CAUSE ANALYSIS AND MULTI-MODEL FORECAST VERIFICATION OF RETARDED RAINSTORM RELATED WITH TYPHOON HAGUPIT IN NORTHEASTERN ZHEJIANG PROVINCE
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摘要: 基于地面常规\加密观测及ERA5再分析、热带气旋最佳路径、雷达卫星等资料，利用天气诊断方法探讨了2020年4号台风“黑格比”在登陆北上减弱后南侧滞留的降水云团引发浙东北暴雨成因。受对流层中层副高西脊点偏西及台风北侧高层急流出口区右侧辐合下沉影响，台风云系不对称结构明显，主要分布在南侧。中层冷空气从台风西侧入侵触发中小尺度对流系统，小尺度云团在台风环流内逆时针移动至台风东侧并发展滞留，在浙东北引发强降水。期间冷暖气团(中层MPV1正值和低层MPV2负值)交汇区及中低层锋生大值均可指示暴雨落区，垂直螺旋度也可体现冷空气入侵后台风后倾的垂直结构演变特征；台风东侧持续的西南急流水汽输送有利于夜间浙东北对流降水的维持发展，且水汽低层辐散区对强降水落区有6 h左右的预报提前量。基于SAL定量降水检验证实：大尺度模式由于模拟对流降水演变的欠缺，无法预报出夜间滞后型暴雨增幅；中小尺度模式虽然对暴雨强度刻画相对准确，但大值雨区偏移；ECMWF 3日20:00起报场预报过程累积雨量误差小，较4日08:00起报预报结果更接近实况，但短时暴雨出现时间偏早3~6 h，不利于此类滞后型区域暴雨的预报参考。Abstract: Based on conventional observation data, intensive observation data, the optimal path of tropical cyclone from China Meteorological Administration, reanalysis fields from ERA5 and radar\ satellite data, the causes of rainstorm in Northeastern Zhejiang province triggered by the lingering raining cloud cluster in the south after typhoon Hagupit landed and weakened northward were analyzed by using weather diagnosis method. Affected by westward of west ridge point of the middle troposphere subtropical high and convergence sinking of right side of the upper jet stream exit area on the north of typhoon, the typhoon cloud system has obvious asymmetric structure, mainly distributed in the south side. The mesoscale convective systems were triggered by the middle troposphere cold air invaded from the west of typhoon and the small-scale cloud cluster moved counterclockwise to the east of typhoon and developed retention, causing heavy precipitation in Northeastern Zhejiang Province. During the rainstorm period, the intersection area of warm and cold air (the positive MPV1 in the middle troposphere and the negative MPV2 in the lower troposphere) and the frontogenesis great value area in the middle-lower troposphere can indicate the rainstorm area. The vertical helicity can also reflect the vertical structure evolution characteristics of typhoon backward-tilt after the cold air invasion. The continuous water vapor transport of the southwest jet on the east of typhoon was beneficial to the maintenance and development of convective precipitation in Northeastern Zhejiang Province at night and the water vapor divergence area can forecast the heavy precipitation area by leading about 6h. Based on the SAL quantitative precipitation verification, the large scale models cannot predict retarded rainstorm amplification at night due to the deficiency of simulated convective precipitation evolution; the meso-micro scale models described rainstorm intensity accurately, relatively, but the great value area deviated; the cumulative precipitation forecast by ECMWF (Initial: 20:00 on the 3rd) is slightly error, which is closer than that of 08:00 on the 4th, however, the shorttime rainstorm occurred 3—6 h earlier, which was bad for the forecast of such retained regional rainstorm.
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图 1 2020年第4号台风“黑格比”3日08:00至5日08:00路径(a，蓝红色方框分别为图c、d时段台风路径)和浙江过程雨量(b. 黄色方框表示浙东北区域)，浙东北两个时段累积雨量分布(c. 3日08:00—4日16:00，红色台风标志为4日16:00台风中心位置；d. 4日17:00—5日08:00)和代表站点逐时雨量序列(e. 58468宁波余姚站；f. 58464嘉兴平湖站)
图 2 2020年8月4日11:00(a、d)、17:00(b、e)、23:00(c、f)500 hPa位势高度场(等值线，单位：10 gpm)、200 hPa风场(箭头，单位：m/s，阴影区风速大于20 m/s)、850 hPa风场(灰色风杆)(a、b、c)和海平面气压(等值线，单位：hPa)，500 hPa风场(风杆，单位：m/s)及FY-2G TBB(阴影，单位：℃)(d、e、f)分布
紫色方框为浙东北区域。
图 3 2020年8月4日11:00起逐6 h “葵花8”12 μm红外卫星云图(a~d)及宁波雷达(Z9574)37号产品组合反射率(e~h, CR, 15 dBZ以下的值已省略)
各时刻台风中心位置已用红色台风标识标出，云图中A为影响浙东北对流云团位置。
图 4 2020年8月4日17:00(a、b)和23:00(c、d)500 hPa(a、c)和850 hPa(b、d)假相当位温(阴影，单位：K)、MPV1 (黑色等值线，单位：PVU)、MPV2(蓝色等值线，单位：PVU，1PVU=10-6 K·m2/(s·kg))
绿色等值线代表未来3小时降水大于30 mm的区域。
图 5 2020年8月4日17:00和23:00的500 hPa/850 hPa锋生函数(a、b、e、f)及水平辐散项(c、g)和垂直运动有关的倾斜项(d、h)
单位：10-10 K/(m·s)。黑色等值线为未来3 h降水量大于30 mm的区域。
图 7 2020年8月4日17:00和23:00 850 hPa水汽通量(阴影，单位：g/(cm·hPa·s)、风场(风杆，单位：m/s)(a、b)和850 hPa (黑色等值线，单位：10-4 g/(hPa·cm·s)、700 hPa(橙色等值线)水汽通量散度、浙东北水汽通量(阴影)高度-时间剖面图(c、d)及余姚沈湾站逐时降水(e, 最大为30.8 mm/h)
图 9 观测(第一行)及优选模式浙东北区域4日11:00—5日08:00逐3 h累积降水量空间分布演变(第1列为4日12:00—14:00 3小时累积降水量，第2列为4日15:00—17:00，以此类推；单位：mm)
图 10 优选模式预报“黑格比”影响浙东北期间逐3 h降水量定量评估参数时序
a. SAL检验结构指标S；b. SAL检验强度指标A；c. SAL检验位置指标L；d. 空间相关系数；e. 30 mm强降水TS评分；f. 50 mm强降水TS评分。
表 1 多模式预报场时空参数
模式名 模式来源 预报时效 时间分辨率 水平分辨率 ECMWF 欧洲中期天气预报中心模式 240 h 3(72) h 0.125 °×0.125 ° NCEP 美国国家环境预报中心模式 360 h 3(84) h 0.5 °×0.5 ° JAPAN 日本气象厅中期预报模式 216 h 3(84) h 0.5 °×0.5 ° CMA-GFS 中国气象局全球天气预报系统 240 h 3(72) h 0.25 °×0.25 ° CMA-SH9 中国气象局华东区域上海9 km模式 72 h 1 h 0.1 °×0.1 ° CMA-MESO_3km 中国气象局中小尺度3 km模式 36(6) h 1 h 0.03 °×0.03 ° ZJ-WARMS 浙江省气象局中尺度模式 72 h 1 h 0.03125 °×0.03125 ° NB-WRF 宁波市气象局天气研究预报模式 60(6) h 3 h 0.0225 °×0.0225 ° 
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表 2 浙东北区域优选模式过程累积降水量预报检验
Pr0412-0508 S A L TS50 TS100 Spa. Cor. RMSE ECMWF(0320) 0.057 0.004 0.076 0.63 0.29 0.52 57.3 ECMWF(0408) 0.568 -0.424 0.053 0.61 0.08 0.65 50.5 NCEP(0408) 0.712 -0.202 0.054 0.52 0.09 0.56 52.26 JAPAN(0408) 0.379 -0.565 0.093 0.36 0.07 0.43 58.3 CMA-SH9(0408) 0.188 0.232 0.023 0.69 0.53 0.75 49.95 CMA-MESO_3km(0408) -0.439 -0.184 0.056 0.48 0.29 0.43 63.96 ZJ-WARMS(0320) 0.095 0.032 0.092 0.55 0.32 0.46 65.35 NB-WRF(0408) 0.039 0.261 0.014 0.63 0.50 0.71 55.81 注：TS50、TS100均为值越大预报越优，对于相应量级强降水的把握更好；空间相关系数(Spa. Cor.)和均方根误差(RMSE)均反映预报降水空间结构，前者越高越优，后者越小偏差越小。
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