赤峰市一次暴雪天氣的ECMWF數(shù)值預(yù)報(bào)誤差分析

摘要：大尺度數(shù)值預(yù)報(bào)在冬季降雪中誤差相對(duì)要小很多，降雪過程的大尺度特點(diǎn)能夠在數(shù)值預(yù)報(bào)中完美的體現(xiàn)出來。在局地氣候特點(diǎn)方面及降水邊緣的預(yù)報(bào)量級(jí)上數(shù)值預(yù)報(bào)仍存在較明顯的誤差，本文利用micaps實(shí)況資料、EC粗網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)資料分析了2016年11月20日晚，出現(xiàn)在赤峰南部地區(qū)的暴雪天氣過程。從中對(duì)比這次暴雪預(yù)報(bào)過程中EC數(shù)值預(yù)報(bào)與實(shí)況存在的誤差。實(shí)際預(yù)報(bào)為小雪，實(shí)況為暴雪。通過對(duì)這次過程的預(yù)報(bào)誤差分析，逐漸加深在數(shù)值預(yù)報(bào)應(yīng)用過程中的誤差訂正，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)與數(shù)值預(yù)報(bào)的緊密結(jié)合。該研究對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的預(yù)報(bào)員意義深遠(yuǎn)，尤其在夏天強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)中對(duì)于數(shù)值預(yù)報(bào)的訂正顯得更加重要。

關(guān)鍵詞：暴雪；模式誤差；數(shù)值預(yù)報(bào)；準(zhǔn)地轉(zhuǎn)；大尺度

中圖分類號(hào)： P426.63；P457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.10.055

我國數(shù)值預(yù)報(bào)的誤差研究論文主要集中在20世紀(jì)80、90年代，近年該方面研究呈遞減趨勢(shì)。數(shù)值預(yù)報(bào)的飛速發(fā)展及年輕預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)不足，使得對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的訂正在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中很難找到突破口。基礎(chǔ)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論的不扎實(shí)與預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)不足，導(dǎo)致在一線預(yù)報(bào)員的實(shí)際工作中災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)能力難以滿足防災(zāi)減災(zāi)需要。只有搞清楚數(shù)值預(yù)報(bào)的性能，準(zhǔn)在哪不準(zhǔn)在哪，才能在實(shí)際預(yù)報(bào)中充分應(yīng)用數(shù)值預(yù)報(bào)，才能抓住災(zāi)害預(yù)報(bào)先機(jī)而不會(huì)被漏掉。本文主要是引起預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)誤差問題的高度重視及經(jīng)驗(yàn)預(yù)估。

1 大尺度分析

中緯度大尺度運(yùn)動(dòng)的重要特征是具有準(zhǔn)水平、準(zhǔn)靜力平衡、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡和準(zhǔn)水平無輻散的自由大氣。準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論是在渦度方程中，除散度項(xiàng)外其他各項(xiàng)引入地轉(zhuǎn)關(guān)系而計(jì)算的大氣大尺度運(yùn)動(dòng)。在預(yù)報(bào)分析中需要充分考慮大尺度準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論高低空相互影響關(guān)系，形成立體分析思維，上下連貫，才能對(duì)大的天氣形勢(shì)有準(zhǔn)確的把握。

該次過程選取降雪過程的理由是數(shù)值預(yù)報(bào)在降雪預(yù)報(bào)中性能更加優(yōu)越，降雪過程更符合大尺度特點(diǎn)，對(duì)流特點(diǎn)少，范圍廣，系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。在降雪過程中若能分析到數(shù)值預(yù)報(bào)的誤差，那么在暖季數(shù)值預(yù)報(bào)的誤差分析更應(yīng)該高度關(guān)注。

2 ECMWF850hpa風(fēng)場預(yù)報(bào)與高空觀測對(duì)比

2016年11月20日20時(shí)ECMWF850hpa 流線場48小時(shí)、24小時(shí)與初始場以及高空實(shí)況uv目錄下的流線疊加對(duì)比未發(fā)現(xiàn)明顯差異，風(fēng)速大小不超過4m/s左右的誤差，風(fēng)向誤差未超過45°。然而與高空觀測plot目錄下的風(fēng)場對(duì)比發(fā)現(xiàn)，樂亭站的實(shí)況風(fēng)速較鄰近格點(diǎn)大了10m/s，這說明數(shù)值預(yù)報(bào)的格點(diǎn)場以及實(shí)況資料的格點(diǎn)化對(duì)實(shí)際觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了平滑。在850hpa這個(gè)層次數(shù)值預(yù)報(bào)的誤差相對(duì)較大，一是本身的誤差，二是在平滑過程中產(chǎn)生的誤差。本身的誤差訂正起來較困難，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，低空急流預(yù)報(bào)易偏小，風(fēng)向也存在較小偏差，冷空氣一側(cè)風(fēng)速預(yù)報(bào)稍偏大，風(fēng)向誤差微乎其微。

3 ECMWF海平面氣壓場在預(yù)報(bào)中的重要性

在實(shí)際預(yù)報(bào)中地面與高空建立關(guān)聯(lián)的立體思維對(duì)預(yù)報(bào)成敗非常重要。這次過程在850hpa風(fēng)場上代表冷空氣的赤峰附近格點(diǎn)為西北風(fēng)，代表暖空氣的北京附近的格點(diǎn)為偏南風(fēng)，冷暖空氣必然會(huì)在這中間產(chǎn)生交匯形成降雪，但降雪中心難以確定，預(yù)報(bào)范圍過大。在這種情況下，需要輔助海平面氣壓進(jìn)一步縮小落區(qū)，大致確定降雪中心，判斷降雪量級(jí)。在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論中地面系統(tǒng)與高空有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。高空的上升與下沉運(yùn)動(dòng)對(duì)地面造成的減壓和加壓十分明顯，因此地面系統(tǒng)的分析可以有益補(bǔ)充高空系統(tǒng)分析的不足。冷暖空氣交匯中心的確定對(duì)降雪中心的確定有指示意義。考慮到850hpa冷鋒式切變線兩側(cè)風(fēng)速較為接近，據(jù)此判斷降雪強(qiáng)度不會(huì)太大，實(shí)際上冬季降雪強(qiáng)度一般都不大。

4 結(jié)論和討論

歐洲粗網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)是目前全球準(zhǔn)確率最高的模式，但模式預(yù)報(bào)誤差的存在是必然的。科學(xué)合理的認(rèn)識(shí)模式誤差并進(jìn)行適當(dāng)訂正意義深遠(yuǎn)。多年的應(yīng)用實(shí)踐證明對(duì)歐洲粗網(wǎng)格的模式進(jìn)行適當(dāng)訂正，可以有效避免很多災(zāi)害性天氣的漏報(bào)。根據(jù)多年預(yù)報(bào)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下幾條應(yīng)用方法：

一是充分了解各季節(jié)、各節(jié)氣氣候特點(diǎn)，理清災(zāi)害種類，有針對(duì)性地分析災(zāi)害天氣特點(diǎn)。

二是抓住500hpa高度場預(yù)報(bào)的主要形勢(shì)，配合海平面氣壓，驗(yàn)證850hpa風(fēng)場的準(zhǔn)確性，并進(jìn)行格點(diǎn)平滑誤差的訂正。

三是實(shí)況分析時(shí)要使用未經(jīng)格點(diǎn)化的高空和地面觀測的第一手資料，暖季突出分析實(shí)況探空的TlnP資料，著重弄清楚不穩(wěn)定形勢(shì)。

四是細(xì)致研究局地氣候特點(diǎn)，如赤峰北側(cè)在大范圍雨雪過程中經(jīng)常存在地面高壓阻擋形勢(shì)，造成赤峰南北部較大降水差異。

五是在大尺度分析的背景下，進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)時(shí)要配合地面區(qū)域自動(dòng)站資料極大風(fēng)速和最高氣溫的指示作用。

六是在確定降水中心落區(qū)時(shí)要牢牢把握住降水過程是冷暖空氣的交匯過程。

七是降水預(yù)報(bào)實(shí)質(zhì)為冷暖空氣強(qiáng)弱的辯證分析過程，需要有辯證的思維方式。

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作者簡介：訾耀海，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)方法。