金华市一次暴雨过程成因及EC预报误差分析

单小明 李悦 丁霖

(1.金华市气象局，浙江 金华 321000；2.婺城区气象灾害防御中心，浙江 金华 321000)

0 引 言

暴雨是影响金华的重要灾害性天气，春夏季是暴雨频发季节，做好暴雨落区预报与暴雨精细化服务是减少灾害损失的重要支撑。近年来，数值模式对环流形势预报比较准确，但对天气系统的强度和移速预报还有偏差。且数值预报初始场存在不可避免的误差，其预报产品不能代表完全真实的大气。这就使得暴雨定点预报与具体降水量级预报难度很大。根据数值模式天气形势预报，只能确定暴雨可能落区，而具体的落区与降水量级，还需要根据高低空形势配置，结合中小尺度系统，地形来进行订正。郑丽娜等研究了低槽冷锋影响下暴雨落区分布，指出后倾槽的锋区中位于850 hPa以下的锋，锋后冷空气较弱，但对整个降水过程起到了抬升触发作用，暴雨区出现在低层锋区推进方向的前沿，即地面辐合线呈气旋性弯曲的流线密集处[1]。孙兴池等对地面倒槽暴雨的形成机制进行了研究，她发现在有冷暖气团相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是暴雨的主要落区，后倾槽时，锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后，暴雨趋向于出现在倒槽后部[2]。朱乾根等指出暴雨是由几种不同尺度的天气系统共同作用的结果且地形对暴雨分布起重要作用[6]。可见，高低空系统配置——前倾槽还是后倾槽，低层弱冷空气的触发斜升作用，地面中尺度系统的触发作用和地形影响对暴雨落区有决定性的作用。2018年5月7—8日出现在金华市的一次暴雨过程，EC暴雨落区出现偏差，而预报员过度依赖数值预报，导致此次暴雨漏报。通过分析此次暴雨过程成因及数值模式预报误差，提出暴雨落区预报订正着眼点，为预报员提高暴雨预报质量提供参考，也为精细化智能网格预报提供订正思路。

1 金华市2018年“5.7”暴雨概况及成因分析

1.1 2018年“5.7”暴雨概况

金华市属于典型的亚热带季风气候，春季短促，约两个月左右即进入夏季[3]。5月份到6月上旬，受切变线、低空低涡、倒槽等天气系统影响，容易出现暴雨，且伴有冰雹、短时强降水、雷暴大风等强对流天气。

2018年5月7日08时至8日08时，金华市出现暴雨天气过程(图1)，此次降水梯度大并伴有短时强降水。全市293个自动站中有66个站出现了暴雨，暴雨落区呈带状分布，主要位于金华市婺城区南部至义乌市南部、东阳市北部，最大降雨量出现在东阳市里西岗站，为89.3 mm。降水主要时段集中在7日17—23时，20时婺城区塔石乡1 h降雨47.9 mm，20—22时3 h降雨70.6 mm。

图1 2018年5月7日08时至8日08时金华市降雨量分布图(单位：mm)

1.2 大气环流背景及暴雨成因

2018年5月上旬，500 hPa欧亚地区中高纬为两槽一脊形势，贝加尔湖高压脊不断增强，脊前冷平流使我国东北至日本海一带大槽向南加深发展，逐渐与中低纬东移槽合并，环流经向度加大。7日20时，随着乌拉尔山至巴尔喀什湖一带大槽底部冷空气向南扩散加强，长江中下游低槽后西北风加大，槽后冷平流促使低槽加深发展(图2a)。

5日20时700 hPa与850 hPa上出现西南低空急流，急流轴随着引导气流逐渐东南移，水汽通道开始建立，7日20时，700 hPa低空急流中心位于广浙沿海一带，强度为16 m/s(图2b)；7日20时，低层受日本海低槽后部偏北路冷空气影响，低空切变线东移南压，金华市位于850 hPa冷切附近(图2c)，700 hPa切变线右侧，高低空系统配置呈后倾结构，同时金华市位于700 hPa低空急流左前侧强辐合区，暴雨的水汽与动力条件逐渐形成。受高空槽前正涡度平流影响，华南倒槽向江南发展加强(图2d)，倒槽顶部摩擦辐合作用加强了上升运动，浙北地区850 hPa以下层次基本转为偏北风，低层弱冷空气入侵，迫使暖湿气流爬坡斜升形成降水；金华市南部地区出现地面中尺度辐合中心(图2d)，起到了抬升触发作用，产生了中尺度的上升运动，使降水强度进一步加大。

高空200 hPa，随着环流经向度逐渐加大，高空急流轴逆时针旋转，西段东南压，7日20时，高空急流中心风速达56 m/s，金华市位于高空急流入口区右侧强辐散区(图略)，有利于天气尺度系统发展，同时高低空急流耦合，形成强烈的抽吸作用，上升运动加强。

综上所述，由于中高层受西北路冷空气影响，中低纬低槽发展，而低层受偏北路冷空气影响，切变线东移南压，西南暖湿气流在浙西南至东北一带与冷空气交汇形成降水，高低空急流耦合，江南倒槽、低层弱冷空气及地面中尺度辐合中心的抬升触发作用加强了此次降水。

(a:500 hPa高度场、温度场与风场 b:700 hPa风场灰色双实线为切变线，黑色箭头为低空急流c:850 hPa风场 d:海平面气压场4条流线指向中尺度辐合中心)图2 2018年5月7日20时环流形势

2 数值预报(EC)误差分析及订正着眼点

2.1 数值预报误差分析

选取EC数值模式5月6日20时起报的，预报时效为24与36 h的预报数据，从EC预报的7日08时至8日08时24 h降水量(图3a)来看：EC暴雨落区预报明显偏东偏南，位于浙东南沿海一带，预报金华市降水量最大值仅为30 mm。实况(图3b)是金华市、绍兴市、宁波北部一带出现大范围暴雨，暴雨漏报；而浙东南沿海一带普降中到大雨，最大降雨量平阳44.8 mm，暴雨空报。

从天气形势预报来看，EC 7日20时预报场环流形势与实况基本一致；200 hPa高空急流的位置与强度也基本一致；700 hPa风向风速预报也较准确，分析出的切变线与低空急流的位置与实况基本一致(图略)；但850 hPa预报场上偏北风的强度偏弱，切变南压移速偏慢，切变线偏弱(图3c)；925 hPa预报场上中尺度辐合中心的位置位于浙江西南角，比实况偏南1°(图3e)；海平面气压预报场与实况基本接近(图略)。从物理量场来分析，EC预报850 hPa水汽通量辐合区域位于浙东沿海与浙西南地区，较实况范围偏大，且最强中心达-2.0×10-3g/(cm2· hPa·s)，远大于实际的-1.2×10-5g/(cm2· hPa·s)(图3d)；700 hPa比湿预报与实况基本一致，浙江省大部分地区达到8 g/kg(图略)，达到了暴雨水汽含量标准；假相当位温能量舌的位置与实况接近，位于浙东南沿海一带(图略)。

综上所述，850 hPa偏北风及切变线强度偏弱，中尺度辐合中心位置偏南，水汽通量辐合强度及区域偏大是EC形势场和物理量场预报的主要偏差。这些偏差导致预报员在实际分析过程中可能出现如下失误：一是容易忽略低层偏北风冷垫迫使暖湿气流爬坡斜升的作用；二是直接根据EC预报的有偏差的中尺度辐合中心定暴雨落区；三是根据水汽通量辐合强度和区域定降水落区，使降水偏强、落区偏大。

图3 a:6日20时起报的7日08时至8日08时24 h降水量 b：7日08时至8日08时24 h降水实况c：6日20时起报的7日20时850 hPa风场与实况对比图 d：6日20时起报的7日20时850 hPa水汽通量散度与实况对比图 e：6日20时起报的7日20时925 hPa中尺度辐合中心与实况对比图 f:7日20时θse沿850 hPa切变线垂直方向空间垂直剖面图

2.2 订正着眼点

EC预报的大尺度环流背景与实况基本一致，从大尺度动力条件来分析，降水主要落区应位于500 hPa高空槽前、低空急流与850 hPa切变线之间，地面倒槽顶端第一象限，即位于浙东南沿海一带；从水汽、热力条件来看，降水主要落区应该位于水汽通量辐合区与假相当位温能量舌所在区域，也位于浙东南沿海一带。因此，在此次降水落区预报中，EC将暴雨落区定在了浙东南沿海一带。

以上考虑有合理的一面，但也有不全面的因素：一是没有考虑高低空系统呈后倾槽配置。结合高低层系统的位置以及7日20时θse实况沿850 hPa切变线垂直方向的空间垂直剖面图(图3f)可以发现，高能舌向北凸起，上升运动向北倾斜，低层锋区抬升作用导致强上升运动出现在锋后，暴雨趋向于出现在倒槽顶后部(浙中)，而不是倒槽顶端第一象限(浙东南)。二是从风场分析来看，强降水发生时，浙北地区850 hPa及以下层次基本转为偏北风，低层弱冷空气的入侵迫使暖湿气流爬坡斜升，这使得降水落区偏离水汽辐合中心，而位于其西北侧；三是地形对暴雨的影响也不可忽略，此次暴雨落区正好位于平原与山脉的过渡区，这也符合暴雨极值的分布特征[6]；四是从金华市的气候特征来看，5月份是金华市易出现强对流的月份，暴雨落区预报不仅仅要考虑大尺度环流背景，也需要考虑在大尺度环流形势下激发产生的中尺度天气系统，此次金华市暴雨的中尺度上升运动主要是由地面中尺度辐合中心触发的，其出现位置及下游地带都可能出现暴雨，因此在分析暴雨中尺度系统时，不能仅仅依靠一种数值模式预报，还应该参考中尺度天气预报模式对其位置进行订正。

因此，根据EC模式预报定暴雨落区时，首先应该确定高低空天气系统配置情况，做出中分析图来确定暴雨主要落区。当有冷暖空气相互作用时，冷、暖空气在水汽、热力、动力各方面的作用均要考虑，尤其不能忽视低层浅薄冷空气的抬升作用。同时应该结合多家中尺度模式来综合分析中尺度系统的位置和强度，另外地形对暴雨的影响也要考虑进去。

3 结 语

1)此次暴雨落区沿850 hPa切变线走向呈带状分布，高低空系统呈后倾槽结构，降水主要位于850 hPa切变线附近，地面倒槽顶后部。

2)从此次暴雨成因分析中，得出以下结论，低层弱冷空气入侵路径及强度决定了切变线的强度和移动速度，且为斜升不稳定提供了动力条件，对整个降水过程起到了抬升触发作用；低空急流的建立为暴雨区输送了充分的水汽和不稳定能量，与高空急流的耦合作用加强了上升运动，增强了降水；江南倒槽及地面中尺度辐合中心的抬升触发作用对暴雨落区分布起重要作用。

3)EC预报场中，暴雨落区比实况偏东偏南，部分原因是由于形势场预报偏差，即预报场中低层冷空气强度偏弱，850 hPa切变线偏弱，地面中尺度辐合中心位置偏南，导致分析的动力条件浙东南优于浙中地区。

4)在此种类型暴雨预报中，需要结合其他中尺度模式来订正暴雨中尺度系统的位置，同时应根据高低空系统呈后倾槽配置，低层弱冷空气迫使暖湿气流爬坡斜升及地形条件来调整暴雨落区预报。