銅仁2013年4月15日暴雨空報原因及診斷分析

楊 群

(貴州省銅仁市氣象臺，貴州 銅仁 554300)

1 引言

進入汛期，暴雨是常見的災害性天氣之一，暴雨的發生具有局地性、突發性和活動規律多變等特點，對于暴雨的特點和形成原因，各地都有不同程度的研究結果。劉運成［1］在研究青藏高原東側一次連續大暴雨過程濕Q矢量分析中得出，暴雨出現在濕Q矢量散度負值中心激發的非地轉上升氣流區附近;段海霞等［2］在研究川渝地區暴雨中，指出高低層強輻散、輻合及強上升運動為對流系統的發生發展提供有利的動力背景，水汽通量的強輻合及對流不穩定條件則提供了有利的熱力背景;毛冬艷等［3］對貴州南部出現的一次暴雨進行了中尺度分析，結果表明，水汽和能量的聚集為強降水的發生提供了有利的條件，地面中尺度低壓和輻合線觸發了對流的發展和暴雨的產生。

雖然在暴雨的發生發展及其機理方面有了一定的研究成果，但對于某一地區暴雨落區的準確預報仍是一個非常困難的問題，在預報中總會出現暴雨的空、漏報現象。為此也有不少工作者對其原因，從多方面進行了分析研究［4－9］，總結出一些預報失誤原因和經驗。施望芝等［5］在研究強降水落區預報時，指出單站上空要有強烈的垂直上升運動，才有利強降水發生;否則即使強降水云團經過某站點上空 ，沒有上升運動相配合 ，強降水也不會發生。汪麗新［5］在研究本地局地大暴雨漏報原因中提出，預報中過于依賴數值預報產品，也是出現暴雨空漏報的一大原因，需增強主觀判斷能力，認真修正數值預報產品。

2013年4月15日夜間到16日白天銅仁地區暴雨預報出現了空報現象，本文在參考已有的經驗結論的基礎上，結合本地實際情況，利用NCEP的1.0×1.0再分析資料，對此次暴雨空報過程，從環流形勢及物理要素進行診斷分析，探討其原因。為日后暴雨的落區、落點預報提供啟示和參考。

2 降水預報與實況

2013年4月15日16時預報15日20時—16日20時，受高空槽、中低層切變的共同影響，銅仁市自西北向東南先后出現中等強度陣雨或雷陣雨天氣，雨量一般中雨，中北部大雨，局地暴雨，同時還伴有雷暴發生。但實況只在銅仁市西北部及北部出現了小到中雨，最大為德江泉口鄉16.5 mm;同時在北部沿河區域內出現了雷電。圖1是降雨預報與實況對比圖。

圖1 2013年4月15日20時—16日20時銅仁市雨量預報(a)與實況圖(b)(單位:mm)

3 強降水預報思路分析

3.1 實況天氣形勢分析

根據4月15日08時500 hPa、700 hPa和850 hPa、地面圖(圖略)實況圖分析，在貴州東部高層有冷槽，高原南側有南支波動槽東移;中層700 hPa貴州大部分地區為溫度脊控制，四川東部有一切變形成，并在貴州西部有14～20 m/s的急流建立;低層850 hPa川東南有低渦弱切變線，四川東部重慶、湖北、貴州為暖溫度中心控制;地面圖上高原至高原東部有弱冷空氣影響，未來將可能影響貴州中西部地區。由此在貴州東部，形成中低層暖、高層冷的形勢，有利于對流天氣出現。且考慮未來高原南支槽東移，中低層高原東部冷中心東移，700 hPa急流繼續北抬東移，將有利于冷暖空氣及水汽在貴州東北部交匯，形成明顯降水天氣過程。

3.2 比濕(Q)場的分析

Q值越大越有利于強降水天氣的發生，一般銅仁區域出現暴雨時850 hPa的Q值大多在8～12 g/kg之間或以上，700 hPa在 8 g/kg以上［11］。從 15日08時Q場(圖略)來看，與14日08時相比，700 hPa隨著貴州西部西南急流的建立，貴陽15日08時的Q值從14日08時的1 g/kg增加到5 g/kg，850 hPa也同樣有Q值從14日08時的6 g/kg增加到8 g/kg，空氣逐漸趨近飽和。挨近銅仁的懷化站850 hPa的Q值也從14日08時的5 g/kg增加到6 g/kg，銅仁東西兩站都表示較13日利于降水出現。

3.3 數值預報形勢場分析

參考4月14日20時、15日08時歐洲數值預報資料，預報未來24 h的天氣形勢(圖2)。15日20時—16日08時500 hPa高原南支槽東移且有所加深，貴州為西偏南風控制;700 hPa上15日20時在云南—廣西—貴州—湖南西部有大于12 m/s的急流區建立，銅仁位于急流區內，切變線位于四川東部，銅仁區域的相對濕度達到100%，到16日08時急流區南壓，切變線也隨之南壓至貴州西北部;在850 hPa上15日20時同樣有從廣西到貴州東南部的風速大于12 m/s的急流建立，切變線則位于貴州北部一帶，而到16日08時風速再次加強北抬，切變線南壓到銅仁的中部一線，相對濕度快速增大到100%，銅仁大部位于急流左側，切變線東側。綜合高低層天氣形勢的演變來看，銅仁地區利于強降水天氣出現，但預報與實況相差較大。

圖2 2013年4月14日20時預報15日20時700 hPa、850 hPa環流形勢，4月15日08時預報16日08時700 hPa、850 hPa環流形勢圖(陰影區為相對濕度，單位:%)

3.4 垂直上升運動條件分析

在天氣形勢和水汽條件具備的情況下，強烈的垂直上升運動條件是水汽凝結成云，致使某地暴雨出現的重要條件。從 T639模式700 hPa垂直速度場來看(圖3)，2013年4月15日20時，在貴州北部出現了小于－12 pa·s－1的上升運動區，利于貴州北部上空出現水汽的凝結;4月16日02時，垂直速度中心東移，在貴州東北部(銅仁區域)和重慶南部形成一中心值為－84 pa·s－1的大值區，上升運動非常強;到16日08時，垂直運動中心東移南壓，其垂直運動負值區，仍然控制銅仁中東部地區。所以考慮在銅仁北部有暴雨天氣出現。

圖3 2013年4月15日20時—16日08時T639垂直速度預報(單位:pa/s)

3.5 降水預報產品分析

圖4給出了各類降水預報產品預報24 h內降水分布情況:貴州省氣象臺預報銅仁雨量一般大雨，中北部暴雨;WRF模式預報銅仁雨量大部中到大雨，中部偏北有大于32 mm的降水;T639預報銅仁北部有5～15 mm降水;日本預報銅仁小到中雨(6～14 mm)。幾種降水產品預報銅仁北部降水明顯，南部較弱。

圖4 2013年4月15日20時—16日20時雨量落區預報

4 暴雨空報診斷分析

4.1 環流形勢診斷分析

15日20時500hPa高度場(圖5a)，實況(虛線)顯示高原南支槽的位置比EC(歐洲)數值預報場(實線)偏西，貴州處于槽前的偏西氣流中，不利于水汽向貴州輸送;850 hPa(圖5b)形勢與EC數值預報基本一致，銅仁區域(方框內)的EC預報的相對濕度小于80%，實況則小于50%，銅仁區域上空非常干，無有利于降雨天氣出現的水汽條件;在700 hPa(圖5c)實況的切變線明顯比EC預報偏北，且相對濕度在銅仁區域(方框內)實況小于60%，而EC預報則大于90%。總的從高層到低層，實況形勢場比EC預報偏西，對貴州影響較小，相對濕度干，銅仁上空水汽少，不利于暴雨天氣出現。由此可見EC預報明顯比實況偏強，預報中是過于依賴數值預報這也是導致出現空報的重要原因。

4.2 水汽條件診斷分析

4.2.1 相對濕度場分析 分析了銅仁上空700 hPa和850 hPa的相對濕度場(圖略)，發現低層850 hPa上15日20時、16日02時相對濕度都在70%以下，濕度條件非常不利于強降水的出現;中層700 hPa除15日20時在銅仁西北部沿河一帶有大于90%的相對濕度外，其余時間相對濕度均小于80%。

同時分析了銅仁區域(27～29°N，107～109.5°E)相對濕度的時間—空間剖面圖(圖略)，發現此次過程中，只有在600 hPa以下出現了大于等于80%的相對濕度，濕層薄且相對濕度的值小，則這淺薄的低相對濕度不利于銅仁暴雨天氣出現。

圖5 2013年4月15日20時500hPa高度場實況(實線)和 EC預報(虛線)對比;700hPa、850hPa風場實況(粗實線)和EC預報(細實線)、相對濕度實況(實線)和EC預報(填色≥80%)對比

4.2.2 水汽通量和水汽通量散度場分析 暴雨的產生除了當地要有相當高的飽和濕度外，常常需要有大量的水汽源源不斷輸送，并在本地上空形成水汽的輻合。圖6顯示，15日20時850 hPa在廣西至貴州中東部有一中心為14 g/(s·hPa·cm)水汽通量高值區建立，這說明自廣西到貴州一帶建立起一條水汽輸送帶，使得南部水汽得以向北輸送到貴州中東部，這條水汽輸送帶隨著時間推移逐漸南壓，且中心值逐漸增強;到16日02時中心強度由14 g/(s·hPa·cm)增強到 22 g/(s·hPa·cm)，水汽向北的輸送增強;到16日08時后東移南移出銅仁地區。

圖6 4月15日20時(a)、16日02時(b)、16日08時(c)850 hPa水汽通量場圖(單位:g/(s·hPa·cm))

水汽通量的數值和方向只能表示水汽的來源，要產生暴雨本地上空還必須有水汽的累積，因此分析了表示水汽輸送集中程度的物理量—水汽通量散度，圖7為沿28°N作的水汽通量散度場，發現15日20時銅仁上空低層在900 hPa高度層上的輻合非常弱，西部為20～40×10－6g/(hPa·cm2·s)之間，東部只有 10 ×10－6g/(hPa·cm2·s)，高層 700～600 hPa之間有一輻散中心，西部為40×10－6g/(hPa·cm2·s)，東部為 10 ×10－6g/(hPa·cm2·s)，這種高低層水汽輻散、輻合相當的形勢，不利于大量水汽在本區域的輻合。到16日02時西部形成了低層輻合大于高層輻散值，東部低層則出現了輻散值，此時段西部有降水出現，東部無降水。16日08時銅仁西部高層輻散和低層輻合都明顯減弱，東部低層輻散增大。由此可見在銅仁區域有低層水汽通道的建立，但是在本地上空的水汽輻合非常弱，不利于暴雨天氣出現。

圖7 4月15日20時(a)、16日02(b)、16日08時(c)沿28°N的水汽通量散度垂直分布圖(單位:10－6g/(hPa·cm2·s))

4.3 垂直速度場分析

除了源源不斷的水汽輸送外，也需要強烈的動力抬升條件，才能使水汽抬升凝結成云降雨，因此強的上升運動也是造成暴雨的另一個重要條件。分析銅仁區域(27～29°N，107 ～109.5°E)上空平均的垂直上升運動時間—空間剖面圖(圖8)，在15日12時，從低層往高層有一負值垂直速度區，最強的在850 hPa為－60×10－2pa/s，表明在此時段銅仁區域上空整層為上升氣流區，有動力不穩定條件產生，所以降水天氣有可能發生。經驗表明，即使有強的上升運動在銅仁上空，但水汽不足時，不利于水汽抬升形成強降水天氣。在15日20時后整層垂直上升速度逐漸減弱，特別是16日02時后，垂直上升運動迅速減小。強的上升運動持續時間非常短，這也是沒有出現暴雨的一個條件。

圖8 2013年4月15日08時—16日14時垂直速度時間—空間剖面圖(單位:10－2 pa/s)

3.4 不穩定能量條件分析

強的垂直上升運動，只有在不穩定能量建立釋放時才能形成。若以(即△θ=θ －θ)表sese500se850示大氣對流穩定度，當△θse＞0時為穩定層結，△θse＜0時為不穩定層結。從不同時刻△θse的變化可知(圖9)，15日20時△θse＜0的不穩定區位于貴州中西部大部地區，銅仁中西部位于－6℃的弱對流不穩定區域內。到16日02時不穩定區快速南壓，影響貴州南部區域，銅仁大部轉為△θse＞0的對流穩定區控制，16日08時穩定中心區域再次南壓擴大，銅仁的穩定中心由0℃增加到2℃，大氣層結進一步趨于穩定，不利于對流天氣發展。

圖9 4月15日20時(a)、16日02時(b)、16日08時(c)△θse場分布圖

5 小結

上述分析得出，此次天氣過程雖從大的環流形勢上有利于降水出現的條件，但是單要素分析，特別是水汽條件如比濕、相對濕度的分析則非常不利于暴雨天氣出現，這是在做預報時未能認真分析診斷，而導致暴雨預報空報的重要原因;同時各家數值預報對降水量級預報偏大，特別是Wfr的預報偏大了一到兩個量級、T639數值物理量預報偏強，也是導致對天氣形勢判斷失誤，從而出現對降水量級預報過大的原因之一。

因此，對于這種局地性的暴雨預報，需要認真分析天氣形勢是否支持預報暴雨天氣發生的可能，是否有物理量場支持降水天氣系統和降水的發展和加強。同時要通過診斷，認真分析能量、動力、水汽條件是否滿足強降水天氣發生的條件。目前，數值預報產品的種類較多，其預報準確率也在不斷提高。但是，各家數值預報產品在預報某一地區和某一要素時，它們的差別還是較大的。所以 ，在實際預報工作中，還需要針對多個歷史個例的進行總結分析，總結出各地區、各種災害性天氣發生的要素指標，為將來災害性天氣預報做好基礎。

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