黑龙江省暴雨预报失误分析

（黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨 150030)

1 引言

近年来，随着数值预报发展，一般性天气预报准确率越来越高，预报员的作用和能力更多体现在灾害性天气预报中。东北地区产生暴雨的中纬度高空影响系统主要为低涡（切变）北上和冷涡（低槽）东移两类[1]，黑龙江省区域性暴雨（某日内≥3 个国家站）仅占总暴雨日数24.5%，总体来看暴雨具有较强的突发性和局地性，以短时强降雨为主。暴雨提前预报预警、尤其是落区预报一直是预报员工作中的重点和难点[2]，对灾害性天气失误总结是提高预报质量的一个重要方向[3－5]。2016 年7 月下旬，黑龙江省一次暴雨天气，在降水区域和时段的预报上都出现明显偏差，本文利用常规观测资料、NECP 1*1 再分析资料等对这次过程进行分析，同时讨论预报员日常工作中应用的数值预报产品（EC、Japan、T639）在本次过程表现，分析失误原因，为以后类似的预报提供参考。

2 天气回顾与预报情况

2.1 天气回顾

2016 年7 月23－24 日，黑龙江省中部地区出现较大降雨：175 个乡镇大雨，31 个乡镇暴雨，其中有2个国家站（通河、桦川）暴雨，16 个国家站大雨。大雨以上降水主要分布在哈尔滨东部、佳木斯、鹤岗等地市，其它地区在中雨以下，其中西部和东南部部分地区没有降水 （图1a）。较大降雨主要出现在24 日白天。

2.2 预报情况

预报中，21 日起报大雨以上在黑龙江省西部和中部偏南地区，22 日略有调整，23 日起报范围缩小，仅黑河、伊春南部、绥化北部、哈尔滨北部大雨,局部暴雨，西南部和东南部均为小雨，其它地区以中雨为主。

2.3 预报与实况对比

从实况和预报对比可以看到，一方面是主要降水区（大雨和暴雨）失误，实况较预报区域明显偏东，而在预报的主要降水区无降水或降水较弱（图1）；另一方面是强降水出现时段误差，预报考虑大雨和暴雨出现在23 日夜间，而降水集中时段在24 日14－20时（图1b）。为方便起见，将预报的大雨以上区域称为Ⅰ区，将实际出现的大雨以上区域称为Ⅱ区，其中哈尔滨东南部虽然雨量稍大，但以连续性降雨为主，与预报偏差不大，下文中不予讨论。

3 过程回顾

3.1 天气形势场演变

图1 降水实况图 2016 年（a） 7 月23 日20 时-24 日20 时,（b）7 月24 日14-20 时降水实况

从500 hPa 上看，副高与日本海到库页岛附近的高压脊打通，22 日黑龙江省为东高西低形势。贝加尔湖与黑龙江省间槽加强，受东阻影响移动缓慢，于23日20 时形成低涡，涡中心位于116°E、56°N，地面低压中心位于120.9°E、51.2°N，暖锋在吉林与黑龙江交界。随后，低压逐渐减弱并向东北-偏东移动，至24日20 时地面低压中心移至大兴安岭以北，高低空系统中心近于重合，500 hPa 槽、冷锋移至黑龙江省中部地区（图略）。

数值预报形势场（EC、JAPAN19 日始；GRAPESMESO21 日始）一直相对稳定，低涡和低压中心、风场均与实况接近，但850 hPa 切变和槽的位置略有调整，22 日20 时EC 预报23 日20 时Ⅰ区850 hPa 有弱辐合，23 日08 时分析场上，Ⅰ区以南850 hPa 有切变，且系统总体移动缓慢。因此Ⅰ区在夜间有强降水出现的可能（图略）。

3.2 冷暖空气活动

在中高纬，21 日贝加尔湖东北有冷空气逐渐南下，其前部暖空气脊北上到黑龙江省西部地区，EC和T639 预报中，23 日夜间850 hPa 暖脊自黑龙江省西南北上，暖锋区略加强；对应地面暖锋从齐齐哈尔南部向北抬。23 日20 时预报850 hPa 锋区加强，地面暖锋弱锋生，因此，随着低层暖锋区和地面暖锋北抬，在暖锋附近（Ⅰ区）夜间有出现较大降水的可能，这也是黑龙江省一种比较典型的成片大雨、局地暴雨形势[6]。而黑龙江省东部地区与锋面较远，预报主要以连续性小雨为主。

3.3 水汽条件

从水汽预报来看，22 日20 时到23 日08 时黑龙江省中南部（Ⅰ区和Ⅱ区）大部850 hPa 到地面rh＞80%，其中Ⅰ区大部q＞12 g·kg-1,700 hPa 以下T-Td＜4 ℃，说明23 日本地水汽条件较好；但从水汽输送来看，22 日20 日EC 预报在内蒙东部附近850 hPa rh＜40%，同层次预报为西南风，黑龙江省西南部水汽输送相对较差。

3.4 各家模式的降水预报比较

降水区域虽然略有调整 （图略），但EC-thin 从21 日20 时起预报23 日夜间在Ⅰ区附近有大雨，局部雨量超过50 mm（最大降水量78 mm），而东部地区（Ⅱ区）则以小雨或者中雨为主；而T639 和日本模式大雨以上降水也在Ⅰ区，中央台指导预报大雨及暴雨区域与图1 相似。总体来说数值预报和指导预报对Ⅰ区降水预报较大，而对Ⅱ区以中雨以下量级为主。

3.5 综合分析

由实况及预报场分析看，23 日夜间，低涡在东南部的切变线北抬，与地面暖锋相配合，暖锋在前半夜会有所加强在Ⅰ区造成明显降水天气，这也是东北冷涡容易出现暴雨的位置[7]；但是，由于Ⅰ区水汽输送条件较差，以本地的水汽为主，因此强降水、尤其是暴雨区域不会太大，且持续时间不会太长，所以在Ⅰ区预报大雨，局地暴雨。而Ⅱ区则一直处在低涡和地面低压东南部，且离中心较远，因此以阴天和连续性雨为主，无强降水，预报中雨或小雨。

4 实际天气演变

4.1 Ⅰ区未出现暴雨原因分析

4.1.1 形势场变化-切变线的迅速北抬

在23 日08 时925、850 hPa 上，低涡东南部内蒙古、吉林、黑龙江三省交界附近有弱西南风与南-东南风切变，槽后冷空气继续南下，东南部切变线随着槽前暖空气北上而北抬，并略有发展，20 时后抬至Ⅰ区附近（47-48°N），槽前低层700 hPa 以下前期有θse 暖湿舌，且CAPE>1800 J·kg-1（图略），因此认为夜间系统北抬，在切变线附近短时强降水出现的可能性较大。但从实况来看，由于低层暖空气较强，且北上速度快，至20 时，切变线已经北抬至49°N，低层切变线以南为一致西南风，有水汽输送，但暖锋区宽广，地面和对流层低层均无明显辐合线。

4.1.2 物理量分析

图2 2016 年7 月23 日20 时沿48°N 经向-高度剖面图

从23 日20 时的经向-高度剖面图来看，Ⅰ区（126-127°N） 附近，且低层暖平流较强 （图（图2b），因此Ⅰ区大气为不稳定层结；从20 时水汽条件来看，Ⅰ区虽然大气可降水量>40 mm，低层相对湿度也在90%以上但800 hPa 以上，相对湿度迅速减小（图2a），同时，水汽通量散度>0（图略），说明Ⅰ区虽然近地面水汽条件较好，但没有明显水汽辐合，水汽条件不利于强降水出现；从20 时抬升条件来看，Ⅰ区垂直方向上没有明显低层辐合或高空辐散（图2a），且700 hPa 以下为下沉运动(图2b)；对流有效位能CAPE<800 J·kg-1。

在23 日20 时探空图上，Ⅰ区西部的嫩江站有一定的不稳定能量，但由于低层无强抬升作用和上升运动相配合，因此没有造成强降水（图略）

4.1.3 Ⅰ区综合分析

从前面分析可以看到，对于Ⅰ区：大气层结条件较好，低层大气高能高湿，存在不稳定能量，有西南风水汽输送，有利于当地出现强降水；但同时也存在着不利条件：Ⅰ区水汽主要集中在低层，无明显水汽辐合；从触发条件来看，低层无辐合线，整层大气为弱辐散，在水汽相对好的层次（700 hPa 以下）和不稳定能量较高的层次为下沉运动，不利于水汽辐合和能量释放。因此，由于Ⅰ区缺乏低层触发和抬升条件，导致了23 日夜间Ⅰ区没有强降水、甚至部分地区无降水出现。

4.2 Ⅱ区失误分析

Ⅱ区降水时段分为两部分，23 日夜间主要是黑龙江省中东部大部的小雨和中雨，降水的性质与量级与预报偏差不大。第二段是24 日14-20 时出现的强对流降水（图1b），这是Ⅱ区预报中出现失误的主要区域和时段。

4.2.1 形势场变化-天空状况预报失误和地面中尺度辐合线生成

23 日夜间，Ⅱ区预报有降水，因此考虑24 日空气湿度较大，且依然处于槽前西南气流中，有水汽输送和弱上升运动，预报Ⅱ区24 日上午天气以阴为主，伴有小雨或阵雨，气温上升缓慢且均匀，热力因子不利于下午出现对流性天气。但24 日上午，Ⅱ区部分地方出现了多云甚至晴天，近地面辐射加热作用较强，在相对湿度较大的情况下，仍有6 ℃左右升温。地面不均匀升温造成局地加热为下午生成中尺度辐合线提供了基础。

在14 时地面图上，通河南部有偏南风和偏东风中尺度辐合线生成，并于15-16 时在辐合线附近产生短时强降水（其中通河达47.8 mm/h），随后辐合线迅速减弱，17 时左右在佳木斯附近再次有辐合线生成，并产生强降水。因此，局地加热产生的中尺度辐合线为该区域强降水提供了触发条件。

4.2.2 物理量分析

图3 2016 年7 月24 日14、20 时假相当位温（阴影，单位：℃）与垂直速度（黑色等值线，单位：10-4 hPa·s-1）、水平风场(箭矢线，单位：m/s)经向-高度剖面图(a)24 日14 时，46°N；(b)24 日20 时，47°N

沿着两个暴雨点通河（128.7°E，46.0°N）和桦川（130.7°E，47.0°N）分别做强降水时次的经向-高度剖面图（图3），可以看到垂直方向上都有，说明大气具有不稳定层结。从水汽条件来看，Ⅱ区的大气可降水量>50 mm；低层相对湿度也在90%以上，600 hPa 相对湿度仍然在70%，湿层较厚；24 日14 时有较强水汽辐合，20 时辐合区向东移动，与强降水出现区域对应较好（图略）。从抬升条件来看，14 时在通河附近（图3a）、20 时在桦川附近（图3b）均为上升运动，其中14 时通河上升运动较强，850-450 hPa 间有40*10-4hPa·s-1上升运动中心，这可能是当地低层弱辐合引起上升运动略有加强，而桦川附近20 时上升运动相对较小，强降水趋于结束。另外，在Ⅱ区附近对流有效位能CAPE>1800 J·kg-1（图略），说明当地对流潜势较好。

从24 日08 时探空图上看，Ⅱ区附近探空站均有不稳定能量，与低层辐合线相配合，因此有出现强对流天气的可能（图略）。

4.2.3 雷达图分析

在雷达图上（图略），通河附近有多个10-15 km的对流单体呈近南北走向线状排列，由于线状回波带与回波移动方向有一定夹角（约30°），因此导致通河强降水维持时间大于线状对流本身垂直移过本站时间。在速度图上，通河附近出现速度模糊，1.5°仰角（约4 km）上风速中心近45 m/s，存在明显风速辐合，对流发展旺盛。因此通河出现了局地强降水，但范围不大。

4.2.4 Ⅱ区综合分析

对于24 日下午Ⅱ区，从层结条件和不稳定能量来看，具有不稳定层结且对流有效位能较高，低层高能高湿；从触发及抬升条件来看，低层有中尺度辐合线，垂直方向上有较强上升运动，有利于不稳定能量释放；本地水汽条件较好，中低层有明显的水汽辐合，但输送条件略差。从各要素配置来看，Ⅱ区有利于出现短时强降水天气，以局地强降水为主，不会出现大范围强降水。桦川附近也出现了强回波，但持续时间和强度均较通河弱，因此降水也较通河略弱。

4.3 Ⅰ区和Ⅱ区的对比分析

从天气形势来看，Ⅰ区和Ⅱ区均处于低涡东南部槽前，低层高能高湿，具有不稳定层结，大气中存在不稳定能量，且有西南或偏南风水汽输送，均有出现强降水的潜势。

Ⅰ区出现失误的原因，主要是切变线弱且移动快，无明显触发和抬升条件，水汽辐合较差，因此，没有形成强降水；需要注意的是，水汽辐合和动力条件有正反馈的作用，Ⅰ区如果有切变线，一方面由于风场气旋式切变产生水汽辐合，另一方面切变线附近的上升运动也将导致水汽垂直方向传输，湿层深厚，水汽条件转好。因此，Ⅰ区降水失误主要原因是对切变线预报失误造成的。

Ⅱ区出现失误的主要原因是由于对上午天空状况判断失误，导致对局地加热导致的变化考虑不足，所以没有预报出局地强降水。

4.4 数值预报变化

从本次过程来看，在形势场上，数值预报对于低涡、地面低压生成、发展、中心位置及槽线移动均与实况相近，但是在23 日20 时暖空气北上强度和速度上存在偏差，因此切变出现位置及强度出现偏差。从形势场上和物理量来看，EC-thin 的3 h 预报在23日20 时-24 日02 时的925 hPa 上仍预报在Ⅰ区切变线北抬，但暖锋区没有加强（图略）。

从降水预报来看，到了23 日20 时起报场上，虽然降水区略向东调整，EC-thin 较大降水仍偏西且较Ⅰ区略偏南，实际出现大雨、局部暴雨地区（Ⅱ区）预报降水量仍然偏小；日本虽然较22 日20 时起报的大降水预报区域略偏东，但与实际大降水区域 （Ⅱ区）相比位置相对偏西偏北。这说明本次过程中不确定因素较多，数值预报产品在降水预报中有一定的偏差。

5 小结

本文对2016 年7 月23-24 日大雨、局地暴雨进行讨论，分析预报过程，并对大雨及以上降雨空报和漏报失误原因进行分析，发现虽然总体来看，数值预报偏差不大，但细节不同导致了降水区域和主要降水时段出现了明显偏差。分析认为：

对于空报的Ⅰ区和漏报的Ⅱ区，二者都处在相同天气背景下，均位于高空涡东南部槽前不稳定层结大气中，低层大气高能高湿，槽前西南风引导水汽北上，本地具有强降水潜势；

Ⅰ区没有出现暴雨的原因主要是动力条件较预期差，缺乏触发和抬升条件；其次是水汽辐合不明显；

Ⅱ区出现短时强降水直接原因是因为地面有中尺度辐合线生成，中尺度辐合线触发对流，导致不稳定能量释放，产生强降水；

Ⅱ区出现了预期外的中尺度辐合线是由于局地加热不均匀引起的。