冷涡衰退阶段对流性降水预报技巧分析
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摘要 利用实况观测资料、欧洲中心细网格模式预报场资料和东北中尺度数值模式预报场资料，针对2015年5月在东北冷涡后部的阵性降水过程进行了详细分析，结果表明：重点分析500 hPa高空场形势，判断有无冷空气补充南下的形势，即高空横槽转竖的高空形势场，同时判断低空有无西南气流带来暖湿气流。根据实况可以看出，当同时出现西南气流和高空槽转竖时，漏报率较大；当无明显的暖湿气流时，需判断高空是否有明显强烈的冷空气南下，若有，漏报率较大，若没有，空报率也较大；当低空有明显的暖湿气流时即使850 hPa存在明显切变，若没有高空形势场的配合，空报率也较大。当高空500 hPa没有明显系统过境时，需要重点分析700 hPa有无切变存在，即中空有无干冷空气入侵，当700 hPa存在切变时，降水的漏报率较大；若不存在，降水的空报率较大。检验数值模式结果表明：在欧洲中心细网格预报降水量≥1.0 mm时，需要重点分析冷空气的补充南下和西南气流带来的暖湿空气，实况中出现降水的概率较大；在
关键词 东北冷涡；衰退阶段；阵性降水；预报质量；空报漏报分析
中图分类号 P457.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）03-0261-05
Abstract Using observation data，the European center of fine grid model forecast data and northeast mesoscale numerical model forecast，in May 2015 at the rear of the northeast cold eddy gustiness precipitation process were analyzed in detail. The results showed that：500 hPa field situation was analyzed，determining whether a cold front moving down supplement situation，namely high horizontal tank turned vertical altitude field situation，at the same time a low presence of southwest airflow bring warm current was determined. According to the fact，there was southwest airflow and upper trough and vertical，non-response rates；when no obvious warm current，to judge whether the high strong cold air southward，if any，non-response rates is larger，if not，empty quote rate was larger；when the low-level warm moist air flows significantly even 850 hPa obvious shear，without high situation field to cooperate，empty rate was also bigger.When the altitude 500 hPa have no obvious transit system，it was important to analyze 700 hPa presence of shear exists，namely hollow cold air invasion have swear，when 700 hPa existed shear，precipitation non-response rates；if didn't exist，precipitation rate of empty at large. The numerical model test results showed that the fine grid in the center of the European forecast rainfall of 1.0 mm or higher，it was important to analyze a supplement to the cold air south and southwest airflow of warm moist air，live in the greater probability of precipitation；in
Key words northeast cold eddy；recession phase；gustiness precipitation；prediction quality；empty and omission of analysis
东北冷涡[1]是大尺度的环流系统，在东北方雅库茨克或鄂霍次海的阻塞形势下在东北地区受阻停滞，往往能够维持3～4 d的较为深厚的冷性低值系统，与阻塞高压互为生消，是大气环流的一个典型的环流形势。在中长期降水预报中5月是一个特殊的月份，可以从5月的降水情况推断整年的降水情况，是涝还是旱亦或正常[2-3]，在气候上具有一定的指示意义。
蒋大凯等[4]探究的5―9月东北冷涡，对东北冷涡的深厚和浅薄做了一个区别，并且得出东北冷涡的深厚与浅薄对于气温负距平与正距平有对应关系；吴艳青等[5]详细论述2008年5月东北冷涡的异常活动的特征，指出东北冷涡频繁时，在500 hPa流场上存在典型的阻塞高压环流形势，且东亚地区高度场处于负距平，同时提到东北冷涡的位置与太平洋副热带高压存在一定关系；胡开喜等[6]研究了东北冷涡的气候影响，指出东北冷涡具有很明显的年际变化，主振荡期为2.5年左右；张立祥等[7]对东北冷涡在其形成、影响、与其他天气尺度的相互作用和中小尺度方向的研究以及降水机制径向了详细的论述，对于全面了解掌握东北冷涡具有指导性的意义；沈 浩等[8]利用WRF中尺度模式对一次过程进行了数值模拟，提出了干入侵对于东北冷涡降水发展具有一定的影响；朱占云、何金海[9]对东北冷涡天气的气候特征及其影响和可能机制进行了相关综述，提出了量化的指标来描述东北冷涡。
5月西南暖湿气流往往日趋活跃，沈阳地区多为东北冷涡下的不稳定天气形势，冷暖空气经常在沈阳市交汇对峙，水汽条件、热力条件和动力条件均很充足，大气不稳定能量不断聚集，从而形成局地或强或弱的阵性对流性降水天气。影响沈阳地区的冷涡的形成路径一般是北路和西北路，在其移动东南移动的过程中，不断有冷空气补充，造成冷涡天气影响的时间往往比较长。在冷涡发展阶段，其温压场结构并不完全对称，因此其西部常有冷空气不断补充南下，在地面图上则常表现为一条条副冷锋南移，这就造成当东北冷涡主体带来的降水过程过后，还有冷空气补充南下，地面副冷锋移过造成的对流性阵型降水过程[10-15]。
在研究东北冷涡的众多文献中可以看出，对东北冷涡主体带来的强对流降水过程的研究很多，而对在东北冷涡后部冷空气补充带来的阵性降水过程从预报角度的研究较少。在实际业务预报中也往往会出现漏报空报现象，2015年5月沈阳地区一般性降水准确率较低，仅为61.9%，空报率、漏报率分别为11%、33%。本文利用2015年5月的资料进行着重分析，对东北冷涡后部冷空气补充带来的阵性降水过程的预报进行定性的分析，并给出预报把握着眼点，以提高一般性降水的预报准确率。
1 冷涡背景下空报过程分析
1.1 过程概述
2015年6月1日20：00至2日8：00，沈阳地区出现弱对流降水天气过程，浑南、康平、法库、新民、辽中降水量分别为13.6、8.3、2.8、0、5.0 mm。在预报此次过程中，将降水的时段预报在5月31日20：00至6月1日20：00，造成这次过程的空报。以下分析都是以预报起点之前所能看到的实况资料和各家数值预报模式资料与降水过程发生前的实况资料来进行对比分析，得出预报所要抓住的侧重点。
1.2 环流背景
此次降水前期贝加尔湖附近的阻塞高压建立，其东侧伴随从极地冷空气下来形成的冷涡环流，形成路径为北路，冷涡中心位于北纬60°附近，整体偏北。而影响沈阳地区的是冷空气不断补充南下，高空短槽不断由横转竖的过程。分析预报降水前的环流背景场可以看出，5月31日8：00 500 hPa高度场沈阳处于脊区、暖中心前部，受偏西气流控制，低层850 hPa在沈阳北部存在气旋中心，受暖中心控制，前期高低空都处于不断升温状态。6月1日20：00，500 hPa高度场沈阳仍处于偏西气流控制，冷中心前部，仍处于高温状态，没有明显的冷空气侵入，而在低空850 hPa高度场沈阳地区已经处于冷空气控制下，在沈阳东南侧存在明显切变线，因此此次降水的空报是由于只有低空的切变没有高空冷空气的配置而引起的空报过程，错误地估计了整体降水的开始时间。而降水出现在1日夜间，即500 hPa高度场气流转向西北气流，冷中心东南移，干冷空气入侵，降水开始。在地面气压场存在冷锋配合高空槽向东南摆，在6月1日夜间靠近辽宁省西北部地区，冷锋过境时在沈阳地区造成降水天气。
1.3 中尺度分析
孙力[16]在一次东北冷涡发展过程中进行过能量转换方面的研究，指出在早期发展阶段，扰动动能边界通量的作用至关重要。而此次过程高空干冷空气入侵，并伴随横槽转竖，使得冷暖空气对冲明显，在非绝热加热制造的扰动和高空扰动同时向下传递，地面也伴随着冷锋过境，热力不稳定和动力不稳定同时满足，导致降水过程的触发。
在图1中可以看到，在降水前期5月31日8：00沈阳地区高低空都受偏西气流影响，高空西北气流不明显，没有干冷空气入侵，而对应的低空西南气流不明显，未充足的暖湿气流，未造成冷暖空气的上下对冲，因此虽然6月1日白天低空切变一直比较明显（图2），但降水开始时间却是在1日夜间开始的，表明500 hPa冷空气的入侵造成的下沉运动对降水开始时间的决定性作用。
由图2可以明显看出，欧洲中心细网格模式在6月1日白天预报的低空存在的切变并没有带来降水，而在1日夜间当中空有干冷空气入侵配合时才带来降水。由此可见高低空形势的配置相当重要，在水汽一般的前提下，低空不能只存在切变，要有高空冷空气下沉来配合，才能形成降水。
1.4 数值预报产品的释用
在日常预报业务中，数值预报对预报员的作用越来越大，因此预报员对数值预报的释用也越来越重要。数值预报在大尺度形势场一般都比较稳定，其重点在于对其生成的预报结论进行订正。5月31日下午预报前常用的数值预报资料是30日20：00起报的欧洲中心细网格模式预报资料和31日8：00起报的东北中尺度数值模式3 km预报资料。由图3可以看出：欧洲中心细网格模式预报资料在以30日20：00起报和31日20：00起报的降水量的预报过程中有一个很大的调整，由实况可以看出自然是错误的，因此对于临近降水的短时预报过程，当数值预报调整很大时，对于形成自己的主观预报结论要保守一点；东北中尺度数值模式预报虽然在1日白天没有报降水，但夜间降水落区也报错了。
如图3中所示，欧洲中心细网格模式预报只看30日20：00起报的结论5个站点全报，预报的站点降水量级在1 mm以下，与实况基本相符；东北中尺度数值模式3 km预报在康平站点报有降水，从此次过程中可以看出预报结果为
2 2次东北冷涡后部降水过程漏报分析
2.1 第1次降水漏报过程概述
2015年5月8日8：00至9日2：00，沈阳地区出现阵性降水天气过程，浑南、康平、法库、新民、辽中各站降水量分别为3.8、1.2、2.4、5.5、0.7 mm。在预报此次过程中，起报点分别为7日20：00、8日8：00、8日20：00的未来24 h预报都出现了沈阳全地区漏报。
2.1.1 环流背景。此次漏报过程是在东北冷涡过境后，冷空气再次补充南下的背景下，500 hPa高空槽由横槽转竖过程中带来的涡后降水过程。在东北冷涡过后，忽视高空冷空气补充，500 hPa横槽转竖，只关注850 hPa切变已经过境，无低空切变就未预报报降水也是造成此次过程漏报的重要原因。7日8：00 500 hPa高度场上沈阳西北部，除了辽宁省西部地区的高空槽划过外，在贝加尔湖西侧还存在一个冷涡中心，与黑龙江省东侧的冷涡中心形成一个包含辽宁省地区的大尺度低压区，并且在发展过程中不断补充南下，尤其在8日8：00在500 hPa高度场上出现明显的3个冷涡中心，可以用东西向的横槽连接起来，在其旋转移动过程中，再次给沈阳地区带来了一次较为明显的降水过程。 此次冷空气的补充是西北向的，冷涡以纬向为主。
2.1.2 中尺度分析。在此次冷涡降水过后，冷空气再次南下，是以500 hPa横槽转竖为标志的，前期高空以偏西气流为主，低层没有切变和急流来触发对流，只能依靠热力作用，形成热力不稳定，造成降水。由图4可以看出，在7日20：00至8日8：00高空受偏西急流影响，没有冷空气侵入，低空也不存在切变等，没有抬升触发条件；在8日白天500 hPa高空横槽转竖，850 hPa切变线也明显划过沈阳地区，高低空配置有利于降水的发生，因此此次过程的主要降水时段在8日白天。
由图5可以明显看出，中空侵入的干冷空气在6日20：00起报的剖面图中的不太明显，但在7日20：00起报和8日8：00起报的欧洲中心细网格预报浑南站的温度、相对湿度、风场的时空剖面图中相当明显，在低空水汽较差的前提下，当低空只存在切变，即使低空水汽较差，但有高空冷空气下沉来配合时，产生降水的可能性也较大。
2.1.3 数值预报的释用。由图6可以看出，2家数值模式预报对此次过程的预报，在调整过程中欧洲中心细网格模式预报完全与实况相反，但东北中尺度数值模式预报调整方向与实况更为贴近。在欧洲中心细网格模式预报有≥1 mm的降水的时候，需要重点关注降水发生的可能性，但各家数值预报模式在对降水的临近预报调整过程中，欧洲中心细网格模式预报对于降水的调整可信度较低，东北中尺度数值模式预报降水的调整可信度较高。
2.2 第2次降水漏报过程概述
2015年5月19日8：00至20日14：00，沈阳地区出现弱对流降水天气过程，浑南、康平、法库、新民、辽中各站降水量分别为0.3、4.4、14.1、2.8、0.4 mm。以18日20：00、19日8：00为起报点的未来24 h降水预报出现了漏报。
2.2.1 环流背景。此次过程仍然是在东北冷涡后部，冷空气补充南下再次形成的弱对流降水过程。冷空气补充南下的路径是北向的，冷涡以径向为主。并且是东北冷涡本体停滞少动，在沈阳地区北侧不断旋转，前期温度场较强使高度场冷涡加强到后期温度场减弱使高度场冷涡减弱，在横槽转竖的过程中不断给沈阳地区带来降水天气。
2.2.2 中尺度分析。由图7可以看出，18日8：00高低空形势场配置较好，高空500 hPa存在高空槽、高空急流，低层850 hPa存在低空切变和低空急流，造成一次降水过程。在18日20：00至19日8：00高低空由偏西气流配置，降水暂时停止，19日白天，500 hPa横槽转竖，高低空急流配置较好，高空槽和低层切变移过沈阳地区，带来再次的降水天气。
由图8可以看出，19日白天到夜间850 hPa并没有明显的切变存在，但在高空500 hPa上有明显的系统移过。在低空水汽较好的前提下，低空不存在切变，并不能说明不会形成降水，当高空有明显系统移过时也会造成降水的出现。
2.2.3 数值预报的释用。在此次降水预报过程中，无论是欧洲中心细网格预报还是东北中尺度数值模式3 km预报，都有很好的预报出此次过程。欧洲中心细网格预报也在几个站点上预报出≥1 mm的降水，因此此次降水过程的预报有较高的可信度。
3 结论
本文利用实况观测资料、欧洲中心细网格模式预报场资料和东北中尺度数值模式预报场资料，对2015年5月在东北冷涡衰退阶段的阵性降水过程进行详细分析，结果如下。
（1）重点分析500 hPa高空场形势，判断有无冷空气补充南下，即高空横槽转竖的高空形势场，同时判断低空有无西南气流带来暖湿气流。根据实况可知，当同时出现西南气流和高空槽转竖时，漏报率较大；当无明显暖湿气流时，需判断高空是否有明显强烈的冷空气南下，若有，漏报率较大，若无，空报率也较大；当低空有明显的暖湿气流时即使850 hPa存在明显切变，若无高空形势场配合，空报率也较大。
（2）当高空500 hPa没有明显系统过境时，需要重点分析700 hPa有无切变存在，即中空有无干冷空气入侵，当700 hPa存在切变时，降水的漏报率较大；若不存在，降水的空报率较大。
（3）检验数值模式结果表明：在欧洲中心细网格预报降水量≥1.0 mm时，需要重点分析冷空气的补充南下和西南气流带来的暖湿空气，实况中出现降水的概率较大；在
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