青海省一次暴雨过程预报误差分析

青海省一次暴雨过程预报误差分析作者：李京梅余学英李昌玉周琴
来源：《河南科技》2020年第02期
摘要：本研究利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°格点再分析资料等，采取诊断分析方法，对2018年7月22日至23日青海东部一次暴雨过程的成因进行分析并对数值预报进行检验，探索此类天气预报方法。

结果表明，这是一次典型的副高东退、“北槽南涡”形势下的暴雨过程，第十号台风“安比”在副高南侧活动，副高外围偏东、偏南气流旺盛，水汽输送加强，多个系统的综合影响使得青海东部产生大范围强降水。

此次对大雨、暴雨落区预报出现误差，主要是由于多个数值模式产品对副高势力预报偏弱、大量级降水落区预报偏北，影响预报员对强降水落区的综合判断。

关键词：北槽南涡;水汽通量散度;数值预报
中图分类号：P458.121.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）02-0133-03
Abstract： Based on the conventional meteorological observation data and NCEP 1 °× 1 ° grid reanalysis data， the causes of a rainstorm in the east of Qinghai Province from July 22 to 23， 2018 were analyzed and the numerical forecast was tested in this study. The results show that this is a typical rainstorm process under the situation of subtropical high retreating eastward and "North trough South vortex"， The 10th typhoon "Ampil" is active in the south side of the subtropical high， with strong air flow in the East and south of the periphery of the subtropical high， enhanced water vapor transmission and the comprehensive influence of multiple systems， resulting in large-scale heavy rainfall in the east of Qinghai. The forecast error of heavy rain and rainstorm area is mainly due to the weak forecast of subtropical high force and the North forecast of large-scale precipitation area by
multiple numerical model products， which affects the forecaster's comprehensive judgment of heavy precipitation area.
Keywords： north trough south vortex;divergence of water vapor flux;numerical prediction
暴雨是在各尺度天气系统相互作用下形成的复杂天气过程，其落区、量级的预报一直是预报业务的难点。

青海省地处青藏高原东部，暴雨过程常受中高纬度系统影响。

夏季受西风带、副热带系统影响，高原的热力作用、冷空气频繁入侵和复杂的地理环境使青海的暴雨具有局地性强、降水时间集中、受地形影响明显等特征，预报难度很大。

由于高原气候条件差、地质环境脆弱，暴雨的发生极易引发地质灾害，给农业、交通、人民生命财产带来巨大损失。

当地政府、气象部門对暴雨天气极为关注，张青梅[1]、马学莲[2]、马秀梅[3]等对此进行了大量研究。

关于本次暴雨天气过程，尽管环流配置典型，有利于强降水的发生，且数值模式预报在一定程度上提前指示出了大降水过程，青海省气象台基本准确地预报了此次过程，但大雨、暴雨的落区预报仍存在一定偏差。

本文通过分析此次降水的成因及对数值预报进行检验，以期为该类暴雨预报提供参考，从而更有针对性地解决暴雨预报中的实际问题。

1 预报与实况对比分析
2018年7月22日16：00，青海省气象台预报22日20：00—23日20：00，青海省西部多云，东部有降水，其中海北、海南、黄南、果洛东部有中雨，西宁、海东、海南北部、黄南北部、海北东部有大雨，海晏、湟源有暴雨。

观测结果是该时段青海省东部包括海西州东部、海北州、海南州、西宁、海东市、黄南州、果洛州出现大范围降水天气过程，其中大雨（≥25 mm）122站、暴雨（≥50 mm）26站，降水中心位于民和县隆治乡，降水量达80.2 mm，主要降水时段在22日22：00—23日05：00，如图1所示。

从预报结果与实况观测大范围对比可以看出，实况小雨、中雨的范围与预报基本吻合，预报大雨范围明显偏大偏北、降水中心位置与实况有较大差异。

2 环流形势分析
2018年7月21日20：00，500 hPa高度场（图略）上，欧亚中高纬维持两脊一槽的形势，巴尔喀什湖以西和我国东北地区为明显的脊区，两脊之间为宽广的槽区。

副高外围584线北界到达敦煌-玉门关-酒泉一线，588线西伸脊点到达105 °E，副高脊线西段在35 °N附近维持。

青海省除唐古拉山地区外，均受586线控制，西藏中部有低值系统生成，青海南部到西藏配合有一0 ℃的暖中心，青海东部受反气旋环流控制，天气晴好，气温较高，有利于不稳定能
量的累积。

22日08：00，巴尔喀什湖高压脊前西北气流中下滑的短波槽携带冷空气影响青海西部，西藏的低值系统东移，影响青海西南部。

22日20：00（见图2），北支短波槽携带冷空气汇入东移的低涡，低涡在果洛加强，并携带切变线向东北方向移动，22日夜间副高先东退再西进，北支槽与南支低涡切变结合影响青海东部。

同时，台风“安比”在副高南侧盘旋，副高外围偏东、偏南气流旺盛，源源不断地给暴雨区输送水汽。

受多个系统的综合影响，22日夜间，青海东部出现大范围强降水天气。

3 卫星云图演变
从22日夜间葵花八号卫星红外云图演变（图略）可以发现，当天20：00前后青海省东南部有一东北-西南向的云带，云带中有中尺度对流云团发展，并快速东北移，影响青海东部地区。

23日00：00，主体云带移出青海，但在青海东部黄河以南地区有中小尺度的对流云图不断生成发展，并沿西南气流向东北方向移动，这种对流不断生成、发展、东北移的过程一直维持了6 h。

对流云团在东北移过程中依次经过黄南北部、海东东南部，受列车效应影响，该地区出现暴雨天气。

4 物理量场
4.1 涡度
沿102 °E做剖面分析涡度场（见图3），结果发现，暴雨区（36°N附近）自低层至中层存在一正涡度柱，500 hPa正涡度中心强度达12×10-5s-1，400 ;hPa上逐渐转为辐散区，与中低空的上升运动形成抽吸作用，使得上升运动进一步加剧，低层辐合大值区与强降水中心对应很好。

4.2 垂直速度
分析垂直速度叠加假相当位温（[θse]）的时间剖面图（图略）可知，22日夜间，民和站从700 hPa至100 hPa均为上升气流区，上升气流强且深厚，中心强度为-28×10-2 ;Pa/s。

强上升速度区的长时间维持使得降水长时间维持。

降水集中时段（22日20：00至23日06：00），民和站[θse]能量舌向上伸展到600 hPa，700 hPa有一81 ℃的中心，500 hPa[θse]也达到72 ℃，较前期有明显增大，22日20：00形成一个“高悬的低[θse]”叠加在低层高[θse]上的结构，[∂θse∂z<0]，中低层大气处于对流不稳定状态。

大的不稳定能量使得此次系统性降水天气中伴随有对流性降水，从而在单位时间内能够产生更大的降水量。

4.3 水汽通量散度
水汽随高度呈指数递减，400hPa以上对流层上半部的水汽只占总量的不到10%，而中低空水汽的辐合对暴雨区水汽的供应有着关键性作用。

从此次过程民和站水汽通量散度变化（图略）情况可以看出，22日白天民和开始有水汽辐合，20：00达到最强，近地层有水汽辐合中心，中心强度-2.8×10-5 ; g/（hPa·cm2·s），大量水汽长时间在民和辐合为此次暴雨提供了充足的水汽条件。

5 数值模式分析
目前，青海省天气预报常用形势预报模式是T639和EC_thin。

分析7月22日20：00 500 hPa观测场，发现T639、EC_thin对这一时段的大环流形势预报整体正确，584线虽未如观测场断裂为两部分，但低值系统两侧584线的位置与观测场基本吻合，其对588线预报与实况差异较大，实际副高势力更加强大。

两高之间的低值系统早期预报为切变线，后期调整为低涡，并向东北方向发展，后减弱为低槽影响东部地区，与实况一致。

但大的风向风速的切变始终保持在偏北的海北、西宁一带，与实况有一定差异。

此次过程中，副高位置的预报对暴雨落区尤其关键，对副高强度和切变位置的预报偏差，直接导致对大雨、暴雨落区的预报造成偏差。

青海常用的降水預报模式是T639、EC_thin、GRAPES、GFS。

对比各模式降水预报与此次实际降水分布，笔者发现，几个模式对总体的过程降水量、降水范围预报都有较好的表现、其中T639、EC_thin对降水极值的预报与观测较为接近，针对强降水落区的预报除GFS的预报落区偏西外，其他三个模式均预报得偏北，虽然后期有明显向南调整的趋势，但仍给预报员判断强降水落区带来难度。

综合分析发现，T639和EC_thin模式基本能正确反映此次降水过程的机理，捕捉到此次降水的特征，其中EC_thin对主要影响系统位置预报更加准确。

6 结论
此次过程是一次典型的副高东退、“北槽南涡”形势下的暴雨过程。

第十号台风“安比”在副高南侧活动，加强了对暴雨区的水汽输送。

卫星云图上，中小尺度对流云图不断生成发展，并沿西南气流向东北方向移动，依次经过黄南北部、海东东南部造成该地区的暴雨天气。

低层辐合、中高层辐散的配置形成抽吸作用，使得上升运动进一步加剧，上升气流的长时间维持使得降水持续，中低层大气处于对流不稳定状态，大量水汽在暴雨区辐合使得雨强增大，从而形成暴雨。

对数值预报进行分析检验，笔者发现，T639和EC_thin模式基本能正确反映此次降水过程的机理，捕捉到此次降水的特征，其中EC_thin对主要影响系统位置预报更加准确，对此次过程预报有更好的指示意义。

参考文献：
[1]张青梅，马学莲，马海超，等.青海高原副高边缘型大到暴雨天气过程的中尺度分析[J].河南农业，2017（3）：35-38.
[2]马学莲，张青梅，张吉农，等.青海东部两次大到暴雨天气卫星云图及产品对比分析[J].青海科技，2010（2）：51-55.
[3]马秀梅，刘晓燕，代青措，等.副热带高压影响下青海东部两次暴雨对比分析[J].青海科技，2017（3）：72-77.。