西寧地區(qū)一次非典型大到暴雨天氣過程分析及檢驗

王 鏡，趙 娟，安緒敏

1.西寧市氣象局，青海西寧 810001；2.西寧市湟中區(qū)氣象局，青海西寧 810000

0 引言

西寧市地處青藏高原東北部，屬于大陸性高原半干旱氣候[1]，海拔2 168～4 859 m，北鄰達坂山，南有拉脊山，西有斜脊梁，整體呈現(xiàn)南北西高，東低的地形形勢。西寧市的降水主要集中在夏季，多年平均降水為522.8 mm，總體呈上升趨勢，空間分布上南北多中間少[2]。西寧市的大到暴雨容易造成城市積水影響出行，對交通出行有很大影響，同時大降水容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害和洪澇災(zāi)害，威脅財產(chǎn)安全。

有眾多學(xué)者對暴雨天氣做了研究，王 孝 慈 等[3]對2016—2020年6—7月長江流域主要暴雨過程做了差異性分析。唐沛等[4]對2016年10月23日遂寧地區(qū)一次罕見深秋暴雨進行了分析并提出了暴雨預(yù)防措施。對于青海省的大到暴雨天氣過程。李靜等[5]對2014年青海東部大到暴雨天氣過程做了分析。祁彩虹等[6]對2017年青海3次大到暴雨過程中位渦特征做了分析，張鋮玉等[7]對2020年7月24日海東地區(qū)1次大到暴雨天氣過程作了成因分析。對于典型的大到暴雨天氣，預(yù)報員對數(shù)值模式均有很好的把握，而對于非典型的大到暴雨天氣過程數(shù)值模式預(yù)報欠佳，預(yù)報員經(jīng)驗也有限，研究非典型的大到暴雨天氣過程有利于提高大降水的預(yù)報準(zhǔn)確率，可以進一步更好地做好大到暴雨的氣象服務(wù)，從而進一步提高防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 降水實況及災(zāi)情

2021年7月25日08:00至26日08:00西寧地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，降水中心位于湟中區(qū)干河工業(yè)園區(qū)，降水量55.0 mm，4個國家站的降水量：湟中45.1 mm、西寧測站34.8 mm、湟源測站25.2 mm、大通測站24.8 mm。從此次降水的空間分布（圖1a）來看，25.0mm以上的降水主要出現(xiàn)在西寧市北部，呈現(xiàn)北少南多。從湟中區(qū)甘河工業(yè)園區(qū)小時降水（圖1b）來看，降水以混合型降水為主，并且主要集中在25日下午，其中，16:00～17:00小時雨強最大為19.6 mm，出現(xiàn)在湟中區(qū)上五莊鎮(zhèn)水峽。

圖1 西寧市2021年7月25日08:00-26日08:00的降水實況和小時降水

2 成因分析

2.1 天氣環(huán)流形勢

2021年7月25日08:00（圖2a）中高緯度的兩槽一脊逐漸變成一槽一脊，西邊的槽明顯減弱，青海上空的暖高壓南落西退到了海西—果洛一帶，西寧地區(qū)維持4 m/s的東南風(fēng)，露點溫度差等于0℃，水汽已經(jīng)達到飽和，冷暖氣流在西寧地區(qū)交匯。25日20:00（圖2b）中高緯度為一槽一脊，暖高壓繼續(xù)西退，西寧地區(qū)仍然維持4 m/s東南風(fēng)，T-Td增大到0.4℃,水汽有所減弱，冷空氣明顯減弱，降水明顯減弱。西寧市2021年7月25日的大到暴雨是高空槽分裂短波槽攜帶的冷空氣與暖高壓外圍的西南暖濕氣流在西寧地區(qū)交匯造成的降水天氣過程。中東高壓東伸到西寧地區(qū)并長時間的維持是25日大降水的原因之一。

圖2 500 hPa環(huán)流形勢

2.2 動力和水汽條件

利用NCEP模式再分析資料繪制垂直剖面圖，從25日06:00至26日02:00甘河工業(yè)園區(qū)的垂直剖面（圖3）來看，從25日06:00～22:00地面到350 hPa之間的相對濕度均在90%以上，水汽快接近飽和，該站的暴雨由長時間的水汽輸送和充足的水汽供應(yīng)造成。從25日08:00開始低層就有-0.1 Pa/s負的垂直速度，隨著時間的推移從低層到高層的垂直速度一直減小，至14:00，600 hPa高度上出現(xiàn)了負垂直速度的大值區(qū)達到-1.3 Pa/s，上升運動劇烈一直持續(xù)到了17:00。水汽接近飽和和上升運動明顯的時段與降水的集中時間所對應(yīng)，06:00～17:00長時間的上升運動和水汽輸送為西寧地區(qū)的大到暴雨的形成提供了有利的水汽和動力條件。

圖3 25日06:00至26日02:00甘河工業(yè)園區(qū)垂直剖面

3 模式降水預(yù)報可預(yù)報性分析

為了分析此次大到暴雨天氣過程中業(yè)務(wù)常用的全球確定性模式預(yù)報和區(qū)域中尺度模式對此次強降水的釋用能力，采用了歐洲中期天氣預(yù)報中心全球確定性預(yù)報模式(簡稱EC模式，模式分辨率9 km)、國家氣象中心Grapes確定性預(yù)報模式(簡稱CMA_GFS、分辨率25 km)、華北區(qū)域數(shù)值模式(簡稱BJ模式，分辨率9 km)和CMA_MESO高分辨區(qū)域模式(簡稱G3模式，分辨率3 km)進行預(yù)報檢驗分析。文中主要分析EC、CMA_GFS兩家全球模式的形勢預(yù)報、4種模式的24小時降水預(yù)報（7月25日08:00至7月26日08:00）、12 h降水預(yù)報（7月25日08:00～20:00），在日常預(yù)報業(yè)務(wù)中，主觀預(yù)報參考的數(shù)值預(yù)報模式結(jié)果通常是6～12 h之前起報的。進行數(shù)值預(yù)報模式結(jié)果分析時，主要展示7月24日08:00起報的 (12～36 h)天氣形勢預(yù)報和累積降水預(yù)報。

3.1 形勢預(yù)報檢驗

為了分析業(yè)務(wù)常用的全球模式對25日白天西寧地區(qū)強降水的預(yù)報能力，檢驗分析了EC和CMA-GFS模式對25日08:00的高空形勢預(yù)報?？梢钥闯鰧?5日高度場預(yù)報2家全球模式的預(yù)報效果都較好。但相較而言對西寧地區(qū)降水的主要影響系統(tǒng)588線的預(yù)報EC模式與實況更接近，CMA-GFS模式的預(yù)報偏差較大。從500 hPa風(fēng)場預(yù)報來看EC模式對青海上游到青海地區(qū)的預(yù)報都與實況一致，在此次過程中EC模式的參考性高。

3.2 降水預(yù)報檢驗

EC模式的降水強度和降水中心預(yù)報接近實況，顯著優(yōu)于CMA-GFS模式，但EC模式對西寧北部的降水預(yù)偏弱，大雨范圍預(yù)報偏小，對湟中北部和大通的大雨有一定的漏報。CMA-GFS對降水中心的預(yù)報有一定的指示，但是預(yù)報降水強度偏弱，同樣也是對北部的大雨預(yù)報不足，漏報大通和湟中的大雨。BJ-9 km和CMA-MESO中尺度模式對此次降水強度的預(yù)報表現(xiàn)較好。尤其是BJ-9 km與實況較接近，但對南部降水中心強度預(yù)報偏強，而對北部的降水量級預(yù)報偏弱，大雨漏報。CMA-MESO模式的降水強度預(yù)報與實況較為吻合，但沒有預(yù)報出湟中南部的暴雨和湟源的大雨。

EC模式對南部降水中心的強度和位置預(yù)報與實況接近，而對西寧北部的降水預(yù)報偏小10 mm左右。CMA-GFS模式的預(yù)報對湟中南部的強降水有一定的指示，但降水強度預(yù)報偏弱1～2個量級，參考性差。中尺度模式中BJ-9 km的降水落區(qū)預(yù)報與實況接近，但降水強度南部預(yù)報70～100 mm的大到暴雨，強度過強，北部預(yù)報又預(yù)報小雨，量級偏弱。CMA-MESO模式預(yù)報全區(qū)中到大雨，量級與實況接近，與實況相比降水中心位置預(yù)報偏北?？傮w來看，對25日白天的降水落區(qū)預(yù)報EC和BJ-9 km與實況更相近，強度預(yù)報CMA-MESO模式的參考意義更高。

模式降水預(yù)報檢驗表明：在穩(wěn)定的混合型降水預(yù)報中全球模式的參考性有很大的提升，相對而言，EC模式的降水落區(qū)預(yù)報效果優(yōu)于CMA-GFS，大到暴雨降水落區(qū)預(yù)報較為準(zhǔn)確。而中尺度模式的降水強度預(yù)報優(yōu)于全球模式，但BJ-9km降水強度預(yù)報過強，CMA-MESO模式的預(yù)報更有參考性。在實際的業(yè)務(wù)工作中預(yù)報員需要通過分析模式預(yù)報，加強模式釋用，根據(jù)天氣背景結(jié)合全球模式和中尺度模式進行優(yōu)化訂正。

4 小結(jié)

（1）2021年7月25日西寧市出現(xiàn)大到暴雨的降水，降水持續(xù)時間長強度較弱，以混合性降水為主，呈南多北少。

（2）2021年7月25日西寧市的大到暴雨降水天氣過程主要是高空槽分裂短波槽南下與中東高壓東伸造成，短波槽攜帶的冷空氣與中東高壓外圍的暖濕氣流在西寧地區(qū)交匯造成的。造成大到暴雨的原因之一是中東高壓東伸到西寧地區(qū)長時間的維持。

（3）水汽接近飽和和上升運動明顯的時段與降水的集中時間所對應(yīng)，06:00～17:00長時間的上升運動和水汽輸送為西寧地區(qū)的大到暴雨的形成提供了有利的水汽和動力條件。強烈不穩(wěn)定層結(jié)配合較低的自由對流高度和弱垂直風(fēng)切變?nèi)菀自斐煞€(wěn)定性的大降水。

（4）對穩(wěn)定的混合型降水，EC模式的降水落區(qū)預(yù)報效果優(yōu)于CMA-GFS，落區(qū)預(yù)報較為準(zhǔn)確。中尺度模式的降水強度預(yù)報優(yōu)于全球模式，但BJ-9 km降水強度預(yù)報過強，CMA-MESO模式的預(yù)報更有參考性。