聶祥 趙春霞 王璇 周庶 楊洋 魏巍

(1.貴州省畢節(jié)市氣象局，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州省織金縣氣象局，貴州 織金 552100；3.貴州省黔西縣氣象局，貴州 黔西 551500)

引言

暴雨預(yù)報是天氣預(yù)報中的重點和難點。暴雨天氣在夏季常常出現(xiàn),而且常常伴隨短時強(qiáng)降水,極易造成洪澇(城鄉(xiāng)滯澇)、塌方、滑坡、泥石流等災(zāi)害,給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)造成重大損失；暴雨的非連續(xù)性特性和產(chǎn)生機(jī)制的復(fù)雜性,使得對暴雨預(yù)報的研究仍然是氣象預(yù)報工作中還在攻克的世界性難題之一。如何做好天氣預(yù)報,是對當(dāng)前“監(jiān)測精密,預(yù)報精準(zhǔn),服務(wù)精細(xì)” 要求中對精細(xì)化預(yù)報工作的具體體現(xiàn)。為了進(jìn)一步做好天氣預(yù)報,提高暴雨預(yù)報的準(zhǔn)確率,廣大氣象人員采取各種方法和手段進(jìn)行了廣泛的研究和應(yīng)用檢驗。通過文獻(xiàn)搜索“暴雨預(yù)報”,僅中文期刊就達(dá)到9000 多篇,如果再加上關(guān)于暴雨預(yù)報的書籍、報紙、會議論文、學(xué)位論文等,更是數(shù)不勝數(shù),這些研究方法有基于氣候角度進(jìn)行研究的,也有基于雷達(dá)和衛(wèi)星開展短時臨近預(yù)報的,還有就是基于各種資料進(jìn)行中短期預(yù)報的。目前已經(jīng)取得許多進(jìn)展[1-16],大大提高了暴雨預(yù)報的準(zhǔn)確率和服務(wù)效果,但是,暴雨天氣包含各種時間空間尺度,許多分析研究都是選取了典型的強(qiáng)降水過程,往往時空尺度大。實踐證明,到目前還有預(yù)報失誤的情況出現(xiàn),有無暴雨出現(xiàn)、出現(xiàn)時間早晚、強(qiáng)度大小的變化、出現(xiàn)位置的偏差等都是不可避免的。而對于那些強(qiáng)度不是太強(qiáng)、范圍不大的單點性暴雨過程,對其進(jìn)行暴雨的出現(xiàn)時間、出現(xiàn)區(qū)域、強(qiáng)度大小的分析判斷仍然是非常難的,許多時候容易漏報,這類暴雨過程常常也造成了不同程度的災(zāi)害。

現(xiàn)在,越來越多的天氣預(yù)報結(jié)論是基于各類數(shù)值預(yù)報結(jié)果的,并且在氣象防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮了重要作用,但是數(shù)值預(yù)報在暴雨預(yù)報方面表現(xiàn)不是太好,尤其是對于尺度小強(qiáng)度弱的單點性暴雨,而且在低緯度地區(qū)、高海拔地區(qū)和山區(qū)表現(xiàn)更差。

2020 年6 月7—8 日的暴雨天氣過程范圍小,強(qiáng)度弱,本文將從短期天氣預(yù)報的角度對其進(jìn)行可預(yù)報性分析研究,以便提取對短期預(yù)報有用預(yù)報信息。

1 降水和強(qiáng)對流實況

2020 年6 月6 日20：00—8 日20：00 的48h 內(nèi),全市共出現(xiàn)50mm 以上降水12 站(其中,百里杜鵑2站,金坡鄉(xiāng)72.2mm、沙廠鄉(xiāng)63.1mm；黔西縣2 站,永興鄉(xiāng)60.4mm、重新鎮(zhèn)55.1mm；金沙縣4 站,安洛鄉(xiāng)59.4mm、新化鄉(xiāng)56mm、大田鄉(xiāng)54.7mm、禹謨鎮(zhèn)52.2mm；威寧縣1 站,猴場鎮(zhèn)58.3mm；大方縣1 站,大山鄉(xiāng)51.3mm),25～49.9mm 53 站,10～24.9mm 100 站,9.9mm 及以下88 站；強(qiáng)降水時段主要集中在6 日夜間—7 日凌晨,強(qiáng)降水主要集中在大方東北部、金沙西南部和黔西西北部。

其中,6 月6 日20：00—7 日20：00,全市共出現(xiàn)7 站暴雨(百里杜鵑2 站,金坡鄉(xiāng)71.4mm、沙廠鄉(xiāng)63mm；金沙縣3 站,新化鄉(xiāng)55.9mm、安洛鄉(xiāng)54.1mm、大田鄉(xiāng)53.1mm；黔西縣1 站,永興鄉(xiāng)54.1mm；大方縣1 站,大山鄉(xiāng)50.8mm),32 站大雨,90 站中雨,110 站小雨；24h 內(nèi)最大小時雨強(qiáng)為百里杜鵑金坡鄉(xiāng)(R7901) 站7 日05：00 的51.0mm；24h內(nèi)納雍厙東關(guān)(R7420) 23：00 和威寧中水(R7202)7 日20：00 分別出現(xiàn)19.0m·s-1和17.9m·s-1的大風(fēng)過程。6 月7 日20：00—8 日20：00,全市共出現(xiàn)1站暴雨(威寧縣1 站,猴場鎮(zhèn)53.9mm),4 站大雨,26 站中雨,203 站小雨；24h 內(nèi)最大小時雨強(qiáng)為威寧縣猴場鎮(zhèn)的平洞(R0716) 站8 日05：00 的33.9mm；24h 內(nèi)威寧中水(R7202) 于18：00 再次出現(xiàn)17.0m·s-1的大風(fēng)過程。收集到大方貓場降雹,直徑3mm,冰雹密度為10～20 ?！-2。

逐6h 監(jiān)測顯示:負(fù)閃多于正閃,閃電過程主要出現(xiàn)在7 日凌晨(02：00—08：00) 的金沙、黔西和大方一帶,此階段對流性降水特性明顯。

2 災(zāi)情

此次暴雨天氣過程局地伴隨有冰雹和大風(fēng)過程,造成了大方、黔西、金沙3 縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的洪澇災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅大方就造成直接經(jīng)濟(jì)損失3075 萬元,其中有3898 人受災(zāi),農(nóng)作物 (辣椒,馬鈴薯,玉米,豆類等) 受災(zāi)383.6hm2,成災(zāi)面積323.9hm2,絕收面積71hm2,農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)損失2942.96 萬元,倒塌房屋1 間,損壞房屋183 間,基礎(chǔ)設(shè)施損失102.04萬元,家庭財產(chǎn)損失30 萬元。

3 背景及環(huán)境場分析

3.1 高低空2020 年6 月6 日08：00—7 日08：00 資料分析

3.1.1 200hpa6 日08：00

受到南亞高壓控制,高壓中心位于孟加拉灣東部到中南半島西北部,貴州省位于高壓頂部偏西北氣流位置,高壓中心附近風(fēng)速達(dá)到20m·s-1,高壓中心附近高度達(dá)到12570m 以上,高壓中心附近溫度露點差為5～6℃,周圍溫度差異不大。

3.1.2 500hPa6 日08：00

為兩槽一脊環(huán)流形勢,蒙古到我國華中地區(qū)為高壓脊控制,云南和貴州地區(qū)有小波動影響,以西北氣流為主,風(fēng)速都在10m·s-1以上,北部的川西川南一帶有高空槽尾部的系統(tǒng)影響；高度場上各地高度變化較小,但是川東為負(fù)變高區(qū)而貴州到重慶一帶為正變高區(qū)；溫度場上梯度也不大,但是在四川南部云南東北部與畢節(jié)交界處剛好有一個溫度槽形態(tài),從24h 變溫可以看出,原因是在普遍升溫的環(huán)境下,威寧到宜賓到重慶的升溫幅度明顯偏小。到7 日08：00,系統(tǒng)略有東移,云南和貴州地區(qū)的小波動已東移,仍然以西北氣流為主,但風(fēng)速加大,達(dá)到12m·s-1以上。8日08：00 變?yōu)槠鳉饬骺刂?有小波動影響。

3.1.3 700hPa6 日08：00

中高緯地區(qū)仍然維持兩槽一脊環(huán)流形勢,川南到滇北地區(qū)的低渦和南支槽系統(tǒng)未來東移影響,溫度露點差在威寧只有0.7℃,溫度平流不明顯,廣大地區(qū)變高不大,宜賓變高為-1.9,其余廣大地區(qū)都在1.0以下。到7 日08：00,中高緯地區(qū)仍然維持兩槽一脊環(huán)流形勢維持,但是略有東移,溫度露點差在有所變大。

3.1.4 850hPa6 日08：00

重慶與黔北交界的低渦切變逐漸東移南壓,在貴州中部一帶維持,空氣達(dá)到飽和,由于南北風(fēng)速小,廣西到南海的低空急流已經(jīng)建立并維持,因此未來貴州中北部一帶的低值系統(tǒng)將維持較長時間。到7 日08：00,系統(tǒng)維持,濕度仍然較大。

3.1.5 海平面氣壓6 日08：00

根據(jù)地面填圖,大部地方氣壓在1005～1006hPa,壓溫濕變化不大,呈現(xiàn)穩(wěn)定維持態(tài)勢。到7 日08：00,氣壓下降到1003～1004hPa,大體下降了2hPa；畢節(jié)站氣溫下降了1.1℃,氣壓下降了0.28hPa。

3.2 探空及物理量場分析

本次降水過程主要出現(xiàn)在6 日夜間—7 日凌晨,比較6 日08：00 和20：00 的探空資料可以看出二者差異很大,08：00 的探空資料上,低層有暖平流,水汽接近飽和,但是層結(jié)不穩(wěn)定特性不夠明顯,而到20：00的探空圖上,大氣明顯處于不穩(wěn)定狀態(tài),低層暖平流減弱,水汽仍然充足,沙氏指數(shù) (SI) 由-1.01 變到-2.62,Cape 值由0 增大到1234.9,其它相關(guān)指數(shù)都出現(xiàn)了明顯變化。

3.2.1 水汽條件

6 日08：00,威寧站700hPa 和500hPa 溫度露點差都比較小,水汽分別為11.22g·kg-1和5.19g·kg-1,到20：00變成低層水汽增加高層減少,受暖平流影響,溫度露點差有所變大。貴陽站則相反,各層水汽都增加,溫度露點差都變小,空氣更加接近飽和,尤其是700hPa從17.5 變?yōu)?.8,變化太快太明顯(參見表2)。

表1 2020 年6 月7 日08：00—8 日08：00 T-logP 圖主要數(shù)據(jù)

表2 2020 年6 月6 日08：00—7 日20：00 威寧和貴陽水汽變化情況

3.2.2 不穩(wěn)定度條件K、SI、SSI

根據(jù)6 月7 日20：00、8 日20：00 K、SI、SSI 指數(shù)分布表明,大范圍大氣都處于不穩(wěn)定狀態(tài),在如此眾多的不穩(wěn)定區(qū)域確定強(qiáng)降雨區(qū),是相當(dāng)困難的,所以,單獨根據(jù)該指標(biāo)難以確定強(qiáng)降水落區(qū)。

4 可預(yù)報性分析

在天氣變化過程中,包含了各種大小不同時間尺度和空間尺度的天氣過程,而人類能夠觀測到的僅僅是有限時間和有限空間的局部資料,換言之,人類對大氣的觀測能力是有限的,而不是全面的狀態(tài)；雖然通過對大氣進(jìn)行假設(shè)而建立的關(guān)于大氣運動變化的方程組在數(shù)值預(yù)報中發(fā)揮了重要作用,促進(jìn)了數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)的發(fā)展；但是由于該方程組在數(shù)學(xué)上無法獲得準(zhǔn)確解,初始資料無法獲得完整全面的資料場,數(shù)值預(yù)報結(jié)果總是存在誤差。

開展氣象可預(yù)報性分析研究,有利于進(jìn)一步認(rèn)識和領(lǐng)會天氣氣候演變的特點,有利于進(jìn)一步做好預(yù)報服務(wù)工作。

4.1 常規(guī)資料可預(yù)報性分析

此次過程是一次由高空低槽與低渦切變共同影響的結(jié)果,2020 年6 月6 日傍晚到夜間具有對流性特點,降水過程也明顯,7 日晚上到夜間為局地性降水過程,范圍小。

在下午制作未來24h、48h 降水預(yù)報時,主要使用的是08：00 的觀測資料和14：00 以前的地面資料,以及臨近時刻的云圖資料和雷達(dá)回波資料。根據(jù)上述資料分析結(jié)果表明,常規(guī)資料可以分析出未來24h 和未來48h 有對流性天氣過程,可能伴隨有短時強(qiáng)降水、雷暴、冰雹和大風(fēng)等,但是難以預(yù)報有無暴雨,而且強(qiáng)對流天氣的落區(qū)和出現(xiàn)時間難以繼續(xù)進(jìn)行精細(xì)化分析。

4.2 數(shù)值預(yù)報結(jié)果可預(yù)報性分析

根據(jù)歐洲中心5 月31 日—6 月5 日每天20：00起報的24h 降水量預(yù)報進(jìn)行多時效比較,6 月6 日20：00—7 日20：00 預(yù)報為小到中雨或中到大雨,只是6 月3 日起報的結(jié)果在納雍西南部(主體位于水城縣) 織金南部(位于安順境內(nèi)) 有小范圍內(nèi)為的暴雨,而實況出在大方黔西金沙一帶,在位置上有明顯偏差。

根據(jù)歐洲中心、GRAPES_GFS、NEP_GFS、華南(廣州) 低分辨率產(chǎn)品、華東(上海) 中分辨率產(chǎn)品、德國細(xì)網(wǎng)格產(chǎn)品以及日本中分辨率產(chǎn)品進(jìn)行24h降水多模式比較,各家結(jié)果差異較大,有報小雨的,也有報大暴雨的?？傮w而言,華東(上海) 中分辨率產(chǎn)品預(yù)報的位置(落區(qū)) 最好,非常接近實況,但是強(qiáng)度篇強(qiáng)偏大,其它預(yù)報的量級偏小,落區(qū)誤差大。而EC 集合預(yù)報的49 個成員中,沒有1 個成員預(yù)報有暴雨,都只預(yù)報了小雨或中雨,量級明顯偏小。因此數(shù)值預(yù)報的結(jié)果也有很好的參考作用,以華東(上海) 中分辨率產(chǎn)品為最好,可預(yù)報性(參考性) 最好,尤其是落區(qū)的預(yù)報,根據(jù)經(jīng)驗預(yù)報時量級可以在華東模式的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)小。