贵州西部极端对流性暴雨预报失败案例剖析

吴古会 ，彭 芳 ，张艳梅

(1.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002；2.贵州省山地环境气候研究所，贵州 贵阳 550002)

0 引言

在贵州特殊的地理位置和复杂的地形地貌条件下，对流性暴雨尤其是极端对流性暴雨天气频繁发生。极端对流性暴雨包括1 h雨量≥50 mm或3 h雨量≥100 mm或24 h雨量≥200 mm的降水事件[1]，极易造成暴洪、滑坡泥石流等灾害，严重威胁人民的生命财产安全。针对极端强降水，气象工作者对其成因展开了大量而深入的研究：一方面，采用诊断分析和数值模拟方法，对直接导致暴雨的中尺度对流系统结构、触发对流的原因等进行分析[2-6]；另一方面，利用多普勒雷达产品和高时空分辨率的气象卫星云图资料，研究造成极端强降水的中尺度对流系统的组织形式与演变特征[7-10]。已取得的众多研究成果为我国极端强降水预报预警服务提供了参考依据。

对贵州的极端强降水，气象工作者也进行了很多有意义的研究。杜小玲等[11-12]对2010年6月28日关岭特大滑坡泥石流过程和2014年7月13—17日贵州持续性暴雨过程及贵阳极端降水的研究指出，极端降水过程中的中小尺度系统起到重要作用。池再香等[13]分析了2009年6月28日贵州省水城县发耳乡特大暴雨，指出中小尺度天气系统对此次强降水雨团的形成和加强起到了重要作用。聂云等[14]对2015年6月18日梅雨锋西段的强降水，冉仙果等[15]对贵州沿河县2016年6月19日和2019年6月22日特大暴雨天气都进行了详细的分析，表明在有利的形势背景之下，极端强降水的发生与地形对中小尺度系统的增幅作用有关。由于极端强降水局地性强、生命史短和降水强度大的特点，对极端强降水的预报预警仍然是气象业务的重点和难点。本文对2020年6月1日发生的1次南支浅槽背景下贵州西部极端对流性暴雨过程的预报失败案例进行剖析，希望对未来此类天气的预报提供借鉴。

1 天气实况

受南支波动以及强盛偏南气流影响，2020年6月1日08时—2日08时(北京时，下同)，贵州发生了暴雨天气过程。强降水集中在西部地区，其中，1个区域站出现特大暴雨，40个区域站出现大暴雨，5县站133个区域站出现暴雨，以关岭县谷目乡328.4 mm最大；同时，晴隆、水城、关岭出现雷暴大风，以晴隆县长流乡38.2 m·s-1为最大，过程强对流特征明显，1日16时—2日07时，均有20 mm以上的短时强降水发生，最强时段为1日18时—2日01时，小时雨强增加至50 mm以上，最强小时雨强达144.9 mm，具有持续时间长，强度大，局地性强的特点(图1)。

图1 2020年6月1日08时—2日08时24 h累积降水量Fig.1 24 h accumulated precipitation from 08∶00 on June 1 to 08∶00 on Jun 2,2020

2 预报过程回顾

2.1 预报情况

5月31日对外发布的服务产品考虑的降水主要时段为2日白天到夜间，6月1日根据最新的起始场(5月31日20时)资料对预报进行更新调整。由于本文讨论的过程主要降水时段是6月1日傍晚至夜间，故使用了6月1日的常规高空、地面实况资料和5月31日20时起始场的模式资料对这次过程的预报进行梳理分析。从各模式5月31日20时起始场对6月1日08时—2日08时的24 h累计降水预报来看(预报的主要降水时段也是在1日夜间，1日白天降水较弱)，大尺度模式都在贵州预报了中—大雨，其中，欧洲中心细网格模式(EC)在贵州南部地区预报了分散的大雨区，北支的强降水区位于川渝之间，还未进入贵州(图2a)；GFS模式(图略)的大雨区考虑在贵州北部地区，结合60 h时效的24 h降水预报，是1次自北向南的强降水天气过程；JP模式(图略)的趋势与EC模式一致，都预报北支系统主要影响时段为2日08时—3日08时，1日08时—2日08时主要考虑南支波动前偏南气流中的暖区对流性降水。中尺度模式预报分歧也较大，Grapes-meso(图2b)对于6月1日的降水预报较弱，华南3 km模式(图2c)对于北支系统的影响也主要考虑在2日08时以后，除了西北部地区以外，其余地区预报的强降水较分散，范围也较小，具有暖区降水预报的特点；华东中尺度模式(图2d)对于北支系统影响的时间稍早，至2日08时，北支系统强降水区已移至贵州北部地区，对贵州其余地区也考虑了分散的中—大雨。预报员根据实况形势以及大尺度模式在对流性降水天气中强度偏弱的特点，微调了模式预报，结合中尺度模式预报，考虑北支系统于1日后半夜开始影响进入贵州，强降水时段主要在2日午后至夜间，影响区域为贵州的偏东和偏南部地区；北支南下之前的时段，结合暖区对流的特点，考虑了分散的中—大雨，个别站暴雨天气(实况有179站暴雨)。由于暖区对流的预报难度大，地面没有明显的触发系统，漏报了此次贵州西部的暴雨过程。

图2 2020年5月31日20时起始场多模式对1日08时—2日08时24 h降水预报:EC细网格(a)、Grapes-meso(b)、华南-3 km(c)和华东中尺度(d)Fig.2 Comparison of 24 h accumulated precipitation predicted by different NWP models with 36 h lead time starting from 20∶00 on May 31,2020： EC-Thin Model(a)、Grapes-meso(b)、Guangzhou Mesoscale NWP Model(c)、Shanghai Mesoscale NWP Model(d)

2.2 大尺度环流形势

预报员主要参考了EC细网格模式和JP模式的趋势，结合中尺度模式和暖区降水特点，对模式产品作了调整，但由于数值模式对暖区降水的预报能力不足[16]，故在预报过程中，预报员只能从产生暴雨的大尺度环境条件着手分析。

1日08时，500 hPa高纬为两脊一槽的环流形势，低值中心位于贝加尔湖西北侧，中纬度多波动，中亚地区低值系统分裂低槽东移，低槽位于河西走廊沿线，槽后有明显的冷平流，相应低层切变位于川陕地区，斜压特征明显；低纬地区副热带高压588 dagpm线控制25°N以南地区，南支波动位于95°E附近，贵州受该波动影响，700 hPa也主要受槽前偏西气流控制，850 hPa贵州中部的贵阳站为偏东风，广西的白色和河池站为西南气流，风速都不强(2～6 m·s-1)，即贵州南部地区低层为弱辐合区(图3)。结合地面场资料，冷锋1日08时位于甘肃中部—四川北部一线，于2日05时前后进入贵州，在受冷锋影响之前，贵州为均压区控制。

图3 2020年6月1日08时高低空系统配置Fig.3 Upper-and low-level impact systems at 08∶00 on June 1，2020

2.3 水汽和不稳定条件

6月1日08时，贵州850 hPa比湿达到14 g·kg-1，700 hPa比湿为8～11 g·kg-1，都满足贵州强降水对水汽的要求，并且有高比湿的水汽从广西向北输送。另一方面，贵州西部(威宁)700 hPa与500 hPa的温差达到16 ℃，具有较明显的热力不稳定特征；贵阳探空K指数达37 ℃，SI指数贵州位于<0 ℃的不稳定区，从实况资料的分析可知贵州处于高能高湿的环境中，不稳定潜势较高。

2.4 预报结果

综合考虑大尺度环流形势、水汽及不稳定条件，结合各模式产品，得出的预报结论为：北支高空槽、低层切变和冷锋主要于2日凌晨到夜间影响贵州，重点考虑的时段为2日午后到夜间，强降水及强对流的范围为贵州中部及以东以南地区，而1日受南支波动影响，配合低层暖湿气流条件，贵州的大部地区可能会有对流性降水，但因地面系统不明显，对流性降水的落区和量级都不好把握，考虑了分散的中—大雨，个别站暴雨的天气。

3 实际天气过程演变

从图4可以看出，6月1日16—17时，贵州西北部降水开始增强，雨团A发展并向南移动，同时位于其西南侧有雨团B生成发展。至19时，雨团A和B合并形成东西向雨带，小时雨强增至50 mm以上。20时，雨带南移，雨团A强度减弱，雨团B增强，小时雨强达到76.9 mm，同时，在雨带的南侧有新的雨团C生成。21—22时，雨团C强烈发展，并与北侧雨带相接。至22时，发展到最强盛阶段，小时雨强达到144.9 mm。23时，雨团C维持影响，在其西北侧有新的雨团生成。至2日02时，雨团C南移，强度减弱，其西北侧的雨团D也向东南方向移动。03时，C雨团和D雨团合并，强度有所加强，继续南移影响至06时。贵州北部由锋面带来的系统性降水在2日02—08时影响贵州的北部边缘地区，最大小时雨强49 mm(2日02—03时)，对流强度比西部地区弱。

图4 2020年6月1日16时—2日03时小时雨量分布图(填色，单位：mm)Fig.4 Evolution of automatic weather station hourly precipitation from 16∶00 on June 1 to 03∶00 on June 2,2020(shaded area,unit:mm)

最大小时雨强在自动站之间位置的变化规律(图5)与雨团的踪迹一致，从贵州西北部自北向南先后影响贵州的西部地区；从最大小时雨强的强度变化可知，6月1日20时—2日01时最强，最大小时雨强超过70 mm，其中，21时前后最强，超过90 mm，最大雨量站均在贵州西南部较狭小的范围内，并且伴随着38.2 m·s-1强度的雷暴大风天气。对流性强、降水强度大、集中在较小区域内，中尺度特征明显。06时以后，贵州北部边缘由于受到切变及锋面的影响，降水开始加强。

图5 2020年6月1日16时—2日07时最大小时雨量自动站位置变化Fig.5 Location of automatic weather station of the heaviest hourly precipitation form 16∶00 on June 1 to 07∶00 on June 2，2020

4 预报失败原因分析

在此次过程中，针对大尺度环流背景的预报，预报员对模式产品作出了正确的分析判断，但对于在高空槽扰动的有利条件下，强盛偏南暖湿气流中的局地对流性降水估计不足，造成贵州西部地区暴雨过程漏报。以下主要分析6月1日午后到夜间时段贵州西部地区降水预报失败的原因。

4.1 中尺度对流系统的环境场

4.1.1 低层辐合的演变 经检验，EC模式5月31日20时起始场对6月1日08时和20时的高空形势预报(图略)与实况的形势一致。考虑到高空实况时空精度较粗，且主要从预报角度复盘此次漏报过程，因此使用了模式预报的高空要素场而非再分析资料进行分析。1日17时—2日08时(图6)，700h Pa低槽位于云南中部，其中，17—23时贵州西部地区为西南气流与偏南气流的辐合区，且20—23时前后，风速加强，辐合相应也加强。23时之后低槽东移减弱，偏西气流与偏南气流的辐合区也随之东移。结合逐时降水的分布可知，降水区位置和强度的变化与低槽前西南风与偏南风的辐合区演变有关。850 hPa上，17时前后在贵州东南部形成南风与偏东风间的切变辐合线。2日02时，南风增强(风速≥10 m·s-1的范围扩大)，急流轴位于广西东部至湘西，切变辐合北抬，贵州西部及云南东部地区受4～6 m·s-1的南风控制。2日05时，贵州西部为西南风与偏南风的辐合区，同时受到偏南风的风速切变影响。700 hPa和850 hPa上贵州西部的辐合区都呈南北走向，与强降水区的形态一致，表明槽前的西南气流与偏南风辐合区是造成此次贵州西部强降水的原因之一。由于贵州西部地区平均海拔较高，地形地貌特征复杂，模式预报常有辐合区的存在，在短时间内判断辐合区是否具有天气学意义比较困难，这也是漏报的原因之一。

4.1.2 对流不稳定条件的发展演变 从1日08时实况探空可知(图略)，贵州西部(威宁探空)为上干下湿的不稳定层结，SI指数为-1.4 ℃，按照当天最高气温24 ℃的预报订正探空，得到的CAPE为850 J·kg-1，具有较高的不稳定潜势，且抬升凝结高度接近近地层(763 hPa-2.4 km)，易于对流天气的触发；垂直风切变不大，0 ℃层高度为4.8 km，故判断的强对流天气包括雷电、短时强降水或冰雹。从预报的CAPE演变来看(图7)，1日14—23时高能区位于贵州的西部和南部，14—20时贵州西北部CAPE由1500～2000 J·kg-1降至500 J·kg-1以下，20—23时强降水中心的CAPE值也明显减小，说明模式也在贵州西部地区考虑了强天气的发生，并且CAPE明显释放与实况强天气的发生时段一致。但预报难点依然在于如何迅速判断模式产品反映的信息与强天气的联系，以及会带来的强天气的强度。

4.2 中尺度对流系统的触发及发展演变

4.2.1 MCS的触发 此次过程开始前，无论是地面实况还是模式预报的地面风场变化，都没有清晰的风场辐合线影响。通过加密自动站资料分析可知(图8)，1日14—16时，滇黔之间沿着地面露点锋开始有降水发生，17时之后，随着贵州西北部降水增强形成冷池，在冷池的南部形成辐合线并产生强降水，逐渐向南传播，使得贵州西部的强降水区呈南北向分布。而在1日08时地面图上露点锋并不明显，模式对露点场的预报也分析不出露点锋的存在，也没有明显的露点变化，10 m风场上贵州西部也没有明显的辐合影响，加上在高温高湿的不稳定环境中，微小的扰动就能触发对流，由此增加了预报难度。

图6 欧洲中心模式2020年5月31日20时起报的27 h(a)和30 h(b)时效的700 hPa风场,30 h(c)和33 h(d)时效的850 hPa风场(填色区风速≥10 m·s-1)Fig.6 The wind predicted by ECWMF high-resolution model with lead time of 700 hPa 27 h(a),700 hPa 30 h(b),850 hPa 30 h(c)and 850 hPa 33 h (d)starting from 20∶00 on May 31,2020(shaded area ≥10 m·s-1)

图7 欧洲中心模式2020年5月31日20时起报的18 h(a)、21 h(b)、24 h(c)和27 h(d) 时效的对流有效位能(红线CAPE≥1000 J·kg-1，蓝线CAPE<1000 J·kg-1)Fig.7 The CAPE predicted by ECWMF high-resolution model with lead time of 18 h(a)、21 h(b)、 24 h(c)and 27 h (d) starting from 20∶00 on May 31,2020(red lines CAPE≥1000 J·kg-1,blue lines CAPE<1000 J·kg-1)

4.2.2 MCS的发展演变 由于强降水中心位于安顺市、六盘水市和黔西南州的交界地区，超出了单部雷达的探测范围，所以结合FY-2E的TBB资料对此次过程中的MCS进行分析。从逐时TBB的演变可知(图9)，1日16时贵州西北部有对流单体生成，至19时，对流沿地面辐合线发展成东西向的云带，中心TBB<-70 ℃。21时对流云团已发展成MCC，至2日03时，MCC逐渐南移影响贵州西南部地区，强降水位于MCC中心TBB低值中心附近。结合多普勒雷达资料可知(图10)，1日20时前回波结构较松散，20—22时多单体风暴发展，单体中心强度都超过60 dBz，且位于晴隆、关岭附近的强单体合并，对应该时段对流及降水的明显增强。

图8 2020年6月1日16时露点温度(a)、17时(b)、20时(c)、21时(d)和22时(e)地面温度场和风场分布图(蓝色等值线代表露点温度，红色等值线代表气温，单位： ℃；黑线为地面辐合线，阴影为小时降水，单位：mm)Fig.8 Surface dew-temperature at 16∶00(a),surface temperature and wind at 17∶00(b),20∶00(c),21∶00(d),22∶00 (e)on June 1,2020(blue lines show the dew-temperature,red lines show the temperature,unit:℃, black line shows the surface convergence line,and shaded area indicated hourly precipitation,unit:mm)

图9 2020年6月1日21时—2日02时TBB演变Fig.9 Evolution of TBB from 21∶00 on June 1 to 02∶00 on June 2,2020

图10 2020年6月1日组合反射率拼图：20时30分(a)、21时(b)、21时30分(c)(单位：dBz)Fig.10 Radar composite Reflectivity at 20∶30(a)、21∶00(b)、21∶30 (c)on June 1,2020(unit:dBz)

5 结论和讨论

①此次对流性暴雨过程是在弱天气尺度强迫背景下，主要由地面露点锋，低空偏西风与偏南风的辐合、冷池及地面辐合线共同作用，配合高温高湿的环境产生的。具有局地性强，雨强大、对流旺盛等中尺度特征。

②此次局地性暴雨过程的预报难点在于对触发系统的判断。由于当天早上实况和模式预报都没有显示将有露点锋的出现，仅凭模式预报的偏西风和偏南风之间的辐合区的天气学意义难以作出迅速准确的判断，继而不能确定是否会有组织性较好的对流发生，加上缺乏对流天气发生后由冷池造成辐合等方面的认识，难以判断对流的强度和强降水落区。另一方面，难以在较短时间内精细分析风场、能量场的变化并对其天气学意义作出判别。导致漏报该次暴雨过程。

③由于贵州特殊的地理位置及复杂的地形地貌特征，高温高湿环境是夏季贵州的常态，在短期时效内，无论模式预报还是预报员的主观预报，对流性暴雨预报在落区和强度都存在明显的偏差。要提高暴雨过程预报准确率，除了继续研究对流性暴雨的形成机制，分析对流触发和组织化发展的条件以外，还应开展数值模式尤其是中尺度模式在强降水预报中的应用检验，并加强短时临近的预报预警工作。