對(duì)孝感市一次連續(xù)大暴雨過(guò)程的多模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分析

關(guān)鍵詞：多模式；連續(xù)大暴雨；強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：P456.7；P457.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2025）14-0097-06

DOI ： 10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.14.019

TestandAnalysisofMulti-ModelHeavyRainfallForecastfora Continuous Rainstorm Process in Xiaogan City

DENG Kai SONG Zhe ZHOU Ting （XiaoganMeteorological Bureau，Xiaogan4320oo，China）

Abstract： [Purposes] In order to strengthen the analysis and application of numerical forecast model products，the main influencing system of continuous heavy rain process in Xiaogan City from July 13 to 14，2024 was preliminarily analyzed，soas to improve the application ability of model precipitation forecast products in short-term heavy precipitation forecast.[Methods] By using conventional weather charts，regional automatic weather station data，and multiple model analysis and forecast products including EC fine grids and CMA_GFS，the comprehensive evaluation method for heavy precipitation forecast was applied to assess the accuracy，stability and consistency of heavy precipitation forecasts from each model.[Findings] ① The continuous heavy rain process in Xiaogan City from July 13 to 14，2024 was theresult of the combined effects of the maintenance and northward lifting of the low-level vortex shear

line and the development and westward shift of the southwest jet stream during the northward lifting of the 500 hPa subtropical high before the end of Meiyu. ② From the perspective of the short-term heavy precipitation forecast accuracy，the precipitation forecast from the global model is generally smaller than the observed precipitation，and the eror is significant.In the regional short-term heavy precipitation forecast， for the 24-hour forecast，the Shanghai medium-resolution model performs the best （TS of 50% ）， followed bythe CMA_3KMand Guangzhou 3KMmodels（TSof 46% ）.For the48-hour forecast，theCMA_3KM modelisthebest（TSof 21% ），andGuangzhou 3KMmodelis theworst.For the 72-hour forecast， the CMA 3KMmodelisthebest（TSof 43% ），while Shanghai medium-resolution model is the worst. ③ The -

consistencyof the24-hour and 48-hour forecast of the three regional models is good，while the consistency of the 72-hour forecast is poor，and the maximum precipitation forecast intensity of the three regional models is too large.[Conclusions] ① The accuracy of the short-term heavy precipitation forecast is significantly better than that of the global model. ② The overall stability of regional short-term heavy precipitation forecasts is relatively poor.The24 hour heavy precipitation forecast performs beter than the 48 hour and 72 hour forecast， while the 72 hour heavy precipitation forecast often outperforms the 48 hour forecast.This phenomenon is inconsistent with fundamental synoptic principles，and requires further investigation.

Keywords： multi-model; continuous heavy rain; comprehensive evaluation standard of heavy precipitation forecast

0 引言

暴雨預(yù)報(bào)一直以來(lái)都是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，暴雨預(yù)報(bào)已經(jīng)由傳統(tǒng)的天氣學(xué)主觀分析預(yù)報(bào)逐漸演變?yōu)橐詳?shù)值天氣預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)、預(yù)報(bào)員訂正模式結(jié)果的客觀定量化預(yù)報(bào)[1-3]。閔錦忠等[4]對(duì)近20年來(lái)暴雨和強(qiáng)對(duì)流可預(yù)報(bào)性研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述分析，認(rèn)為在全球變暖背景下，近年暴雨和強(qiáng)對(duì)流等中小尺度災(zāi)害性天氣頻發(fā)，如何深入認(rèn)識(shí)其可預(yù)報(bào)性問(wèn)題成為天氣領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，也是制約數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式能力提升的重要因素。廖春花等5通過(guò)對(duì)湖南一次暴雨災(zāi)害的中尺度特征及可預(yù)報(bào)性研究，認(rèn)為對(duì)于鋒面降雨，大尺度模式和中尺度模式均對(duì)降水落區(qū)的預(yù)報(bào)效果較好，而中尺度模式對(duì)降水強(qiáng)度的模擬更為準(zhǔn)確。丁凡等通過(guò)ECMWF細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在山東汛期強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中的檢驗(yàn)分析，認(rèn)為EC產(chǎn)品對(duì)西風(fēng)槽和副高北界有較好的預(yù)報(bào)和模擬能力。劉潔等通過(guò)2019年7月山東一次強(qiáng)對(duì)流天氣成因及數(shù)值預(yù)報(bào)偏差分析，認(rèn)為對(duì)中尺度輻合中心的預(yù)報(bào)能力不足是造成暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)偏差的主要原因。屠妮妮等8通過(guò)3種數(shù)值模式對(duì)四川省汛期降水預(yù)報(bào)性能的檢驗(yàn)分析，認(rèn)為3年平均TS評(píng)分顯示ECMWF模式對(duì)小到大雨預(yù)報(bào)能力優(yōu)于SWCWARMS和GRAPES模式，SWCWARMS模式部分時(shí)次上暴雨和大暴雨預(yù)報(bào)優(yōu)于ECMWF模式，GRAPES模式TS評(píng)分大部分低于上述兩種模式。為加強(qiáng)數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品的分析應(yīng)用，提高模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品在短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用能力，本研究利用常規(guī)天氣圖資料、區(qū)域自動(dòng)氣象站資料和EC細(xì)網(wǎng)格、CMA_GFS、NCEP、德國(guó)細(xì)網(wǎng)格、日本中分辨率、CMA_3KM、上海中分辨率、廣州3KM等模式分析預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料，對(duì)2024年7月13日至14日孝感市連續(xù)大暴雨過(guò)程的主要影響系統(tǒng)進(jìn)行初步分析，對(duì)各模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，以期為今后強(qiáng)降水短期預(yù)報(bào)提供參考借鑒。

1降水實(shí)況

2024年7月13日至14日，孝感市出現(xiàn)了連續(xù)2天的大暴雨天氣（如圖1所示），12日20時(shí)至13日20時(shí)，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在孝感市的中南部，全市134個(gè)自動(dòng)氣象站中，有89個(gè)站降水量 ?50mm ，40個(gè)站降水量 ?100mm ，最大降水量為 187.7mm （安陸市南城站）；強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在13日2時(shí)至8時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在云夢(mèng)縣義堂站為 83.1mm（13 日6時(shí)至7時(shí)）。

13日20時(shí)至14日20時(shí)，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在孝感市的中北部，全市134個(gè)自動(dòng)氣象站中，有79個(gè)站降水量 ?50mm ，44個(gè)站降水量 ?100mm ，最大降水量為 191.8mm （安陸市接官站）；強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在14日5時(shí)至11時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在安陸市南城站為 62.0mm （14日7時(shí)至8時(shí)）。

圖17月12日20時(shí)至13日20時(shí)、13日20時(shí)至14日20時(shí)24小時(shí)降水量分布（單位： mm ）

12日20時(shí)至14日20時(shí)48小時(shí)累計(jì)降水量，有102個(gè)站累計(jì)降水量 ?100mm ，20個(gè)站累計(jì)降水量 ? 200mm ，3個(gè)站累計(jì)降水量 ?300mm ，最大累計(jì)降水量為 348.2mm （安陸市南城站），其次為 310.4mm （云夢(mèng)縣倒店站），再次為 300.7mm （安陸國(guó)家氣象站）。

此次強(qiáng)降水雨量大、時(shí)間集中，導(dǎo)致安陸市、云夢(mèng)縣、大悟縣受災(zāi)，受災(zāi)人口為33212人，農(nóng)作物受災(zāi)面積為 3 430.1hm² ，直接經(jīng)濟(jì)損失為 1094.51 萬(wàn)元。

2強(qiáng)降水發(fā)生的主要影響系統(tǒng)分析

強(qiáng)降水發(fā)生之前，2024年7月12日8時(shí)， 500hPa 圖上亞洲中緯度多弱波動(dòng)，副高588線位于福州、廈門(mén)一線，東經(jīng) 120^°E 副高脊線位置位于 24^°N 附近。12日20時(shí)至13日8時(shí)，受華東沿海淺槽影響，副高588線略有擺動(dòng)，但總體變化不大。從13日8時(shí)至14日20時(shí)， 500hPa 副高不斷加強(qiáng)，西伸北抬明顯，14日8時(shí)上海、杭州、南昌24小時(shí)變高分別為 dagpm 和 +4dagpm ，副高588線北抬至長(zhǎng)江中下游，位于上海-安慶-芷江一線，其東經(jīng) 120^°E 副高脊線位置北抬至 26^°N 附近。14日20時(shí)，副高592線跨過(guò)福建中北部，588線控制了華東、華中、華南大部地區(qū)，湖北省受副高控制，孝感市強(qiáng)降水結(jié)束，此后出梅轉(zhuǎn)為晴熱高溫天氣。

根據(jù)高空天氣圖和EC細(xì)網(wǎng)格客觀分析場(chǎng)資料，12日20時(shí)至14日20時(shí)在副高的北部邊緣，在低層（包括 700hPa，850hPa，925hPa 湖北省中部，維持一東北東至西南西向的切變線。

7月13日8時(shí)和7月14日8時(shí) 850hPa 風(fēng)場(chǎng)如圖2所示。由圖2（a可知，切變線位于阜陽(yáng)-廣水一鐘祥-巴東-達(dá)州一線，切變線以南河池-芷江-長(zhǎng)沙-武漢一線，有西南急流發(fā)展，其西南最大風(fēng)速達(dá)（204號(hào) 16m?s^-1 。此時(shí)，孝感市位于切變線上中尺度低渦（位于隨州南部）的西南部，西南急流軸出口處的左側(cè)，因此導(dǎo)致孝感市13日2時(shí)至8時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。

受 500hPa 副高加強(qiáng)西伸北拾的影響，由圖2（b）可知，切變線略有北抬，位于阜陽(yáng)-棗陽(yáng)-保康-神農(nóng)架-達(dá)州一線，同時(shí)西南急流軸略有向西推移，西南急流軸位于河池-芷江-宜昌一線，其西南最大風(fēng)速達(dá) 18m?s^-1 。此時(shí)，孝感市受切變線和西南急流等共同影響，導(dǎo)致孝感市14日5時(shí)至11時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。受切變線略有北抬和西南急流軸略有西移的影響，孝感市強(qiáng)降水區(qū)域也隨之北拾，強(qiáng)降水區(qū)域由13日的中南部，北抬至14日的中北部。

7月15日8時(shí) 500hPa 副高繼續(xù)加強(qiáng)北抬，湖北省受副高控制，低層切變線北拾移出湖北省，孝感市受低層一致的西南氣影響，強(qiáng)降水結(jié)束，出梅進(jìn)入盛夏期。

3多模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)分析

為對(duì)多種數(shù)值預(yù)報(bào)模式（以下簡(jiǎn)稱多模式）的強(qiáng)降水預(yù)報(bào)性能進(jìn)行較為客觀的檢驗(yàn)，本研究利用EC細(xì)網(wǎng)格、CMA_GFS、NCEP、德國(guó)細(xì)網(wǎng)格、日本中分辨率、CMA_3KM、上海中分辨率、廣州3KM等模式降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料，對(duì)各模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、一致性進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

圖27月13日8時(shí)和7月14日8時(shí) 850hPa 風(fēng)場(chǎng)（深灰色線為切變線，黑色箭頭線為急流軸）

3.1多模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性分析

考慮到隨著全球氣候變暖，極端暴雨頻發(fā)，以孝感市縣市區(qū)范圍內(nèi)各自動(dòng)氣象站（含國(guó)家氣象觀測(cè)站）的日最大降水量為實(shí)況，以模式24小時(shí)降水預(yù)報(bào)對(duì)應(yīng)縣市區(qū)范圍內(nèi)的格點(diǎn)最大值為預(yù)報(bào)，對(duì)各模式短期24小時(shí)（即 0～24 小時(shí)）48小時(shí)（即 24～ 48小時(shí)）72小時(shí)（即 48～72 小時(shí)）的強(qiáng)降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。本研究強(qiáng)降水（包括暴雨、大暴雨、特大暴雨）預(yù)報(bào)綜合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)實(shí)況和預(yù)報(bào)都未出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)為不評(píng)，當(dāng)實(shí)況和預(yù)報(bào)均出現(xiàn)強(qiáng)降水同一檔次時(shí)，為強(qiáng)降水預(yù)報(bào)正確，否則為不正確。例如，實(shí)況和預(yù)報(bào)均為大暴雨時(shí)，強(qiáng)降水預(yù)報(bào)為正確，實(shí)況為大暴雨，而預(yù)報(bào)為暴雨或特大暴雨時(shí)，強(qiáng)降水預(yù)報(bào)為錯(cuò)誤。強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合TS為強(qiáng)降水預(yù)報(bào)正確次數(shù)與強(qiáng)降水預(yù)報(bào)正確次數(shù)和錯(cuò)誤次數(shù)之和的比例。強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合TS評(píng)分見(jiàn)表2。由表2可知，總體上，短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)，區(qū)域模式明顯優(yōu)于全球模式。在全球模式短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)中，日本中分辨率模式預(yù)報(bào)效果最差，沒(méi)有強(qiáng)降水預(yù)報(bào)能力，24小時(shí)預(yù)報(bào)德國(guó)細(xì)網(wǎng)格最優(yōu)（ 15% ，EC細(xì)網(wǎng)格和CMA_GFS模式次之，48小時(shí)和72小時(shí)預(yù)報(bào)EC細(xì)網(wǎng)格和NCEP模式相當(dāng)，預(yù)報(bào)效果相對(duì)較好。在區(qū)域模式短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)中，24小時(shí)預(yù)報(bào)上海中分辨率模式最優(yōu)（ 50% ，CMA_3KM和廣州3KM模式相當(dāng)（ 46% ，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于所有全球模式；48小時(shí)預(yù)報(bào)CMA_3KM模式最好（ 21% ，廣州3KM模式最差；72小時(shí)預(yù)報(bào)上CMA_3KM模式最優(yōu)（ 43% ，上海中分辨率模式最差。因此24小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)可重點(diǎn)參考上海中分辨率模式，48小時(shí)和72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)可重點(diǎn)參考CMA_3KM模式。

3.2 多模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)一致性分析

區(qū)域模式明顯優(yōu)于全球模式，但考慮到全球模式對(duì)孝感市強(qiáng)降水預(yù)報(bào)能力非常有限，因此，多模

表1強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)一致性和穩(wěn)定性分析主要以區(qū)域模式來(lái)展開(kāi)。由于全球模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率很低，降水預(yù)報(bào)量比實(shí)況普遍偏小，且誤差很大，其一致性和穩(wěn)定性分析意義不大。

從本次孝感市連續(xù)大暴雨過(guò)程來(lái)看，3種區(qū)域模式對(duì)孝感市7月13日和14日的大暴雨預(yù)報(bào)，24小時(shí)和48小時(shí)預(yù)報(bào)的一致性較好、72小時(shí)預(yù)報(bào)的一致性較差。從圖3與圖1（a）對(duì)比可以看到，對(duì)孝感市7月13日的大暴雨預(yù)報(bào)，72小時(shí)預(yù)報(bào)區(qū)別較大，CMA_3KM模式預(yù)報(bào)為大部地區(qū)大暴雨，上海中分辨率模式預(yù)報(bào)為南部大-暴雨、北部中-大雨，廣州3KM模式為北部大-暴雨、南部中-大雨。48小時(shí)預(yù)報(bào)與實(shí)況偏差較大，3種區(qū)域模式預(yù)報(bào)量級(jí)均明顯偏小，其中，CMA_3KM模式預(yù)報(bào)為中-大雨，上海中分辨率模式預(yù)報(bào)為小雨，廣州3KM模式為小-中雨。24小時(shí)預(yù)報(bào)比較一致，CMA_3KM模式預(yù)報(bào)為中南部暴雨-大暴雨，上海中分辨率模式預(yù)報(bào)為南部暴雨-大暴雨，廣州3KM模式預(yù)報(bào)為南部暴雨-大暴雨，但CMA_3KM模式在云夢(mèng)縣預(yù)報(bào)了一個(gè) 260mm 、上海中分辨率模式在孝南區(qū)預(yù)報(bào)了一個(gè) 304mm. 廣州3KM模式在孝南區(qū)預(yù)報(bào)了一個(gè)255mm 的特大暴雨點(diǎn)（中心），3種區(qū)域模式的最大降水量預(yù)報(bào)強(qiáng)度均有所偏大。

3.3 多模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)穩(wěn)定性分析

由表2可知，CMA_3KM模式24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合TS評(píng)分分別為0.46、0.21、0.43，廣州3KM模式24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)綜合TS評(píng)分分別為 0.46，0.00，0.23 ，這兩個(gè)區(qū)域模式的72小時(shí)TS評(píng)分均大于48小時(shí)TS評(píng)分，同時(shí)兩者又小于24小時(shí)TS評(píng)分，預(yù)報(bào)綜合準(zhǔn)確性具有波動(dòng)性，72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果比48小時(shí)預(yù)報(bào)效果要好，24小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果比48小時(shí)、72小時(shí)預(yù)報(bào)又要好。由圖3可以看出，對(duì)孝感市7月13日的大暴雨預(yù)報(bào)，CMA_3KM模式72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)比48小時(shí)預(yù)報(bào)要準(zhǔn)一些，72小時(shí)預(yù)報(bào)為大部地區(qū)大暴雨，48小時(shí)預(yù)報(bào)為中-大雨（比72小時(shí)預(yù)報(bào)量級(jí)要小很多），上海中分辨率模式、廣州3KM模式72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)比48小時(shí)預(yù)報(bào)也略好一些，預(yù)報(bào)偏差略小一些。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)孝感市2024年7月13日至14日連續(xù)大暴雨過(guò)程的主要影響系統(tǒng)分析和多模式強(qiáng)降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，結(jié)論如下。

圖33種區(qū)域模式對(duì)孝感市7月13日大暴雨的預(yù)報(bào)色斑圖

①2024 年7月13日至14日孝感市連續(xù)大暴雨過(guò)程，是在出梅之前 500hPa 副高加強(qiáng)北抬過(guò)程中，低層低渦切變線維持并北拾、西南急流發(fā)展并西移等共同作用的結(jié)果。受切變線略有北抬和西南急流軸略有西移的影響，孝感市強(qiáng)降水區(qū)域也隨之北抬，強(qiáng)降水區(qū)域由13日的中南部，北抬至14日的中北部。

② 短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，區(qū)域模式明顯優(yōu)于全球模式。全球模式降水預(yù)報(bào)量比實(shí)況普遍偏小，而且誤差很大。在區(qū)域模式短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)中，24小時(shí)預(yù)報(bào)上海中分辨率模式最優(yōu)（TS為 50% ），CMA_3KM和廣州3KM模式次之（TS為 46% ），48小時(shí)預(yù)報(bào)CMA_3KM模式最好（TS為 21% ），廣州3KM模式最差；72小時(shí)預(yù)報(bào)上CMA_3KM模式最優(yōu)（TS為 43% ），上海中分辨率模式最差，因此，24小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)可重點(diǎn)參考上海中分辨率模式，48小時(shí)和72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)可重點(diǎn)參考CMA_3KM模式。

③3 種區(qū)域模式24小時(shí)和48小時(shí)預(yù)報(bào)的一致性較好、72小時(shí)預(yù)報(bào)的一致性較差，3種區(qū)域模式的最大降水量預(yù)報(bào)強(qiáng)度均有所偏大。區(qū)域模式短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的總體穩(wěn)定性較差，24小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果比48小時(shí)、72小時(shí)預(yù)報(bào)要好，但72小時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)往往比48小時(shí)預(yù)報(bào)效果要好，這一現(xiàn)象與天氣學(xué)基本原理不相適應(yīng)，有待進(jìn)一步研究。

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