引言
地形对降水分布有重要影响（李子良，2006；廖菲等，2007；钟水新，2020；胡振菊等，2022；杨丽杰等，2022），较大尺度的地形可直接对大气环流产生影响，中小尺度地形常有迎风坡对暖湿气流的抬升阻挡作用及喇叭口对气流的辐合作用等（王丛梅等，2017；段海霞和刘新伟，2009；郭英莲等，2012；李银娥等，2021）。同时，地形对层状云降水的影响动力作用更明显，而对对流性降水则热力作用更重要（朱素行等，2010），且通过强迫上升作用可使云中冰相过程充分发展，从而加强地面降水（马思敏等，2022），因此地形对降水的影响极其复杂，准确理解地形对降水的影响机制是提升复杂下垫面预报预警能力、改进模式预报性能的关键。
秦巴山区包括秦岭、巴山以及汉江盆地，其生态系统脆弱、地形极其复杂，暴雨和短时强降水等灾害性天气极易在这一地区诱发山洪、滑坡、泥石流等地质灾害，给人民生命和财产安全带来极大威胁，且预报难度大。目前，有研究对秦巴山区特殊地形在降水中的作用进行了分析，发现大巴山峡口地形会使秦岭南侧和东侧迎风坡产生强降水，造成汉江河谷及山脉本身的降水减少（毕宝贵等，2006）；秦岭的高大山脉阻挡可减缓对流单体移动速度，喇叭口状的迎风坡有利于加强上升运动从而增强降水（肖贻青等，2022；肖贻青等，2023）；西南气流可从秦岭南坡爬升与山前的偏东气流汇合使气旋性涡度增大，且地形加强辐合抬升作用从而在秦岭南坡产生大暴雨（赵强等，2017）。然而地形对降水的影响机制依然存在许多值得探讨的问题，例如目前对盆地强降水的影响研究还相对较少。
2022年6月3—4日陕南汉江盆地发生了一次由锋面触发的局地短时强降水过程。锋面是触发强对流天气的重要系统（张家国等，2018；余蓉等，2019；尉英华等，2021），锋面引发的短时强降水过程大多为斜压锋生类（肖玮等，2021；盛志军等，2021），其最大特点是中低层冷暖空气强烈交汇，造成暴雨具有区域性（王晨曦等，2018；陈晓红等，2020；时洋等，2021），而此次过程的强降水范围非常局地，主要集中在盆地平原地区，且以往在山区的强降水多发生在迎风坡或喇叭口处，因而造成该过程预报的主观订正难度增加。同时各数值模式在短期预报时效内对该次过程都出现了明显漏报，中尺度模式在短时预报时效内对该过程降水的落区和强度预报差异也较大，小时雨强和累计降水量都存在明显低估，预报偏差较大。因此，本文对该过程进行深入分析，有助于加深对此类短时强降水发生机理的认识，同时进一步了解各模式对秦巴山区复杂地形下中小尺度天气的预报效果和适用性。
1 研究区概况
陕南汉江盆地（简称“盆地”）位于陕西南部秦巴山区之间，由西侧的汉中盆地与东侧的安康盆地组成，北侧为秦岭，南侧为巴山山脉，海拔基本低于500 m（图1），包括南郑、汉中、城固、洋县、石泉、汉阴、紫阳、安康、平利等地。文中附图涉及地图的行政边界均基于国家测绘地理信息局标准地图服务网下载的审图号为GS（2019）1823号的标准地图制作，底图无修改。
图1
图1
陕南汉江盆地（黑色虚线区域）示意图
Fig.1
Schematic diagram of the Hanjiang Basin in Southern Shaanxi （black dotted area）
2 资料与方法
所用资料包括：（1）中国气象局陕西省境内99个自动气象站、1 995个区域气象站逐时降水量数据；（2）安康和汉中站同期C波段多普勒雷达（海拔分别为333 m和569 m）数据；（3）欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts， ECMWF）推出的第五代再分析产品ERA5（the Fifth Generation of European Reanalysis）逐时再分析资料，分辨率为0.25°×0.25°；（4）FY-4A卫星的红外通道数据以及ECMWF、NCEP（National Centers for Environmental Prediction）、CMA（China Meteorological Administration）等数值模式2022年6月3日08：00起报的12 h累计降水量预报数据。本文研究时段为2022年6月3日20：00至4日08：00，文中所有时间均为北京时。
本文将12 h累计降水量划分为小雨（≥0.1 mm）、中雨（≥10.0 mm）、大雨（≥25.0 mm）和暴雨（≥50.0 mm），计算不同量级降水的TS（Threat Score）评分（潘留杰等，2023），计算公式如下：
式中：A表示正确预报超过降水阈值的次数；B为空报次数；C为漏报次数；TS值越大表示模式的降水预报能力越强。
3 降水实况和环境背景分析
2022年6月3日夜间至4日清晨，陕南汉江盆地发生了一次以短时强降水为主的强对流天气过程，同时局地伴有雷暴大风。3日20：00至4日08：00，共33站出现暴雨，其中1站（陕西省安康市汉滨区牛蹄站）大暴雨，最大降水量104.8 mm[图2（a）]；强降水主要集中在3日夜间至4日清晨，其中4日00：00短时强降水站数最多为10站[图2（b）]；4日06：00短时强降水强度最大，小时最大降水量达62.6 mm；强降水开始阶段（3日23：00左右）出现3站雷暴大风，最大风速20.7 m·s-1（图略）。此次过程强降水雨带沿陕南汉江盆地呈西北—东南向，具有明显的地形特征，且强降水时间持续较长，预报难度较大。
图2
图2
2022年6月3日20：00至4日08：00陕南汉江盆地累计降水量空间分布（a）及小时最大降水量和短时强降水站数（b）
Fig.2
The spatial distribution of 12 h accumulative precipitation from 20:00 on 3 to 08:00 on 4 June 2022 (a) and the maximum hourly precipitation and the number of short-term heavy precipitation stations (b) in the Hanjiang Basin of Southern Shaanxi
从6月3日20：00环流形势[图3（a）]可以看出，陕南西部处于500 hPa冷涡后部并伴随短波槽扰动，冷空气从高纬度向南入侵，对应850 hPa风场和温度场在关中西部存在明显的温度锋区，配合偏北风低空急流，风向与等温线几乎垂直，形成较强冷平流；同时850 hPa在陕南西部有显著湿区，相对湿度大于等于90%，在该区域水汽条件较好。结合地面天气图的温度、露点及地面气压，可在关中西部和陕南西部分析出一条地面冷锋。由汉中站T-ln P图[图3（b）]可以看出，20：00汉中附近大气具有较强的强对流潜势，对流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）高达1 576.6 J·kg-1，K指数为38.00 ℃，抬升指数（Lifting Index，LI）为-3.73 ℃，同时中低层处于饱和状态，湿层厚度接近6 200 m，抬升凝结高度和自由对流高度位于925 hPa附近，均有利于短时强降水发生。然而从假相当位温的垂直变化（图略）可见，从近地面至850 hPa假相当位温随高度减小，递减率为11.4 K·km-1，在该大气层结中存在一定的对流不稳定，而850 hPa以上的大气为中性或对流稳定，结合垂直风切变较小，即使有锋面过境触发强对流，不易形成大范围有组织的对流系统，主要以局地强对流为主。
图3
图3
2022年6月3日20：00 500 hPa高度场（蓝色实线，单位：gpm），850 hPa温度场（红色虚线，单位：℃）、风场（矢量，单位：m·s-1）、相对湿度（填色）（a）及汉中站T-ln P图（b）
[
Fig.3
The 500 hPa geopotential height field （blue lines， Units： gpm）， temperature field （red dotted lines， Unit： ℃）， wind field （vectors， Unit： m·s-1） and relative humidity （color filled） on 850 hPa （a） and T-ln P diagram of Hanzhong station at 20：00 on 3 June 2022
（the blue line represents stratification curve， the green line represents dew point temperature and the red line represents state curve in
4 锋面特征分析
对6月3日20：00至4日08：00逐3 h地面变压和变温及对应3 h累计降水超过20.0 mm的站点进行分析，6月3日20：00 3 h正变压中心主要位于宝鸡和汉中西部（图略），中心变压最高达到6.5 hPa，变压梯度较大，此时锋面位于正变压东部的宝鸡西南部地面辐合线附近，在其影响区域出现多站3 h累计降水量超过20.0 mm，由于该区域大气较为稳定，对流性不强，3 h最大累计降水量为34.1 mm；值得注意的是由于傍晚气温下降、气压增加，此时3 h变压和变温较明显，但结合降水及风场来看该锋面强度并不大。3日23：00[图4（a）]，正变压分为2个中心，一部分向南移入汉中西部，中心变压为4.7 hPa，此时锋面也移至其东侧的变压梯度大值区及地面辐合线附近，在锋面后部的较强负变温区附近出现分散性强降水，3 h最大累计降水量35.6 mm。4日02：00[图4（b）]正变压中心继续东移，中心变压虽降为2.5 hPa，但与负变温区相结合，由于冷空气势力不强，同时受两端地形的阻挡作用，难以推动锋面持续东移，因此锋面几乎处于准静止状态，位置变化较小；该区域大气处于较强不稳定状态，锋面长时间停留导致不断有对流触发，并在高能高湿的条件下强烈发展，产生明显短时强降水，3 h累计降水量有7站超过50.0 mm，最大为73.3 mm。与此同时在锋面前部的盆地地区逐渐形成冷池，呈现出弱正变压和负变温，冷池附近开始出现分散的强降水。05：00[图4（c）]正变压中心沿汉江盆地继续缓慢东移，锋面也随之缓慢东移，地面风场显示在变压中心存在风场，呈气旋性辐合环流中心，有利于强对流活动的持续发展，因而强降水范围增加，最大3 h累计降水量达76.8 mm；而锋面前侧沿平原形成较为一致的西北气流，并存在负变温中心，说明锋面前部由于强对流活动造成冷空气出流形成明显冷池，冷池触发新的对流并产生较强的对流性降水，因而该区域降水强度也较大。08：00[图4（d）]地面辐合中心一直维持，锋面位置变化较小，此时冷池明显加强，位于正变压中心和负变温中心处，正变压中心值增加至3.4 hPa，中心变温也低于-3.0 ℃，此时强降水均位于冷池附近，最大3 h累计降水量增加至82.1 mm，有6站累计降水量超过50.0 mm。由此可知强对流发展后形成冷池进而继续触发对流造成的强降水比锋面抬升触发引起的降水强度更大，之后由于该区域大气趋于稳定，强对流活动无法维持，强降水也开始减弱。
图4
图4
2022年6月3日23：00至4日08：00逐3 h变温场（红色虚线，单位：℃）、地面风场（矢量，单位：m·s-1）和对应3 h累计降水量超过20 mm的站点（彩色散点）
（a）3日23：00、（b）4日02：00、（c）4日05：00、（d）4日08：00
（字母D为辐合中心）
Fig.4
The 3-hour variable temperature field （red dotted lines， Unit： ℃）， surface wind field （vectors， Unit： m·s-1） and corresponding to stations with 3-hour accumulative precipitation more than 20 mm （colored spots） from 23：00 on 3 to 08：00 on 4 June 2022（a） 23：00 on 3 June， （b） 02：00 on 4 June， （c） 05：00 on 4 June， （d） 08：00 on 4 June
（The letter D is the convergence center）
对6月4日02：00降水明显加强阶段大暴雨站点[安康市汉滨区牛蹄站（108.5°E，32.5°N）]的风场和垂直速度分别进行经向和纬向剖面，结果表明该时刻锋面前侧位于108.0°E—109.0°E之间的盆地[图5（a）]，从近地层至500 hPa有明显的垂直上升运动，强上升运动中心垂直速度为-60×10-2 Pa·s-1，位于850 hPa高度以下，导致锋面触发的中尺度对流系统外流冷空气在锋前地面不断堆积，而中低层偏东暖湿气流输送至该区域沿冷空气抬升而产生较强上升运动。同时在700~500 hPa形成了尺度较小的次级环流，辐合中心位置也恰好位于108.0°E—109.0°E，使该区域辐合上升运动比锋面附近的抬升更强，降水强度也更大。纬向剖面[图5（b）]显示在32.5°N—33.0°N海拔较低的盆地地区，存在明显上升运动区，强上升运动中心垂直速度为-80×10-2 Pa·s-1，位于850~700 hPa，而在32°N以南和33°N以北的海拔较高的山区上空均为明显下沉气流，说明锋面强度较弱难以在高海拔地区过境抬升，因而只能沿着低海拔的盆地触发对流并移动发展，造成盆地为强降水雨带。另外从风场可以看出，在盆地上空500 hPa以下存在明显的气旋性切变，虽然没有形成辐合环流中心，但局地切变也会引起辐合加强，从而加强降水。
图5
图5
2022年4日02：00风场（矢量，单位：m·s-1）和垂直速度（等值线，单位：10-2 Pa·s-1）沿32.5°N（a）、108.5°E（b）的经度-高度（a）、纬度-高度（b）剖面
（黑色填色区表示地形）
Fig.5
The longitude-height sections （a）， latitude-height sections （b） of wind profile （vector， Unit： m·s-1） and vertical velocity （contours， Unit： 10-2 Pa·s-1） along 32.5°N （a） and 108.5°E （b） at 02：00 on 4 June 2022
（The black filled area indicates terrain）
综上所述，该短时强降水过程是由锋面过境抬升触发引起，开始强度较弱，降水集中在锋面附近，由于地形阻挡，锋面移动缓慢并不断在盆地触发新的对流，在高温高湿环境下强烈发展。对流发展到一定阶段引起的强降水在下落过程中在地面形成了冷池外流，一方面可在锋前的低海拔地区继续触发新的对流，另一方面暖湿气流在冷池上被迫抬升可加强短时强降水，从而使强降水不断发展并缓慢向锋前移动。同时在盆地上空存在气旋性环流辐合可加强该区域的垂直上升运动发展，以增强降水。
5 中尺度对流系统特征
从FY-4A的红外云图分析可以看出，6月3日23：30[图6（a）]在汉中市东北侧层云中生成了一个孤立的中-γ尺度对流云团，中心云顶亮温为-38 ℃，小于-32 ℃的冷云直径仅约5 km，但在云团西南侧出现多站短时强降水，累计小时雨量最大为28.6 mm，说明此对流云团垂直发展并不旺盛，但由于整层湿度条件好，垂直风切变小，雨滴不易蒸发，因而降水效率较高（Davis，2001）。随后对流云团沿着秦岭南麓缓慢向东南方向移动，并在下山后快速加强，至01：00[图6（b）]发展成一个椭圆形强对流云团，中心云顶亮温接近-70 ℃，小于-32 ℃冷云面积达到最大，并在其西部偏冷空气一侧的盆地造成多站短时强降水，最大雨强33.8 mm·h-1。随后强对流云团沿平原在缓慢东移过程中组织化程度逐渐减弱，02：00[图6（c）]演变成与平原地形走向一致的西北—东南向对流云团，且由于移动速度缓慢并存在后向传播特征，在其后部西侧盆地带来55.5 mm·h-1的短时强降水。强对流云团在持续东移过程中逐渐分解，至04：00[图6（d）]一部分向偏东方向移动成为层云降水，另一部分向南移动继续在冷云后部亮温梯度大值区所在盆地造成短时强降水，最大雨强为34.6 mm·h-1。05：00[图6（e）]，向南移动的对流云团在锋面近似停滞的作用下在本地长时间维持，同时由于地面辐合中心存在使对流云团发展，云顶亮温强度增强，此时产生最大48.5 mm·h-1的短时强降水。06：00[图6（f）]，锋面两端由于受高山阻挡较难翻越高海拔地区，因此继续停留在安康中部即巴山北部盆地，长时间锋面抬升使对流云团稳定维持，同时在冷池作用下不断有新云团生成并经过该地区形成明显的列车效应，虽然云顶亮温强度较低，即对流云团发展高度较低，但由于低层水汽充沛，暖云和湿层均深厚，加之对流有效位能较大，使得降水效率较高（俞小鼎等，2012），从而产生最大62.6 mm·h-1的短时强降水。之后锋面从安康境内的盆地逐渐东移至大气较稳定地区，能量释放后无法重建，强对流活动逐渐减弱，以层状云降水为主，雨强逐渐减小，强降水过程基本结束。
图6
图6
2022年6月3日23：30（a）及4日01：00（b）、02：00（c）、04：00（d）、05：00（e）、06：00（f）FY-4A红外云图TBB及对应时刻小时降水量
Fig.6
The FY-4A infrared cloud image TBB and 1-hour accumulated precipitation at 23：30 （a） on 3 and 01：00 （b）， 02：00 （c）， 04：00 （d）， 05：00 （e）， 06：00 （f） on 4 June 2022
6 多普勒天气雷达回波特征
对该过程的雷达回波特征进行分析，发现其强对流过程可分为3个阶段。第一阶段为对流触发阶段。从汉中站组合反射率因子发展演变可以看出，3日21：06主要降水回波位于宝鸡市南部与汉中市北部的秦岭山区上空，为700 hPa切变线引起的层状云降水，降水强度较小，小时雨强均在10 mm·h-1以下，此时该回波南侧在锋面前侧的冷空气作用下生成了一些非常小的对流单体（图略），从高海拔地区向南部低海拔地区缓慢移动加强。21：53这些小对流单体在汉中市洋县北部合并加强，成为一个强对流单体A1[图7（a）黑色圆圈处]，中心最大反射率因子达55 dBZ，但由于发展高度较低在卫星云图上还未有明显表现。22：49该对流单体在锋面抬升的作用下在原地维持发展，强回波中心造成最大36 mm·h-1的短时强降水，同时在其出流方向的盆地区域由锋面触发更多新的分散性对流单体[图7（b）下方黑色椭圆处]。第二阶段为多个对流单体合并加强阶段。23：29[图7（c）]沿汉中盆地触发的新对流单体快速发展加强，成为一个东西向的带状强对流回波带S1；同时强对流单体A1具有后向传播特征，强回波面积增加并与S1西端在洋县境内合并加强，对应洋县多站出现短时强降水，最大雨强为29 mm·h-1。00：26[图7（d）]强对流单体A1靠近强回波带S1后逐渐结合，由于南部高山阻挡，结合后的强回波只能沿低海拔地形向东缓慢移动，并在地面辐合线和锋面抬升的作用下持续加强，强回波面积明显增加，导致西乡县境内子午站出现56 mm·h-1的短时强降水。第三阶段为强对流系统发展阶段。从安康站雷达回波可以看出，04：15[图7（e）]较强的中尺度对流系统A2从汉中移入安康西北部，沿平原地形的对流系统组织化程度加强，最高反射率因子达65 dBZ，伴随多站短时强降水，最大小时雨强为48 mm·h-1，且在较强对流单体前侧的冷空气出流区又激发出新的对流单体[图7（e）黑色椭圆处]，新的对流单体同样具有后向传播特征，与强对流单体合并加强冷池，从而激发出更多新对流。04：50[图7（f）]加强后的A2中心反射率因子强度最大达65 dBZ，对流系统受后向传播导致的列车效应使强回波中心不断经过安康西部的盆地，其前部依然可见一些新的对流单体生成、发展并与其合并。这种强对流的传播和发展特征持续时间较长，至05：36该地区依然存在强反射率因子，中心强度高于65 dBZ，使该地区小时降雨量达62.6 mm（图略）。
图7
图7
2022年6月3日21:53（a）、22:49（b）、23:29（c）及4日00:26（d）、04:15（e）、04:50（f）汉中站（a、b、c、d）和安康站（e、f）多普勒雷达组合反射率因子（单位：dBZ）
Fig.7
The composited reflectivity factors of Hanzhong (a, b, c, d) and Ankang (e, f) station at 21:53 (a), 22:49 (b), 23:29 (c) on 3 and 00:26 (d), 04:15 (e), 04:50 (f) on 4 June 2022 （Unit： dBZ）
对23：29汉中站组合反射率因子沿其带状对流系统[图7（c）中黑色实线]进行剖面，发现此时对流处于发展阶段[图8（a）]，强反射率因子暂时未能形成有组织的结构，且对流云团发展高度较低，未超过6 km，大于50 dBZ的核心反射率因子高度低于3 km，即0 ℃层高度以下，呈现低质心的对流结构特征，云底高度较低，属于高效的热带型低质暖云降水（田付友等，2018），且系统移动较慢，降水效率高，因而带来了局地短时强降水。对04：50安康站的组合反射率因子沿图7（f）中黑色实线做剖面[图8（b）]，可以看出此时中尺度对流系统发展旺盛，组织结构较好，对流云团云顶高度可达10 km以上，且高于50 dBZ的反射率因子可发展到5 km以上，同时强核心依然处于0 ℃层高度以下，具有较明显的低质心特征，此时强降水的范围和强度也均较强，说明锋前冷池触发的对流系统高于锋面本身触发的对流系统。
图8
图8
2022年6月3日23：29汉中站（a）、4日04：50安康站（b）分别沿
Fig.8
Vertical section of reflectivity factor along the black solid line of
7 可预报性分析
7.1 多模式降水量检验
利用3种全球模式[China Meteorological Adm-inistration-Globle Forecast System（CMA-GFS）、ECMWF、NCEP]和6种中尺度模式[China Meteorological Administration-Mesoscale Model（CMA-MESO）、China Meteorological Administration-Beijing（CMA-BJ）、China Meteorological Administration-Guangdong（CMA-GD）、China Meteorological Administration-Shanghai（CMA-SH）、China Meteorological Administration-Typhoon Model（CMA-TYM）、Tropical Regional Atmosphere Model for the South China Sea（CMA-TRAMS）]共9个模式对本次过程主要降水区（105°E—112°E，31°N—35°N）6月3日08：00起报的12 h累计降水量（3日20：00至4日08：00）进行检验（图9），可以看出3种全球模式对陕西南部及其周边地区预报的降水量普遍偏小，均以小雨量级为主，除ECMWF模式[图9（a）]对盆地预报有一些局部中到大雨外，CMA-GFS模式[图9（b）]和NCEP模式[图9（c）]对强降水几乎没有预报能力。6种中尺度模式对过程累计降水量的预报分歧较大，其中CMA-TYM模式[图9（d）]和CMA-MESO模式[图9（e）]预报的降水较为分散且量级较小，出现明显降水漏报，小雨以上量级的漏报率分别为0.30和0.53，TS值仅0.70和0.47，且2个模式均在汉江盆地西部预报出局地大雨。CMA-BJ模式[图9（f）]和CMA-SH9模式[图9（g）]预报在陕西南部有一条东北—西南向的强降水雨带，尤其在陕南西部与四川交界处预报局地暴雨和大暴雨区，其降水量级具有一定的参考性，但位置比实况偏南，且强降水雨带与实况西北—东南向雨带完全相反。CMA-TRAMS模式[图9（h）]和CMA-GD模式[图9（i）]预报出2条强降水雨带，一条呈东北—西南向位于关中东部和陕南东部交界处，一条呈西北—东南向位于汉江盆地附近，后者强降水雨带与实况位置和强度最接近，且大于25.0 mm以上量级的TS值分别为0.13和0.20，而其他模式对25.0 mm以上量级的TS值均为0.00。进一步计算各模式的降水预报与实况降水的平均均方根误差（图10），结果显示针对大于50.0 mm的降水，CMA-TRAMS和CMA-GD的平均均方根误差分别为62.8和48.3 mm，而其他模式均在70.0 mm以上；而对大于25.0 mm的降水，CMA-TRAMS和CMA-GD的平均均方根误差分别为32.6和25.9 mm，而其他模式均在37.8 mm以上。因此综合来看，CMA-TRAMS和CMA-GD模式对本次过程预报具有较好的参考性。
图9
图9
不同模式2022年6月3日08：00起报的12 h（3日20：00至4日08：00）累积降水量预报（填色）与实况（彩色圆点）
Fig.9
12-hour （from 20：00 on 3 to 08：00 on 4 June） accumulative precipitation （color filled areas） by different models reported from 08： 00 on 3 June 2022 and observation （color dots）
（a） CMA-GFS， （b） ECMWF， （c） NCEP， （d） CMA-TYM， （e） CMA-MESO， （f） CMA-BJ， （g） CMA-SH， （h） CMA-TRAMS， （i） CMA-GD
（a） CMA-GFS， （b） ECMWF， （c） NCEP， （d） CMA-TYM， （e） CMA-MESO， （f） CMA-BJ， （g） CMA-SH， （h） CMA-TRAMS， （i） CMA-GD
图10
图10
不同模式2022年6月3日08：00起报的12 h（3日20：00至4日08：00）累积降水量与大于等于25.0、50.0 mm实况的均方根误差
Fig.10
The root mean square error （RMSE） between the 12-hour （from 20：00 on 3 to 08：00 on 4 June） cumulative precipitation by different models reported from 08：00 on 3 June 2022 and the observation precipitation greater than or equal to 25.0 mm and 50.0 mm
7.2 组合反射率因子检验
对CMA-TRAMS和CMA-GD两个中尺度模式的组合反射率因子与实况进行对比检验，发现6月3日23：00强降水开始发生阶段，在陕西省汉中市北部33.5°N—34.0°N范围内已出现明显的强对流回波[图11（a）]，该中尺度对流系统为锋面前侧冷空气在平原地带触发的带状对流回波，对应该区域出现最大36 mm·h-1的短时强降水；02：00对流发展旺盛阶段，32.5°N—33.5°N范围内两个对流系统合并加强[图11（b）]，强回波中心沿着平原地形向东南方向缓慢移动，同时降水强度和范围显著增加，使汉中市西乡县境内出现最大56.0 mm·h-1的短时强降水。CMA-TRAM[图11（c）]和CMA-GD[图11（e）]模式在3日23：00预报出了汉江盆地局地触发生成的对流，4日02：00两个模式均表现出汉江盆地对流有所增强[图11（d）、（f）]，反射率因子的预报强度和范围最接近实况，对强回波在汉江盆地的持续时间也表现较好，其降水预报优于其他中尺度模式。但这两个模式均对关中东部的回波强度和范围预报较强，导致关中东部强降水出现一定程度的空报，说明这两个模式更容易捕捉和预报出局地小尺度强对流天气的发展。
图11
图11
2022年6月3日23：00（a、c、e）和4日02：00（b、d、f）组合反射率因子实况（a、b）及CMA-TRAMS（c、d）、CMA-GD（e、f）模式预报值（单位：dBZ）
Fig.11
Observational （a， b） and predictive composite reflectivity factor of CMA-TRAMS （c， d） and CMA-GD （e， f） model at 23：00 June 3 （a， c， e） and 02：00 June 4 （b， d， f） （Unit： dBZ）
8 结论
本文通过对陕南汉江盆地一次锋面触发的局地短时强降水的降水特征、环流背景、中尺度对流系统、锋面特征、雷达特征及可预报性进行了分析，主要结论如下：
（1）从降水特征来看，本次过程为局地短时强降水，降水范围小、局地性强，主要集中在汉江盆地，降水强度大，12 h累计降水量最大为104.8 mm，最大雨强为62.6 mm·h-1。
（2）锋面过境是对流的触发机制，并受地形阻挡影响长时间在盆地维持，一方面使层状云降水持续累计雨量较大，另一方面可在盆地不断激发出新的对流，在高温高湿的环境下强烈发展，同时配合地面辐合中心及高空辐合环流的存在，共同加强短时强降水。
（3）锋面前部形成的冷池在盆地不断触发新的对流后向传播形成列车效应，同时大于50 dBZ的强回波位于0 ℃层高度以下，此类低质心降水回波具有较强的降水效率，且持续时间较长，是造成短时强降水的重要原因。
（4）全球模式对此次过程出现明显漏报，中尺度模式虽然对短时强降水落区的预报分歧较大，但局地暴雨和大暴雨的预报结果可为预报员在短时预报上提供一些参考。
（5）CMA-TRAM和CMA-GD模式能较好地反映陕南汉江盆地局地强对流的触发及发展趋势，同时对强回波在陕南汉江盆地的持续时间也表现较好，但几乎所有的中尺度模式对锋前冷池造成的对流系统强度和组织性预报偏差较大，未来还需大量的个例来验证补充。
参考文献
秦岭大巴山地形对陕南强降水的影响研究
[J].
通过对地形敏感性试验的数值分析,认为大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小;使秦岭东南坡和渭河河谷下游强降水增加,大巴山本身降水增加幅度最大;大巴山峡口地形将大量暖湿气流向北输送,在秦岭南侧和东侧的迎风坡上产生强降水,而峡口两侧由于地形阻挡气流通过,使其下游地区降水减少。秦岭使大巴山和汉江河谷、陕北降水增加,使山脉本身降水减少,秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的;秦岭的地形高度变化与山脊降水量具有反相关关系,与山谷降水量关系不明显。
喇叭口地形对一次暴雨影响的数值试验
[J].对2006年8月27~28日甘肃省中南部大暴雨过程进行数值模拟,模拟结果较好地复制了此次暴雨过程以及与之相联系的影响此次过程的中尺度对流系统的发生、发展过程。喇叭口地形使甘谷降水增加明显,抬高地形对地形迎风坡上空低层辐合及上升运动有显著的加强作用,且其动力抬升作用主要体现在降水发生前和发生时。
一次典型东风波极端暴雨的中尺度特征及地形影响分析
[J].利用湖南省常规气象观测资料、区域自动站资料、NCEP再分析资料、常德多普勒雷达资料,分析2016年8月8—15日在多个东风波倒槽接力影响下,湘北地区反复出现的极端暴雨天气的中尺度特征,并利用WRF-ARW中尺度数值模式,对8月10—11日湘北地区极端暴雨过程进行数值模拟和地形敏感性试验。结果表明:(1)1604号台风在广东深圳登陆后沿西北路径移动和1605号台风在西北太平洋向北移动后,副热带高压快速西伸控制华东及沿海地区,其底部的东风波扰动为极端暴雨提供了环流背景;(2)近地面不均匀加热为东风波槽附近强对流提供了充足的热力不稳定条件,地面中尺度辐合线为对流的触发和加强起到重要作用;(3)东风波槽带来的边界层暖湿气流在武陵山东侧激发深厚中尺度涡旋,是极端暴雨形成的主要原因;(4)地形敏感性试验进一步验证了东风波暖湿气流在武陵山脉地形抬升和阻挡作用下,在迎风坡上游地区形成气旋性辐合导致暴雨增幅。
六盘山区一次典型暴雨过程的地形敏感性模拟试验
[J].基于WRF（weather research and forecasting）中尺度数值模式,对2018年7月10日六盘山区一次典型的暴雨天气过程进行模拟,分析此次过程的动力场、水汽场、云降水微物理结构的演变特征,通过改变模式初始场中六盘山地形高度进行敏感性试验,对六盘山地形影响该地区降水机制进行讨论。结果表明：蒙古冷涡底部冷空气和副热带高压西侧暖湿气流在六盘山区交汇配合低层700 hPa切变线辐合抬升导致此次暴雨过程;控制试验较好地模拟出雨带的分布范围、强降水中心位置及动力场结构特征,在降水发展和旺盛阶段,东南暖湿气流受地形强迫抬升和地形绕流共同影响,六盘山西坡和东坡均为上升气流,配合700 hPa切变线系统在六盘山山脊处上升气流汇聚加强,将云水带到负温层形成过冷水,云水、冰晶、雪和霰在0 ℃层至-40 ℃层之间共存,有利于冰相粒子碰冻增长和贝吉龙过程发生;地形敏感性试验发现改变地形对降水落区范围影响不大,而地形增高使六盘山区降水量级显著增大,尤其强降水更多集中在迎风坡一侧（山脉东侧）,地形强迫抬升作用使得上升气流和水汽的垂直输送进一步加强,云中冰相过程发展充分,过冷云水为雪和霰的增长提供有利条件,因此使得地面降水增多。
“十四运”关键场馆气象要素特征及客观预报检验
[J].气象要素特征的定点精细化分析和预报评估对重大体育赛事气象保障有重要意义。利用国家气象信息中心三源融合降水分析产品和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）ERA5再分析资料，分析第十四届全国运动会（简称“十四运”）西安、延安、安康关键场馆的气象要素特征，并检验ECMWF、中国气象局中尺度数值预报系统（China Meteorological Administration Mesoscale Model，CMA-MESO）预报产品和国家气象中心网格指导预报产品（SCMOC）对3个关键场馆降水、气温和风的预报表现。主要结论如下：（1）十四运历史同期3个关键场馆发生降水的概率较高，开、闭幕日举行地西安场馆历史上出现降水的概率分别为46%和44%，平均降水量分别为24.6、9.8 mm，且降水量和降水概率峰值多出现在午后至傍晚。（2）十四运历史同期3个场馆夜间气温相对较低，白天快速升温，日平均气温大多为12~18 ℃，适宜赛事活动;3个场馆盛行偏东风或偏南风，西安、安康场馆风速小，适宜赛事活动，而延安场馆出现4级以上风的频次较高，对赛事有不利影响。（3）整体而言，十四运历史同期SCMOC在3个场馆的晴雨预报准确率最高，但降水频次预报较实况明显偏低，有漏报的风险;SCMOC对阻塞型和两槽一脊型降水过程的晴雨预报有明显优势，而ECMWF对低涡底部型降水过程预报表现较好，且TS值最稳定。ECMWF的气温预报准确率优于SCMOC和CMA-MESO，而SCMOC的风速预报具有绝对优势。（4）十四运期间3种产品的预报性能差异与历史同期基本一致，但整体预报评分高于历史同期。
陇东黄土高原旱区短时强降水的时空分布特征及地形影响研究
[J].利用陇东黄土高原旱区2013—2020年302个区域自动气象观测站逐小时降水数据、数字高程模型数据和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料等，分析短时强降水时空分布特征及其与地形、地理因子的关系，并结合2021年一次极端短时强降水事件，总结地形的影响机制。结果表明：（1）陇东黄土高原旱区短时强降水主要集中在夏季，7月日数占比（35.9%）最多、极端性最强，8月次数占比（46.9%）最多、强度最强；雨强主要分布在22.0~31.0 mm·h<sup>-1</sup>，日变化呈多峰型特征，17：00（北京时，下同）至次日00：00最为活跃，次数占比为56.8%，且强度和极端性最强。（2）短时强降水次数和小时雨量极值空间分布极不均匀，前者东南多、西北少，且随着雨强增大骤减，高发区主要集中在河谷喇叭口地形区，而掌地也是30.0 mm·h<sup>-1</sup>以上强降水高发区；后者中部小、东北与西南大，大值区主要分布在庆城东部—合水西部。（3）地理、地形因子对短时强降水次数影响显著，主要由地理位置贡献，而对极值无明显影响，地形强迫抬升并非是陇东黄土高原旱区短时强降水的主要影响机制。（4）山谷风环流及其诱发的地面中尺度辐合线是陇东黄土高原旱区河谷喇叭口地形区短时强降水形成的重要原因。
