2007, Vol. 33 2007年6—8月，全国天气具有两个明显特征，一是淮河流域及部分城市的强降水，二是南方及东北等地的高温伏旱天气。6月19日至7月26日淮河流域多雨时期，总降水量普遍比常年同期偏多5成至2倍，发生了仅次于1954年的流域性大洪水；7月2日至8日，四川省出现强降水天气过程，通江县日最大降水量为235.1mm；7月18日，济南市遭受有气象记录以来最强暴雨袭击，全市平均降雨量153.1mm，1小时最大降雨量达151mm。6月份全国平均气温比常年同期偏高1℃，是1951年以来历史同期次高值，东北大部、内蒙古中东部、河北北部偏高2~4℃，局部地区偏高4℃以上，持续高温少雨天气，造成辽宁、吉林、内蒙古等地严重初夏旱；7月至8月上旬，江南、华南、黑龙江、内蒙古等地出现大范围持续高温天气，江南、华南等地超过35℃的高温日数为10~30天，与常年同期相比，大部分地区高温日数偏多5~15天，持续的高温天气使上述地区旱情持续发展，部分地区出现严重干旱。
2 资料本文使用2007年6—8月T213、ECMWF及日本模式的数值预报产品进行中期天气学检验及预报效果的对比分析，检验20时(北京时)的96小时预报场的预报性能，资料主要选用各模式50 0hPa高度场、850hPa温度场、200hPa风场以及海平面气压场。T213模式资料分辨率为1.125 °×1.125°经纬度网格、ECMWF模式和日本模式资料分辨率为2.5°×2.5°经纬度网格。
3 各数值模式中期预报性能检验 3.1 对流层中高层大尺度环流场检验2007年夏季，淮河流域出现了强降雨过程，特别是6月29日至7月26日出现持续性强降水天气，流域平均降水量达465.6mm，为1953年以来历史同期第二多。淮河流域持续的强降水天气的发生不是偶然的，是与大气环流持续异常紧密联系的。6月下旬以来，西太平洋副热带高压持续偏强，副高脊线长期稳定少动，中纬度环流较平直，高纬度阻塞高压活跃，使得北方冷空气得以东移南下并不断侵入至淮河流域，与沿副高外围北上的暖湿空气交汇，加之对流层高层南亚高压脊线位于30°N以南长江流域上空，江淮流域高空为持续辐散气流，有利于淮河流域发生持续强降水。为了对淮河流域发生强降水的大气环流特征进行模式预报性能检验，我们选择6月19日至7月26日(淮河流域多雨时期)作为研究时段。
3.1.1 500hPa高度场形势预报图 1是2007年6月19日至7月26日500hPa平均高度场，从中可以看到，在35~45°N之间的中纬度地区呈现两槽一脊的形势，两个槽的位置分别位于巴尔喀什湖西部以及160°E附近，同时两槽之间的宽广的脊上还叠加了一个浅槽，该浅槽的槽底在我国河套地区附近，而西太平洋副热带高压呈东西向带状分布，脊线位于我国华南至日本南部海域，120°E脊线稳定在23° N附近，印度—孟加拉湾一带有一稳定的低压槽，这样的环流配置使得江淮地区处于北方偏西气流与南方偏西南气流的气流汇合区，有利于江淮地区的锋生，从而造成较强的降水。
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图 1 2007年6月19日至7月26日500hPa平均高度场(实线为00h实况分析场，虚线为96h预报场) (a:T213模式; b:日本模式; c: ECMWF模式) |
针对这一时段的环流形势，各种数值模式的预报有相同之处，同时也存在差异。3种模式对于形势场上的中纬度平均槽脊的位置预报都较为准确，这是它们的相同点。不同之处主要是对副热带高压以及槽脊强度的预报存在偏差，T213模式对副热带高压的96小时预报比实况明显偏弱，西伸脊点偏东大约10个经度，贝加尔湖以西90°E附近高空脊比实况分析偏弱，印度—孟加拉湾地区的低压槽则偏强。日本模式对于副热带高压的预报同样存在较大偏差，96小时预报比实况明显偏弱，脊线偏南、西伸脊点偏东。但对印度—孟加拉湾低槽预报好于T2 13模式。ECMWF模式96小时预报是3种模式中最接近实况的，特别是副热带高压的位置和强度预报效果明显好于T213及日本模式。在低层海平面气压场上(图略)，3个模式的96小时预报与实况分析场具有较好的一致性，青藏高原地区为一个显著的低压区，这与夏季高原热力作用是紧密联系的。但日本模式与其他两个模式相比，对高原地区的气压预报偏低约10~15hPa，这可能是模式系统误差造成的。
3.1.2 200hPa风场的预报检验夏季，南亚高压是北半球对流层高层最强大、最稳定的控制性环流系统，它对我国大范围旱涝分布有重要影响，特别是当南亚高压从高原向东移动位于长江流域上空时，江淮地区的梅雨开始，当南亚高压消失或东移出海时，梅雨即告结束，下面来检验这一系统。由于日本模式没有提供对流层上层200hPa的风场，因此仅对T213模式及ECMWF模式进行检验。图 2是6月1 9日至7月26日的200hPa平均风场，可以看到，南亚高压脊线位于27~30°N之间，这就使得淮河流域上空为辐散气流，有利于低层空气的系统性抬升，从而有利于淮河流域的降水。T2 13和ECMWF模式的96小时中期预报与实况分析基本一致，两个模式都能较为准确的预报南亚高压脊线的位置，只是相比较而言，ECMWF模式预报的脊线略呈东北西南走向，而T213模式预报的脊线更趋于纬向。与对流层中层500hPa相比，T213模式和ECMWF模式在对流层上层的96小时预报场与实况分析场更加趋于一致。
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图 2 2007年6月19日至7月26日200hPa平均风场(图中线段AB表示南亚高压脊线位置) (a和b分别为T213模式实况分析和96小时预报，c和d分别为ECMWF模式实况分析和96小时预报) |
为了反映夏季亚洲地区中高纬度环流的演变特征，我们计算了6—8月西风指数，图 3是T213模式、ECMWF模式和日本模式的西风指数时间演变序列。从图中可以看到，6月上旬指数相对处于较高的位置，随后开始下降，6月中下旬至7月中旬西风指数处于低位相，表明这段时期内环流经向度较大，北方冷空气较为活跃，南下频繁，而此刻西太平洋副热带高压强盛而稳定少动，588线一直位于江淮地区，使得冷暖空气在江淮地区频繁交汇，造成较为集中的强降水天气过程。
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图 3 2007年6—8月T213、ECMWF及日本模式00h(实况)和96h(预报)西风指数逐日演变曲线 |
比较96小时预报与实况，一方面3种模式对于中高纬环流的调整都有较好的预报性能，9 6小时预报与实况分析基本同位相变化，只在个别时间点存在1天的位相偏差。另一方面，尽管各模式的趋势预报较为准确，但在峰谷处的值均存在偏差，预报的峰值偏大，谷值偏小。EC MWF模式预报偏差比T213模式和日本模式小，T213模式偶尔还会出现位相相反的情况(如6月第一候)。综合来看，ECMWF模式对于西风指数的预报效果是3个模式中最好的，日本模式和T213模式稍差。这与鲍媛媛[1]、桂海林[2]的分析结果是一致的。
3.2.2 120°E副高脊线检验为了进一步检验西太平洋副热带高压的演变，我们比较ECMWF模式和T213模式120°E副高脊线位置(日本模式没有提供500hPa风场资料，未进行计算)。如图 4所示，6月上旬副高脊线位置偏南，位于15~18°N左右，6月19日发生一次北跳随后长期维持在21~25°N之间，这段时间对应淮河流域强降水期，到了7月下旬，副高再次北跳至28.75°N，此时淮河强降水才告结束。7月11—13日及8月10—14日120°E副高脊线两次突然南落，前一次是由于0704号热带风暴的影响，副高西伸脊点偏东，后一次是由中纬度西风槽以及0707、0708号热带风暴后期形成的低压共同作用造成的，使得我国东部地区(110~130°E)处于一个深厚的槽区，副热带高压主体明显偏东。对于副高脊线的位置，ECMWF模式和T213模式都有较好的预报能力，ECMWF模式比T213模式偏差小，两个模式96小时预报与实况相关系数分别为0.77和0.5 6。因此，ECMWF模式预报与实况更加吻合，T213模式在个别时间点偏差较大。此外，对副高西伸脊点的预报也是ECMWF模式好于T213模式(图略)，T213模式预报的西伸脊点偏差过大，稳定性差。
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图 4 2007年6—8月120°E副高脊线时间演变曲线 |
2007年7月至8月上旬，我国江南、华南出现大范围持续高温天气。广东、福建、浙江、广西、湖南、内蒙古等地部分地区该时段最长连续高温日数超过历史极大值，其中福州市连续35天日最高气温超过35℃，连续高温日数为1880年有气象记录以来的第一位。为了了解各模式对850hPa温度的预报性能，我们选取两个站点，结合实际高空探测资料对850hPa温度进行检验。北方站点选北京(116.47°E，39.80°N)，南方站点选赣州(115.00°E，25.87°N)，由于模式分辨率不同，为了便于比较，T213模式以(117.000°E，39.375°N)代表北京，(114.750°E, 25.875°N)代表赣州，ECMWF模式和日本模式以(117.5°E，40.0°N)代表北京，(115.0°E, 25.0°N)代表赣州。
图 5是3种模式预报的850hPa温度逐日演变曲线，从中可以看到，从长期变化来看，北京站的温度变化幅度大，升温与降温也比赣州站频繁，两站实测温度序列均方差分别为2.75℃和1. 90℃，表明我国北方地区的温度变化更为剧烈一些，而南方则相对缓和。赣州站850hPa温度曲线从6月底开始上升，整个7月都维持在一个较高的水平，而这段时期恰好对应西太平洋副热带高压异常强盛，控制着南方大部地区，副热带高压的持续长期稳定少动是造成南方高温的一个重要原因。
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图 5 2007年6—8月850hPa温度逐日演变曲线 (实线为高空探测，虚线为实况，点线为96小时预报) |
从3种数值预报模式96小时预报情况来看，整体上对于850hPa的温度趋势的预报与实况还是比较吻合的，T213模式存在对北方的温度预报偏高，对南方温度预报偏低的情况，ECMW F模式对南方和北方温度预报偏高，日本模式对北方温度预报峰值偏高，南方谷值偏低。综合来看，各模式对于850hPa温度长期趋势的预报是较为准确的，ECMWF模式的预报误差最小，峰谷值也是3种模式中与实况最接近的，而T213模式与日本模式对峰谷值的预报偏差稍大一些。这一点也可以从表 1中看出，无论是南方还是北方，ECMWF模式的96小时预报与观测吻合最好，特别是代表南方的赣州相关系数高达0.83，而T213模式与日本模式分别为0.63和0.72。
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表 1 各模式实况分析、96小时预报及高空观测温度序列相关系数 |
2007年6—8月编号的热带气旋不多，只有8个，其中有4个登陆我国。8月19日凌晨2点左右，0709号台风圣帕在我国福建省惠安县崇武镇附近沿海登陆，登陆时中心最低气压970hPa，中心附近最大风速达到33m·s-1，以下我们针对该台风进行模式检验。为便于比较各模式对台风登陆前后位置及强度的预报能力，选择8月17日20点、8月18日20点及8月19日20点3个时次进行对比分析。
从3种模式的00时实况分析场(图 6)可以看到台风环流中心位置基本上相同，17日至19日，台风中心从台湾以东洋面向西北方向移动，先后在台湾省花莲市秀姑峦溪口沿海及我国福建省惠安县崇武镇附近沿海登陆。ECMWF模式96小时预报的环流中心比实况分析偏东，说明模式预报的台风登陆时间偏晚，从系统的发展演变来看，17日20时至19日20时96小时预报与实况偏离的程度逐渐减小，表明台风越接近登陆，预报的准确程度也越高。日本模式96小时预报的台风中心位置在17、18日与实况较为一致，偏差也比ECMWF模式小，但在台风登陆我国后的路径预报与实况相差较大，19日预报的中心位置比实际位置明显偏向西南。T213模式整体上对此次台风的预报较为失败，96小时预报台风中心位置与实况相差4~6个经纬度，台风中心向偏北方向移动，并未预报登陆我国。从强度预报来看，8月17日至19日，ECMWF模式与日本模式96小时预报的台风中心附近风速与实况较为吻合，并且风速都呈减小的趋势，这与实际情况相同，而T213模式的96小时预报台风中心附近风速一直增大，即台风呈现加强的趋势，这显然与实际相反。因此，总体上来看，ECMWF模式和日本模式对0709号台风预报较为成功，不足之处在于预报台风的移动速度偏慢，台风登陆前，日本模式预报偏差小于ECMWF模式，但在台风登陆后，ECMWF模式路径预报明显好于日本模式，而T213模式对此次台风的预报无论是路径还是强度都存在较大偏差。
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图 6 2007年8月17日、18日和19日850hPa风场实况分析及96小时预报 (小圆点表示台风中心位置，取自中央气象台的台风定位信息) |
(1) 3种模式对亚洲中高纬环流调整演变都具有较好的预报性能，ECMWF模式预报最接近实况，T213模式与ECMWF模式及日本模式相比误差偏大。
(2) ECMWF模式针对淮河强降水期副热带高压的预报与实况接近，而日本模式与T213模式预报副高比实况偏弱，西伸脊点偏东，120°E脊线位置偏南。
(3) 对于850hPa温度的预报，各模式基本都能预报出温度的转折性变化趋势，预报与实况相关系数均是南方高于北方，显示出3种模式对南方夏季温度趋势预报比北方更加准确。3种模式比较，ECMWF模式最为准确。
(4) ECMWF模式和日本模式对0709号台风的预报较为准确，96小时预报比实况略偏慢，日本模式在台风登陆后的路径预报误差比ECMWF模式明显偏大，而T213模式对于此次台风路径和强度变化的预报是失败的。
| [1] |
鲍媛媛. 2006年6—8月T213与ECMWF模式中期预报性能检验[J]. 气象, 2006, 32(11): 99-104. DOI:10.3969/j.issn.1000-0526.2006.11.016 |
| [2] |
桂海林. 2006年12月至2007年2月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验[J]. 气象, 2007, 33(5): 111-117. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2007.05.017 |