溃变理论V-3θ图在攀西地区区域性暴雨天气预报中的应用初探

溃变理论V-3θ图在攀西地区区域性暴雨天气预报中的应用初探

摘要：根据欧阳首承教授提出的溃变预测理论和V-3θ图预报工具，对攀西

地区的一次暴雨天气过程进行了分析。结果显示，在高原地区，基于溃变理论的

预报工具对暴雨也具有一定的预报能力。

关键词：暴雨溃变理论 V-3θ图结构分析攀西地区

攀西地区属于南方亚热带为基带的立体气候类型，旱、雨季分明，暴雨是攀

西地区最主要灾害性天气之一。暴雨天气极易引发洪水、泥石流等地质灾害，造

成财产的巨大损失和人员伤亡。由于当前的预报技术水平、攀西地区的站点密度

稀疏等多种因素。攀西地区的暴雨预报难度更大，其准确率不高是困扰预报员的

一个技术难题。依靠Micaps业务系统，综合应用数值预报、卫星，雷达等多种

工具虽然使预报有某些提高，但在暴雨灾害性天气的预报准确率还没有明显进展。为此，在暴雨预报中发掘现有资料信息，引进新的预报方法和预报工具，是一种

提高预报准确率的既现实又有效的途径。

溃变理论是欧阳首承教授提出的一种以小概率、非规则信息为主和信息“保真”的“结构信息"预测方法体系，该理论提供了“溃变图”、“V-3θ图"和

“非规则信息（自记记录）的相空间结构转换"等预报工具。近年来，基于溃变

理论的预报工具在我国季风区气象台站的暴雨预报业务中有较好的应用。湖北省

武汉中心气象台利用溃变预报思路，在预报春季的强对流天气时，用不连续参数

对大气连续进行监测，对出现溃变的区域再应用多种强对流判据进行诊断分析，

预报时效可以提前12～24h。四川省成都市气象局应用溃变理论对暴雨天气进行

预报，预报人员还利用溃变理论预报工具对成都的高温天气进行预测分析，还应

用超低温结构方法在长期预测业务中进行尝试。东部沿海地区的山东省东营市气

象局也对溃变理论进行暴雨预报工作进行了探讨，得出“结构信息"方法对突发

灾害天气的暴雨等落区和维持与否都有一定的预报能力的。溃变理论及其预报工

具在我国西南、华中以及东部沿海地区都有应用，在暴雨、高温等预报中甚至长

期预报业务领域中都有较好的结果。这些区域和攀西地区都属于亚热带、暖温带

湿润气候区，水汽源地和水汽通道以及下垫面甚至大气层结等暴雨天气发生的背

景场与攀西地区还是较为一致，但也存有差异。基于溃变理论的预报工具在我国

高原地区是否有应用价值，在应用中指标与东部季风区有何相同或不同之处？我

们对攀西地区2014年夏季的一次暴雨天气过程进行了分析，并且与东部地区的

暴雨过程进行了对比。对溃变理论对攀西地区暴雨灾害性天气预报的工作做一些

探索性工作。

1“结构信息”预测方法及预报工具

结构信息预测方法是针对天气，尤其是灾害性天气预测，源于欧阳教授对于

对流层上层超低温现象的发现，和大气垂直方向上的滚流方向转换的应用。该方

法体系与传统天气预报有着本质的区别。该方法的不同之处在于，起用特性层、

自记记录等非规则、小概率信息和“反序构"的信息序，即以“风向、风速、湿度、温度和气压，以风向为核心”的信息序，不同于传统的压、温、湿、风的信

息序。之所以称为“结构信息”分析体系是在于以结构方式求得“信息保真”，

而简称为结构分析，核心在于寻找突发天气事件发生之前的非规则信息。从暴雨

天气实例分析总结得出的，对流层上部的超低温与大暴雨灾害性天气对应，没有

超低温，就没有大暴雨等灾害性天气，指出超低温现象可能包含了水分子的光化

学反应，与太阳辐射关系密切。

基于溃变理论的结构预测方法已经投入业务应用较多的工具有V-3θ图和溃

变图。应用V-3θ图，可以对暴雨灾害性天气进行区域性落区预报。主要原因是

该图中包含有大最的非规则结构变化信息。利用该图，一是可以分析判断气流在

垂直方向上的变化——滚流；二是可以识别对流层上部的超低温现象；三是可以

描述判断从地面到100hPa的逐层水汽条件和大气层结能量分布状况。在V-3θ

图中的3条θ线中即为探空资料中的风向、风速的直接观测数据不做任何人为

的平滑处理，并设置在θ*线上。滚流发生在水平流场的槽前脊后不连续之前，

对于判断转折性天气具有很强的可预见性，滚流的变化总是先于天气变化，并且

配合水汽输送可基本上把握强对流天气的预测，甚至可以把握系统的转折性变换。

一般般情况下“顺滚流”预示未来短期的坏天气。“逆滚流”预示未来短期内好天气。3θ分别是θ、θsed和θ*在垂直方向上构成P- T图。3条θ曲线随向右倾斜呈线性增长则表示大气对流层内结构是稳定的，未来短期天气变化不会很明显；若3条θ曲线随P减少向左呈线性递减，或者随P不变或者少变，则表示大气的垂直结构极度不稳定。一般情况下θ曲线是随P的减小雨增大的，为此出现θ随P陡然减少，不变或随P的减少增幅减慢，与平均值呈拐角的现象都表示大气的对流上层有超低温现象。在V-3θ图中，若θsed和θ*两条曲线间的距离大小可表示其水汽充沛与否，距离越近表示水汽越充沛；θsed和θ*两条曲线由低到高的走向表示大气的稳定情况，若多层折拐表示能量不稳定，反之则稳定，θsed和θ*两条曲线与T轴的夹角也反应了层结稳定情况，向右倾（即与T轴成锐角）表示稳定，反之若角度越大则为不稳定情况越明显。

2 2014年8月攀西地区的一次暴雨过程分析

2.1 天气实况

攀西地区位于四川省西南部山高林密，沟壑纵生，由于其特殊的地形，在雨季暴雨灾害性天气极易应发山洪泥石流等山地灾害，给人民的财产生命带来极大的威胁。2014年8月17日20时-18日20时攀西地区出现一次暴雨天气过程，普格县黎安乡在24h时间降水量达到151.2mm，降水时间从17日21时开始至18日17时降雨结束，降雨时长达20个小时，其中盐源县白马乡17日22时-23时1h降水量达到52.9mm。

图1 2014年8月17日20时-18日20时攀西地区降水量