2022年6月12—13日江西中南部暴雨成因与预报误差分析

利用常规探空和地面观测站资料、ERA5 0.25°×0.25°再分析资料和ECMWF预报资料,对2022年6月12—13日江西中南部的暴雨过程进行分析。结果表明：1） 此次暴雨过程是在副热带高压和南亚高压稳定少动、西风槽携带冷空气南下的环流背景下,500 hPa高空槽、低层切变线、低空西南急流和地面静止锋共同作用造成的。2） 低层辐合、高层辐散产生深厚的垂直上升运动,为强降水的持续提供动力条件,低空暖湿西南急流输送的充足水汽,有利于江西中南部不稳定能量的积累。3） EC暴雨落区预报偏北的主要原因是天气系统位置较实况偏北,700 hPa垂直速度大值区偏北、对流性降水预报偏弱和地形影响也是暴雨漏报的重要因素。4） 584 dagpm特征线的位置变化对此次暴雨落区向南订正有较好的指示意义。在暴雨预报中,不仅要考虑锋面大尺度降水,还要考虑暖区对流性降水,关注低层强动力辐合区域,结合中尺度数值模式产品,可以有效对主雨带位置和强度进行订正。     

“21·7”河南极端暴雨多模式预报性能综合评估

采用CRA、邻域TS评分、FSS等多种空间检验方法,对多个不同尺度业务数值模式在“21·7”河南极端暴雨过程中的预报性能进行了综合检验评估,并从低空急流、水汽辐合和热力条件等方面对模式偏差原因进行诊断分析。结果表明:1)在24 h大暴雨降水位置预报偏差上,WARMS预报性能最优,GRAPES_3 km次优;大暴雨降水预报范围与实况相当时,RMAPS降水强度预报较实况明显偏强,且落区较实况出现持续偏西的特征;2) GRAPES_3 km和WARMS预报3 h累积降水的位置偏差更多表现在经向方向上,且离散度较大,但在更临近预报时效经向偏差明显减小,而纬向偏差则随预报时效变化较小;RMAPS的位置偏差主要表现在纬向方向上,19—21日分别有86.7％、91.3％、72.7％的降水个体预报偏西;3) WARMS对低空急流和水汽辐合预报偏弱导致其对19—20日降水强度估计不足,EC和RMAPS对19—20日低空急流预报明显偏西是导致降水落区位置存在偏差的主要原因;MESO对20日急流和水汽辐合发生时间及位置预报较好,但明显偏弱的热力条件导致其缺乏对极端强降水的预报能力;4)21日,MESO和RMAPS预报低空急流过多的偏东分量导致其在太行山陡峭地形处预报了偏强的地形增幅降水;EC和WARMS预报低空急流风向更接近实况,但对低层水汽辐合强度和时间的预报偏差导致预报降水个体出现了较明显的经向位置偏差。     

金华市一次暴雨过程成因及EC预报误差分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密资料、欧洲数值模式(ECMWF,简称"EC")资料对2018年5月7日08时至8日08时出现在金华市的一次暴雨过程进行成因分析,并将EC预报的环流形势、物理量场与实况进行对比分析,找出预报误差产生原因,提出春夏交替季节暴雨落区预报的订正着眼点。分析结果表明,此次暴雨落区沿850 hPa切变线呈带状分布,高低空系统呈后倾槽结构,强降水主要位于850 hPa切变线附近,地面倒槽顶后部;降水前期低空急流的建立为暴雨区输送了充分的水汽,与高空急流的耦合作用加强了上升运动;低层冷空气入侵为斜升不稳定提供了动力条件,江南倒槽及地面中尺度辐合中心的抬升触发作用加强了此次降水。而EC的暴雨落区预报偏东偏南,金华市暴雨漏报,浙南和东南沿海的暴雨空报,其主要原因:一是形势场和物理量场预报与实况有偏差;二是没有考虑到高低空系统呈后倾槽配置,暴雨倾向于出现在倒槽后部。低层弱冷空气迫使暖湿气流爬坡斜升,使暴雨落区偏北;三是没有结合中尺度模式来调整中尺度辐合中心的位置;四是没有根据特殊地形的抬升作用来调整暴雨落区。以上4点也是对此次数值预报暴雨落区进行订正的着眼点。     

新疆哈密“7·31”极端大暴雨过程成因分析

2018年7月31日哈密市出现了一次极端大暴雨天气过程,持续强降雨造成了重大人员伤亡和财产损失。利用NCEP再分析资料、地面常规气象观测资料、区域加密自动站降水资料和FY-2G红外云图TBB资料,对此次极端大暴雨进行诊断分析。结果表明:极端大暴雨发生在有利的大尺度环流背景下,南亚高压双体型建立,东部中心强且位置偏北,西太平洋副热带高压较常年明显偏西偏北;高低空急流在暴雨区上空垂直方向形成耦合形势,加强了暴雨区上升运动的维持和水汽的垂直输送;850～200 hPa强盛的偏南暖湿气流为暴雨提供了充足的水汽和动力条件;低层高温高湿,强风速辐合及特殊地形抬升触发对流不稳定产生,为极端大暴雨提供热力和不稳定能量条件;强降水发生在对流云团边缘TBB等值线密集的梯度最大区域,越接近TBB中心梯度最大处,雨强也越大。数值预报产品具有一定的预报能力,但对于降水落区及量级预报偏弱。     

基于多模式2015年江西省汛期区域性暴雨的检验

利用24 h降水实况资料和高空实况形势场资料、ECMWF模式形势场预报资料及ECMWF、JMA、T639模式降水预报资料,对2015年江西省汛期(4月上旬至7月上旬)区域性暴雨的时空分布特征进行分析,并对2015年江西省汛期区域性暴雨的影响系统和降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:ECMWF模式对江西省汛期暴雨天气系统的调整和演变具有一定的预报能力,如对副热带高压和西南急流的预报;但随着预报时效增加,预报误差增大。ECMWF模式预报的48 h和72 h副热带高压强度较实况明显偏弱,预报的副热带高压西脊点位置偏东,随着季节转变预报的副热带高压强度明显偏弱,其中24 h预报的准确率较高。ECMWF模式对高空槽的预报基本准确;ECMWF模式对切变线移动的总体预报效果较好,72 h预报的切变线移动偏慢;ECMWF模式对700 hPa西南急流强度的预报易偏弱,对850 hPa和925 hPa西南急流的预报易偏强;ECMWF模式预报的急流轴位置多数偏北;ECMWF模式对低层比湿的预报较实况偏强。随着预报时效临近,ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省汛期区域性暴雨的预报具有较强的调整能力;JMA模式预报的暴雨与实况最接近,表现出对雨带分布具有较强的预报性能,但对降水量级预报偏弱;ECMWF模式对降水强度的预报性能较好,预报的降水分布总体偏北;T639模式预报的主雨带范围较实况偏大,3个模式均存在对暴雨以上量级降水漏报的问题。     

基于多模式2015年江西省汛期区域性暴雨的检验

利用24 h降水实况资料和高空实况形势场资料、ECMWF模式形势场预报资料及ECMWF、JMA、T639模式降水预报资料,对2015年江西省汛期(4月上旬至7月上旬)区域性暴雨的时空分布特征进行分析,并对2015年江西省汛期区域性暴雨的影响系统和降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:ECMWF模式对江西省汛期暴雨天气系统的调整和演变具有一定的预报能力,如对副热带高压和西南急流的预报;但随着预报时效增加,预报误差增大。ECMWF模式预报的48 h和72 h副热带高压强度较实况明显偏弱,预报的副热带高压西脊点位置偏东,随着季节转变预报的副热带高压强度明显偏弱,其中24 h预报的准确率较高。ECMWF模式对高空槽的预报基本准确;ECMWF模式对切变线移动的总体预报效果较好,72 h预报的切变线移动偏慢;ECMWF模式对700 hPa西南急流强度的预报易偏弱,对850 hPa和925 hPa西南急流的预报易偏强;ECMWF模式预报的急流轴位置多数偏北;ECMWF模式对低层比湿的预报较实况偏强。随着预报时效临近,ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省汛期区域性暴雨的预报具有较强的调整能力;JMA模式预报的暴雨与实况最接近,表现出对雨带分布具有较强的预报性能,但对降水量级预报偏弱;ECMWF模式对降水强度的预报性能较好,预报的降水分布总体偏北;T639模式预报的主雨带范围较实况偏大,3个模式均存在对暴雨以上量级降水漏报的问题。     

台风"云娜"降水云区中单站大暴雨诊断分析和预报

在台风降水云区中,有的站点出现大暴雨,有的站点不出现大暴雨,这给单站预报带来难度。为了提高台风降水云区中单站大暴雨预报准确率,利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对2004年第14号强台风“云娜”在西进途中的多站点进行水汽来源、不稳定层结维持以及次生中尺度辐合等研究,并探讨单站大暴雨发生发展机制和不发生大暴雨的原因。研究表明:单站大暴雨发生的主要原因是有次级环流出现;站点200hPa为明显的负温度平流,850hPa为明显的正温度平流;站点高低层均为正涡度中心,且低层正值大于高层正值;站点散度场高低层都为负值中心,或高层为正值中心、低层为负值中心;站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa·s-1以下。另外,站点有源源不断的水汽供给与辐合;台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素值时大暴雨容易发生。     

豫北一次区域性大暴雨的数值模拟分析

利用NECP 1°×1°6 h再分析资料和WRF中尺度数值模式对2006年7月2-3日豫北区域性大暴雨过程进行数值模拟,并用模拟结果对该过程作中尺度分析.结果表明:暴雨中尺度系统发展和维持期间,基本上是强涡度区对应强辐合区,使得垂直对流运动发生发展,为强降水发生和持续提供了动力条件;θse值大小和实况降水强弱演变对应关系很好,θse值越大,实况降水越强,反之,实况降水越弱;豫北地区出现强降水时,水汽通量中心位于豫南且分布在西南急流轴上,豫中南部始终维持一条明显的水汽输送带,水汽被源源不断地输送到豫北地区;豫北地区处于明显的水汽辐合区,强辐合区有一自西向东的移动过程,与实况强降水过程演变趋势一致;大暴雨区域上空从低层到对流层顶层垂直螺旋度均为正值,且强降水时段与螺旋度最强时段对应关系很好,降水峰值与正螺旋度中心出现时间吻合.     

低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式,对2003年6月16日20:00~17日08:00云南楚雄等地大暴雨的中β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明:强降水中心与实况基本吻合,但模拟降水量比实况偏弱;中β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强,而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱,也就是说低层散度场的变化引起高层的变化;中β尺度系统的发展、增强、减弱过程,主要靠低层的正涡度制造;低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小,水汽的辐合主要取决于风场辐合,而平流输送则决定暴雨的持续时间;高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响,特别是在背风坡,上升运动均有所减弱,水汽呈弱的辐散。     

AREM模式对“04·08”豫中大暴雨的数值模拟和诊断分析

利用中尺度有限区域数值模式AREM,对2004年8月4日豫中一次大暴雨过程进行数值模拟和诊断分析。模拟结果表明：暴雨中心位于河南省中南部,中心强度达200 mm;高空冷平流南下,地面冷空气入侵,中低层有较强的辐合气流。模拟的暴雨落区与实况相一致,但中心强度较实况151 mm略大;模拟的环流形势也与实况环流形势一致。对模拟物理量诊断分析结果表明,在有利的垂直速度、散度场和比湿条件下,暴雨区中低空存在明显的水汽辐合,且水汽辐合区位于700 hPa及以下,强水汽辐合区位于900 hPa附近,从低层到高层较强的水汽辐合,暴雨区的水汽充分辐合上升,是造成此次大暴雨天气的主要原因。     

哈密市一次暴雨过程成因分析及数值预报检验

利用常规观测资料,EC—thin初始场资料,NCEP再分析资料,分析了2017年8月17—19日哈密市一次暴雨过程。结果表明,南亚高压双体型,中亚低槽东移南下的有利大尺度环流背景下,中、高、底层3支气流为暴雨提供了有利的动力及水汽条件,中尺度辐合与切变对降水起到积极作用。水汽来自西北、西南、东南3个方向。暴雨发生前各物理量表现为底层辐合上升,高层辐散下沉的动力配置;对EC细网格、T639数值预报模式降水量产品进行检验发现,EC细网格与T639总降水量产品的大雨预报准确率较高,EC细网格大尺度降水量产品预报准确率偏低,EC细网格降水量产品对暴雨落区没有预报能力,T639暴雨区预报与实况较为接近,但存在一定的偏差。     

华南前汛期强降水个例模式降水预报误差成因初探

2015年5月19—20日,华南出现一次暴雨过程。检验表明欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式(以下简称EC模式)预报的20日强降水落区在广东境内较实况明显偏北,高估了天气尺度系统附近的降水强度,漏报了其南侧暖区内中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)造成的降水,华东中尺度模式预报明显优于EC模式。利用高分辨率中尺度天气研究预报模式(以下简称WRF模式)对该暴雨过程进行了模拟,对比EC模式降水物理过程,初步探索了EC模式降水预报误差的成因,结果表明:20日位于广东暖区内的对流组织发展成MCS,并造成明显的低层冷池出流和中高层潜热加热,二者共同作用使得中低层气旋式环流在广东中东部发展,配合其南侧的强西南风水汽输送,在气旋式切变附近不断触发新的对流并南移使得广东中南部暖区内出现强降水,WRF模式能较好地模拟出该过程,而EC模式未能预报出暖区对流及其反馈,从而导致其漏报了广东中南部的强降水;EC模式预报的降水与天气尺度环流之间的正反馈进一步加大了降水的预报偏差。EC模式预报的20日白天的强降水主要位于华南北部切变线附近,且以层状云降水为主,降水产生的潜热使得对流层低层切变线附近减压更明显,预报的切变线辐合较分析场明显偏强,使得其预报的切变线附近降水较实况偏强。     

台风降水云区中单站强降水诊断分析和预报

实际工作表明,在台风降水云区中,有的站点有大暴雨、有的站点无大暴雨发生。这给单站预报带来较大难度。为了提高降水云区中单站大暴雨预报准确率,本文利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对登陆台风“云娜”在西进途中多站点进行水汽来源、不稳定层结的维持以及次生中尺度辐合等方面的研究,探讨单站大暴雨发生、发展机制和不发生大暴雨的成因。结果表明:单站有大暴雨发生的主要成因是有次级环流出现,如:站点上空∑θse(5 7 8)≥230℃。站点200 hPa为明显的负温度平流,850 hPa为明显的正温度平流。站点高低层均为正涡度中心,且低层的正值大于高层的正值。高低层散度都为负值中心;或高层为正值中心、低层为负值中心。站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa/s以下。站点需要有源源不断的充足水汽的供给和辐合。台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素时大暴雨易发生。     

2021年7月17日长江中下游地区β中尺度低涡及其模式预报不确定性分析

2021年7月16—17日,在大尺度鞍型背景场中长江中下游地区生成了准静止的β中尺度低涡系统,造成苏皖地区出现局地特大暴雨及雷暴大风天气。欧洲中心（EC）控制预报对低涡位置的描述较实况明显偏北,由此在降水预报中也呈现出较大偏差,给预报决策带来较大误导。采用EC控制和集合预报产品,并基于“预报挑战度（MFC）”和“可预报性演变指数（PHDX）”等客观方法对低涡及降水预报不确定性进行分析,并在此基础上探讨模式偏差成因,得到以下结论:（1）对流层低层低涡东侧西南气流和东南气流的辐合以及低空急流的水平涡度输送是低涡发展的主要动力因素,而低涡东侧和南侧降水的潜热释放则构成低涡发展的热力因素;（2）EC控制预报不同起报时次均出现低涡位置偏北及雨带预报偏北现象,其集合预报产品离散度无法覆盖实况降水,揭示了此次过程的低可预报性,MFC和PHDX则能够客观指示此次过程低可预报性;（3）前期模式对低涡南侧西南气流南风分量预报偏大及对东侧辐合区刻画偏北造成前期东段降水偏北,而后在潜热释放、低空急流与低涡正反馈机制影响下,偏北的降水区造成低涡进一步预报偏北,最终导致整个时段预报较观测呈现巨大差异。      

“软地形”数值预报模式及其在新疆暴雨预报中的应用

本文利用一改进的有限区域五层原始方程模式,引入一个“软地形”模型,对发生于塔里木盆地边缘等三次暴雨过程作了数值模拟试验,结果表明:在考虑地形后,降水量预报与实况更为接近,地形效应使降水多沿山区分布。低层偏东气流对暴雨有较大贡献,它不但可输送水汽到雨区上空,而且使低层产生辐合上升运动。从而说明:“软地形”数值模式除可较好地模拟新疆暴雨大尺度天气系统的演变,对降水预报,在区域和强度上也有一定的能力。     

超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

利用欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、美国全球预报系统(GFS)、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统(GRAPES_GFS)、上海区域中尺度数值预报业务系统(SMSWARMS)、以及浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)和浙江省快速更新同化预报系统(ZJWARRS)降水预报资料,开展了各模式对超强台风"利奇马"登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明:(1)过程降水预报方面,ECMWF对降水落区预报表现最佳,但对降水极值中心强度的预报技巧较低; 3个区域模式各有优势,其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致,SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好,但雨强偏弱。(2)对逐日降水预报技巧上,登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高,而临近登陆及登陆后区域模式表现较好;其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势,尤其ZJWARRS对0～3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。(3)对强降水致灾地区(永嘉、临海、临安)的短时降水预报方面,ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好,ZJWARRS与之接近,对多个降水中心的预报方面可互为补充;SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱;全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。(4)各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致"利奇马"预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说,ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。     

一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

多家数值产品沿海大暴雨预报性能检验

2010年8月4-5日和2010年8月21-22日两次天气过程都是在副热带高压外围产生的沿海大暴雨天气,利用多种资料,重点针对基层气象台(站)常用的几家数值模式产品,对两次暴雨过程从环流形势、影响系统、降水量要素等方面进行检验分析.结果表明:各家数值模式产品对暴雨定量预报有一定的预报能力,但降雨量级普遍偏小,对强降水中心的预报稳定性较差;在降水量级上,EC模式预报较准确,具有较高的参考价值.对产生暴雨天气影响系统位置和强度的预报,不同的数值模式有所差异;对西太平洋副热带高压的预报,T639模式和EC模式各时效预报脊点位置跟实况场一致,但强度较实况偏弱;但对高空槽和切变线的预报跟实况都有一定的偏差.因此在暴雨预报中需要在参考数值预报的基础上,结合强对流工具、实况加密资料、物理量场、相似个例和经验外推等其他辅助手段提高暴雨站点预报准确率,从而提升灾害性天气服务的效果.     

EC细网格对台风“尼伯特”影响苍南暴雨的分析应用

应用常规气象资料和EC细网格0. 125°×0. 125°数值预报产品,对1601号台风"尼伯特"影响苍南的大暴雨过程进行诊断分析,并检验EC细网格产品的预报效果。分析表明,EC细网格产品对苍南的降水预报能提前48 h以上;苍南位于台风倒槽曲率最大处,东南风急流的建立为水汽输送提供了动力条件,850h Pa水汽通量最大达20 g/(s·h Pa·cm);低层辐合和高层辐散配置有利于上升运动;台风登陆前后苍南地区850 h Pa垂直速度从-0. 2 Pa/s加强到-0. 6 Pa/s,之后又逐渐减小,与降水强度实况吻合;苍南西北部山区地形对台风影响的大暴雨过程起到增雨作用; EC细网格产品对台风大暴雨落区预报表现良好。通过台风个例分析,在应用细网格新资料对基层台站预报台风天气上积累一点经验,以提高台风风雨预报的准确性。     

基于CMA-TYM和SCMOC的嫩江流域暴雨检验北大核心CSCD

选取2021年嫩江流域9个暴雨日,利用降水融合产品,采用CRA空间检验,对区域台风数值预报系统(CMATYM)和国家级智能网格指导预报(SCMOC)20:00起报的24 h降水预报产品进行检验。结果表明:CMA-TYM和SCMOC预报的最大降水量位置均偏西、偏北,CMA-TYM和SCMOC预报的降水落区均偏西,但前者偏北,后者略偏南,SCMOC预报优于CMA-TYM。误差分析表明:CMA-TYM和SCMOC预报的暴雨落区最大降水量和平均降水量比实况偏小,格点数、面积较实况偏大,但整体上,CMA-TYM预报更接近实况。CRA空间检验显示,CMA-TYM预报的降水强度和落区形态、SCMOC预报的降水落区位置和形态较接近实况,具有一定指示意义。