沈阳局地暴雨过程预报失误分析

朱国明，胡 壮，张思瑶

（1.民航东北地区空中交通管理局，辽宁沈阳110043；2.民航西南空管局，四川成都610202；3.沈阳市气象局，辽宁沈阳110168）

暴雨空间尺度小、持续时间短、降水强度大和成因复杂等特点一直是预报中的难点和重点[1-4]。许多学者对暴雨的气候特征、环流形势、结构特征和水汽来源等做了大量的工作。肖递祥等[5]选取35年四川盆地出现的极端暴雨天气个例，分析了气候特征、环流形势、影响系统及中尺度对流环境条件，结果表明大多数极端暴雨都出现在持续性暴雨过程中，暴雨中心主要出现在盆地西北部和西南部，极端暴雨过程具有低层高比湿、整层相对湿度大、暖云层厚、CAPE呈狭长形态、垂直风切变小等特征。雷蕾等[6]针对2016年7月19～20日华北极端暴雨中的低涡系统发展演变的结构特征和加强机制进行了研究，结果表明：中低层低涡系统快速发展过程与高低空系统构成耦合作用有关，低涡系统的发展进一步强化了低空暖平流，促使低空气旋向东北方向发展移动，这一正反馈过程形成的耦合环流不仅造成了整个涡度柱强度增强，而且垂直结构上逐渐由倾斜涡柱演变为近乎于直立的涡柱。为了更好地研究沈阳本地局地暴雨预报，本文利用实况气象观测资料、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）细网格预报产品、雷达探测产品和地基GPS/MET观测网大气可降水量（PWV）数据，针对2017年8月

3日沈阳局地暴雨过程进行分析，反思预报思路，探讨模式预报误差，寻求预报着眼点。

1 降水过程概述

2017年8月3 日07时 ～4日06时，沈阳地区出现大雨局部暴雨天气，降水量分布不均匀，强降水落区主要集中在沈阳新民、康平和法库地区。全市7个国家气象观测站平均降水量26．5 mm，全市245个气象观测站平均降水量17．1 mm，最大降水量出现在新民柳河沟为93．1 mm，最大降水强度出现在法库十间房为44．3 mm/h。

2 降水预报失误分析

预报员主观预报2017年8月3日傍晚到夜间沈阳地区将出现暴雨、局部大暴雨天气过程，其中康平、法库和新民地区降水量可能超过150．0 mm。对比实况降水量，预报失误主要体现在沈阳市区的暴雨空报。本文反思预报思路，探讨模式预报误差，寻求预报着眼点，为临近订正预报提供依据。

2.1 模式环流背景检验

检验不同起报时刻ECMWF模式预报2017年8月3日08时700 hPa风场和相对湿度场（图1a、2c、3e）可知，2017 年 7月 31 日 20 时起报，低涡中心位于河北省与辽宁省交界处，闭合环流中，偏南风风速较强，偏北风风速较弱；2017年8月1日20时起报，低涡中心较前一起报时刻位置偏北，低涡北部延伸出风速的辐合切变，偏南风进一步增强；2017年8月2日20时起报，低涡中心位置较前一起报时刻变化不明显，但辐合明显增强。检验不同起报时刻ECMWF模式预报2017年8月3日20时700hPa风场和相对湿度场的稳定性（图 1b、1d、1f）可知，2017年7月31日20时起报，低涡中心位于辽宁省中北部地区，沈阳地区上空为一致的西南气流；2017年8月1日20时起报，低涡中心位置较前一起报时刻明显偏北；2017年8月2日20时起报，切变线较前一起报时刻移速偏快，切变线前侧的西南急流刚好位于沈阳地区上空。从检验结果来看，ECMWF模式预报的700hPa风场和相对湿度场存在明显的不确定性。

图 1 2017年 7月 31日 20时（a、b）、8月 1日 20时（c、d）和 8月 2日 20时（e、f）起报 ECMWF模式预报 2017年 8月 3日 08时（a、c、e）和 8月 3日20时（b、d、f）850 hPa风场和相对湿度场

图2 2017年8月 2日20时起报ECMWF模式预报12～24小时（a、b）、24～36小时（c、d）的对流性降水量（a、c）和大尺度降水量（b、d）

图3 2017年8月3日20时起报ECMWF模式预报辽宁地区850hPa风场和相对湿度场的分析场（a）和 0～3小时预报场（b）

2.2 模式降水预报失误

分析2017年8月2日20时起报ECMWF模式预报未来对流性降水量和大尺度降水量（图2），2017年8月3日08时～20时，新民站（区站号；54333）累计降水量39．2mm，其中对流降水量 5．8mm，大尺度降水量 33．4mm；2017年 3日 20时 ～4日 08时，沈阳城区累计降水量70．8mm，其中对流降水量9．7mm，大尺度降水量61．2mm。由此可见，ECMWF模式预报的累计降水量主要是大尺度降水，即降水是由大尺度系统产生，而ECMWF模式预报的对流性降水量最大不超过10 mm，即降水由中、小尺度系统产生的比例较小。

2.3 模式大尺度降水预报误差

从ECMWF模式对降水系统的调整来分析模式预报大尺度降水的误差，图3a给出了2017年8月3日20时ECMWF模式辽宁地区850hPa风场和相对湿度场的分析场，2017年8月2日20时起报的预报8月3日20时的低空切变线较实况明显偏慢，且预报的西南风和偏南风的水汽辐合消失，转为西南风的水汽通道。2017年8月3日23时，系统快速东移，水汽辐合区位于沈阳市区的东南，暖湿的对流环境消失。

为了进一步分析沈阳城区上空的水汽特征，通过分析2017年8月3日20时～3日23时逐小时大气可降水量的探测结果。2017年8月3日20时大气可降水量的大值区（≥65．0 mm）主要集中在辽宁中南部地区，沈阳城区上空并未出现水汽的堆积区。水汽堆积区向东北方向移动，擦过沈阳东南部地区，2017年8月2日20时起报ECMWF模式预报，2017年8月3日20时沈阳城区上空的水汽辐合区并未出现，因此导致沈阳城区的暴雨空报。

3 结论

本文利用实况气象观测资料、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）细网格预报产品和地基GPS/MET观测网大气可降水量（PWV）数据，针对2017年8月3日沈阳局地暴雨过程进行分析，反思预报思路，探讨模式预报误差，寻求预报着眼点，结果表明：

不同起报时刻ECMWF模式预报的700 hPa风场和相对湿度场，切变线的位置和两侧风速大小存在明显的不确定性。

ECMWF模式预报的降水量主要是由大尺度降水产生，对对流性降水估计明显不足。对降水系统的位置及风场强度预报的不稳定性，导致大尺度降水落区处于不段调整，使沈阳城区对流环境发生改变，预报城区上空西南风和偏南风的水汽辐合消失，转为西南风的水汽通道，水汽辐合区出现在城区东南部，因此导致沈阳城区暴雨空报。

可以利用大气可降水量的监测资料，来判断水汽辐合区，进而订正模式预报。