江西省多模式熱對(duì)流降水預(yù)報(bào)對(duì)比分析

朱 斌，鐘 鳴

(黎川縣氣象局，344600，江西，撫州)

0 引言

后汛期開(kāi)始，每年7月中到8月底江西地區(qū)天氣晴熱高溫，干燥少雨[1]。但有研究表明，受副熱帶高壓控制下的地區(qū)午后也較容易出現(xiàn)由熱對(duì)流引發(fā)的局部陣性強(qiáng)降水。在對(duì)降水的強(qiáng)度與落區(qū)預(yù)報(bào)上，馬舒慶[2]等國(guó)內(nèi)學(xué)者做了很多細(xì)致的研究，陳冬冬[3]等也分析了局地?zé)釋?duì)流降水天氣的特點(diǎn)，形成了可用的預(yù)報(bào)方法。午后熱對(duì)流與由天氣系統(tǒng)造成的深淺對(duì)流的形成機(jī)制[4-7]不同，其主要特點(diǎn)是副熱帶高壓中心控制的地區(qū)，地表升溫快，與溫度形成巨大的溫差，有利于地表蒸發(fā)，為午后熱對(duì)流降水提供水汽條件。不僅如此，熱對(duì)流降水與地形特點(diǎn)等密切相關(guān)，由于江西地形以江南丘陵、山地為主，省境東、西、南三面環(huán)山地，盛夏也經(jīng)常出現(xiàn)午后熱對(duì)流降水天氣現(xiàn)象。

突發(fā)性的強(qiáng)降水給人們的生活、重大活動(dòng)、交通出行等帶來(lái)不便，主要發(fā)生于中小尺度天氣系統(tǒng)，空間尺度小，預(yù)報(bào)難度大。目前各家數(shù)值預(yù)報(bào)模式還不能對(duì)熱對(duì)流降水做到較好的量級(jí)和落區(qū)預(yù)報(bào)，而且目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于熱對(duì)流降水的研究還很少。通過(guò)分析2019年7月18日至8月13日每日14:00—20:00發(fā)生在江西省的午后熱雷雨帶來(lái)的強(qiáng)降水，根據(jù)副高位置對(duì)熱對(duì)流形式進(jìn)行分類，再對(duì)比EC數(shù)值預(yù)報(bào)模式、華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)、華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)、JXMESO模式4家模式系統(tǒng)預(yù)報(bào)與降水實(shí)況，期望分析出4家模式系統(tǒng)對(duì)熱對(duì)流降水的差異性以及哪家模式系統(tǒng)有較好的指導(dǎo)性，為氣象工作者在日后對(duì)熱對(duì)流降水預(yù)報(bào)提供科學(xué)參考。

1 熱對(duì)流形式

通過(guò)對(duì)副熱帶高壓處于江西的位置，將熱對(duì)流形式分為3類。表1可知，一類為江西省完全處于副熱帶高壓控制下，處于該類形式的有7月21日、24—30日，一共8 d；一類為江西省處于副熱帶高壓半控制，即江西省一半地市區(qū)處于副熱帶高壓之內(nèi)，江西省一半地市區(qū)處于副熱帶高壓之外，處于該類形式的有7月20日、22—23日以及31日至8月1日，一共5 d；一類為江西省未受副熱帶高壓控制，處于該類形式的有8月4—8日以及8月11—13日，一共7 d。其他時(shí)間為受臺(tái)風(fēng)或臺(tái)風(fēng)外圍影響，不再本次考慮內(nèi)。

表1 熱對(duì)流形式與次數(shù)

2 各家模式對(duì)比

2.1 完全副高控制下

江西省完全處于副高控制下有8 d。表2可知，總體上對(duì)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)最為準(zhǔn)確，7次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，僅有1次出現(xiàn)偏差；其次為EC模式，有6次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)則只有3次較為準(zhǔn)確；JXMESO表現(xiàn)最差，僅有1次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，其他基本空?qǐng)?bào)。對(duì)降雨強(qiáng)度的預(yù)報(bào)仍然是華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)最為準(zhǔn)確，有6次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；其次為華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)，有4次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；JXMESO僅有2次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，EC模式更是只有1次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。

表2 完全副高下各家模式對(duì)降雨落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確次數(shù)

7月28日14:00—20:00在江西省贛州市中南部地區(qū)以及吉安市、萍鄉(xiāng)市一帶出現(xiàn)大到暴雨，局部超過(guò)70 mm。從圖1可知，EC模式對(duì)于整個(gè)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，但是對(duì)整個(gè)強(qiáng)降水量級(jí)預(yù)報(bào)則偏差較大；JXMESO在降雨落區(qū)和強(qiáng)度上明顯表現(xiàn)較差，空?qǐng)?bào)率較高；華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)和快速同化更新系統(tǒng)27日20:00預(yù)報(bào)比較一致，將降水區(qū)域預(yù)報(bào)在江西中部地區(qū)一帶；快速同化更新系統(tǒng)28日08:00預(yù)報(bào)則比較準(zhǔn)確，基本命中了贛州市一帶的強(qiáng)降水以及中部的分散性降水。

(a)7月28日14:00—20:00降雨實(shí)況；(b)EC模式7月27日20:00預(yù)報(bào)；(c)JXMESO 7月28日08:00預(yù)報(bào)；(d)中尺度系統(tǒng)7月27日20:00預(yù)報(bào)；(e)快速同化7月27日20:00預(yù)報(bào)；(f)快速同化7月28日08:00預(yù)報(bào)

2.2 副高半控制下

江西省處于副高半控制下有5 d。表3可知，總體上對(duì)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)和EC模式均表現(xiàn)較好，5次預(yù)報(bào)全部準(zhǔn)確；JXMESO和華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)則表現(xiàn)較差，均只有1次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，其他基本空?qǐng)?bào)。對(duì)降雨強(qiáng)度的預(yù)報(bào)華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)和華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)表現(xiàn)較好，3次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，但是也出現(xiàn)2次偏差；JXMESO僅有1次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；EC模式則完全漏報(bào)。

7月20日江西省中南部受副高控制，圖2可知，14:00—20:00在副高588線附近南昌市局部地區(qū)，宜春市東部，撫州市一帶以及在贛州市南部出現(xiàn)大到暴雨，局部單點(diǎn)超過(guò)100 mm。

(a)588線位置；(b)588線在江西省位置；(c)7月20日14:00—20:00降雨實(shí)況

表3 副高半控制下各家模式對(duì)降雨落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確次數(shù)

圖3可知，EC模式對(duì)于整個(gè)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，但是對(duì)降雨強(qiáng)度的預(yù)報(bào)則明顯較差，幾個(gè)強(qiáng)降水點(diǎn)都沒(méi)有預(yù)報(bào)出來(lái)；JXMESO整個(gè)落區(qū)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)都不太準(zhǔn)確；華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)命中撫州市附近和贛州市南部的強(qiáng)降水點(diǎn)；快速同化更新系統(tǒng)20日08:00預(yù)報(bào)贛州市降水范圍偏大，強(qiáng)度偏強(qiáng)，撫州市和宜春市一帶的降水出現(xiàn)了空?qǐng)?bào)；快速同化更新系統(tǒng)19日20:00預(yù)報(bào)最為準(zhǔn)確，但是整體預(yù)報(bào)中北部的降水面偏大。

2.3 副高未控制下

江西省未受副高控制有8 d。表4可知，總體上對(duì)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)四家模式均不如上2種形式，華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)5次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，3次空?qǐng)?bào)；EC模式4次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，4次空?qǐng)?bào)；華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)2次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；JXMESO依然僅有1次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。降雨強(qiáng)度預(yù)報(bào)上4家模式也依然表現(xiàn)較差，華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)3次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)2次預(yù)報(bào)正確；EC模式和JXMESO均只有1次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。

表4 副高未控制下各家模式對(duì)降雨落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確次數(shù)

(a)7月20日14:00—20:00降雨實(shí)況；(b)EC模式7月19日20:00預(yù)報(bào)；(c)JXMESO 7月20日08:00預(yù)報(bào)；(d)中尺度系統(tǒng)7月19日20:00預(yù)報(bào)；(e)快速同化7月19日20:00預(yù)報(bào)；(f)快速同化7月20日08:00預(yù)報(bào)

8月13日14:00—20:00贛州市地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，九江市、宜春市局地單點(diǎn)出現(xiàn)強(qiáng)降水，最大單點(diǎn)超過(guò)100 mm。圖4可知，在落區(qū)預(yù)報(bào)上，EC模式、JXMESO、華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)基本均漏報(bào)北部的降水，快速同化更新系統(tǒng)則預(yù)報(bào)較好；強(qiáng)度預(yù)報(bào)上，EC模式、JXMESO比較差，華東區(qū)域模式中尺度系統(tǒng)對(duì)贛州市降水有較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，但是北部降水出現(xiàn)漏報(bào)，快速同化更新系統(tǒng)13日08:00預(yù)報(bào)贛州市降水整體偏東，12日20:00預(yù)報(bào)則相對(duì)較好。

(a)8月13日14:00—20:00降雨實(shí)況；(b)EC模式8月12日20:00預(yù)報(bào)；(c)JXMESO 8月13日08:00預(yù)報(bào)；(d)中尺度系統(tǒng)8月12日20:00預(yù)報(bào)；(e)快速同化8月12日20:00預(yù)報(bào)；(f)快速同化8月13日08:00預(yù)報(bào)

3 個(gè)例分析

在上文中實(shí)況與各家模式預(yù)報(bào)的對(duì)比中可看出，華東區(qū)域模式快速同化更新系統(tǒng)08:00預(yù)報(bào)較EC模式、JXMESO、中尺度系統(tǒng)3家模式對(duì)午后熱對(duì)流的預(yù)報(bào)有較好的準(zhǔn)確性，7月28日快速同化更新系統(tǒng)就基本命中了贛州市一帶的強(qiáng)降水以及中部的分散性降水，但是有時(shí)與實(shí)況對(duì)比也依然會(huì)存在較大差異，7月20日快速同化更新系統(tǒng)08:00預(yù)報(bào)的贛州市降水范圍偏大，強(qiáng)度偏強(qiáng)，撫州市和宜春市一帶的降水出現(xiàn)了空?qǐng)?bào)。該節(jié)從快速同化更新系統(tǒng)預(yù)報(bào)的雷達(dá)反射率和低層風(fēng)向進(jìn)行分析。

從7月28日快速同化更新系統(tǒng)08:00預(yù)報(bào)的雷達(dá)反射率與實(shí)況的對(duì)比中，如圖5所示?？梢钥闯鲱A(yù)報(bào)與實(shí)況比較一致，但是16:00左右位于萍鄉(xiāng)市的降水云團(tuán)雷達(dá)回波快速同化更新系統(tǒng)沒(méi)有預(yù)報(bào)出來(lái)，導(dǎo)致漏報(bào)了萍鄉(xiāng)市一帶的強(qiáng)降水；同時(shí)18:00左右，宜春市、吉安市一帶的雷達(dá)回波預(yù)報(bào)偏大，導(dǎo)致這一帶的降水預(yù)報(bào)稍稍偏大。

而從圖6可以看出，快速同化更新系統(tǒng)06:00、07:00、09:00、10:00、27日20:00在贛州市雷達(dá)反射率的預(yù)報(bào)均出現(xiàn)不同程度的空?qǐng)?bào)，對(duì)應(yīng)在降水上則出現(xiàn)不同程度的漏報(bào)。

可以得出快速同化更新系統(tǒng)預(yù)報(bào)的雷達(dá)反射率與預(yù)報(bào)的降水有比較好的相關(guān)性，因此雷達(dá)反射率的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率與實(shí)際降水會(huì)存在一些正相關(guān)的關(guān)系。但是快速同化更新系統(tǒng)隨著時(shí)間不斷更新，卻不一定越來(lái)越準(zhǔn)確。

從低層850 hPa風(fēng)場(chǎng)可以看出，如圖7所示，28日風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)，比較有利于贛州市南部雷達(dá)回波往贛州市持續(xù)發(fā)展，從而對(duì)贛州市地區(qū)造成強(qiáng)降水；快速同化模式上來(lái)看，28日08:00預(yù)報(bào)的風(fēng)場(chǎng)與實(shí)況比較一致，實(shí)際上雷達(dá)回波的發(fā)展與實(shí)況也較為一致；而27日20:00的預(yù)報(bào)在中南部地區(qū)出現(xiàn)一些偏差，風(fēng)向略偏西。整體上雷達(dá)回波的預(yù)報(bào)往贛州市西南方向發(fā)展，可能也是導(dǎo)致贛州市降水空?qǐng)?bào)的原因。

4 結(jié)論

1)本次分析中EC對(duì)午后熱對(duì)流落區(qū)預(yù)報(bào)有較好的準(zhǔn)確性，特別是完全處于副高控制下和副高半控制下，但是強(qiáng)度預(yù)報(bào)上整體偏差，與實(shí)際相差較大；中尺度系統(tǒng)落區(qū)預(yù)報(bào)較EC稍差一些，強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率稍強(qiáng)；JXMESO在落區(qū)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)上則都缺乏準(zhǔn)確性。

2)快速同化更新系統(tǒng)有較好的準(zhǔn)確性，特別是08:00預(yù)報(bào)產(chǎn)品有較好指導(dǎo)性。

3)快速同化更新系統(tǒng)預(yù)報(bào)的雷達(dá)反射率和低層風(fēng)場(chǎng)可能是影響預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的因子。

(a)28日08:00預(yù)報(bào)14:00雷達(dá)反射率；(b)28日08:00預(yù)報(bào)16:00雷達(dá)反射率；(c)28日08:00預(yù)報(bào)18:00雷達(dá)反射率；(d)28日08:00預(yù)報(bào)20:00雷達(dá)反射率；(e)28日14:00雷達(dá)回波實(shí)況圖；(f)28日16:00雷達(dá)回波實(shí)況圖；(g)28日18:00雷達(dá)回波實(shí)況圖；(h)28日20:00雷達(dá)回波實(shí)況圖

(a)28日06:00預(yù)報(bào)17:00雷達(dá)反射率；(b)28日07:00預(yù)報(bào)17:00雷達(dá)反射率；(c)28日08:00預(yù)報(bào)17:00雷達(dá)反射率；(d)28日09:00預(yù)報(bào)17:00雷達(dá)反射率；(e)28日10:00預(yù)報(bào)17:00雷達(dá)反射率；(f)27日20:00預(yù)報(bào)17:00雷達(dá)反射率；(g)28日17:00雷達(dá)回波實(shí)況圖；(h)28日17:00-18:00 1 h降雨量

(a)28日08:00 850 hPa風(fēng)場(chǎng)實(shí)況；(b)28日08:00預(yù)報(bào)08:00的風(fēng)場(chǎng)和濕度；(c)27日20:00預(yù)報(bào)08:00的風(fēng)場(chǎng)和濕度；(d)28日20:00 850 hPa風(fēng)場(chǎng)實(shí)況；(e)28日08:00預(yù)報(bào)20:00的風(fēng)場(chǎng)和濕度；(f)27日20:00預(yù)報(bào)20:00的風(fēng)場(chǎng)和濕度