兩次副高邊緣型暴雨過程特征及模式預報偏差檢驗對比

張 丹

(內蒙古烏蘭察布市氣象局,烏蘭察布 012000)

0 引言

烏蘭察布市主汛期經常出現暴雨天氣。暴雨也是烏蘭察布市主要災害性天氣之一,其危害性大,影響范圍廣,常常會引發城市內澇、山洪、泥石流等次生災害,造成人員傷亡和經濟損失。副高邊緣有較好的水汽和不穩定能量,在一定的觸發條件下,極易產生暴雨天氣,這也是烏蘭察布市夏季暴雨的一個重要影響系統,但由于副高邊緣觸發條件的不同,從而增加了對副高邊緣暴雨落區和強度的預報難度[1]。目前很多學者已對副高型暴雨的環流特征和模式預報進行了深入研究[2-9]。為了更進一步了解烏蘭察布市副高邊緣暴雨的形成機理和模式,文章對烏蘭察布市8月兩次暴雨天氣過程的環流形勢進行對比研究,并對不同模式對副高邊緣暴雨的預報情況進行了檢驗,總結一定經驗,從而提高副高邊緣暴雨的預報能力,同時也在一定程度上提高了不同模式對降水的訂正能力。

1 資料和方法

文章主要應用MICAPS中的高空和地面實況資料,對此次天氣過程的環流形勢和主要影響系統進行研究分析。數值模式有ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP資料。其中高空環流形式檢驗采用ECMWF臨近預報時次,從而分析檢驗預報場和實況的差異。降水量實況采用烏蘭察布市242個監測站的降水量數據,數值模式降水量主要采用ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP的24 h降水量預報。

2 降水實況

文章選取2個個例,分別為2022-08-17/08-18暴雨個例(簡稱“8.17”)和8月21日暴雨個例(簡稱“8.21”),兩次暴雨過程高空環流形勢相似,且時間接近,都是副高邊緣型南部地區的強降水。不同點在于降水強度和落區有明顯差異。在降水強度方面,由于“8.21”的降水主要在白天,對流發展比較旺盛,因此小時雨強較強,最大小時雨強為45.6 mm/h,而“8.21”是從夜間開始,主要以穩定性降水為主,最大小時雨強為18.8 mm/h;在落區方面,“8.21”比“8.17”的暴雨范圍廣,“8.17”的暴雨主要集中在涼城南部,而“8.21”的暴雨主要位于涼城縣大部、卓資縣南部、豐鎮縣大部和興和縣南部。

3 環流背景特征分析

分析500 hPa高度場后得出,兩次暴雨天氣過程中高緯度均被一個寬廣的槽區控制,以緯向環流為主,但兩次過程槽區中都有短波槽向東移動,烏蘭察布市處于副高邊緣西北側,不穩定能量集聚區,高溫高濕天氣為暴雨提供了有利條件,從588線的位置和強度來看,“8.21”的副高位置較“8.17”更靠北,且副高西伸脊點更偏西。兩次過程高空形勢都是副高邊緣配合短波槽,造成的暴雨天氣。

從影響系統來看,兩次過程也較相似,500 hPa在河套地區有短波槽存在,同時在烏蘭察布市南部地區中低層有切變線,700 hPa和850 hPa有西南氣流,有利于南海的水汽向北輸送,烏蘭察布市南部地區850 hPa比濕達14 g/kg以上,同時地面存在明顯的輻合線,為暴雨天氣的發生提供了良好的動力條件。這種高低層配置有利于南部地區暴雨的產生。

4 副高位置的擺動

兩次過程都處于副高外圍不穩定環流之中,但副高西伸脊點有所不同,“8.17”過程位于118°E,而“8.21”過程位于97°E,“8.21”過程副高更為強盛,西伸脊點更偏西。在暴雨的發展過程中,副高位置的擺動也有很大差異,“8.17”過程副高明顯東退,且位置稍微偏南,雨帶主要位于584線與588線之間,強降雨帶呈片狀或塊狀分布,隨著副高的東移南退,雨帶也隨之移動;而“8.21”過程在發展中副高先略有東退,然后再西進,但是副高整體呈塊狀,且位置移動不明顯,副高維持穩定少動,雨帶主要位于580線與588線之間,降雨帶主要位于副高北側和高空槽交界處,呈片狀或帶狀。兩次過程的強降水區域和雨帶形狀都與副高位置的動態變化密切相關。

5 高低層擾動的差異

根據高低層系統配置(500 hPa高空槽和700 hPa切變線)可知,17日08:00—18日08:00“8.17”過程高空槽一直維持在賀蘭山西部,并且穩定少動,烏蘭察布市受槽前西南氣流的控制,同時配合低層有切變線劃過烏蘭察布市南部地區,切變線主要向東南方向移動,至18日20:00高空槽和低層切變線移出烏蘭察布市,降水過程結束?！?.21”過程高空槽的經向度較大,并且配合低層切變線,槽線和切變線配合較好,且移動方向一致,導致產生大面積的強降水。因此得出這兩次過程高空槽和低層切變線的移動方向、強度與雨帶的落區、形態密切相關。

6 水汽條件

6.1 相對濕度

兩次過程均發生在8月中下旬,該時段是烏蘭察布市強降水的主要時段。兩次過程850 hPa南部地區濕度條件都較好,但是“8.17”過程濕度條件更好。兩次過程700 hPa相對濕度大值區的位置有明顯的不同,“8.17”過程大值區位于西南部地區,而“8.21”過程大值區范圍更廣,位于南部地區,相對濕度的大值區強雨帶區域一致。

6.2 急流

兩次過程700 hPa均存在明顯的西南急流,急流有利于暖濕氣流的輸送,有利于強降水的發生,同時強降雨帶也出現在急流的左側。不同的是“8.17”過程急流較“8.21”過程偏強,最大風速達18 m/s,但是“8.17”過程烏蘭察布市出現在急流的左側,而“8.21”過程烏蘭察布市處于急流出口區的左前側,有風速的輻合,同時烏蘭察布市南部地區低層有切變線配合,這也是造成兩次過程雨帶強度不同的原因之一。

7 模式預報誤差檢驗

7.1 主要影響系統偏差檢驗

從上述分析可以得出,兩次強降水雨帶的不同是由副高、高空槽、切變線及水汽條件的差異造成的,其中影響最大的是副高位置的擺動。根據ECMWF數值模式對副高位置的預報可知,16日20:00起報的數值模式對“8.17”過程17日20:00和18日08:00兩個時次的副高和高空槽位置預報得比較準確,基本與實況接近,但是兩個時次高空槽的強度預報比實況弱,因此針對此次過程的雨帶模式預報比較準確,但量級存在一定偏差。

在“8.21”過程中,數值預報在20日20:00起報的500 hPa高度場中,21日08:00預報高空槽和副高的位置與實況基本吻合,但副高的形狀有所差異,且副高西脊點的位置與實況偏差2個經度左右。但在21日20:00數值預報副高位置和強度、高空槽位置和強度卻與實況有較大偏差,實況副高維持穩定少動,強度比數值預報偏強,高空槽的位置也比預報偏南,且強度更強。因此副高外圍暖濕氣流與高空槽攜帶的冷空氣交匯,造成強降雨帶,而模式預報要偏弱,出現了漏報現象。

7.2 模式降水量預報檢驗

“8.17”過程主要是從17日夜間開始一直持續到18日白天,雨強不大,以穩定性降水為主。從模式預報24 h的降水量數據來看,ECMWF,GRAPES_GFS和NCEP 3個模式對此次過程的預報比較一致,3個模式均預報了烏蘭察布市南部地區的暴雨,但是NCEP中雨和大雨的量級預報比實況范圍更大,而ECMWF和GRAPES_GFS對中雨、大雨預報得比較準確?？傮w來說,此次過程3個模式預報準確性較好,ECMWF和GRAPES_GFS較NCEP的預報效果更好。

“8.21”過程主要是從21日白天開始,且強降雨主要時段也是在白天,以混合性降水為主,對流發展比較旺盛,最大小時雨強達45.6 mm/h。針對此次過程3個預報模式的降水量級普遍偏小,ECMWF和GRAPES_GFS主要以小雨量級為主,對中雨、大雨和暴雨都出現了漏報,降水量級均與實況不符,預報準確率較差。而NCEP相對其他兩個模式預報較強,預報烏蘭察布市南部地區雨量量級偏大,與實況降水量偏差一個量級。因此針對此次對流性降水天氣,3個預報模式都出現了漏報,預報效果較差。

8 結束語

文章從主要影響系統、高低層配置、水汽條件及模式預報之間的差異等方面,對發生在副高邊緣的兩次暴雨過程進行了對比分析,得出以下結論:

1)兩次過程都處于副高外圍的不穩定環流之中,副高邊緣暖濕氣流與高空槽攜帶的冷空氣交匯,配合低層切變線,不穩定能量得到觸發,因此在副高邊緣出現了大范圍的強降水。

2)兩次過程500 hPa高度場相似,但兩次過程的強度和落區有明顯的差異,其主要原因是副高位置的變化,以及西風帶槽脊、低層水汽和切變線位置的差異,其中副高位置的變化影響最大。

3)數值模式對于副高外圍的大范圍強降水有一定的可預報性,特別是GRAPES_GFS、ECMWF對副高外圍穩定性降水的指示性較強;對對流性的降水,降水落區預報比較準確;數值模式對強降水落區的指示意義較差,模式預報量級較弱。