引言

降水是对人类活动影响较大的天气现象，随着近年来新一代天气雷达网的建设，各种新型探测手段的增加，对降水系统的中小尺度特征认识不断增强。郭虎、段丽、李建、孙继松等分别从不同的角度对北京地区夏季暴雨的中小尺度特征做出了分析^[1-4]，但是对降水的定时定点预报还有很大的难度。短期降水预报只考虑北京地区12小时的降水性质和雨量预报，从奥运气象服务开始，这种“今天白天阴天有阵雨转多云”的预报已经远远不能满足气象服务的需要，从而开展了定点、定时段的精细化预报，开展了短时临近预报^[5-6]。2009年国庆60周年大庆庆典筹备期间，传承发展了奥运气象服务的成果^[7-9]，开展了针对天安门及相关地点的精细化预报。

按照首都中华人民共和国成立60周年庆祝活动筹备委员会气象服务组的国庆“9.5”演练气象保障的工作部署，北京市气象台制定了《国庆“9.5”天安门地区演练气象服务保障业务实施方案》。这是一次带妆彩排，天安门广场集结人员有19万之多。因此根据业务实施方案，2009年9月3日下午，首都军地气象专家为原定于5日进行的国庆演练进行了天气会商。预报意见一致认为：受锋面影响5日至6日北京会出现一次明显的降水过程，尤其是5日夜间的降雨可能会达到中雨，对演练活动将产生不利影响。9月4日17时，中央气象台和北京市气象台连线会商的结果仍然预报5日夜间有雨，9月6日的天气相对要比5日天气好些。首都中华人民共和国成立60周年庆祝活动筹备委员会根据气象预报做出决定：国庆演练活动向后平移24小时进行，各大媒体登出了城市交通管制措施后延的公告。秋雨要在演练之夜到来的消息迅速传遍京城千家万户。

如果5日夜间不下雨，推迟演练将失去意义。如果6日演练期间仍然有雨，也将造成重大的不利影响。通过准确的短时临近预报和跟进式的预报服务，胜利完成这次预报服务任务。

1 天气系统和实况 1.1 天气形势

受冷空气和西南暖湿空气的共同影响，4日夜间至7日上午北京地区持续阴雨天气。5日20时的500 hPa天气图上，北方的冷空气位于贝加尔湖到东北平原；而陕西、山西、河北的南部及其以南均处于暖高压脊的控制之下。北京处于锋区的偏南一侧。5日20时700 hPa的切变线位于北京北部；850 hPa切变线位于北京南部。到6日08时天气形势没有明显的调整。6日08时40°N附近500 hPa西风环流较为平直。地面图上，从5日14时起，北京处于高压底部，而且环流比较平直，高压主体南压缓慢，在河套南部有一个弱的倒槽，6日02时略向东北方向扩展。

以6日08时的红外云图为例，可以看到：对应于500 hPa的锋区，东北南部、华北到西北上空被锋区大范围带状云系覆盖，以层积云为主。对应于700、850 hPa的切变线，云层相对较厚，分布着一些对流云和高云，如图 1所示。

从5日08时到6日20时，间隔6小时一次的北京单站探空图上可以看出400 hPa以下红色温度廓线和绿色露点温度廓线接近重合，湿度基本达到饱和状态(图 2)。K指数等对流参数却达不到强对流的标准，因此不会产生雷暴等灾害性天气，以阵雨天气为主。

1.2 天气实况和服务节点

在上述环流背景下，北京地区从4日凌晨出现降水，雨量时大时小，降水断断续续。4日20时至7日11时，北京大部分地区出现了小雨到中雨，图 3给出了天安门自动站监测到的5日20时至7日12时的逐时降水情况。从图中可以看到此次降雨过程表现出间歇性特点，雨量分散。其中5日夜间的降水主要集中在22时后至05时前。6日白天为阵雨，6日22时降雨结束，在6日23时到7日04时是降水间隙。

预报服务从5日20时开始，根据天气情况，向首都中华人民共和国成立60周年庆祝活动筹备委员会按照演练时间节点不断汇报天气情况，各跟进式服务节点和服务内容如表 1所示。通过表 1和图 3的比较可以看出这次预报服务是成功的。

2 精细化、短时降水预报依据

在这种持续降水，多小波动的天气情况下，精细化、短时临近预报显得极为重要。5日16时、21时，6日09时、10：30、14时、15：30、20时、21：30、7日1：30多次对天气进行了会商。短时临近预报除了参考BJ-RUC的预报意见外，对云图、雷达、风廓线、微波辐射计、自动气象站等新型探测资料进行仔细的分析。通过对这些高时空分辨率资料的分析来捕捉大气中小尺度天气变化，制作天安门地区的精细化降雨预报。

2.1 9月5日晚上出现降水的短时预报依据

9月5日午后从各种常规气象资料来看北京具备降水的条件，但是实况却是天安门广场迟迟没有出现降水，通过对地面实况和微波辐射计资料的分析，15时到19时2 km以下的相对湿度较低(图 4a中的黑框处)，2~5 km之间湿度较大。只有低层湿度增加后，降水才能开始，低层湿度是否增加，开始增加的时间是短时预报的关键。

BJ-ANC系统的资料显示，5日20时VDRAS风场^[10]显示低空有一支东风气流开始加强，它从渤海湾吹向北京城区，高度在2 km以下(如图 4b、4c、4d)。北京雷达组合反射率图上表现出天津到北京东南部有零散的，强度40 dBz以下，高度5 km以下的回波向偏西方向移动，约20 km·h^-1。在河北西部有高度10 km的混合型降水云系向东移动，约50 km·h^-1。分析认为：东部较低的、向西移动的回波表示低层渤海湾水汽正在向北京输送，低层的湿度条件将逐渐转湿。西部较高的回波由700 hPa切变系统生成，当云系东移到达北京上空时，使垂直切变加强，北京城区降水就会开始。

从南郊观象台的风廓线雷达图(图 4e)上也可以看出：19：00后，2 km以下，偏东风逐渐加强。

通过对多种资料的分析判断，北京城区降水开始的时间应该在22—23时之间。通过对天气系统、结合雷达回波的尺度、强度分析，认为夜间有雨，降雨量为3~5 mm。

正如预报的那样，5日22：45天安门开始出现降水，23时，位于天安门的自动气象站传回信息显示，降雨量为0.3 mm。到6日早晨05时，天安门降雨量达4.2 mm。

2.2 9月6日演练集结时段降水的短时预报依据

VIPS系统经过2008年北京奥运会气象服务的应用，不断修改完善。今年雷达拼图范围扩大到6部雷达，分别是北京、天津、石家庄、张北、秦皇岛、承德。VIPS系统有较为详细的地理信息，可以测量任意两点间的距离。

6日从天气形势看，具备降水的条件，白天降水不断。其他资料均表明北京地区有阵雨，但是天安门18—24时演练集结时段的降水开始和结束时间、雨量大小需要有定时、定量的预报，因此根据VIPS系统雷达组合反射率拼图资料分析(如图 5所示)降水开始、结束时间和雨量，17：48在VIPS组合反射率雷达回波拼图上可以分析出一个长度约为300 km，宽度约为100 km的中尺度系统将要影响北京，回波最大强度为35 dBz，高度为8 km。以60 km·h^-1的速度向东移动。它与700 hPa切变相配合。

根据对图 5的分析，做出了天安门20时左右再次出现降水，持续时间约2小时，雨量1~3 mm的短时预报。

实况是：天安门的降水从19：45开始，21：46结束，持续时间2小时，雨量为1.7 mm。游行队伍集结时段，受到降水的影响，加之气温较低，参加排练的小学生被安排到人民大会堂避雨。

2.3 9月6日演练时段无降水的短时预报依据

9月6日21：30天安门正在降雨的时候，定于7日00时开始的庆典彩排还能继续进行吗？需要确定的答复。

21：30可以得到的常规气象资料有:20时的地面图、部分高空天气图。20时的地面图上，北京西部为大片的雨区(如图 6b的绿色实线圈画区域)，850 hPa北京仍然位于切变线的北侧，为东北气流中，与石家庄之间为风的辐散；700 hPa北京到东胜之间为一弱脊，东胜到临河之间有一个切变(如图 6a棕色实线所示)；在观象台风廓线图上可以看到，21时3000 m高度上，西风转为西北风(图略)；对应于21时的红外云图，在40°N，河套上空和河套西部还有一些白亮的云区(如图 6c粉色实线圈画区域)。

由于北京西部有太行山的阻挡，且张北、石家庄雷达南北相距约310 km，北京正西方向对一些高度低、强度弱的回波存在探测间隙。而6日晚的降水天气过程主要受西风带引导气流的影响，短时预报主要考虑来自北京西部的降水回波。21：30北京西部出现了一个大范围的无回波区，范围达到300 km，如图 6d粉色实线所圈画的区域所示。为了证实这片无回波区内确实无雨，对大同雷达的产品进行了分析，发现在大同以东到北京之间无回波，但是大同以西有回波正在组织发展，连接成片(见图 7a)；从图 7b的多普勒速度图的分析结合天气图上的系统分析，可以得出这是700 hPa切变线造成的降水区，因此根据回波移动速度外推，提供了22时以后，5小时内以阴天为主，5小时(7日3时)以后有可能再次出现降水的预报意见。

到23时左右，发现张北雷达的回波移动方向转为110°，移动速度50 km·h^-1(图略)，因此对这片回波进行监视，到7日01：30，这片回波距离天安门还有90 km，影响时间应该在演练撤场阶段。因此01:30短时预报2 h左右天安门转雨。04：05天安门再次开始降水。从21：47天安门雨停，到04：05天安门再次降水，中间雨停约6小时，演练在无雨中进行。

3 BJ-RUC的降水预报

快速更新循环和预报业务系统(BJ-RUC)是奥运科技成果之一，该系统以WRF中尺度数值模式及其三维变分系统为基础，可实时同化常规地面和探空、区域气象站、船舶、飞机、GPS/MET水汽等多种观测资料，每3小时提供一次24小时内的数值预报产品。选取了BJ-RUC 5日14时开始至6日20时的11次循环的天安门1小时雨量预报情况，如表 2所示。在这11个循环中对降水的时间和雨量把握得不够准确，需要短时预报员根据实况资料进行修正和调整。但是对于6日演练期间的天安门无降水预报，从6日02时至6日20时的7个循环看都是一致的。它的预报结果增加了预报员对这一时段预报无降水的信心。

4 总结

北京在国庆期间有大量的重要活动，人员集中，影响面大，一般的天气要素变化在这个时段也会引起重大的影响。这次阵雨天气过程，对于农业、市政来说影响不是很大，但是对于6日国庆60周年游行彩排这样人群高度集中的活动来说，是影响重大的天气现象。因此这次降水过程的精细预报关系重大。

秋季降水还是经常出现的。在这一阶段降水回波强度减弱，经常在35 dBz以下，一些针对强风暴外推预报方法就不能启动，因此预报员要根据雷达回波的移动来判断未来关注区域的降水情况。通过这次预报服务证实，在把握天气系统发展变化情况下，可以进行合理的外推。

多种新型探测资料对大气物理状况的解释，有助于对天气系统的理解，如卫星云图对大范围锋区、700 hPa、850 hPa切变等天气系统，可以直观地追踪它们的位置；风廓线雷达对高空风变化的探测，微波辐射计对本站温湿条件的探测，填补了两次探空之间的空白；雷达回波拼图可以得到较大范围降雨区的位置、强度、移向和移速。单站雷达多普勒径向速度图能够分析本站上空的动力条件，进而分析降水系统短时的发展变化。

开展精细化的数值预报，不断改进完善预报方法仍然是我们努力的目标。