安順市一次局地大暴雨天氣漏報原因分析

蒙軍 徐良軍 王冉熙 王興菊 劉思洋

（貴州省安順市氣象局，安順 561000）

0 引言

安順市在夏季常常出現突發性強降雨天氣，并造成嚴重的災害，給人民的生產和生活帶來很大的影響。近年來國內外專家學者對暴雨天氣進行了大量的研究[1-9]，盡管如此，在預報中仍會出現暴雨預報偏差。陳淑琴等[10]分三個階段對浙江一次暴雨預報失敗進行詳細分析，指出冷空氣和熱帶低壓的活動導致系統演變和維持時間的預報偏差，使得暴雨天氣預報失敗；歐陽大量等[11]對黔東南暴雨漏報過程進行了統計分析，將漏報的暴雨天氣系統分為了3種類型,分別為局地地形增強型、局地熱雷暴型和春季強對流單體型；陸琛莉等[12]對杭州灣2015年7月的一次“梅中返春”穩定性持續暴雨預報失誤進行分析，指出在穩定性降雨預報中，預報員需重視模式在預報臨近時刻的調整，根據實況監測和雨帶的移動、演變對冷暖氣流影響作甄別，及時調整降雨落區和影響時間，才能做出更準確的預報。為了提升對暴雨天氣的認識，分析暴雨天氣的成因，總結暴雨天氣漏報的原因，本文利用NCEP 1°×1°逐6 h再分析資料、常規觀測資料、地面觀測資料、FY-2G逐小時探測資料、貴陽多普勒雷達資料等對2021年8月10—11日安順市局地大暴雨天氣漏報的原因進行分析，以期為提高大暴雨的預報準確率總結經驗。

1 天氣實況分析及各家數值模式預報效果檢驗

1.1 天氣實況分析

從圖1可以看到，2021年8月10日夜間安順市出現了局地大到暴雨，一共有16個區域自動站出現了暴雨（24 h降雨量大于50 mm）以上降雨，其中市西部的關嶺木廠（圖1d）出現了大暴雨，累計雨量為100.8 mm，市北部的平壩斯拉河（圖1e）也出現了大暴雨，累計雨量為100.4 mm。這次局地性暴雨和大暴雨天氣主要是由短時強降雨產生的，在16個站的暴雨以上降雨中有14個站出現了短時強降雨（1 h降雨量大于20 mm），占全部暴雨站的87.5%，最大小時雨強在普定縣補郎鄉，為58.7 mm/h。

圖1 2021年8月10日20時—2021年8月11日20時降雨量（a）貴州省累計降雨量；（b）安順市累計降雨量；（c）普定補郎逐小時降雨量；（d）關嶺木廠逐小時降雨量；（e）平壩斯拉河逐小時降雨量；（f）關嶺崗烏逐小時降雨量Fig. 1 Rainfall from 20:00 BT of August 10 to 20:00 BT of August 11, 2021(a) Cumulative rainfall in Guizhou Province; (b) Cumulative rainfall in Anshun City; (c) Hourly rainfall at Bulang in Puding;(d) Hourly rainfall at Muchang in Guanling; (e) Hourly rainfall at Sila River in Pingba; (f) Hourly rainfall at Gangwu in Guanling

本次降雨以對流性降雨為主，小時雨強較強，降雨主要集中在10日23時—11日5時（北京時，下同），有明顯的夜雨特征。

1.2 各家數值模式降雨落區預報檢驗

從各家數值模式預報的降雨落區可以看到，ECMWF、廣州模式、貴州WRF對安順區域10日20時—11日08時的降雨預報均為小雨（圖2a、圖2b、圖2d、圖2g、圖2h、圖2j）；上海模式在安順中部和南部預報了暴雨和大暴雨(圖2c、圖2i)，與實況暴雨出現的落區位置有所偏差；CMA-MESO模式9日20時起報的降雨落區在安順市東南部邊緣預報了局地暴雨（圖2f），CMA-MESO在10日08時起報的降雨落區中安順市都沒有預報暴雨（圖2l）；與實況降雨落區最接近的是CMA-3KM降雨落區預報（圖2e、圖2k）。

圖2 不同模式對2021年8月10日20時—11日08時降雨落區預報（上：9日20時起報；下：10日08時起報）（a, g）ECMWF；（b, h）廣州模式；（c, i）上海模式；（d, j）貴州WRF模式；（e, k）CMA-3KM；（f, l）CMA-MESOFig. 2 The predicted rainfall falling area by different models from 20:00 BT of August 10 to 08:00 BT of August 11, 2021(upper: the forecast starting at 20:00 BT of August 9; lower: the forecast starting at 08:00 BT of August 10)(a, g) ECMWF; (b, h) Guangzhou model; (c, i) Shanghai mode; (d, j) Guizhou WRF model; (e, k) CMA-3KM;(f, l) CMA-MESO

從廣州3KM模式（圖3）逐時同化的降雨落區預報可以看到，10日08時和11時起報的暴雨落區均位于安順市北部，但14—23時起報的降雨量級和暴雨范圍不斷調小，僅在安順市南部預報了局地的暴雨。

圖3 2021年8月10日廣州3 km模式不同時次起報降雨落區（a）08時起報10日08—20時；（b）11時起報10日20時—11日02時；（c）14時起報10日23時—11日02時；（d）14時起報11日02—05時；（e）17時起報10日17時—11日05時；（f）20時起報10日20時—11日08時；（g）21時起報10日21時—11日09時；（h）22時起報10日22時—11日10時；（i）23時起報10日23時—11日11時Fig. 3 The predicted rainfall by GZ 3 km model corresponding to different starting time on August 10, 2021 and accumulated time period(a) 08:00 BT, 08:00－20:00 BT of August 10; (b) 11:00 BT, 20:00 BT of August 10 to 02:00 BT of August 11; (c) 14:00 BT,23:00 BT of August 10 to 02:00 BT of August 11; (d) 14:00 BT, 02:00－05:00 BT of August 11; (e) 17:00 BT, 17:00 BT of August 10 to 05:00 BT of August 11; (f) 20:00 BT, 20:00 BT of August 10 to 08:00 BT of August 11; (g) 21:00 BT,21:00 BT of August 10 to 09:00 BT of August 11; (h) 22:00 BT, 22:00 BT of August 10 to 10:00 BT of August 11;(i) 23:00 BT, 23:00 BT of August 10 to 11:00 BT of August 11

2 雷達和衛星資料分析

從10日22時—11日06時的雷達回波演變來看（圖4），10日22時有強度在50 dBZ以上的回波影響安順西北部，10日22時—11日01時回波維持在安順市北部（圖中A所示），回波從狹長的帶狀逐漸變為塊狀，在此期間平壩斯拉河出現了短時強降雨，3 h內降雨量接近100 mm。結合斯拉河和補郎附近同時刻的雷達反射率因子剖面圖（圖5）可以看到降雨期間最強反射率因子為50 dBZ，高度在3 km附近，強度為45 dBZ的高度達到9 km，斯拉河上空有明顯較強回波墻，補郎的回波墻面積比斯拉河的稍小，都是典型的短時強降雨回波。11日02—06時安順北部回波強度有所減弱,11日00時后安順西南部有回波向北發展加強（圖4中B所示），11日02—04時，北移的回波在關嶺北部加強，與此同時，關嶺木廠和崗烏均出現了短時強降雨，木廠3 h降雨量超過100 mm。

圖4 2021年8月10日22時—11日06時貴陽多普勒雷達反射率因子（1.4°仰角）（a）10日22時01分；（b）10日23時；（c）10日23時59分；（d）11日01時03分；（e）11日02時02分；（f）11日03時01分；（g）11日04時；（h）11日04時59分；（i）11日06時03分Fig. 4 Guiyang Doppler radar reflectivity factor from 22:00 BT of August 10 to 06:00 BT of August 11, 2021 (1.4° elevation)(a) 22:01 BT of August 10; (b) 23:00 BT of August 10; (c) 23:59 BT of August 10; (d) 01:03 BT of August 11; (e) 02:02 BT of August 11; (f) 03:01 BT of August 11; (g) 04:00 BT of August 11; (h) 04:59 BT of August 11; (i) 06:03 BT of August 11

圖5 2021年8月10日23時05分反射率因子剖面（白線為剖面位置）（a）平壩斯拉河反射率因子剖面；（b）普定補郎反射率因子剖面Fig. 5 Reflectance factor profile at 23:05 BT of August 10, 2021 (white line as the profile position)(a) Reflectance factor profile of Sila River in Pingba; (b)Reflectance factor profile of Bulang in Puding

從FY-2G衛星TBB（云頂黑體輻射溫度）圖上可以看到（圖6），10日22時—11日01時安順附近的TBB不斷升高至0 ℃以上，安順北部的對流云系逐漸減弱，此期間安順北部出現了強降雨，11日02時安順南部開始出現新的對流云系，安順南部的TBB開始下降至0 ℃以下，并在11日02—06時迅速降低至－40 ℃以下，期間安順西部出現強降雨，11日06時－40 ℃以下的TBB區域低值區向北抬，對流云系向北擴展，安順西部和北部的TBB變為0 ℃以上，安順西部和北部降雨減弱。

圖6 2021年8月10日22時—8月11日06時逐小時云頂黑體輻射溫度(a)10日22時；(b)10日23時；(c)11日00時；(d)11日01時；(e)11日02時；(f)11日03時；(g)11日04時；(h)11日05時；(i)11日06時Fig. 6 Hourly TBB from 22:00 BT of August 10 to 06:00 BT of August 11, 2021(a) 22:00 BT of August 10; (b) 23:00 BT of August 10; (c) 00:00 BT of August 11; (d) 01:00 BT of August 11; (e) 02:00 BT of August 11; (f) 03:00 BT of August 11; (g) 04:00 BT of August 11; (h) 05:00 BT of August 11; (i) 06:00 BT of August 11

3 暴雨漏報的原因分析

3.1 天氣形勢分析

500 hPa上，8月10日08時川西高原有高空槽，云南南部有低壓倒槽（簡稱滇南倒槽）影響，副熱帶高壓（簡稱副高）588線位于華東沿海一帶；10日20時副高588線向西伸至湖南中部，川西高原槽東移至川中，形成階梯槽，滇南倒槽向北加強影響到貴州西南部，高原槽東移和副高西伸有利于槽后的冷空氣和副高南側的暖濕氣流交匯，使大氣的不穩定性增強；11日08時副高588線繼續西伸，西脊點已越過貴州中部，達到安順西部，高原槽西退到川西高原，滇南倒槽有所減弱。700 hPa上，10日08時長江橫切變西段位于貴州北部，云南中部有切變影響；10日20時長江橫切變西段南壓至貴州東南部；11日08時川渝交界形成西南渦，云南切變向西移，貴州為西南渦南側的偏南氣流影響，10日08時—11日08時貴州均位于濕區。850 hPa上，10日08時貴州北部受到長江橫切變西段影響，貴州位于濕區；10日20時長江橫切變西段依然維持在貴州北部，貴州中部為干濕交界區；11日08時南海至貴州的偏南氣流加強，川渝交界有低渦中心，貴州位于濕區。700 hPa和850 hPa上切變的維持和偏南氣流的加強有利于水汽在切變附近積累，為本次降雨提供有利的水汽條件。10日08時—11日08時冷空氣從高層向低層滲透，中低層暖濕氣流不斷增強，來自南海的暖濕氣流源源不斷地向貴州中部輸送，使得貴州中部水汽充沛。

從表1 中可以看到，1 0 日0 8 時—11 日0 8 時，500～850 hPa上偏南氣流維持影響貴陽，除了10日20時850 hPa上溫度露點差大于2 ℃外，其余時段700 hPa和850 hPa的溫度露點差均小于2 ℃，說明在降雨前期和降雨期間貴陽上空大氣維持在飽和狀態；而500 hPa上24 h變溫從0.7 ℃變為―0.5 ℃再變為―1.3 ℃，700 hPa上24 h變溫從―2.6 ℃變為―0.3 ℃再變為0.2 ℃，850 hPa上24 h變溫從―0.8 ℃變為2.8 ℃再變為―0.2 ℃，說明在降雨前期和降雨期間有冷空氣從高空向低空滲透。綜上，安順北部受到副高北側長江橫切變西端的影響，安順西部受到副高邊緣滇南倒槽前偏南氣流影響，暖濕氣流和弱冷空氣分別在安順北部和西部交匯，造成了暴雨和大暴雨。

表1 2021年8月10日08時—11日08時貴陽站各氣象要素Table 1 Meteorological elements of Guiyang Station from 8:00 BT of August 10 to 8:00 BT of August 11, 2021

3.2 歐洲中心預報偏差分析

3.2.1 副高588線的西伸東退預報偏差

根據ECMWF（圖7）8月9日20時對500 hPa形勢場預報，在10日20—23時副高588線西伸控制貴州，11日02—05時副高588線東退至湖南西部而后至湖南東部，11日08時副高588線再次西伸控制貴州。而實際上副高588線西伸時并未完全控制貴州，東退時也未移出貴州境內，在10日20時—11日05時安順市西部和北部正是位于副高外圍，且受到副高東西擺動影響，對流云系在安順西部和北部停滯，導致暴雨和大暴雨出現。

圖7 2021年8月9日20時起報歐洲中心細網格500 hPa溫度場（紅色等值線，單位：℃）、高度場（藍色等值線，單位：dagpm）和風場（黑色風桿，單位：m/s）（a）10日20時；（b）10日23時；（c）11日02時；（d）11日05時；（e）11日08時Fig. 7 Fine-grid forecast by ECMWF for 500 hPa temperature field (red contour lines, unit: ℃), height field (blue contour lines, unit: dagpm), and wind field(black weather vane, unit: m/s), with 20:00 BT of August 9, 2021 as the starting time(a) 20:00 BT of August 10; (b) 23:00 BT of August 10;(c) 02:00 BT of August 11; (d) 05:00 BT of August 11;(e) 08:00 BT of August 11

3.2.2 滇南倒槽預報偏差

ECMWF預報滇南倒槽在10日20時—11日08時穩定維持在滇南。而實際上10日20時—11日05時滇南倒槽有所加強北抬使得南海的暖濕氣流沿著倒槽前側不斷向貴州西南部輸送，安順市西部的大暴雨就是在滇南倒槽北抬加強時產生的。

3.3 垂直運動條件分析

從圖8上可以看到，10日14時500～700 hPa上安順附近ω（垂直速度）＞0，但在850 hPa上ω＜0；10日20時從500～850 hPa上安順附近的ω＜0；11日02時500 hPa和850 hPa上安順附近維持ω＜0，并且ω＜0區域擴大。這說明在10日14—20時安順附近的垂直上升運動不斷加強，在10日20時—11日02時垂直上升運動繼續加強，為安順西部和北部的暴雨發生提供了有利的動力條件。

圖8 2021年8月10日14時一8月11日02時500 hPa、700 hPa、850 hPa的ω（色斑圖，單位：Pa/s）、風（風桿，單位：m/s）和相對濕度（等值線，單位：%）（a，d，g）10日14時；（b，e，h）10日20時；（c，f，i）11日02時Fig. 8 500 hPa, 700 hPa, 850 hPa ω (color spot, unit: Pa/s), wind (wind pole, unit: m/s), and relative humidity (contour,unit: %) from 14:00 BT of August 10 to 02:00 BT of August 11, 2021(a, d, g) 14:00 BT of August 10; (b, e, h) 20:00 BT of August 10; (c, f, i) 02:00 BT of August 11

從圖9上可以看到，普定補郎和平壩斯拉河在8月10日14時—11日02時從地面到高空均為上升運動區，垂直運動伸展高度較高，最強中心的ω＜－1 Pa/s；而關嶺崗烏8月10日14時—11日02時僅在600 hPa以下有垂直上升運動，且垂直上升運動的強度比補郎和斯拉河弱得多，最低ω在0～－0.25 Pa/s。這說明導致安順市北部普定補郎和平壩斯拉河的降雨系統較為深厚，而導致安順市西部關嶺木廠和崗烏的降雨系統較為淺薄。

圖9 2021年8月9日20時—8月11日14時ω（色斑圖，單位：Pa/s）、風（風桿，單位：m/s）和相對濕度（等值線，單位：%）的剖面圖（a）普定補郎；（b）平壩斯拉河；（c）關嶺崗烏Fig. 9 Profile of ω (color plot, unit: Pa/s), wind (wind pole, unit: m/s), and relative humidity (contour, unit: %) from 20:00 BT of August 9 to 14:00 BT of August 11, 2021(a) Bulang in Puding; (b) Sila River in Pingba; (c) Gangwu in Guanling

從ECMWF預報（圖10）可以看到，不論是8月9日20時起報還是8月10日08時起報，對10日20時—11日08時的垂直上升運動預報都較弱，9日20時起報10日20時—11日08時垂直速度都大于0，10日08時起報10日20時—11日08時僅在700 hPa以下有淺薄的垂直速度小于0層結。而實況（圖8）在10日20時—11日08時在200～800 hPa的垂直速度都小于0，ECMWF預報結果與實況差異較大，這也是ECMWF對本次暴雨預報漏報的原因之一。

3.4 探空圖分析

從貴陽站探空資料（圖11和表2）可以看到，8月9日20時—10日08時濕層明顯增厚；從10日08時—10日20時濕層厚度增加了736.4 m，CAPE值躍增了835.7 J/kg，K指數增加了4.4 ℃，0～3 km風切變和0～6 km垂直風切變都有所減小，CIN從41.3 J/kg減小為0，500 hPa和700 hPa的溫差及850 hPa和500 hPa的溫差均增加了3 ℃左右；到11日08時，貴陽站濕層依然很深厚，CAPE值依然維持在782.6 J/kg，K指數高達41.8 ℃，但500 hPa和700 hPa的溫差及850 hPa和500 hPa的溫差有所減小。這說明在暴雨天氣發生前期，大氣的不穩定度不斷增加，不穩定能量不斷積累，水汽不斷聚集，為暴雨的發生儲備了有利的能量和水汽條件，有利于對流性降雨的發生，這也是本次降雨以對流性降雨為主的原因。

表2 2021年8月9日20時—11日08時探空數據Table 2 Atmospheric sounding data from 20:00 BT of August 9 to 08:00 BT of August 11, 2021

圖11 2021年8月9日20時—11日08時貴陽（a-d）和威寧（e-h）探空圖（a, e）9日20時；（b, f）10日08時；（c, g）10日20時；（d, h）11日08時Fig. 11 Atmospheric sounding from 20:00 BT of August 9 to 08:00 BT of August 11, 2021 of Guiyang (a-d) and Weining (e-h)(a, e) 20:00 BT of August 9; (b, f) 08:00 BT of August 10; (c, g) 20:00 BT of August 10; (d, h) 08:00 BT of August 11

從威寧站的探空資料（圖11和表2）可以看到，9日20時—10日08時濕層略變薄，10日08—20時濕層增加了1298.6 m，CAPE值增加了263.7 J/kg，DCAPE值減少了201.2 J/kg，CIN從81.5 J/kg減少為0。相比貴陽站，威寧站的不穩定度要稍弱，但不斷增厚的濕層也提示貴州西部有水汽的聚集，暴雨可能發生。

本次天氣過程期間，貴陽市也出現了暴雨和大暴雨，而威寧僅個別鄉鎮出現大雨。貴陽站的探空特征物理量大部分達到了安順的暴雨閾值（安順市氣象臺統計），但由于貴陽站和威寧站均和安順市有一定的距離差，各項物理量和安順實際還有一定的差距，因此預報時沒有考慮會出現大暴雨，對探空資料缺乏有效的訂正能力，并且對貴陽站的探空物理量不夠重視，導致了本次局地大暴雨天氣漏報。

根據數值模式預報的結果，預報員認為長江橫切變位置偏東對安順不會有太大影響，加上大部分數值預報對10日夜間的降雨量級基本為小雨，所以沒有預報暴雨和大暴雨。反觀10日8時和20時貴陽站的探空資料可以看到，大部分特征物理量指標都達到了安順典型暴雨天氣的閾值，對當天探空資料不夠重視導致了本次暴雨和大暴雨的漏報。

3.5 觸發條件分析

10日08—11時（圖略）貴州位于熱低壓南側的偏南氣流中，在四川和重慶南部輻合線不斷向南移動影響貴州；10日11—14時輻合線在貴州北部維持；10日17時貴州東北部形成邊界層低渦，輻合線位于貴州中部；10日20時貴州中部輻合線略有北抬至貴州西北部，安順西北部位于輻合線南側；10日23時輻合線南壓影響安順北部；10日23時—11日02時安順北部出現短時強降雨；11日02—05時輻合線西段北抬，東段東移，隨著南風加強，貴州省西南部有新的輻合線向北抬，在安順中部形成南北向輻合線，輻合線東側的安順西部附近出現短時強降雨。10日23時—11日02時安順北部受到貴州省北部南壓的輻合線西段影響，11日02—05時安順市西部受到貴州省西南部北抬的輻合線影響，產生了暴雨和大暴雨。

對比ECMWF 8月9日20時起報的10 m風場（圖12），10日17—20時貴州中部的輻合線與實況基本一致；10日23時預報輻合線北抬減弱，與實況輻合線南壓影響安順北部有偏差，所以導致對安順北部的暴雨和大暴雨漏報；11日02—05時預報輻合線繼續北抬減弱，且南風沒有加強，對貴州西南部的新生輻合線未做預報，與實況有較大的偏差，導致了安順西南部的暴雨和大暴雨漏報。

圖12 2021年8月9日20時起報歐洲中心細網格10 m風場預報（風桿，單位：m/s）（a）8月10日17時；（b）8月10日20時；（c）8月10日23時；（d）8月11日02時；（e）8月11日05時；（f）8月11日08時Fig. 12 Fine-grid 10 m wind field forecast by ECMWF (wind pole, unit: m/s) starting from 20:00 BT of August 9, 2021(a) 17:00 BT of August 10; (b) 20:00 BT of August 10; (c) 23:00 BT of August 10; (d) 02:00 BT of August 11; (e) 05:00 BT of August 11; (f) 08:00 BT of August 11

4 結論和討論

本次安順市北部和西部的大暴雨和暴雨都是在副高西伸的背景下發生的，通過對天氣系統、中尺度輻合線、衛星云圖、雷達等資料的分析發現，其中影響的中小尺度系統有所差異。通過對比多家數值預報模式結果，分析了導致本次局地大暴雨天氣漏報的原因。

1）安順市北部普定和平壩境內的暴雨和大暴雨主要是由于長江橫切變西端附近，來自南海的暖濕氣流和來自切變后側的弱冷空氣交匯，在有利的熱力和動力條件下，對流云團迅速發展加強導致的。ECMWF對副高588線擺動位置偏北，對垂直速度強度預報偏弱，對地面輻合線移動方向預報錯誤，導致安順市北部的暴雨和大暴雨漏報。

2）安順市西部關嶺境內的暴雨和大暴雨主要是由于南風加強，滇南倒槽加強北抬，槽前水汽輸送加強，對流云團自南向北發展加強產生。ECMWF對滇南倒槽和貴州西南部新生輻合線漏報，對南風強度和垂直速度強度預報偏弱。

3）副高邊緣暴雨和大暴雨常常發展迅速局地性強，預報難度大，通過高效及時的短時臨近監測手段，可以提高預警的準確率，減少氣象災害帶來的經濟損失。