì)于副高的預(yù)測(cè)程度略有偏弱，并且副高的位置較實(shí)況要偏南。模式對(duì)于系統(tǒng)的預(yù)測(cè)強(qiáng)度偏低，以及水汽條件的差異，導(dǎo)致該模式對(duì)本次區(qū)域暴雨過程的預(yù)測(cè)在降水量級(jí)上有所偏小?？傮w而言，CFSv2模式延伸期預(yù)報(bào)對(duì)本次區(qū)域暴雨過程的環(huán)流場(chǎng)預(yù)報(bào)整體上比較符合，但對(duì)于天氣系統(tǒng)的強(qiáng)度及位置的把握有些許偏差。在實(shí)際分析應(yīng)用中，需綜合分析考慮。

5 結(jié)論

本文基于CFSv2模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品、NCEPNCAR在分析資料和貴州省降水量實(shí)況資料,選取貴州省2019年6月5—9日這次范圍較廣、時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)域暴雨過程進(jìn)行CFSv2模式延伸期時(shí)段預(yù)報(bào)能力的分析，得到以下結(jié)論：

①CFSv2模式降水量預(yù)報(bào)產(chǎn)品在提前10～15 d能穩(wěn)定、持續(xù)的預(yù)報(bào)出6月5—9日暴雨降水過程，尤其在5月25日起報(bào)的效果最好，預(yù)報(bào)的過程起止時(shí)間和最大降水日與實(shí)況一致，總體上預(yù)報(bào)的降水量級(jí)偏小。

②CFSv2模式大氣環(huán)流預(yù)報(bào)產(chǎn)品在提前10～15 d亦能穩(wěn)定、持續(xù)的預(yù)報(bào)出影響這次區(qū)域暴雨過程的中高緯和副熱帶系統(tǒng)的配置形勢(shì)。CFSv2模式對(duì)中高緯地區(qū)的天氣系統(tǒng)在預(yù)測(cè)程度上有所偏強(qiáng)，位置要偏北，而對(duì)于低緯地區(qū)，如副高等系統(tǒng)的預(yù)測(cè)在程度上略為偏弱，位置較實(shí)況要更偏南。總體上，該模式在貴州區(qū)域暴雨過程的預(yù)報(bào)中表現(xiàn)出一定的預(yù)報(bào)技巧，大體上能預(yù)測(cè)出降雨過程，對(duì)環(huán)流形勢(shì)的預(yù)測(cè)整體上表現(xiàn)良好，但在天氣系統(tǒng)的強(qiáng)度及位置的把握上有所偏差。CFSv2模式在本次過程預(yù)報(bào)中對(duì)副熱帶高壓系統(tǒng)強(qiáng)度偏小、位置偏南的判斷，影響了熱帶海洋北上的水汽強(qiáng)度和位置，是導(dǎo)致預(yù)報(bào)降水量級(jí)偏小的主要原因。

圖3 2019年6月8日500 hPa高度場(chǎng)(a:NCEP/NCAR實(shí) 況，b:CFSv2模式預(yù)報(bào)，c: CFSv2與NCEP/NCAR差值場(chǎng))Fig.3 500 hPa height field on June 8, 2019(a: NCEP/ NCAR Live，b: CFSv2 model forecast，c: CFSv2 and NCEP/NCAR difference field)

③在本次過程中，CFSv2模式產(chǎn)品在提前10～15 d的預(yù)報(bào)中表現(xiàn)出了較好的效果，但僅以此結(jié)果來評(píng)判該模式的優(yōu)劣過于局限，要進(jìn)一步評(píng)估該模式的預(yù)報(bào)技巧，需針對(duì)更多的典型過程詳細(xì)分析，這是下一步準(zhǔn)備開展的工作。