多种资料融合技术在金沙江下游强降水天气预报中的作用

九、多种资料融合技术在金沙江下游强降水天气预报中的作用

2008年8月10日溪洛渡坝区及金沙江下游流域出现强降雨天气过程，是由于副热带高压加强西伸导致辐合区西移，结合北方南下冷空气共同影响而造成。此次过程，通过常规天气图按天气学原理外推很难得出有强降水的预报结论，但通过卫星云图的跟踪分析，结合最新的数值预报产品的形势预报和本地预报工具的结论，可以捕捉到常规天气图以外的有利信息，是此次强降水预报成功的关键。

1.天气实况

副热带高压的日变化一般是白天增强，夜间减弱，但2008年8月9日白天到10日夜间却相反，副热带高压白天减弱，夜间增强，导致两高辐合区西移，与冷空气共同影响，造成10日（9日傍晚到夜间）金沙江下游流域普遍出现大雨到大暴雨，其中华弹—溪洛渡干流区间为大雨（面平均雨量18.7mm），溪洛渡—向家坝区间为大暴雨（面平均雨量82.7mm），根据水文监测资料，普洱镇日雨量多达178mm，横江流域为暴雨（面平均雨量40.6mm），见表9.8。溪洛渡水电站坝区也出现了大雨到暴雨，根据坝区中尺度自动站网监测资料，9日20时到10日08时12小时降雨量为24.2～41.1mm（表9.9），以12小时雨量计，杨家坪和溪洛渡站雨量为达到暴雨标准。昭通市10个县气象站资料亦表明，10日全市为区域性的大雨到暴雨天气（表9.10）

表9.8　　　　2008年8月10日08时金沙江流域各区间面平均雨量统计表（单位：mm）

表9.9　　　　　　2008年8月10日溪洛渡水电站坝区降雨量统计表（单位：mm）

表9.10　　　　　　　　昭通市2008年8月10日降水统计（单位：mm）

2.天气形势

500hPa，8月09日08时（图9.32a），青藏高压势力较强，中心位于格尔木—沱沱河—茫崖，中心强度5860gPm，在其前部伴有＋20～＋50gPm的正变高区，副热带高压中心位置偏北，其脊线呈东北—西南走向位于大连—章丘—阜阳—汉阳—长沙—怀化一线以西以北2个经距左右，内蒙古南部有中心强度5750gPm低涡，且温度场落后于高度场，从此低涡南伸的低槽切变位于银川—红原—成都一线，处于副热带高压西侧到西南侧的东南气流和西南气流将来自南海的水汽输送到昭通市到四川东部，昭通市处于温度露点差为1.3～2.2℃的饱和区。到20时（图9.32b），青藏高压加强东进，而副热带高压东退明显，昭通市为青藏高压南侧偏东气流控制，但水汽条件非常好，温度露点差0.6～1.7℃（宜宾站温度露点差仅为0.6℃，为高度饱和）。到10日08时（图9.32c），从位势高度场上看，高度值在四川东部到昭通市变化不大，但从风场结构看，副热带高压环流明显加强西进，原位于山东境内的反气旋环流中心西进到重庆和湖北交界处，而内蒙古境内的低涡略有东移南压，强度变化不大，其低槽引导地面冷空气自河西走廊和河套地区南下到达四川东部到重庆，然后以回流的形式影响昭通市。这样川东到昭通市在9日08时到10日08时的24小时内经历了一次副热带高压减弱又加强，受其影响，这两高之间的辐合区先是过了昭通市然后又西移并结合地面冷空气影响昭通市而造成区域性强降雨天气过程。

图9.32　2008年8月9到10日500hPa流场演变
（a.9日08时；b.9日20时；c.10日08时；d.10日20时）

700hPa，9日08时（图9.33a），在河套北部有中心值为3070gPm低涡，从低涡向南延伸的低槽位于延安—汉中—成都一线，在低纬，强热带风暴“北冕”减弱后的热带低压位于北部湾，并在宜宾—镇雄一线形成一倒槽，与北部的低槽区打通。昭通市处于切变辐合区中，且为水汽饱和区（温度露点差1.1～2.4℃），到20时（图9.33b），伴随青藏高压的东进，切变有所东移，但倒槽仍位于达川—重庆—威宁一线，昭通市处于倒槽前部的东北气流并且气旋性曲率加大。到10日08时（图9.33c），倒槽切变区又西移，位于宜宾—镇雄一线，形势变化与500hPa非常一致。

图9.33　2008年8月9到10日700hPa流场演变
（a.9日08时；b.9日20时；c.10日08时；d.10日20时）

图9.34　2008年8月9到10日850hPa流场演变
（a.9日08时；b.9日20时；c.10日08时；d.10日20时）

850hPa，9日08时（图9.34a），昭通市为副热带高压西南侧的东南气流，北边低槽槽底到达四川东北部，20时转东北气流并携带冷空气西南方向移动（图9.34b）；10日08时到20日才转为西北气流和偏北气流（图9.34c、d），冷空气过昭通全境。

9日地面图14时，河西走廊有1012hPa冷高压，冷高压范围已到达宜宾，1005hPa线已控制到四川北部，前沿冷空气已到达峨眉山到南充附近，最大冷空气影响的区域川东已出现暴雨，6小时雨量最大达50～60mm。负变温区主要在河套地区到川北，变温中心位于河套东部，达－10～12℃。

综上所述，来自南海的水汽沿副热带高压边沿的东南和西南气流北上，为强降水的产生提供了丰富的水汽，而北方低槽引导冷空气东移南下，副热带高压增强导致两高辐合区西移，二者的共同影响触发副热带高压边沿不稳定能量的释放而产生了此次强降水天气过程。

3.物理量场分析

（1）水汽条件

在9日08时，500hPa水汽散度区主要位于四川东北部，昭通市为4×10^－10g·（hPa·s）^－1·cm^－2的辐散中心，到20时，辐合大值中心区移到昭通市，中心值－2×10^－10g·（hPa·s）^－1·cm^－2的。与500hPa对应，9日08时700hPa辐合中心区也在四川东北部，中心值－6～－8×10^－10g·（hPa·s）^－1·cm^－2，整个昭通市处于－2～－4×10^－10g·（hPa·s）^－1·cm^－2的辐合区内，20时，水汽辐合中心西移南压，中心位于昭通市，中心值迅速增大，达－12×10^－10g·（hPa·s）^－1·cm^－2，强降水区就与此大值区对应。9日08到20时，850hPa昭通市均为弱的水汽辐合区，其中20时比08时稍有增强。而水汽通量场上，9日08时，850hPa为大值中心，中心值达为8×10^－1g·（hPa·s）^－1·cm^－2，到20时增大为12×10^－1g·（hPa·s）^－1·cm^－2，700hPa也为明显的湿舌区（图略）。

可见，高中低层的水汽输送和在本地的强烈辐合为此次强降水过程的产生提供了丰富的水汽条件。

（2）层结稳定度条件

实际上一般暴雨，尤其是特大暴雨都不是在一天之内均匀下降的，而是集中在一小时到几小时内降落的，所以降水时的垂直运动是很大的，是由中小天气系统所造成的。如此大的垂直运动，只有在不稳定能量释放时，才能形成。所以在考虑暴雨时，必须分析不稳定能量的储存和释放的问题。

9日08时到20时，四川到昭通市北部为Si≤－2℃的不稳定区，并于20时不稳定区南移，主要位于昭通市到重庆一带。

从θ_se场分析（图略），500hPa四川东部到昭通市处于70～74℃的高能舌内，昭通市θ_se值为73℃，并于20时加大到73℃；700hPa昭通市到四川东部到重庆一带也为明显高能舌内，20时加强，高能中心区就在昭通市中北部，中心值加大到77℃；850hPa，9日08时昭通市θ_se值为77℃，处于高能区内，但量中心区在重庆和高原南部，到20时高能中心区就位于昭通市，中心数值达82℃。

可见，由于昭通市白天转多云间晴的天气，加大了对流不稳定能量的积累，500hPa与850hPaθ_se之差由08时的－4℃增强到20时的－8℃。

进一步分析还可发现，伴随冷空气的移动，是各层θ_se场很强的能量锋区的移动。说明了冷空气在此次强降水过程中的重要作用，它直接触发了对不稳定能量的释放从而导致暴雨的产生。

（3）动力条件

降水持续时间的长短影响着降水量的大小。降水持续的时间长是暴雨（特别是连续暴雨）的重要条件。中小尺度天气系统的生命较短，一次中、小系统的扰动，只能造成一地短时的暴雨。必须要有若干次中（小）尺度系统的连续影响，才能形成时间较长、雨量较大的暴雨。然而中、小尺度系统的发生、发展又是以一定的大尺度系统为背景的，也就是说，暴雨总是发生在大范围上升运动区内。

从散度场看（图略），9日08时，主要的辐合区在四川，昭通市只在低层700hPa以下层次有弱的辐合，其中700hPa散度值为－4×10^－5·s^－1，以上层次则为辐散，最大辐散层在300～200hPa，达4×10^－5·s^－1。到20时，辐合上升气流明显加强，500hPa以下均为上升气流，且辐合上升运动的中心就在昭通市，500hPa散度值达－6×10^－5·s^－1，700hPa散度值达－12×10^－5·s^－1，最大辐散层则上升到200hPa，中心亦位于昭通市，中心数值达16×10^－5·s^－1。说明冷空气和高空低槽（切变）结合产生的强大的动力抬升作用。

4.卫星云图跟踪

10日12：00，盆地开始有对流云团生成并发展，在其后1到2小时内加强合并，其间出现中尺度对流云团（图9.35a）。于14：30到15：00（图9.35b）继续加强为一条带状的对流云系，并向西向南扩展，云系的前边界整齐，说明冷暖空气的交汇剧烈，前沿云系已影响昭通市东部的威信、镇雄。同时在副热带高压边缘，有云系自布玛河谷北上经滇西北达到四川东部。16：00到16：30威信境内的对流云发展迅速，成为近似圆形的中尺度对流云团。17时（图9.35c，d），威信境内的对流云系继续发展，范围向西北东南方向扩大，由于对流上升的作用，云中的水汽含量迅速加大。同时，在其西北侧，还有另外一个非常突出的高水汽区，这是主体云系的前沿开始影响昭通市东北角的水富盐津一带。水汽来源经副热带高压边沿主要来自南海。

图9.35　2008年8月10日强降水过程卫星云图演变

1小时后，云系向西南方向扩展明显，覆盖昭通市大关以东的地区。高水汽区分为两个，一个在北面的绥江、水富一带，一个在威信、镇雄境内对应红外云图对流发展旺盛的区域。

19时到20时（图9.35e），强的对流云系的分布发生变化：威信境内原对流云系减弱，同时19时在威信的林凤附近有一小尺度的对流发展明显，原位于绥江、水富的对流云团（维持时间近两小时）减弱，云系一边向西向南扩展，强对流区向南掉，主要控制昭通市北部溪洛渡坝区以东、绥江南部和盐津，因此到20时，自动站资料显示，林凤站降雨达40mm，盐津普洱站达21mm。此后，高水汽区持续控制昭通市东部和北部，22时乡镇加密自动站资料显示，盐津普洱站降水已达50多mm，而靠近它的兴隆站降水已达70mm。溪洛渡坝区处于其边缘，雨量达到10mm左右，强降水区和高水汽区非常吻合。

23时到24时，原强对流云团减弱，川西高原有对流云系南移并入东面的主体云系。伴随对流的减弱，云中的高水汽区也减弱，表现为高水汽区范围缩小，主要位于大关、彝良境内，1个半小时后明显减弱。

在凌晨2：00，盐津附近又有一小范围的高水汽区出现，1小时后原地减弱，3：30又有所增强，到4：00减弱，维持到6点。溪洛渡坝区以层状云降水为主，其中在01时到02时之间有所加强，1小时后明显减弱消散。

分析逐时次的水汽图（图9.35f），可以发现，云中的水汽含量之丰富可以达到和海上的台风云系相似的程度，均为绿色（55）以上的高水汽区。

5.雷达回波分析

18：21（图9.36a），盐津东北方向有块状混合型降水回波，其中一个强中心在回波西南边沿，位于普洱，中心回波强度42.2dBz。10分钟后范围扩大，强中心西南移。到19时（图9.36b），主要降雨回波在横江流域的大关、盐津、水富、绥江和永善东部，较为分散，对流最强处达54.2dBz（大关县城西北侧）。半小时后，回波逐渐连成一片，到20～21时（图9.36c），大片的混合型回波控制昭通东部北部区域，强中心主要分布在大关、盐津境内，最强51.7dBz，另外有强回波带位于鲁甸西南方向30km左右的地方。22时到22时30分（图9.36d）强回波带西南移，主要在横江流域大关到盐津之间，中心强度有所加强。对应速度场可以发现，辐合区已到测站上空，盐津附近仍存在逆风区。23（图9.36e）到24时西移到昭通西部和南部。到5时（图9.36f），强回波基本移出昭通，昭通境内为层状云弱回波，强降水趋于结束。

图9.36　2008年8月10日强降水过程雷达回波演变

回波在昭通市北部东部停留时间长，尤其是盐津附近，混合型降水回波影响时间长达8个小时，是造成盐津普洱站特大暴雨的主要原因之一。

6.多种资料融合技术在此次强降水过程中的作用探讨

在现代高科技条件下，当今预报员每天都面对海量的气象预报信息，包括常规探测资料、多种数值预报模式产品、卫星云图、雷达回波等等，还有各种加密观测资料的信息和本地开发的各种预报工具。由于各种气象资料都是用不同的方式从不同的角度反映大气运动状况，因此，如何在这大量的信息中提取对未来天气预报有用的信息，即找准预报着眼点，这是预报成功的关键，也是预报工作的难点。在此次强降水天气过程中，如果从常规的探测资料，很容易造成系统已经东移不会对本地造成影响的错觉，但卫星云图可以发现，云系在不断地向西向南扩展，这是由于副热带高压的增强使辐合区西移的结果，与数值预报模式对未来环流形势的演变是一致的，而本地高质量预报工具的使用，可以为最终预报结论提供有力的支撑。