東北冷渦影響下本溪溫度和降水預(yù)報(bào)技術(shù)研究

魏海寧 寇思聰 丁偉 王煥毅 李雪洋

摘要 每年5—6月本溪地區(qū)受冷渦系統(tǒng)影響天氣增多，多陣性降雨天氣，冷渦系統(tǒng)帶來的特殊天氣也給本溪地區(qū)溫度和降水預(yù)報(bào)帶來了較大的難度，造成溫度預(yù)報(bào)和降水預(yù)報(bào)質(zhì)量不高。通過對(duì)2019年5月1—6月11日影響本溪地區(qū)的冷渦系統(tǒng)進(jìn)行追蹤，分析了冷渦的位置、強(qiáng)度等對(duì)本溪地區(qū)溫度、降水的影響特征。同時(shí)，對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行了模式檢驗(yàn)，以期為今后的預(yù)報(bào)提供有力的技術(shù)支撐，有效增強(qiáng)預(yù)報(bào)能力，提高預(yù)報(bào)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 東北冷渦；模式檢驗(yàn)；天氣形勢(shì)分析

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）09–0-03

東北冷渦是造成中國(guó)東北地區(qū)持續(xù)陰雨洪澇、突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流天氣的重要天氣系統(tǒng)。預(yù)報(bào)東北冷渦及其引發(fā)的天氣現(xiàn)象一直是東北地區(qū)氣象科技工作者關(guān)注和研究的問題。蔣大凱等[1]對(duì)東北冷渦氣候特征及其對(duì)遼寧氣溫的影響進(jìn)行了研究，孫力[2]對(duì)1956—1990年的冷渦氣候特征進(jìn)行分析，得出大量有價(jià)值的結(jié)論。同時(shí)，隨著數(shù)值模式的不斷完善，利用數(shù)值模式取代傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)方式，并將數(shù)值模式的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)普及至其他行業(yè)已逐漸成為一大趨勢(shì)。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)數(shù)值模式預(yù)報(bào)效果具有時(shí)間和空間上的顯著差異，對(duì)數(shù)值模式的檢驗(yàn)可以幫助預(yù)報(bào)員更好地了解數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)本地預(yù)報(bào)結(jié)論的適用程度，對(duì)天氣系統(tǒng)的分析提供幫助，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率[3-9]。由于每年5—6月多受冷渦系統(tǒng)的影響，本地溫度預(yù)報(bào)和降水預(yù)報(bào)難度加大，預(yù)報(bào)質(zhì)量明顯下降，因此，從冷渦系統(tǒng)季節(jié)變化特征入手，通過對(duì)多模式預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)，為冷渦系統(tǒng)影響下提高本溪地區(qū)的預(yù)報(bào)質(zhì)量提供有力的技術(shù)保障。

1 資料來源和東北冷渦標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用2019年5月1日—6月11日Micaps中500 hPa高度、850 hPa溫度、850 hPa風(fēng)場(chǎng)和本溪市區(qū)、本溪縣、桓仁縣觀測(cè)站的地面逐日氣溫和逐日降水量數(shù)據(jù)。

東北冷渦的定義：在500 hPa高空?qǐng)D上，在東北地區(qū)（35°～55°N，115°～145°E）至少有一條閉合等高線，并有明顯的冷槽或冷中心配合的低壓。

2 冷渦系統(tǒng)特征

2.1 冷渦位置變化特征

由圖1可以看出，在該季節(jié)時(shí)段冷渦位置的經(jīng)緯度變化中，冷渦的東西擺動(dòng)幅度明顯大于南北擺動(dòng)，南北擺動(dòng)基本維持在20°以內(nèi)，東西擺動(dòng)幅度明顯加大，跨度達(dá)50°。

2.2 冷渦中心最低氣壓值

由圖2可知，冷渦中心強(qiáng)度隨著季節(jié)變化呈減弱趨勢(shì)，但由統(tǒng)計(jì)分析可以看出，冷渦系統(tǒng)影響下產(chǎn)生降水的時(shí)段均處于冷渦系統(tǒng)的發(fā)展時(shí)段，即從形勢(shì)場(chǎng)可以看到，冷渦中心強(qiáng)度有一個(gè)明顯加強(qiáng)的趨勢(shì)，因系統(tǒng)的發(fā)展帶來冷渦天氣，一般為陣性降水并常伴有短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，同時(shí)帶來氣溫的起伏波動(dòng)。

2.3 產(chǎn)生降雨時(shí)本溪地區(qū)所處冷渦的位置結(jié)構(gòu)特征

從表1可以看出，冷渦底部是發(fā)生較大量級(jí)降水的位置，底部冷暖空氣的交匯有利于對(duì)流發(fā)生，為冷渦系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的動(dòng)力條件，配合良好的水汽條件有利于強(qiáng)降水天氣的發(fā)生。由于冷渦系統(tǒng)的特點(diǎn)，冷渦天氣帶來的弱降水天氣可以發(fā)生在渦前、渦后，以及冷渦過境后的短波槽東移的淺槽弱脊中。這些特征都給預(yù)報(bào)降水帶來了一定的難度。因此，預(yù)報(bào)員在日常預(yù)報(bào)中要在基本形勢(shì)場(chǎng)的分析，多考慮其他相關(guān)物理量指標(biāo)，并參照數(shù)值預(yù)報(bào)模式，進(jìn)行綜合分析。

3 多家數(shù)值預(yù)報(bào)的地面氣象要素結(jié)果檢驗(yàn)

將對(duì)2019年5月1日—6月11日的美國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)、歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)、中央臺(tái)數(shù)值預(yù)報(bào)和天氣在線數(shù)值預(yù)報(bào)的逐日20：00～20：00的最高氣溫、最低氣溫和降水量預(yù)報(bào)進(jìn)行模式結(jié)果檢驗(yàn)。

3.1 2 m氣溫檢驗(yàn)分析

圖3是天氣在線數(shù)值預(yù)報(bào)誤差趨勢(shì)圖，準(zhǔn)確率為20/42，錯(cuò)誤中預(yù)報(bào)偏高的為5次，偏低17次?？傮w來看，天氣在線預(yù)報(bào)值比實(shí)況偏低，平均偏低2.7 ℃。

圖4是中央臺(tái)數(shù)值預(yù)報(bào)誤差趨勢(shì)圖，準(zhǔn)確率為29/42，錯(cuò)誤中預(yù)報(bào)偏高5次，偏低8次?？傮w來看，天氣在線預(yù)報(bào)值比實(shí)況偏低，平均偏低1.2 ℃。

圖5是歐洲的數(shù)值預(yù)報(bào)誤差趨勢(shì)圖，準(zhǔn)確率為24/42，錯(cuò)誤中預(yù)報(bào)偏高3次，偏低15次?？傮w來看，天氣在線預(yù)報(bào)值比實(shí)況偏低，平均偏低1.2 ℃。

圖6是美國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)誤差趨勢(shì)圖，準(zhǔn)確率為25/42，錯(cuò)誤中預(yù)報(bào)偏高7次，偏低10次?？傮w來看，天氣在線預(yù)報(bào)值比實(shí)況偏低，平均偏低0.6 ℃。

依照以上方法，對(duì)各家數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2、表3、表4，分別為市區(qū)、本溪縣、桓仁縣的預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)結(jié)果。

3.2 各家模式的降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

美國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)、歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)、天氣在線數(shù)值預(yù)報(bào)、中央臺(tái)降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可知，在5—6月冷渦頻繁影響的時(shí)段內(nèi)，在降水預(yù)報(bào)中，美國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)具有明顯優(yōu)勢(shì)，3個(gè)站點(diǎn)的預(yù)報(bào)正確率均處于優(yōu)勢(shì)，具有較高的預(yù)報(bào)參考價(jià)值。中央臺(tái)的降水預(yù)報(bào)偏差較大，參考價(jià)值降低，歐洲中心和天氣在線的預(yù)報(bào)具有一定的參考性。同時(shí)從各家數(shù)值預(yù)報(bào)的結(jié)果可以看到，各家降水預(yù)報(bào)中大部分都是空?qǐng)?bào)數(shù)多于漏報(bào)數(shù)，由于受冷渦系統(tǒng)的影響，多產(chǎn)生陣性降水，降水分散，所以在預(yù)報(bào)中可以參考空?qǐng)?bào)數(shù)多于漏報(bào)數(shù)這一特點(diǎn)，進(jìn)行主觀訂正，從而提高降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

4 結(jié)束語

在冷渦系統(tǒng)影響下，氣溫預(yù)報(bào)和降水預(yù)報(bào)都有較大的難度，通過對(duì)美國(guó)數(shù)值、歐洲中心、天氣在線、中央臺(tái)4家數(shù)值產(chǎn)品的結(jié)果檢驗(yàn)，可以看到各家預(yù)報(bào)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。

在溫度預(yù)報(bào)中，針對(duì)本溪市區(qū)站點(diǎn)的最高氣溫預(yù)報(bào)，美國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，結(jié)果偏低實(shí)況約1.6 ℃，最低氣溫預(yù)報(bào)中央臺(tái)具有一定優(yōu)勢(shì)，結(jié)果偏低實(shí)況約1.2 ℃。本溪縣站點(diǎn)最高氣溫預(yù)報(bào)美國(guó)數(shù)值具有明顯的優(yōu)勢(shì)，結(jié)果偏低實(shí)況約2.0 ℃，最低氣溫預(yù)報(bào)中央臺(tái)具有一定優(yōu)勢(shì)，結(jié)果偏低實(shí)況約1.05 ℃?；溉士h站點(diǎn)最高氣溫預(yù)報(bào)美國(guó)數(shù)值具有明顯的優(yōu)勢(shì)，結(jié)果偏高實(shí)況約2.0 ℃，最低氣溫預(yù)報(bào)歐洲中心具有一定優(yōu)勢(shì)，結(jié)果偏低實(shí)況約0.77 ℃。

在降水預(yù)報(bào)中，美國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)具有明顯優(yōu)勢(shì)，3個(gè)站點(diǎn)的預(yù)報(bào)正確率均處于優(yōu)勢(shì)，具有較高的預(yù)報(bào)參考價(jià)值。

對(duì)冷渦系統(tǒng)的移動(dòng)進(jìn)行了追蹤，冷渦的移動(dòng)有明顯的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)冷渦降水的發(fā)生特征進(jìn)行了歸納，為今后同類型天氣類型的預(yù)報(bào)提供技術(shù)參考，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

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Research on Temperature and Precipitation Forecast Technology in Benxi Area Under the Influence of Northeast Cold Vortex System

Wei Hai-ning et al（Meteorological Brueau of Benxi City， Benxi， Liaoning 117000）

Abstract Every year from May to June， the area affected by the cold vortex system in the Benxi area is increasing. The special weather caused by the cold vortex system also brings great difficulties to the temperature and precipitation forecast in the Benxi area， resulting in temperature prediction and precipitation forecast. The quality is not high. Through the tracking analysis of the cold vortex system affecting the Benxi area from May 1 to June 11， 2019， analyzed the influence of the location and intensity of the cold vortex on the temperature and precipitation in the Benxi area. At the same time， the model test was carried out on the numerical forecast products， in order to provide strong technical support for future forecasting， effectively enhance the forecasting ability and improve the forecasting quality.

Key words Northeast cold vortex; Mode test; Weather situation analysis