CPEFS模式预报产品在昌都市一次降水天气过程中的检验

孙 禄，罗 雄，唐利琴，朱薇薇，郭龙光，泽仁罗布

（1.昌都市气象局，西藏 昌都 854000；2.贵州省人工影响天气办公室，贵阳 550081；3.西藏自治区人工影响天气中心，拉萨 850000）

昌都市位于西藏东部，处于横断山区的怒江、澜沧江、金沙江中上游。该区域地质结构极不稳定，土壤以沙质黄土为主，蓄水保水能力弱，是西藏自治区水土流失较为严重的地区[1]。加之受不同大气环流的控制和影响，降水量在地域上分配不均，同时受地形影响暖湿气流形成“焚风”效应导致昌都地区干旱频发，给当地农牧业生产、水资源利用和生态保护等造成巨大的影响[2]。人工增雨作业是缓解干旱的一种常用手段，因此在降水天气系统来临时，提前了解云系的发展演变趋势及其内部云水分布特征，制作人工增雨预案，可为科学开展人工增雨提供依据。

目前在人工增雨业务的增雨预案制定过程中，主要利用中国气象局人工影响天气中心开发的CPEFS模式产品，通过科技援藏，西藏近年来完成了以CPEFS模式为核心的人影综合处理分析与指挥系统的布设和业务应用[3]。CPEFS模式以中尺度数值模式WRF（v3.5）为动力框架，耦合了中国气象科学研究院自主研发的CAMS云降水方案（2016版）[4-7]，将全国范围设置成八大区域，对层状（混合）云、对流云的宏微观云场演变过程进行模拟，可以满足各地对增雨作业条件分析的需求，为作业方案设计等人工影响天气的关键环节提供科技支撑[8]。模式输出的产品主要为云宏观场、云微观场、云垂直结构场和降水场等预报产品，产品的空间分辨率为3 km，时间分辨率为1 h。由于青藏高原下垫面复杂，模式预报结果有很大的不确定性，在应用之前对其进行检验是必不可少的一步。刘俊卿等[9]选取西藏一次冰雹天气过程对GRAPES_CAMS人影模式预报产品进行检验，指出GRAPES_CAMS模式预报可作为人工防雹决策指挥的参考依据。而目前对于CPEFS模式在高原适用性的检验还比较缺乏，因此本文选取昌都市一次降水天气过程，从云系的发展演变特征、云系宏观特征、云系垂直结构和地面降水等方面对CPEFS模式预报产品在昌都市的适用性进行检验，以期为昌都市科学制作人工增雨预案提供依据。

1 资料

本文所选用的资料包括（时间均采用北京时）：①MICAPS资料；②昌都市气象站常规观测资料；③CPEFS模式预报产品，主要包括云宏观场、云微观场、云垂直剖面和降水场；④FY-4A气象卫星反演资料，云黑体亮温、云顶高度、云顶温度。

2 天气概况

2021年6月7 日20时—8日20时，受200 hPa高空槽后西北气流和500 hPa高原低涡与切变线影响（图1），昌都市出现降水天气过程，全市138个站出现不同程度降水，雨量以中到大雨为主，个别乡镇暴雨，其中有14个站点累积降水量达40 mm以上，50 mm以上分别为若区妥坝55.3 mm、类乌齐县滨达50.7 mm。

图1 2021年6月7日20时500 hPa天气形势

3 预报产品检验

3.1 云系演变特征

气象卫星反演的黑体亮温（TBB）能够反映出云系发展演变特征[10]，所以本节从云系的位置、覆盖范围、发展演变等方面，将此次降水过程不同阶段的模式模拟的云带和风云4A气象卫星TBB监测实况进行对比分析，定性检验模式对于云系的预报能力。

从FY-4A卫星实况图上可见，7日20时（图略）昌都市大部地区有云系覆盖，其中西部和北部有对流云系生成并向东偏北方向移动发展；21时（图2（a））云系明显增强，西部的对流云系中心TBB值降低至-60℃以下，并且强中心范围增加，随后该对流云团继续东移北上，影响昌都市东北部地区；8日02时（图2（c））对流云团移动到昌都市东北部，强度有所减弱，但在昌都市西部又有新的对流云团移入，并向东北方向移动发展，直至8日12时减弱；13时位于林芝东北部的云团向东北方向移动影响昌都市中南部（图略），8日16时（图2（e））昌都市大部均有云系覆盖，其中在东部边缘对流云团发展旺盛，TBB值可达-70℃以下。由此可见，此次降水过程有对流云团不断地移入并向东北方向移动影响昌都市。

由对应时刻的CPEFS模式的云带预报可知，7日21时（图2（b）），昌都市大部地区均有云系覆盖，西部的云团覆盖范围和移动方向与实况基本吻合，东北部的云系覆盖范围相较于实况偏小，出现局地漏报。8日02时（图2（d）），CPEFS模式预报较好地预报了实况的云系分布特征，只是在昌都东北部的云系预报位置略微偏南，强度偏弱。8日16时（图2（f）），模式预报的云带整体上与实况吻合，但是位于昌都市东部边缘的云系位置相较于实况略微偏北，昌都北部再次出现局地漏报情况。

图2 FY-4A气象卫星反演的黑体亮温和CPEFS模式预报的云带

综上所述，虽然CPEFS模式预报结果存在局部上个别云团有分布范围偏小、强度偏弱和位置略偏移的情况，但整体而言CPEFS模式预报的昌都市范围内云系的发展演变趋势与实况基本上一致，较好地预报了云系实况特征。同时可能由于天气系统在初始和结束阶段势力较弱，CPEFS模式易出现漏报的现象。因此在实际业务中，需要综合应用多种资料进行分析判断，提高增雨作业预案的科学性和准确性。

3.2 云宏观场

本节针对昌都市范围内的云系发展不同阶段，通过对比典型时刻CPEFS模式预报的云顶温度（高度）和FY-4A气象卫星反演的云顶温度（高度）产品（图3、图4），来检验模式预报云系的宏观特征。

从FY-4A卫星实况上可知，昌都市境内大部地区都有云系覆盖，在7日21时，昌都市北部云顶高度最高超过14 km（图3（a）），CPEFS模式预报的云顶高度最大为12 km，较实况偏低，模式在昌都市北部的云系存在漏报的现象；8日02时，昌都市北部云顶高度在9～14 km，中南部云顶高度在6～9 km（图3（c）），CPEFS模式预报的云顶高度约为12 km（图3（d）），并且覆盖范围较实况偏大，对于昌都市南部的云系，模式预报的云顶高度较实况偏低；8日16时，云顶高度在9～16 km，其中昌都市东部边缘的云系高度最高可达16 km（图3（e）），而模式预报的云顶高度昌都市中部以南大部分地区的云顶高度在14 km左右，在北部局地存在漏报的情况，但整体与实况相差不大。

图3 FY-4A气象卫星反演的云顶高度和CPEFS模式预报的云顶高度

图4给出了FY-4A气象卫星反演和CPEFS模式预报的云顶温度。由图可知，在7日21时，昌都市北部的云顶温度在-70℃以下（图4（a）），模式预报的云顶温度与实况接近，只是对于东北部的云系发生漏报，并且在昌都市南部的云顶温度模式预报结果要低于实况（图4（b））；8日02时，昌都市大部都被云团覆盖，云顶温度的分布呈“北低南高”的形势，其中北部地区云顶温度在-40℃以下，局地最低可达-70℃，南部地区云顶温度在-10～-40℃（图4（c）），对比图4d可知，模式预报的云顶温度也呈“北低南高”的形势，但是-60℃的分布范围要大于实况；8日16时（图4（e）、（f）），模式较实况的云顶温度偏低，在北部局地出现漏报的情况，云顶温度的中心位置较实况偏南。

图4 FY-4A气象卫星反演的云顶温度和CPEFS模式预报的云顶温度

总体来看，CPEFS模式预报昌都地区云系的云顶高度和云顶温度特征和实况基本一致，但是局部存在偏差。

3.3 云垂直结构特征

本节选取6月8日08时昌都探空站观测资料（图5（a））与CPEFS模式预报的昌都站附近云系垂直结构进行对比分析，以此来检验模式预报云系的垂直结构和性质。由图5（a）可知，7月8日08时，昌都探空站上空的云系为冷暖混合云，零度层高度为4 273 m，云顶高度为14 981 m。结合图5（b）和图5（c）可知，CPEFS模式预报的云也为冷暖混合云，零度层高度约为4 500 m，云顶高度约为14 km，云中过冷水含量较少，以冰相粒子为主。由此可见，CPEFS模式预报的云系垂直分布特征、云系性质、云顶温度和零度层高度与探空实况基本一致。

图5 2021年6月8日08时昌都探空站云特征与CPEFS模式预报垂直结构

3.4 降水场特征

图6给出了2021年6月7日20时—8日20时昌都市24小时地面降水量实况降水与模式预报结果。从图6（a）可知，昌都市出现大范围降水，以中到大雨为主，局地暴雨，中雨以上量级的雨带主要分布在昌都市中北部，24小时最大累计降水量可达50 mm以上。CPEFS模式预报的24小时降水量雨带分布与实况基本一致，但是在边坝县和洛隆县的量级达到50 mm，比实况偏强。值得注意的是，模式很好地再现了类乌齐县和卡若区局地的暴雨。由于高原夏季降水多为局地对流性降水，而且地形复杂，导致CPEFS模式对昌都降水的预报存在一定的偏差。总体来看，模式对于雨带位置的预报较为准确，在量级上局部存在一定偏差。

图6 2021年6月7日20时—8日20时昌都市地面降水量

4 结束语

本文针对昌都市一次受高原低涡切变影响的降水天气过程，综合云系发展演变特征、云系宏观特征、云系垂直结构和降水场特征进行检验分析，CPEFS模式较好地预报了此次云降水过程。主要结论如下。

1）CPEFS模式预报的昌都市范围内的云系发展演变特征与实况基本一致，在云系位置和强度上存在一定的偏差，这可能与高原复杂下垫面有关。同时，可能由于天气系统在发展较弱时，CPEFS模式易出现漏报的现象。

2）CPEFS模式预报的昌都地区云系的云顶高度和云顶温度特征和实况基本一致，但是局部存在偏差。

3）CPEFS模式预报的云系垂直分布特征、云系性质、云顶温度和零度层高度与实况基本一致。

4）CPEFS模式预报的降水的落区与实况基本一致，量级较实况偏强，可能与高原地形较复杂及夏季多为对流性降水有关。

CPEFS模式对于此次过程的云和降水预报整体上效果较好，在局部存在一定偏差。需要指出的是本文仅针对一次降水过程进行检验分析，在实际业务中我们还将持续检验模式预报的稳定性。因此在西藏高原观测资料缺乏的现状下，将人工影响天气模式产品应用到昌都市人工增雨预案，可为科学开展增雨作业提供指导依据。