大暴雨科研成果在业务上的检验及气象服务能力研究

张丽敏 刘靖楠 赵宇涵

摘  要：针对暴雨研究中个例分析类无法直接应用，应用类科研成果又与预报业务结合不够的现状，以2018年葫芦岛发生的两次大暴雨过程预报服务效果不佳的事实为例，将其环流形势和物理量与辽宁省暴雨专家团队的科研成果进行对比分析，目的是促进科研成果在预报业务上的检验和应用，以期对气象服务能力的提高探索出更优的结合点。研究发现，辽宁省暴雨专家团队的科研成果对小范围乡镇大暴雨仍然适用且指导性较强。葫芦岛两次大暴雨服务效果不佳的原因主要是数值预报结论有较大偏差、业务与科研脱节两者共同造成的。提高气象服务能力必须作为一个系统性的问题加以综合解决。

关键词：大暴雨;特征检验;服务能力

中图分类号：P4                    文献标识码：

暴雨是辽宁灾害中致灾率最高的灾害，辽宁西部地区又是辽宁省暴雨灾害出现频率最高的地区之一。对暴雨和辽宁西部暴雨已有许多研究成果，但研究内容多为个例诊断或对比分析，其普适性和实用性有限。辽宁省暴雨专家团队利用全省61个国家地面气象站54 a降水资料，选取60次区域性大暴雨过程对辽宁省大暴雨时空分布、背景场配置、物理量诊断等进行了详细研究，但对其结论的应用与订正鲜有报道。业务应用是科研成果可重复性的重要检验方法，科学研究应理论与应用并重，但应用类的需加强推广和实用。早在1983年就有气象工作者 提出需加强科研成果应用方面的研究，但直到目前，许多研究仍是停留在研究论文层面，重论文轻应用、重成果轻转化的倾向还十分普遍。在一定程度上，科研与业务不能很好结合已经明显影响了气象事业的发展，因此在业务中加强对科研成果的检验并有效应用十分必要。

葫芦岛地处辽宁西部，年平均降水量577 mm，以国家基本站数据统计的年均大暴雨日数不多（0.30～0.46 d），但绥中县永安乡（省级观测站）是辽宁省第二大降水中心，说明强降水多在小范围发生，因此迫切需要提升气象服务能力来弥补预报偏差，进而防灾减灾。

2018年葫芦岛累积降水量491.6 mm，7月24—26日（下简称“过程Ⅰ”）和8月13—15日（下简称“过程Ⅱ”）出现的两次大暴雨天气过程累积降雨量占全年总降雨量的37%。从预报服务情况来看，两次过程服务效果不佳。本文主要通过两次大暴雨天气过程来检验辽宁省暴雨专家团队的研究成果对地市级业务部门的适用性和指导性，推动科研与业务更好地结合，切实提高地市级气象服务能力和水平。

1  材料与方法

1.1  过程概况

从过程Ⅰ和过程Ⅱ的降水中心及大暴雨分布范围（图1）可以看出，两次过程降雨中心几乎无重叠，大暴雨覆盖范围大小相当，过程Ⅰ为47站次，过程Ⅱ为50站次，但过程Ⅱ累积雨量更大，最大降雨量达370.1 mm（绥中小庄子站），200 mm以上降水范围明显大于过程Ⅰ。过程Ⅰ的最大雨强为80.3 mm/h（建昌巴什罕站），過程Ⅱ最大雨强为69.3mm/h（兴城站）。葫芦岛市气象台依据辽宁省地方标准《气象灾害评估 第一部分：暴雨》将过程Ⅰ评估为二级暴雨灾害，属严重级别;过程Ⅱ评估为一级暴雨灾害，属特大级别。

两次强降水的预报服务偏差：过程Ⅰ的强降水出现时段比预报偏晚24小时以上，强降水落区预报为西部，实况为北部和东部，过程雨量和降水强度预报均偏弱;过程Ⅱ则仅预报出局部暴雨。

1.2  资料来源和研究方法

数据来源于葫芦岛地区141个气象观测站（4个国家气象观测站，137个省级气象观测站）逐小时降水数据，剔除数据不准确和不连续的站点14个，实际站点数127个。环流形势场及物理量统计数据来源于MICAPS实况数据。对比指标采用辽宁省暴雨专家团队孙欣等公开发表的科研成果。

从服务角度定义20个及以上站次降水量≥100 mm的降水过程为一次大暴雨过程。用MICAPS实况资料与辽宁省暴雨专家团队制作的大暴雨过程合成场（概念模型）对比，将两次大暴雨天气进行分型;统计两次过程表征水汽条件、热力条件和动力条件的物理量与辽宁省暴雨专家团队研究成果大暴雨物理量阈值对比，揭示科研成果对业务的指导强弱并挑选出指示意义强又简明实用的物理量，提高基层业务人员工作效率和服务时效;针对目前气象服务工作现状，研究服务能力建设方法，为弥补预报偏差，改善服务效果提供参考。

2  结果与分析

2.1  形势场对比

从两次大暴雨过程500 hPa环流形势场（见图2）可见，欧亚中高纬度地区均为两槽一脊型，极地或超极地冷空气南下与副热带高压边缘的暖湿空气交汇，形成强降水天气。两次过程均有热带气旋加入，对其背景场的配置和形势的发展贡献了热力和水汽条件。过程Ⅰ和过程Ⅱ均为贝湖阻高型。与概念模型相比，两次过程的作用机理十分吻合，不同的是，过程Ⅰ阻高位置偏东，副高偏强，呈块状分布，其西伸脊点偏西20º，过程Ⅱ副高位置也偏西10 º，这是由于2018年夏季副高异常偏西偏北导致的。

2.2  物理量对比

从两次天气过程物理量检验（表1）可以看出，比湿、850 hPa急流、和Qdiv都超过辽宁省暴雨专家团队的研究阈值，仅过程Ⅰ200 hPa未见明显急流，850 hPa与500 hPa温差略低于阈值，可能是因为研究地点没有探空站，风场资料和温度场数据采用距离最近的锦州站探空资料代替导致的。由此可见，辽宁省暴雨专家团队总结研制的大暴雨阈值对2018年葫芦岛两次大暴雨天气指导意义很强。

2.3  基层预报服务中物理量的选择

由于散度是涡度的制造项，是大量间的小差，很难计算准确，因此本文并未选用;假相当位温因其理论上假设在气团移动中该值不变的特性，使其作为一个综合物理量经常被广泛用于天气分析中，而实际上假设太多，实用性有限，但可以用假相当位温的垂直递减率来判断层结稳定度，例如可用850 hPa与500 hPa高度上的假相当位温差来表征;水汽通量散度数量级太小，仅能定性判断水汽的流失与积聚。因此，地市级业务人员在应用辽宁省暴雨专家团队研制的物理量指标中应首选比湿、急流、700 hPa垂直速度、850 hPa与500 hPa温差;其次选择假相当位温和水汽通量散度。

2.4  气象服务能力研究

当数值预报产品失误导致预报结论偏差较大时需要提高气象服务能力来弥补。气象行业归根到底是服务行业，服务能力的提高有两个方面，一是从供给侧改进，全体从业人员合力提高气象服务技术，二是从服务对象方面，实事求是地经常性科普，逐步提高服务对象的容错程度。气象服务能力建设见图3。

气象服务技术的落脚点是预报准确率，提高预报准确率的关键在于数值预报模式的研究和改进，这是科学家们需要攻克的科研难题，期待预报员的订正能力来提高预报准确率既不科学也不稳定。气象服务技术的本质是信息传递，信息传递的环节包括快速全面地获得数据、及时有效地处理数据、合成与分发数据组成的信息，而目前气象服务业务信息传递各个环节的支撑和保障力度不够，科学技术和综合性专业技术人才补给严重不足、标准规范化研究工作不到位的情况十分严重。地市级气象部门业务定位不清，服务能力建设没有得到足够重视。以本文两次大暴雨过程为例，环流形势和物理量指标均符合已研制出的科研成果，但由于科研与业务脱节，导致两次过程预报偏差较大，服务效果欠佳。当数值预报结论偏差较大时，服务重点是如何将损失和不满降到最低，目前的救急之法是滚动订正，频繁预警，根本之道在于各级气象部门合理定位和分工，不同岗位各自努力又协同合作，共同解决气象服务能力建设这个系统性问题。

3  结论与讨论

（1）2018年葫芦岛两次大暴雨天气过程的形成机制与辽宁省暴雨专家团队的研究结论十分吻合，物理量指标均达到或超过研究阈值，说明其科研成果对小范围大暴雨天气适用，且指导性很强。地市级业务人员在应用辽宁省暴雨专家团队研制的物理量指标中应首选比湿、急流、700hPa垂直速度、850hPa与500hPa温差;其次选择假相当位温和水汽通量散度。

（2）2018年葫芦岛两次大暴雨天气过程服务效果不佳的原因是数值预报产品失误、科研与业务脱节两者共同造成的。

（3）气象服务能力的提高需要从两方面进行，一是全体从业人员合力提高气象服务技术水平，二是客观地经常性科普，增强服务对象的容错能力。

（4）辽宁省暴雨专家团队科研成果是基于61个国家气象观测站，而本文的研究数据是以国家气象观测站和省级气象观测站为基础，大暴雨过程的定义也不同，因此其适用性和指导性的检验是必要而有意义的。

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