雨季临近结束时的一次局地山洪预报与技术分析彭辉彭辉 邓宏胜邓宏胜 周斌周斌 南京信息工程大学大气科学系，南京 提 要 本文利用本文利用 Micaps 系系统统所提供的所提供的实实况况资资料及相关料及相关产产品，加上品，加上 713C 型雷达型雷达实时观实时观测测所取得的回波所取得的回波资资料，用主、客料，用主、客观预报观预报方法与技方法与技术验证术验证并分析了并分析了“2002 年年 7 月月 3 日日7 月月 4 日日发发生于永州市南部的一次局地山洪天气生于永州市南部的一次局地山洪天气过过程程”， ，总结总结了雷暴多了雷暴多单单体及超体及超级单级单体定点、定量体定点、定量 预报预报技技术术，以明确防汛、抗旱决策的科学依据和服，以明确防汛、抗旱决策的科学依据和服务对务对象。象。关键词 多单体 超级单体 山洪预报 技术分析 1 引言雨季雨季临临近近结结束束时时的的 6 月底至月底至 7 月初，往往是永州市防汛工作的关月初，往往是永州市防汛工作的关键时键时刻，大刻，大范范围围的的强强降水降水过过程已程已结结束，但局地暴雨致洪的可能性不可排除，束，但局地暴雨致洪的可能性不可排除，对对防汛、抗旱决防汛、抗旱决策服策服务务的具体的具体对对象不确定性增大，因此增加了象不确定性增大，因此增加了预报难预报难度。如果定点、定量度。如果定点、定量预报预报准准确、决策服确、决策服务对务对象具体，将大大减少人、象具体，将大大减少人、财财、物的投入与、物的投入与损损耗，既能保障病耗，既能保障病险险水水库库及及时时安全泄洪，又能保安全泄洪，又能保证证非暴雨落区最大非暴雨落区最大库库容，容，为为后期蓄水抗旱后期蓄水抗旱夺夺丰收打下丰收打下坚实坚实的物的物质质基基础础。 。2 主要预报思路系系统统性性强强降水（暴雨）主要由中尺度天气系降水（暴雨）主要由中尺度天气系统统决定的，在天气背景上，一般都决定的，在天气背景上，一般都有有较较明明显显的指示；局地短的指示；局地短时强时强降水一般由局地降水一般由局地发发展起来的展起来的对对流云流云团团形成超形成超级单级单体、体、雷暴多雷暴多单单体或通体或通过过合并作用构成混合性降水云区所致，主要是由局地下合并作用构成混合性降水云区所致，主要是由局地下垫垫面物面物理性理性质质、几何形状决定的。、几何形状决定的。单单体的生命史一般在几十分体的生命史一般在几十分钟钟至一小至一小时时，而超，而超级单级单体体和多和多单单体雷暴在一小体雷暴在一小时时至数小至数小时时。以往。以往预报预报中，中，单单一的一的预报预报方法中没有最佳方法中没有最佳选择选择； ；数数值产值产品中的雨量品中的雨量预报预报也未必能反映出来；笔者也未必能反映出来；笔者试图试图从防汛、抗旱服从防汛、抗旱服务务的的实实践中，践中，总结总结出出“主主观经验观经验定性分析与客定性分析与客观观定点、定量分析相定点、定量分析相结结合合”的的预报预报思路来，以供探思路来，以供探讨讨。 。3 主观经验定性分析雨季雨季临临近近结结束，由于副高不束，由于副高不稳稳定，定，对对于局地短于局地短时强时强降水降水预报预报， ，不必注重大的形不必注重大的形势场变势场变化，只需化，只需考考虑虑短短时时内内预报预报区域或区域或临临近参照近参照站点的要素和物理量的站点的要素和物理量的变变化即可，化即可，这样较这样较易易进进行行简单简单的的“人机人机对话对话”， ，操作起来操作起来较为较为方便。方便。（ （1） ） 高空高空风场风场与高度与高度值值分析（分析（选选取郴州、取郴州、赣赣州、桂林、州、桂林、怀怀化四站作化四站作为为指指标标站）站）从从 500hPa 高度高度场场上看（上看（图图 1），），7 月月 3 日日 08 时时 588 线线图图 1 7 月月 3 日日 08 时时 500hPa 风场风场穿穿过过永州市南北；永州市南北；20 时时 588 线线已撤至已撤至赣赣州、桂林以州、桂林以东东、以南，由此可、以南，由此可见见永州市永州市处处于副高于副高边缘边缘。同。同时赣时赣州州 12 小小时时内由内由 588 降到降到 585，降低了，降低了30 什米。什米。从从 700 hPa 风场风场上看，上看，08 时时郴州、郴州、赣赣州、桂林、州、桂林、怀怀化均化均为为偏偏南南风风， ，20 时时桂林出桂林出现现小北小北风风（ （4m/s），即在永州市西部可能），即在永州市西部可能存在一条存在一条贯贯穿南北的穿南北的风风速切速切变变线线或小低或小低涡涡。 。从从 850 hPa 风场风场上看（上看（图图 2），），08 时时除除怀怀化化为为北北风风外，其外，其 余三站余三站均均为为偏南偏南风风，可判断在，可判断在永州市与湘中邵阳之永州市与湘中邵阳之间间有弱的有弱的风风速速辐辐合；合；20 时风时风速速辐辐合区明合区明显显南移。南移。 图图 2 7 月月 3 日日 08 时时 850hPa 风场风场（ （2） ） Ki 指数与湿度中心分析（指数与湿度中心分析（图图 3） ）在在 7 月月 3 日日 08时时 Ki 指数分布指数分布场场上，上，Ki36 区域包括湘区域包括湘南、湘南、湘东东。 。08 时时1000hPa 上，相上，相对对湿湿度度 f90%区域包括区域包括永州市南部道永州市南部道县县、江、江华华、江永、江永、兰兰山；山；850hPa 上，上， 90%f80%； ；700 hPa 上，上， 90%f80%； ；500 hPa 上，上，f80%。由。由此可此可见见，永州市南部具，永州市南部具备备了了较较深厚的湿深厚的湿层层， ，f80%的大气厚度的大气厚度约约 56Km； ；结结合合 Ki 指数可以判断，永州市南部可能出指数可以判断，永州市南部可能出现现成片雷雨、局地雷暴多成片雷雨、局地雷暴多单单体或体或超超级单级单体，从而引体，从而引发发局地山洪。局地山洪。图图 3 7 月月 3 日日 08 时时 Ki 指数分布指数分布场场4 客观定点、定量分析由于由于实时实时气象气象资资料料传输传输滞后与滞后与时时次次间间隔太隔太长长、 、时时空分辨率低，影响局地山洪空分辨率低，影响局地山洪客客观观定点、定量定点、定量预报预报技技术术的的发挥发挥与施用，形成基与施用，形成基层层台站台站对对其其预报预报与服与服务务的瓶的瓶颈颈;如目前如目前 GMS5 云云图图，一般滞后，一般滞后 2 小小时时， ， 间间隔隔 1 或或 2 小小时时一一张张，而雷暴具有突，而雷暴具有突发发性、尺度小、生命史短等特点。笔者性、尺度小、生命史短等特点。笔者对该对该次次过过程程试试从以下适用技从以下适用技术术加以分析。加以分析。（ （1） ） 用云用云顶顶亮温模亮温模拟拟降水降水强强度分析度分析把我市上空或把我市上空或临临近四点亮温近四点亮温(T)值值： ：7 月月 3 日日 19 时时 GMS5 云云图图， ，112.45/25.60/-43.5 113.06/25.47/-50.93 ； ；7 月月 4 日日 01 时时， ，111.13/24.81/-45.54； ；4 日日03 时时， ，110.55/24.59/-41.56 分分别别代入美国代入美国 Gilberto.et.al 利用利用 GOES8 红红外云外云顶顶亮温与同步亮温与同步观测观测雷达的反演降水雷达的反演降水试验试验而得出的降水而得出的降水强强度公式度公式R=1.1183*1011exp(-3.6385*10-2*T1.2);得出得出 R15mm/h，与江，与江华华大路大路铺铺 1 小小时约时约 38mm 和道和道县县 1 小小时时 47mm 及及总总雨雨量量 63.7mm 相比相比较较，明，明显显偏小。偏小。（ （2） ） 沙氏指数非等沙氏指数非等权权插插值值分析分析沙氏指数表示雷暴沙氏指数表示雷暴产产生及其生及其强强弱等弱等级级的客的客观观指指标标，由于永州市被阳明山脉分，由于永州市被阳明山脉分为为自然条件略自然条件略显显差异的南北两部分，因缺乏高空站，所需高空差异的南北两部分，因缺乏高空站，所需高空资资料及料及产产品必品必须须插插值值得到，而插得到，而插值值方法只能方法只能选择选择分区的客分区的客观观运行法，即将区域内（或流域内）任意一运行法，即将区域内（或流域内）任意一点，到点，到临临近一个高空站点的距离平方的倒数作近一个高空站点的距离平方的倒数作为权为权重，用各高空站重，用各高空站权权重系数乘以重系数乘以该该高空站的沙氏指数高空站的沙氏指数 S，再求和，即可得到，再求和，即可得到预报预报区域内任一点的沙氏指数。如距区域内任一点的沙氏指数。如距离离 d， ，则权则权重重为为 W=1/d2；若以某高空站到区域内任一点的；若以某高空站到区域内任一点的经经度差度差为为 x， ，纬纬度差度差为为 y。 。则则 d2= x2+ y2， ，计计算沙氏指数公式算沙氏指数公式为为： ： jjjniiiniiniiijSWWS S111具体操作中具体操作中选选取取临临近的桂林（近的桂林（57957）（）（110.32， ，25.32）；清）；清远远（ （57280） ）（ （113.05， ，23.67）；郴州（）；郴州（57972）（）（113.03， ，25.80）；）；怀怀化（化（57746）（）（109.97， ，27.55）四站，）四站，并由桂林郴州一并由桂林郴州一线线作作为为永州市的南北分界永州市的南北分界线线，得到，得到 7 月月 3 日日 20 时时沙氏指数沙氏指数 S如下：如下：表表 1 7 月月 3 日日 20 时时永州市各永州市各县县区沙氏指数区沙氏指数 S道县道县兰山兰山江华江华新田新田祁阳祁阳双牌双牌冷水滩冷水滩东安东安Sj-4.16-4.26-4.04-4.60-3.76-3.86-3.55-3.40由表由表 1 可看出，南部沙氏指数可看出，南部沙氏指数 S-4.0，北部，北部 S-4.0，它具有由，它具有由东东南向西北南向西北递递增的特征。由于特殊的地理条件，北部沙氏指数可能更接近增的特征。由于特殊的地理条件，北部沙氏指数可能更接近怀怀化（化（-1.0）。）。表表 2 7 月月 3 日日 8 时时和和 20 时时指指标标站沙氏指数站沙氏指数 S怀化怀化桂林桂林清远清远郴州郴州08 时时 S-0.9-0.8-0.7-0.920 时时 S-1.0-3.9-3.1-4.9由表由表 2 可知，副高在撤退可知，副高在撤退过过程中，北部沙氏指数程中，北部沙氏指数变变化化较较少，而南部少，而南部变变化化剧剧烈；唯一烈；唯一遗遗憾的是，由于永州市没有高空站，即使出憾的是，由于永州市没有高空站，即使出现现 S-4.9 的低的低值值中心，也无法用插中心，也无法用插值值法反映出来。法反映出来。（ （3） ） 雷达回波定点、定量雷达回波定点、定量预报预报分析分析 如如图图 4 所示，所示，19:55 花江九嶷山有两条多雷暴花江九嶷山有两条多雷暴单单体群、每条体群、每条 34 个，排个，排列非常整列非常整齐齐，最大，最大单单体高体高 H=10Km， ，L 约为约为 510Km 每条雷暴每条雷暴带长约带长约 50Km;在在西南端另有两个新生的降水云西南端另有两个新生的降水云团团，保持在雷暴，保持在雷暴带带的西南延伸的西南延伸线线上。上。20:48，两条，两条带带状回波合并状回波合并为为一条，一条，单单体数增至体数增至 45 个，且回波个，且回波强强度加度加强强，宁，宁远远与道与道县县交界交界处处另另有一超有一超级单级单体往西移体往西移动动。此。此时时， ，预报员预报员作出了江作出了江华华涔天河涔天河库库区有山洪爆区有山洪爆发发的的预报预报， ，最大雨量最大雨量为为 3050mm； ；21:49 该该雷暴群呈雷暴群呈“人人”字形排列，仍保持字形排列，仍保持 45 个