一次罕见的秋季暴雨天气成因分析

一次罕见的秋季暴雨天气成因分析　江　虹黄敬玉宋玉明　（通化市气象局，通化１３４００１）　摘要　利用数值预报、常规天气图、各种物理量场、　表１通化市各县（市）秋季暴雨最晚出现日期及量级　卫星云图、Ｅ（Ｅｎｅｒｇｙ）指数等对２００７年９月１８　—２０日一场历史罕见的区域性秋季暴雨天气过程　进行了综合分析。该过程是在西风槽、副热带高压　边缘的暖湿气流和１３号台风韦怕减弱后的低气　压共同作用下产生的；欧洲中心数值预报在预报　西太平洋副高位置上明显优于Ｔ２１３数值预报；　Ｔ２１３、日本和德国三家预报的降水中心位置均有　一定的偏差，中心量级偏大，但对强降水出现的时　间和落区预报都具有一定的指示意义；Ｅ指数作　为一个反映降水强弱和落区的辅助工具，对本次　降水过程做出了准确预报。　关键词：暴雨；水汽输送；急流；数值预报；Ｅ指数　１引言　现代天气预报工作的特点是资料信息量大、　数值预报产品丰富和预报工具多。预报员在预报　业务实践中如何应用好这些信息、产品和工具，制　作出优质的天气预报，对提高天气预报准确率，特　别是暴雨等灾害性天气预报至关重要。本文以　２００７年９月ｌ９—２０日一场历史罕见的秋季暴雨　过程为例，通过分析各种气象信息资料，比较各种　预报工具的优劣，寻找暴雨的形成机制，以期对提　高秋季暴雨预报水平有所帮助。　经历史资料查询，自１９５１年建站以来，通化　市９月份出现≥５０ｒａｍ的暴雨天气共ｌ４站次，期　间只有１９９１年９月１９日产生过一次３站以上的　大到暴雨天气。２００７年９月２０日的大到暴雨天　气过程是历史上第二个３站以上的大到暴雨天　气，９月１８日２０时至２０日２０时两天合计降水　量各站均在６０ｍｍ以上，其中集安达１０３ｍｍ，属　历史第一次。历史上通化市各县（市）秋季暴雨出　现最晚日期及量级见表１。　２实况及主要影响系统　２．１实况　２００７年９月１８日２０时至２０日２０时吉林省　东南部地区均出现大到暴雨天气，两天合计降水　量大于５０ｒａｍ的共１４个站，其中９月ｌ９日２０时　《吉林气象）２００８年第３期　至２０日２０时大于５０ｍｍ的有４个站。根据自动　站资料可以确定主要降水时间在２０日的ｌ４时至　ｌ９时。　２．２主要影响系统　由２００７年９月１８日至２０日逐日５００ｈＰａ位　势高度场分析可知（图略），此次天气过程主要是　受西风带的高空槽、副热带高压和０７１３号台风韦　帕减弱的低气压三个天气系统影响，关注三个系　统的未来演变和配合是起报和预报暴雨落区的关　键。　２．２．１　９月１８日０８时，通化市受上述三个天气系　统影响。从贝加尔湖到河套地区为高空槽，槽线位　于１１５ｏＥ附近，为南北向槽，通化处于高空槽前西　南暖湿气流中。西太平洋副高比较强盛，５８８线北　界位于３８ｏＮ附近，呈带状分布。福建沿海受０７１３　号台风韦帕控制。　２．２．２　１８日２０时，西太平洋副高明显北抬，北界　点抬至４１０Ｎ附近。０７１３号台风韦帕减弱的低气　压沿着副高边缘西进北上。槽线位于内蒙中部至　湖南，槽后有明显的冷平流。这时西南急流已建　立，通化市的北部正好处于强的辐合区内。从自动　站降水图可以看出，１８　Ｅｔ　２０时至１９日２０时通　化市北部县（市）降大雨，南部县（市）降中到大雨　或中雨。　２．２．３　２０日０８时副热带高压继续加强但稳定少　动，台风减弱的低气压已经基本填塞，与西风槽合　并，槽后仍有冷平流配合。受西风槽和副高的共同　影响，通化市南部降水明显增大，９月２０日通化　市南部降暴雨或大到暴雨，北部降中到大雨。　３卫星云图的演变特征　分析卫星云图有助于我们分析高空槽系统的　移动速度和发展阶段，并预告其未来的演变，也有　助于我们估计降水分布。２００７年１８日０８时，随　着高空槽的东移，西南急流的建立，一条与高空槽　西南急流走向完全一致的云带形成，该云由西南　在２０日０８时８５０ｈＰａ图上，Ｔ—Ｔｄ≤３℃的湿　区沿着副高边缘呈狭窄的带状分布，也是西南走　向，通化市处于Ｔ—Ｔｄ≤３ｃＣ湿区中心内，由　７００ｈＰａ和８５０ｈＰａ图上湿区分布特征可以确定高　向东北偏北方向移动，移动速度比较缓慢，并且在　移动过程中逐渐加强，在副高的稳定维持和西南　急流的操纵下，将台风云系不断地向东北方向输　送（见图１Ａ）。２０日０８时，在冷空气和西南暖湿　低空具有相同的水汽分布特征，这表明整层水汽　条件有利于强降水的产生。　分析８５０ｈＰａ水汽通量，１８日２０时水汽通量　最大值呈带状分布，其走向与西南急流走向基本　致，中心最大值为４６０ｇ／（ｃｍ．ｈＰａ．ｓ），位于台湾省　一气流的共同作用下，在高空槽上的通化市上空有　北侧，通化市水汽通量为１０４　ｇ／（ｃｍ．ｈＰａ．ｓ）。２０日　一个强云团产生，向偏东方向移动，并在移动的过　１４时水汽通量最大值中心移至朝鲜半岛西北部，　程中加强（见图１Ｂ），１０时左右开始影响通化市，　中心值为５８７￣（ｃｍ．ｈＰａ．ｓ），通化市位于水汽通量最　并且不断有云系补充，使其在ｌ４时明显加强（见　大值附近的左侧，是暴雨易发生地带。由此可以看　图１Ｃ）。　出，减弱的低气压携带着大量的水汽借助于高空　４物理量诊断分析　槽前和西太平洋副高西侧的西南水汽通道输送到　４．１高低空急流　通化市，为通化市的强降水提供了有利的水汽条　１８日０８时，３００ｈＰａ高空槽前一支西南风　件。　速＞￣４０ｒｒｄｓ的高空急流带随着西风槽的东移与副　４．３动力条件　高边缘的西南风合并成一条狭长的西南急流带。　分析散度场分布的演变特征（图２Ｂ），１８日　１８日２０时到２０日０８时，西南风急流加强东移，　Ｏ８时暴雨区上空３００ｈＰａ出现一个辐散区，而低　急流区从湖北穿过河北至吉林中部一线，暴雨区　空８５０ｈＰａ存在一个辐合区。１８日２０时高层辐散　位于急流出口处右侧的辐散区中。１９日２０时，　和低层辐合加强，暴雨区上空２００ｈＰａ辐散中心数　８５０ｈＰａ在低空槽前由浙江指向朝鲜半岛风速≥　值达到５２×１０－６ｓ一，通化市为３１×１０＿６ｓ　；８５０ｈＰａ　１２ｍ／ｓ的东南低空急流建立，并向吉林南部扩展，　辐合中心数值达到一７２×ｌＯ　一，通化市为一６６×　２０目暴雨区位于急流中心最大风速的顶部风速　ｌ０．６ｓ～。这种高层辐散，低层辐合的垂直结构一直　辐合区中；高空的西南急流和低空的东南急流的　维持到２０日０８时，高层辐散的抽吸作用，加强了　建立使这次暴雨过程有两条水汽通道。当高空的　低空暖湿气流的上升运动，是触发不稳定能量释　西南急流加强东移与低空急流的前端在９月２０　放的重要启动机制。因此，高层辐散低层辐合的垂　日交汇于吉林省的东南部时，使吉林省东南部的　直配置为降雨的出现提供了有利的动力条件。　辐合运动加强，同时也加强了暴雨区的水汽输送，　５数值预报产品的分析和检验　暴雨区发生在这两支急流交点的北测（见图２Ａ）。　５．１数值预报产品的形势分析　４．２水汽条件　由于此次暴雨天气过程的主要大尺度影响系　豳■一　图Ｉ　２００７年９月１８日０８时（Ａ）、２０日０８时（Ｂ）ｇｌ　２Ｏ日１４时（Ｃ）卫星云图　《吉林气象）２００８年第３期　一１２一　统是西太平洋副高，实况分析反映，在９月１８日　况。对于５８８线的北界位置基本与实况一致。　综合以上分析可以知道对于这次暴雨天气过　程，欧洲中心数值预报在预报西太平洋副高位置　西太平洋副高确有一次北抬的过程。因此，此次过　程暴雨落区预报的成败主要取决于对欧洲中心和　Ｔ２１３的形势数值预报产品的释用。　以１５日２Ｏ时、１６日２０时、Ｉ７日２０时为初　上明显优于Ｔ２１３数值预报，而且在模式修正能力　上，欧洲中心数值模式，随着初始场时间越靠近实　况时间，预报场与实况符合越好，仅仅出现很少的　预报偏差和不稳定现象。　始场，从图３Ａ欧洲中心数值预报分析看，对西太　平洋副高中心位置预报无明显分歧，１５日预报的　中心位置偏离实况的误差最大，向东偏差约３个　５．２　Ｔ２１３、日本、德国三家降水数值预报产品和实　纬距；１６日预报中心位置基本接近实况，向北、向　况的对比分析　东都大约偏差了１个纬距；１７日预报的中心位置　以下是对９月ｌ８日０８时至１９日０８时和　基本与实况重合，只是中心范围比实况稍大些。对　２０　１３　０８时至２１日０８时，Ｉ１２１３、日本、德国三家数　于５８８线西伸脊点的预报三个时次都较准确，但　值预报中两个时段２４小时降水预报与实况的对　是比较三个时次，１５日和１６日的西伸点略偏东　比分析。　１～２个纬距，１７日预报的西伸脊点接近实况。对　由图４Ａ可以看出，１８日０８时到ｌ９日Ｏ８　于５８８线北界位置，从１５日到１７日越来越接近　时，实况有三个强中心，降水落区位于副高的边　实况。从Ｔ２１３数值预报分析看（见图３Ｂ），对于西　缘，为西南走向，呈带状分布。从三家数值预报降　太平洋副高中心位置的预报三个时次都不是很准　水落区和量级来看，预报出了降水中心，但落区与　确，三个时次的中心位置明显偏东，ｌ７日中心范　实况相比很不理想，均偏东偏南，Ｔ２１３预报降水　围接近实况，但偏东了３个纬距，对于５８８线的西　中心照比其它两家更接近实况一些，量级预报较　伸脊点，１５日初始场很好地预报了西脊点的位　准确，但降水中心量级偏大，对山东半岛大于　置，但是１６日和Ｉ７日的预报结果反而偏离了实　ｌＯＯｍｍ降水预报量级偏小；德国数值预报中心报　图３欧洲中心数值预报分析（Ａ）和Ｔ２１３（Ｂ）以１５日２０时、１６日２０时、１７日２０时　三个时次为初始场，预报１８日２０时西太平洋副高位置（黑粗线为实况，最细的为１５日初始场，以此类推）　《吉林气象）２００８年第３期　一１３．－　表１预报量与各因子的相关系数及各模型回归统计值　表２各模型各级别上的拟合确率及其平均拟合率　为２级；当Ｙ全≥１０６．８时水稻生物量评估等级为　均为正确，确率达到了７５％。　３级。　通过以上对各模型的回报和试报检验，说明　以上６、７、８月的评估模型均通过了Ｆ０．０５的　所建水稻生物量评估模型具有一定的可靠性。　检验（各模型回归统计值见表１）。而全生育期的　４小结　评估模型判定系数及Ｆ统计值均稍差，其原因是　４．１在水稻品种、栽培技术及管理水平一致的基　水稻在灌浆期存在着干物质的转移，出穗前储存　础上，水稻的生物产量只决定于气象条件，这为本　在各节间的干物质有５０％　７０％都在乳熟期运出　模型的建立奠定了理论基础。　供籽粒灌浆【Ｉ１，因此影响着后期评估模型的统计　４．２水稻一生生物量的日增长量曲线呈抛物线　值，尽管如此，该模型在分级评估上仍有较好的表　型，生育初期日增长量较小，生育中期逐渐增大，　现。　至８月初前后达到高峰，随后又逐渐下降。　统计分析表明，水稻生物量与气温、日照是呈　４．３在水稻生物量的积累过程中，平均气温越高、　正相关的，相关程度生育前期大于生育后期；与降　光照条件越好，对水稻生物量的积累越有利。而由　水基本上是呈负相关的，随着７、８月份降水量级　于有灌溉条件作保障，降水越多则对水稻生物量　的增大负相关程度加大（各评估期生物量与温度、　的积累越不利。　　－日照、降水的相关系数见表１）。　４．４由于受样本长度的限制，评估模型仅分３级，　３．２水稻生物量评估模型回报及试报检验　显得不够细腻，但对水稻生物量的变化趋势还是　３．２．１评估模型的回报检验　具有一定的评估能力，随着样本的增加我们将会　利用所建模型对１９９１—２００５年水稻生物量观　继续对其进行完善。　测数据进行了回报检验，各模型各级别上的确率　４．５评估模型在回报和试报过程中均表现出了较　都达到了６７％以上，最高者达到了１００％，各模型　高的预报确率，具有一定的适用性。为了增加其可　的平均确率达到了７４％以上，最高者达到了８７％　操作性，我们已将其编制成应用软件，以方便使　（各模型拟合结果见表２）。　用。　３．２．２评估模型的试报检验　参考文献　利用２００６年的观测数据对所建模型进行了　［１】山东农学院主编．作物栽培学．北京：农业出版社，１９８６．　试报检验，在６月、７月、８月和全生育期４次滚动　【２】南京农学院主编．田间试验和统计方法．北京：农业出版　预报中，只有８月为等级预报错误，其它预报等级　社．１９８５．　（上接第ｌ４页）汽、高低空急流的配合及高层辐散　水出现的时间和落区都有一定的指示意义。　的抽吸作用，加强了低层暖湿气流的上升运动，为　６＿３　Ｅ指数作为预报降水强弱和落区的辅助工　此次暴雨提供了重要条件。　具，对本次降水过程做出了准确预报。　６．２数值预报能够较准确地预报环流形势变化，　总之，综合利用天气图、卫星云图、各种物理　但对副热带高压位置进退的预报还有一定的误　量诊断和数值预报产品等是此次暴雨预报成功的　差，比较常用的日本、Ｔ２１３、德国数值预报产品的　关键，但众多的资料和参考预报产品也增加了预　降水产品发现，在这次过程中三家预报的降水中　报的难度，检验和对比数值预报及各种预报工具　心位置均有一定的偏差，中心量级偏大，但对强降　并对其订正是今后工作的重点。　——４０——　《吉林气象）２００８年第３期