江淮流域雨带降水特征及模式预报偏差评估

• 作 者: 卜文惠
• 机 构: 中国气象科学研究院
• 出 处: 中国气象科学研究院
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 梅雨雨带降水 降水空间特征 小时尺度降水 数值预报评估
• 基金项目: 国家自然科学基金项目“西南复杂地形区不同源地的区域降水事件高分辨率模拟偏差评估”（42075154）； 国家重点研发计划项目“面向强降水短临预报的模式评估和订正方法研究”（2018YFC1507600）；

江淮流域常出现持续性强降水过程,在梅雨期极易形成洪涝灾害。受复杂下垫面、季风环流和多尺度天气系统相互作用影响,梅雨降水过程极为复杂,江淮流域也是我国数值模式结果不确定性最突出的区域之一。加强对降水时空演变特征及其预报偏差的科学认识,对于提高数值预报产品应用水平和改进数值模式物理过程具有重要的参考价值。本文围绕江淮流域雨带降水,结合观测资料分析和模式预报评估,系统分析了业务数值预报模式对雨带降水时空特征的预报能力,并探讨了模式预报偏差与大尺度环流的关联,得到的主要结论如下:1)基于观测资料分析江淮流域大范围雨带降水特征。大范围雨带呈准东西向分布,降水大值中心在长江中下游地区。江淮流域平均的降水日变化为双峰分布,峰值时刻分别在凌晨和午后。进一步根据雨带的空间形态将其分为纬向型和经向型两类,不同空间型雨带降水特征差异明显。纬向型雨带是江淮流域的主导型降水,降水日数约占大范围降水的81%,主要发生在梅雨期,在季节内随季风活动向北推进。纬向型雨带的空间尺度较大,以夜间至凌晨的大尺度降水为主。相对的,经向型雨带占比约为19%,降水中心主要分布在东部沿海地区,空间尺度相对较小,且以午后局地型降水为主。两种空间型雨带对应的温度异常场均表现为高层暖、低层冷的斜压结构。纬向型雨带对应南北方向的温度梯度较大,高层温度异常场为“冷–暖–冷”结构。西太副高较气候态偏强且位置偏西,低层西南急流在江淮流域辐合抬升有利于形成大范围降水。经向型雨带对应东西方向的温度梯度较大,高层温度场为“冷–暖”结构。低层环流在江淮流域呈现出东部为偏南风西部为偏北风的异常,环流经向度较大。2)在研究江淮流域不同空间型大范围雨带降水精细化特征的基础上,评估了ECMWF预报产品对纬向型雨带降水的预报能力。观测中,纬向型雨带呈西南–东北向,降水大值中心位于皖南山区。ECMWF预报的雨带位置为准东西向,对于降水大值中心空间位置的预报较为准确。ECMWF能够再现雨带在季节内北进的过程,但是对于降水量存在系统性的高估。ECMWF预报高估了午后的降水频率,同时低估了夜间的降水强度。ECMWF预报整体呈现出高估弱降水、低估强降水过程的偏差特征。ECMWF预报的雨带空间位置偏北、偏西的频次较高,雨带空间形态面积偏大、倾斜度偏大。ECMWF可以合理再现高层暖、低层冷的斜压结构,但对高层异常暖中心略有高估而对低层冷中心有低估。500 hPa反气旋异常环流偏强,低层西南风更强,水汽能够输送到更北的地方,对应于雨带位置偏北。3)进一步对比ECMWF和GRAPES＿3km模式对梅雨期典型极端强降水过程的预报能力。ECMWF预报易于高估降水量,降水空间范围偏大。ECMWF对降水时空演变特征的预报偏差表现为高估弱降水、低估强降水,高估降水频率、低估降水强度。GRAPES＿3km预报产品能够合理再现降水频次–强度结构及其日变化特征,预报偏差更多表现在对降水量值的高估上。ECMWF预报雨带位置相较观测偏北、偏西,GRAPES＿3km预报则以偏南、偏西为主。进一步分析ECMWF预报雨带偏北的成因,发现低层经向风的强弱与雨带位置的关系密切,经向风越强,雨带质心位置越北。雨带位置预报偏差随经向风预报偏差的增大而增大,模式对于经向风的预报偏差主要发生在夜间。