一、预报因子归类及降雨样本等资料的选取

据上述思路取消原预报分型,将可能影响三花间区域降雨的各种有利及不利因子归纳为三类,即天气系统、温湿能量(含平流)和动力因子。这三类作为各级降雨的基本因子,其相应的预报指数分别以K1、K2、K3 表示,∑K1、∑K2、∑K3 为各级降雨的基本综合预报指数。另外,由于暴雨成因、机制的复杂性及天气形势的多变性,又增加特殊预报指数(K4)、强降雨落区的天气型(K5)、云图分析(K6)及若干预报信息、天气分析方法的提示。K5、K6 等是为了对基本综合指数所得出的预报结论,在范围或强度上需要补充或修正时,作参考使用,这样可增加预报的精度并有利于发挥预报员的预报知识潜力。

本次共选取天气资料完整的79个区域性降雨样本,均取当日8时至次日8时24h的雨量和当日8时的天气资料(见表12-1)。

表12-1　三花间降雨历史样本

降雨范围均采用国家气象局三级用语,但考虑到三花间区域性大暴雨、暴雨气候概率很小及致洪暴雨的特点,将暴雨预报重点区缩小在以三花间中、南部为主的3万km2 左右。同时将区域性的大到暴雨定为大于等于1.5万km2(见各级降雨预报指数表12-2所附说明)。另外,为了在强降雨的拟合中提供更多的反证,选了较多的弱降雨例子。

动力因子缺乏完整的动力计算资料,难以进行个例拟合,是用原专家系统1982～1984年7月的物理量诊断资料选取预报因子分别求出中到大雨、大到暴雨的平均值,并推出其余各级雨强的动力指数作为预报参数。

二、量化预报因子与降雨分级拟合

预报因子的量化是拟合能否成功最关键的因素,也是一项细致复杂的工作,一方面因子本身的物理意义要明确,另一方面各因子的预报指数要相互合理匹配,才能经得起预报的检验。

首先对各种有利和不利降雨的预报因子,从经验认识出发,据其对降雨作用的性质及贡献大小,进行初步的指数化,所有因子的指数值均取无量纲,以便于计算操作,如低层辐合系统均为正指数,而其850hPa的辐合系统有较大的权重。台风、西南涡对强雨、暴雨贡献大,其指数也最高,高压和风场辐散不利降雨则定为负指数。其后,由于同一预报因子在影响三花间区域降雨时,其强度、结构及所处位置不同,相应指数也不同,因而其最高指数值应是在该因子对降雨处于最有利的状态下,为此还要根据因子的强度、结构及位置分别给予多个指数值。为了各预报因子的合理匹配,必须分别予以权重或“封顶”,如动力项的计算式中,850hPa的散度给予2 倍权重。而大气不稳定度因子的指数则要封顶,一方面在盛夏容易满足,而且雨强与不稳定度的相关并不保持线性增长,强不稳定不一定有大暴雨发生,若简单地将强不稳定(如)量化为高值指数,与其他重要的预报因子对降雨的实质性贡献相比则显得不合理,因此将类似稳定度的因子指数均予以“封顶”,如限制位势不稳定度的指数值在-5～10之间等。如不采用上述合理量化预报因子的方法,而只将各因子的原始值简单求和则无法提高降雨的拟合率。

对79 个降雨样本,分别查算出各级雨强的综合预报指数(∑K1、∑K2、∑K3、∑K4),进行比较和相关计算分析,对因子的量化值反复调整、补充和修正,在多次反复实验拟合中对各因子的指数多次进行合理调整,同时还要结合细致、深入的天气分析,对预报因子作补充修正,直到各级降雨的拟合率均达90%以上,最后得出最佳拟合率的预报指数。

三、预报指数的合成

降雨的综合预报指数∑K1、…、X,由四类因子的指数合成:

K1、…、X=K1(天气系统)+K2(温、湿能量及其平流)+K3(动力指数)+K4(特殊指数)

四类指数均自有关查算表计算式得出。前三类指数为最基本的预报指数,K4 主要用于某种特殊天气条件下,对前三项指数或作定量调整或对预报的基本结论作定性的修正,最后根据综合指数(合成指数)值的大小作出相应的降雨预报(见表12-2)。

(1)降雨范围采用国家气象局三级用语的规定,全部或大部为不小于70%,部分为30%～70%,局部或个别为小于30%,三花间区域总面积41630km2,由于历史上大面积的暴雨和大暴雨发生的概率很小,同时考虑该区致洪暴雨的特点,对三花间区域暴雨、大暴雨及特大暴雨的预报用语又作如下具体修定。(www.daowen.com)

三花间区域干流区及伊、洛、沁河下游作为主要暴雨预报区、总面积3万余km2 三级用语范围见表12-3。

表12-2　黄河“三花间”各级降雨预报指数表(适用6～9月8时或20时实时天气资料)

注 实测历史最大暴雨,1982年7月30～31日其∑K 综合指数接近300。
① 动力指数13、27为实际的动力参数统计值,其余各级动力指数是推算值。

表12-3　三花间区域干流区及伊、洛、泌河下游降雨范围的三级用语

(2)当预报指数处于2级降雨的临界时,可对各预报因子进一步作天气分析判断,适当对降雨的范围强度作局部调整。同时应参考降雨范围的天气模式等判据对降雨的范围作合理修正,如预报时刻,850hPa或700hPa槽线已移到东经112°或以东,强雨则只能在“三花间”部分地区出现。又如:大雨、暴雨的落区多在低空暖湿急流轴与冷锋或850hPa槽线之间,另外当降雨天气系统停滞时,则降雨要增强等。

四、预报操作原则

用当日8时或20时实时天气资料计算预报指数,预报时效为24h,当天气形势十分稳定时可延伸至36h。

若估计在未来的预报时段内,影响三花间的天气系统或物理量场可能有重大调整时,则用预报的天气系统物理要素,算出相应的预报指数(用同一查算方法),并将其乘以2/3或系数0.7作为预报指数。

图12-1　预报操作流程图

为提高指数预报结论的安全度,还要考虑其他定性的预报数据(K5、K6)以及其他预报产品和信息,进行必要的综合分析,来充实预报的依据或对结论作合理调整。

指数查算、预报结论及调整预报的理由均要记案,以便总结改进。

五、预报操作流程

预报操作流程包括三个基本步骤:指数合成预报→补充定性判据→多种手段综合分析处理疑点→24h降雨预报结论(如图12-1所示)。