鄧汝伊，蔣 健，梁 棟

（百色市氣象局，廣西 百色 533000）

引言

近年來，氣象工作者深入研究了數(shù)值天氣預(yù)報水平的發(fā)展，其中包括資料同化方案的先進程度、模式動力過程的優(yōu)越程度和物理過程參數(shù)化水平等方面［1］。然而，數(shù)值預(yù)報和實況始終存在偏差，預(yù)報員必須了解數(shù)值模式產(chǎn)品的預(yù)報性能，對其加以訂正和評估，才能有效的提高模式應(yīng)用水平和訂正能力。

目前，已有學(xué)者對歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECWMF）、中國氣象局（CMA）模式等國內(nèi)外不同尺度的數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品進行了檢驗分析［2-6］，產(chǎn)品性能各有優(yōu)劣。如張嬌等［7］對使用ECWMF 降水和500hPa高度場資料進行了強降水預(yù)報偏差的訂正工作，建立主雨帶位置和暴雨強度的訂正方法；丁凡等［8］認(rèn)為ECWMF 在強對流天氣預(yù)報中，0℃層高度、T850-T500值和相對濕度等影響因子的預(yù)報能力較其他因子優(yōu)越；曲巧娜等［9］對多種模式的強降雨落區(qū)檢驗結(jié)果表明，ECWMF 降水預(yù)報優(yōu)于其他模式；孫素琴等［10］認(rèn)為ECWMF 對主雨帶預(yù)報多數(shù)較偏北，各種模式對降水量級的預(yù)報總體偏弱；林開平等［11］認(rèn)為劉國忠等人利用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品建立的桂西北持續(xù)性暴雨24h 短期客觀預(yù)報工具，實現(xiàn)了暴雨預(yù)報年平均正確率穩(wěn)定在10%以上；趙飛等［12］分析2016 年臺風(fēng)“浪卡”的數(shù)值預(yù)報效果得出：ECWMF 降水預(yù)報偏差原因是對副熱帶高壓環(huán)流和低空急流強度的預(yù)報偏差；蘇兆達(dá)等［13］使用由華南中尺度數(shù)值模式（CMA-GD R1KM 模式）經(jīng)本地化改造研發(fā)的廣西對流尺度數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品進行檢驗得出其對短臨預(yù)報存在指導(dǎo)意義。近十年來，數(shù)值預(yù)報模式預(yù)報能力的提高直接促使對各種產(chǎn)品釋用方法的深入研究和應(yīng)用成為提高預(yù)報質(zhì)量的主要手段之一，廣西暴雨預(yù)報轉(zhuǎn)為數(shù)值預(yù)報及基于數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品釋用技術(shù)的客觀方法預(yù)報，預(yù)報員逐漸由以經(jīng)驗為主的主觀預(yù)報轉(zhuǎn)為開展主客觀融合的定量預(yù)報。目前廣西已建立以數(shù)值預(yù)報為基礎(chǔ)的預(yù)報業(yè)務(wù)體系，較好地實現(xiàn)了數(shù)值模式產(chǎn)品在廣西的解釋應(yīng)用，但研究發(fā)現(xiàn)各家模式在2019—2020 年的分級降水，特別是暴雨以上量級降水的預(yù)報能力不足，預(yù)報員仍能發(fā)揮較大的作用［14］。

本文對廣西2021 年8 月一次大范圍暴雨過程的中央氣象臺和廣西壯族自治區(qū)氣象臺指導(dǎo)產(chǎn)品、ECWMF、CMA 模式等數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品進行檢驗，著重分析降水強度和落區(qū)預(yù)報，結(jié)合廣西本地天氣氣候特征，給出調(diào)整建議，以期對未來相似暴雨預(yù)報提供參考和幫助。

1 資料和方法

本文選取的主觀預(yù)報產(chǎn)品包括2021 年8 月13日08 時—15 日08 時中央氣象臺、廣西壯族自治區(qū)氣象臺逐日起報的降水預(yù)報產(chǎn)品，數(shù)值模式產(chǎn)品包括：同時期歐洲中期天氣預(yù)報中心高分辨率預(yù)報模式（ECWMF）和中國氣象局全球同化預(yù)報系統(tǒng)（CMAGFS）的500hPa 高度場、850hPa 和10m 風(fēng)場、氣壓場，ECWMF、CMA-GFS、中國氣象局華南中尺度模式預(yù)報系統(tǒng)CMA-3KM、中國氣象局上海數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)（CMA-SH）、中國氣象局廣東快速更新同化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)（CMA-GD）的降水預(yù)報產(chǎn)品。ECWMF的分辨率為0.125°×0.125°，CMA-GFS 的分辨率為0.25°×0.25°，CMA-3KM 和CMA-GD 的分辨率為3km，CMA-SH 的分辨率為9km。所有產(chǎn)品的預(yù)報時效為24～72h，檢驗時段為8 月13 日08 時—16 日08 時的逐日廣西降水實況。從天氣系統(tǒng)檢驗和降水檢驗方面開展天氣系統(tǒng)位置、強度、影響時間、降水落區(qū)和降水量級等的天氣學(xué)檢驗和預(yù)報效果分析。

2 雨情概況

2021 年8 月13—16 日，廣西出現(xiàn)了持續(xù)性大范圍暴雨過程，落區(qū)呈現(xiàn)東北-西南向的雙雨帶形態(tài)，桂北的百色市-河池市和桂南的防城港市-欽州市為暴雨中心。據(jù)13 日08 時—16 日08 時統(tǒng)計，過程雨量超過250mm 的有17 站，100～249.9mm 有375 站，最大過程雨量395.8mm 出現(xiàn)在防城港市，最大24h 雨量239.2mm 出現(xiàn)在河池市，最大12h 雨量215.1mm 出現(xiàn)在百色市。13 日大暴雨落區(qū)分散出現(xiàn)在桂西北和桂南；14 日雨區(qū)明顯擴大、雨勢增強，桂北出現(xiàn)大到暴雨、局部大暴雨，桂南降水增強且集中，全區(qū)暴雨以上站次由170 站增至370 站；15 日桂北雨勢減小，大暴雨集中出現(xiàn)在桂南。此交過程降雨范圍廣、過程雨量大、雨強大，強降雨位置和出現(xiàn)時間較為分散，對各家預(yù)報形成不小的挑戰(zhàn)。

3 天氣形勢分析

2021 年8 月13—15 日，200hPa 上南亞高壓中心位于西藏南部，廣西始終處在高壓環(huán)流輻散區(qū)，加強中低層上升氣流。13 日，500hPa 高緯為兩槽一脊且槽強脊弱，巴爾喀什湖附近低渦中心值為564dagpm，不斷分裂小槽東移南下；東北大槽底部到達(dá)江淮地區(qū)，引導(dǎo)地面冷空氣南下影響華南地區(qū)。13 日08 時副熱帶高壓環(huán)流588dagpm 線位于粵閩沿海，經(jīng)過不斷地西伸北抬，15 日20 時588dagpm線到達(dá)兩廣交界，北側(cè)到達(dá)長江中下游地區(qū)，廣西處在加強的偏南氣流中。13 日850hPa 切變線由貴州北部逐漸南下到達(dá)桂西北，受到偏南氣流加強的影響，加強為季風(fēng)槽，至15 日08 時停留在桂西北，向廣西不斷輸送暖濕水汽。13 日20 時冷空氣南下進入廣西，冷空氣前沿激發(fā)的強對流云系發(fā)展旺盛。14日08 時冷空氣到達(dá)沿海，廣西轉(zhuǎn)為冷墊。冷空氣不斷補充影響，直至15 日20 時廣西大部出現(xiàn)3～5hPa 的24h 正變壓。在季風(fēng)槽、切變線和地面弱冷空氣的共同作用下，廣西發(fā)生了本次大范圍持續(xù)性暴雨過程。

4 上級指導(dǎo)產(chǎn)品檢驗

雙雨帶和大暴雨的落區(qū)預(yù)報是本次降水過程的預(yù)報難點。使用8 月13—15 日08 時起報的中央氣象臺、廣西氣象臺降水預(yù)報產(chǎn)品滾動檢驗13—16 日逐日降水預(yù)報。其中13 日指13 日08 時—14 日08時雨量，以此類推，下文不再贅述。

對照8 月13—15 日逐日降水實況，對中央氣象臺和廣西氣象臺24h 降水指導(dǎo)產(chǎn)品進行對比檢驗。

中央氣象臺24h 時效降水預(yù)報中，13 日暴雨落區(qū)偏北、偏東，漏報大暴雨和桂南暴雨。14 日預(yù)報效果較好，已能體現(xiàn)系統(tǒng)性暴雨過程的特征，桂北雨帶位置和大暴雨中心較接近實況，增加了對桂南局地暴雨的預(yù)報，但范圍和量級略有偏小。15 日，預(yù)報桂北部分地區(qū)仍將出現(xiàn)暴雨，漏報桂南大暴雨。相比之下，廣西氣象臺預(yù)報13 日桂北強降水落區(qū)偏北、偏大，但桂南落區(qū)預(yù)報效果比中央氣象臺好；14 日落區(qū)預(yù)報對河池、柳州的暴雨中心預(yù)報較好，但漏報了桂西暴雨區(qū)，漏報大暴雨，量級有偏差；15 日由于對強降雨結(jié)束時間估計過早，導(dǎo)致預(yù)報落區(qū)和量級整體偏小。

對比中央氣象臺和廣西氣象臺48h 預(yù)報時效指導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)結(jié)論較為一致，均對桂北暴雨區(qū)有所反應(yīng)，但同樣漏報桂西及桂南暴雨。與24h 預(yù)報相似，廣西氣象臺15 日的預(yù)報量級偏差較大。72h 預(yù)報產(chǎn)品可見中央氣象臺預(yù)報桂北暴雨及大暴雨落區(qū)相當(dāng)接近實況，廣西區(qū)臺雖漏報大暴雨，但桂北暴雨區(qū)延伸至桂西右江河谷一帶，與實況接近，兩者均漏報桂南暴雨。

綜上所述，由實況與中央氣象臺和廣西氣象臺的預(yù)報指導(dǎo)產(chǎn)品的對比可見：（1）對桂北暴雨區(qū)的持續(xù)預(yù)報可以體現(xiàn)出對本次冷空氣南下觸發(fā)暴雨的過程把握較大，也可體現(xiàn)系統(tǒng)性降水的可預(yù)報性較強。（2）兩家均能報桂北地區(qū)大部地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，中央氣象臺對桂北大暴雨落區(qū)的預(yù)報相當(dāng)接近實況，廣西氣象臺略有偏差；（3）廣西氣象臺對13 日24h預(yù)報產(chǎn)品已考慮到桂南暴雨，體現(xiàn)出預(yù)報員對本地天氣具備一定的訂正能力，但兩家均漏報了桂南大暴雨；（4）由于對降水過程結(jié)束時間估計過早，導(dǎo)致廣西氣象臺15 日預(yù)報偏差較大。在本次過程中，對季風(fēng)槽動力條件及能量供應(yīng)的低估是漏報桂南大暴雨的主要原因。預(yù)報員應(yīng)綜合參考兩家指導(dǎo)產(chǎn)品，充分考慮天氣系統(tǒng)對降水的影響程度，適當(dāng)調(diào)整量級預(yù)報；對于局地性強降水，可參照廣西本地預(yù)報經(jīng)驗進行訂正預(yù)報。

5 數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗

使用ECWMF、中國氣象局全球同化預(yù)報系統(tǒng)（CMA-GFS）、中國氣象局華南中尺度模式預(yù)報系統(tǒng)CMA-3KM、中國氣象局上海數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)（CMA-SH）和中國氣象局廣東快速更新同化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)（CMA-GD）等不同尺度模式產(chǎn)品對本次過程進行滾動檢驗，對ECWMF 和CMA-GFS 檢驗天氣形勢預(yù)報，對所有模式產(chǎn)品檢驗降水預(yù)報。

5.1 天氣形勢預(yù)報檢驗

在本次過程中，副熱帶高壓（簡稱“副高”）高西進后，其邊緣的偏南氣流得以加強，并與季風(fēng)銜接，使得中高層保持一致的偏南氣流，為強降水提供從南海和孟加拉灣朝廣西輸送的暖濕水汽。

使用500hPa 位勢高度場預(yù)報檢驗副高位置和強度（以588dagpm 線西段為界）。檢驗12 日20時—15 日08 時總共6 份間隔12h 的ECWMF 產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)：ECWMF 對副高變化的預(yù)報是穩(wěn)定且具有延續(xù)性的，不同時次起報的588dagpm 線位置偏離不大，15 日20 時的位置預(yù)報高度一致，均能明確顯示廣西處在副高西側(cè)偏南氣流控制下。CMA-GFS 對副高位置把握較好，588dagpm 線較ECWMF 偏西，但風(fēng)速偏小。

使用850hPa 風(fēng)場檢驗切變線影響時間，兩家預(yù)報產(chǎn)品對850hPa 切變線于14 日凌晨進入桂西北的結(jié)論較為一致，14 日白天切變線南下到達(dá)的位置略有差別，15 日北退并逐漸轉(zhuǎn)為偏南氣流控制，基本上均能有效預(yù)報出切變線移動、調(diào)整的時間節(jié)點。

結(jié)合氣壓場和10m 風(fēng)場預(yù)報產(chǎn)品對冷空氣南下影響廣西的時間節(jié)點進行判斷，多數(shù)起報場顯示14 日08 時桂北開始出現(xiàn)2～3hPa 的24h 正變壓，記為冷空氣影響時段起點；10m 風(fēng)場顯示桂西北始終存在氣旋性輻合流場，是降雨維持的重要原因。

由此可見，ECWMF 和CMA-GFS 的850hPa、地面形勢預(yù)報，與強降水落區(qū)由桂西北擴大至桂北的轉(zhuǎn)變相當(dāng)吻合，13 日桂西北出現(xiàn)的強降水由850hPa線觸發(fā)，14 日受切變線和地面冷空氣共同影響導(dǎo)致桂北強降水，15 日切變線減弱，雨勢隨之減弱。但與之形成明顯對比的是桂南強降水的完全漏報，在副高和孟加拉灣季風(fēng)槽共同影響下出現(xiàn)的偏南氣流的脈動引發(fā)的持續(xù)性強降水易被忽略，這仍是亟待重視和解決的預(yù)報難點之一。

5.2 降水預(yù)報檢驗

使用13—15 日08 時起報的24～72h 時效產(chǎn)品檢驗降水預(yù)報。在本次過程中，ECWMF 對24h、48h時效報出桂北強降水，范圍偏小，大暴雨落區(qū)有偏差，所有時效均漏報了桂南強降水。

14 日08 時和15 日08 時起報的CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD 的24h 時效產(chǎn)品效果最優(yōu)：三家均能報出南北雙雨帶的特征，CMA-3KM 對桂北大暴雨落區(qū)把握比CMA-SH 好，但桂南大暴雨落區(qū)偏強、偏北；CMA-SH 對強降水落區(qū)進行了適當(dāng)調(diào)小，能反映出桂南強降水的預(yù)報連貫性。CMA-GFS模式產(chǎn)品漏報情況較明顯。48h 和72h 時效預(yù)報產(chǎn)品中，僅CMA-GD 模式對桂南大暴雨有所反應(yīng)，其他模式漏報明顯。

綜上所述，各家數(shù)值預(yù)報模式能隨著時效臨近調(diào)整預(yù)報，ECWMF 和CMA-GFS 對桂北的系統(tǒng)性降水預(yù)報把握較好，CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD均能預(yù)報出雙雨帶特征，量級有所偏差。當(dāng)區(qū)域模式產(chǎn)品對非系統(tǒng)性降水落區(qū)出現(xiàn)連續(xù)預(yù)報時，預(yù)報員需提高警惕，參考上級指導(dǎo)產(chǎn)品和本地經(jīng)驗調(diào)整預(yù)報思路。

6 結(jié)論與討論

（1）本次強降水過程發(fā)生在低層切變線、季風(fēng)槽和地面弱冷空氣的廣西汛期暴雨經(jīng)典天氣系統(tǒng)配置下，影響范圍大、過程雨量大、雨勢強、桂北-桂南雙雨帶特征明顯。

（2）對上級指導(dǎo)產(chǎn)品的檢驗顯示，中央氣象臺和廣西氣象臺均能較好預(yù)報出桂北系統(tǒng)性降水，對桂南強降水考慮不足，落區(qū)和量級均存在偏差，對降水過程結(jié)束時間考慮不足導(dǎo)致了較大預(yù)報偏差。

（3）對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的檢驗顯示，ECWMF 和CMA-GFS 對天氣形勢的預(yù)報具有穩(wěn)定性和連貫性，對副高西進、低層切變線和地面弱冷空氣南下等關(guān)鍵時間節(jié)點均能較好地預(yù)報，對季風(fēng)槽的影響時間把握較好；但降水預(yù)報偏差較大，存在漏報。CMA-3KM、CMA-SH 和CMA-GD 模式產(chǎn)品在降水預(yù)報中均能報出雙雨帶特征，降水量級和范圍略有偏差，出現(xiàn)一定程度的空報。CMA-GFS 模式出現(xiàn)較多漏報現(xiàn)象。

（4）本次過程中，各家數(shù)值預(yù)報性能體現(xiàn)出隨預(yù)報時效加長而減弱的特征，大尺度預(yù)報相對較好。

在中短期預(yù)報中，預(yù)報員對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的檢驗應(yīng)具有持續(xù)性，積累對強降水過程的預(yù)報經(jīng)驗，收集不同季節(jié)、多次過程、多家產(chǎn)品的預(yù)報特點，結(jié)合季節(jié)特征和本地經(jīng)驗等進行綜合參考，才能減少空報、漏報現(xiàn)象。