一次持续性强降水过程不同尺度分析

马琴　蔡海朝　刘久国

摘要 2017年6月23日至7月1日娄底市出现了罕见的持续性强降水，分析总结了此次过程的成因及极端性，并检验了当地中尺度客观预报产品。研究结果表明：（1）此次降水持续时间长、降水强度大;（2）副高位置异常是造成强降水持续的原因之一;（3）ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）数值模式降水预报较差;（4）当地客观预报产品能够有效地从大尺度系统中分离放大出中尺度系统，但对模式产品中的中尺度信息依赖性较大，易出现虚假系统。

关键词 强降水;中尺度;客观预报产品;模式

中图分类号：P426.6 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0110–04

0 引言

大气运动具有多尺度性，实际气象场是由多种空间尺度的波动系统叠加而成的[1]。其中大尺度系统为中小尺度系统提供条件和环境场，而中小尺度系统是对大尺度系统的一种扰动，是直接形成暴雨和强对流天气的天气系统[2-4]。目前，EC模式仅提供了大尺度信息和基本的中尺度信息，但缺乏直接客观的流场、散度场等产品，为此自主开发了中尺度客观预报产品，以提高本地暴雨预报技术，更好地预防和防止洪涝灾害损失。本文选用2017年6月23日至7月1日娄底市出现的持续性强降水过程，对其成因和极端性进行分析总结，并对该中尺度客观预报产品进行检验。

1 降水实况

6月23日—7月1日娄底市出现了连续性强降水过程，主要有3大特点：（1）持续时间长，6月23日至7月1日共计8天。其中23日凌晨在娄底市的中西部出现了强对流性降水;24—25日随着副高南撤，自北向南出现在大暴雨过程;26—28日，雨带基本维持在湘中稍偏南（邵阳-娄底东南部-湘潭）一線，在娄底市南部出现了连续性暴雨;6月29日—7月1日晚副高加强北抬，雨区又从西北向东南移经娄底市，出现了暴雨到大暴雨过程。（2）降水强度大，暴雨中心在湘中一线反复摆动，小时最大雨量达65.9 mm（涟源安平）。（3）降水总量大，雨量200 mm以上达183站，大于300 mm有137站，22站累积降水超过500 mm（涟源安平923.5 mm、涟源桥头河903 mm、新化科头683.8 mm）;国家基本站降水量分别为253.8 mm（双峰）、472.8 mm（新化），平均达到376.8 mm，比历年同期偏多411%（图1）。

2 成因分析

2.1 500 hPa环流场

6月22日至25日暴雨过程的第一阶段，高纬的阻塞高压脊向北延伸，脊前的东北低槽东移加深，其尾部深入黄淮地区一带;中纬（25°N～35°N）附近为平直西风气流，其上多短波槽东移影响，槽后有弱冷平流扩散南下至长江流域地区;低纬地区副高脊线稳定少动，导致了强雨带滞留在娄底市（图2）。从6月25日20：00开始高纬地区的阻塞高压脊出现了明显减弱或崩溃，此时西伯利亚冷空气向南侵入，这是产生强暴雨过程的必要条件之一;中纬东北地区横槽转竖，这也是暴雨过程的典型标志，高原东部也有一低槽东移;低纬副高基本维持在23°N附近，导致强降水维持[5-7]。6月28日20：00开始，高纬地区的阻塞高压崩溃，逐渐被宽广的槽区替代;中纬地区有一深厚低槽发展，娄底市处于低槽前部强盛西南暖湿急流带中，随着低纬副高的南北摆动，强降水区也来回摆动，并呈现东北—西南走向。

2.2 850 hPa风场

第一阶段，自6月22日20：00起，850 hPa西南风逐渐增强，23日20：00切变线主要位于湘中偏北地区，强降雨带自南向北发展，强降水主要发生在暖区（图3左）。24日至25日随着副高的南退，切变线缓慢南压，低空强盛西南气流供给的充足水汽，造成了娄底市的强降水发生。第二阶段，强降水落区和强度相较于第一阶段均有所减弱，由于850 hPa的切变线主要位于湘中以南，呈东北—西南向，导致娄底市东南部地区降水相对其他地区较强（图3中）。第三阶段，受西南低涡东移影响，娄底市自西北向东南出现暴雨;由于水汽条件充足，西南急流强盛，低涡移动缓慢，导致此次暴雨（大暴雨）过程相较于前2个阶段的降水强度更强，范围更大（图3右）。

2.3 物理量场

由表1可以看出：（1）第一阶段，怀化能量较强时段为22日夜间至23日白天，23日夜间有所减弱，24日白天又有所加强;这与娄底市的强降水时段比较吻合。（2）第三阶段，娄底市强降水时段为6月29日至30日夜间，从能量参数的时序演变中也可以看出29日前不稳定能量逐渐积累，在30日夜间达到最大值。通过对比2个时间段可以发现，第一阶段的K指数和对流有效位能明显高于第三阶段，这说明第一阶段的降水主要以短时强降水为主，第三阶段主要是系统性降水，与实况相符。

3 中尺度客观预报产品检验

本地客观预报产品是基于EC模式产品开发，对模式中的大尺度系统和中尺度扰动通过客观分析后，保留了中α尺度信息，并将其特征放大，为预报员提供暴雨预报的客观参考。针对此次持续性强降水过程，选取具有代表性的2个时次进行检验分析，分别是22日至23日暖区降水、24日至25日系统性降水。

22日20：00至23日20：00，暴雨及以上强降水主要发生在湘中偏北地区和湘西南，大暴雨集中在湘东北（图4a）。通过观察EC模式大尺度流场发现，除了湘西低涡被有效模拟，其他地方的强降水系统仍无法预测（图4b）。而从本地客观预报产品可以看出：（1）湘东北、湘西南地区有明显的辐合中心;（2）落区仍略有偏差，但对暖区降水有显著的指示作用;（3）有效判别中尺度流场（图4c）。

23日20：00至25日20：00，强雨带随着切变系统自北向南发展（图5a和图5d）。随着预报时效的接近，EC模式对暴雨系统位置的预报越来越准确，但位置有所偏北，无法甄别大暴雨落区（图5b和图5e）。而通过对比本地客观预报产品，可以发现：（1）对暴雨落区具有更强的指示作用，但降水落区预报偏北，主要是由于本地客观预报产品是基于EC模式产品开发，而若EC模式中的中尺度信息与实况偏差较大，客观预报产品也会出现较大的偏差;（2）能够有效地甄别100 mm以上的强降水落区;（3）在湘南等地出现虚假系统，这对如何有效地选择降水系统，带来了一定的困难。

4 总结与展望

4.1 主要结论

通过分析此次持续性强降水过程，主要得到以下结论：

（1）此次过程持续时间长、降水强度大、降水总量多，是有观测资料以来最强的一次降水过程，给娄底市带来了严重的洪涝等灾害。

（2）该过程的3个阶段降水性质有所区别，与副高位置有较大关联：前两次过程（6月22至27日）副高位置相较于常年较为稳定，基本上维持在23°N～25°N附近，是造成强降水持续的原因之一;6月28至7月1日强降水落区则随着低纬副高的西进东退而南北摆动，并呈现东北—西南走向。

（3）第一阶段和第三阶段的降水强度较大，K指数和CAPE值均较大，且湿层深厚，中低层西南气流较强，为强降水的发生提供了充足的水汽和动力条件。而通過对比2个时间段发现，第一阶段的K指数和对流有效位能明显高于第三阶段，这说明第一阶段的降水主要以短时强降水为主，第三阶段主要是系统性降水，与实况相符。

（4）EC和T639模式对于此次过程的预报偏差较大，尤其是第一阶段的22日至23日，以及第三阶段降水;强降水落区预报整体偏北。

（5）本地客观预报产品为预报员的暴雨预报，提供了强有力的客观参考：①对强降水落区（尤其是降雨量≥100 mm），具有较好的指示作用;②对暖区降水有显著的指示作用;③能有效地从大尺度系统中分离放大出中尺度系统。

4.2 问题与展望

通过对比检验可以看到，本地客观预报产品对提高预报员预报能力提供了依靠，但仍存在一些问题：（1）该产品基于EC产品建立，对模式产品中的中尺度信息依赖性较大，易出现虚假系统;（2）预报的强降水时间有所偏差;（3）无法预报暖区的局地性强降水;（4）当前该产品建立了3套方案进行对比筛选，为提高强降水预报提供了可靠、客观的手段。

参考文献

[1] 孙田文， 杜继稳， 张弘，等. 突发性暴雨中尺度分离对比分析[J]. 气象科技， 2004， 32（2）：65-70.

[2] 张红， 杨福全. 暴雨中不同尺度天气系统的分离及其相互作用[J]. 北京大学学报（自然科学版）， 1997（1）：79-86.

[3] 杨国祥.中小尺度天气学[M].北京：气象出版社， 1983.

[4] 陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社， 1980.

[5] 陆尔，丁一汇，李月洪.1991年江淮特大暴雨的位涡分析与冷空气活动[J].应用气象学报，1994（3）：266-274.

[6] 王晓芳， 黄华丽， 黄治勇. 2010年5—6月南方持续性暴雨的成因分析[J]. 气象， 2011， 37（10）：1206-1215.

[7] 周慧， 蔡荣辉， 尹冬德，等. 2016年7月湖南一次极端持续性暴雨成因分析[J]. 干旱气象， 2018， 36（1）：56-63.

责任编辑：黄艳飞

Different Scale Analysis of a Continuous Heavy Precipitation Process

MA Qin et al（Loudi Meteorological Obse-rvatory， Loudi， Hunan 417000）

Abstract The large-scale system provided conditions and environmental fields for the small and medium-sized system. The small and medium-sized system was a disturbance to the large-scale system and a weather system that directly formed rainstorm and strong convective weather. From June 23 to July 1， 2017， there was a rare continuous heavy rainfall in Loudi city. This paper analyzed and summarized the causes and extremes of this process; The local mesoscale objective prediction products were tested. The results showed that： （1）The precipitation duration was long and the precipitation intensity was high; （2）The abnormal position of the subtropical high was one of the reasons for the persistence of heavy precipitation; （3）The precipitation forecast of ECMWF （European Centre for medium range weather forecasts） numerical model was poor; （4）Local objective prediction products can effectively separate and amplify the mesoscale system from the large-scale system， but they were highly dependent on the mesoscale information in the model products and were prone to false systems.

Key words Heavy precipitation; Mesoscale; Objective forecast products; Pattern

基金项目 湖南省气象局短平快课题“GPS-PWV在娄底降水天气过程分析中的应用”（XQKJ21B014）、“ECMWF细网格和T639细网格数值预报产品的解释应用研究”（XQKJ16B106）。

作者简介 马琴（1985—），女，湖南娄底人，工程师，主要从事天气预报服务工作。

收稿日期 2022-01-02