2011年漢江流域秋汛氣象水文特征分析

盧 珊,賀 皓,高紅燕

(陜西省氣象服務(wù)中心,西安 710014)

2011年漢江流域秋汛氣象水文特征分析

盧 珊,賀 皓,高紅燕

(陜西省氣象服務(wù)中心,西安 710014)

利用常規(guī)氣象觀測、NCEP/NCAR1°×1°再分析資料及安康、石泉兩地水情觀測資料,對2011年漢江流域秋汛進行了氣象水文特征分析。結(jié)果表明:2011年漢江流域秋汛屬于典型的華西秋雨形勢。西部低槽槽底冷空氣不斷分裂南下,與副高外圍的暖濕氣流交匯于關(guān)中陜南地區(qū),是漢江流域秋汛產(chǎn)生的有利天氣背景;2011年漢江流域秋汛期間,臺風(fēng)外圍的偏東氣流與副高外圍的偏東氣流匯合,并在西進中在四川東部形成偏南氣流,為雨區(qū)提供了充足的水汽;漢江流域面雨量同安康、石泉兩地的入庫流量有著相同的升降趨勢,在漢江流域面雨量出現(xiàn)明顯的雨強之后的48h到72h內(nèi),對應(yīng)著入庫流量的峰值出現(xiàn)。面雨量預(yù)報在漢江流域防汛工作、生產(chǎn)調(diào)蓄調(diào)度中,可以成為重要的參考指標(biāo)投入業(yè)務(wù)使用。

漢江流域秋汛;入庫流量;面雨量

“華西秋雨”是我國西部地區(qū)秋季多雨的特殊天氣現(xiàn)象,因其雨日多、雨量小的特點,又被老百姓稱之為“雨淋”。然而2011年9月,陜西秋雨異常明顯,降水量達到常年同期的3倍以上,為1951年以來同期最多,并且全省共有165站次出現(xiàn)暴雨,實屬歷史罕見。

1 降雨和洪水概況

2011年9月,陜西秋汛包括4次降水過程,分別為3至7日、9至14日、16至19日及26至29日。陜西大部9月降水總量超過100mm,關(guān)中及陜南地區(qū)為200～400mm,其中鎮(zhèn)巴以648.6mm位居全省最高(圖1)。此次強秋淋呈現(xiàn)出陰雨過程多、間隔時間短、降水范圍廣、局地強度大、致災(zāi)性強等特點。接連出現(xiàn)的大范圍降水過程,使得黃河、渭河、漢江干支流相繼漲水,渭河、漢江出現(xiàn)2011年入汛以來最大洪水過程,河流超警戒次數(shù)之多為歷史少見。

圖1 2011年9月陜西降水分布圖(單位:mm)

9月20日以前連續(xù)發(fā)生3次連陰雨天氣過程,這3次過程的降水量占全月總和的9成以上。第一次降水過程中,強降水主要集中在5至7日,關(guān)中陜南地區(qū)過程降水總量均超過50 mm,關(guān)中大部及陜南南部超過100mm,3d內(nèi)關(guān)中和陜南地區(qū)出現(xiàn)暴雨共計53站次,大暴雨1站次。9月9至14日,即第二次過程主要降水時段,關(guān)中陜南過程降水總量超過50mm,陜南大部都在100mm以上,出現(xiàn)暴雨45站次,大暴雨3站次。在第三次連陰雨過程中,9月16日20時到18日20時,關(guān)中及陜南地區(qū)出現(xiàn)過程雨量超過100mm的站點26個,其中漢中的鎮(zhèn)巴以247.1mm位居全省首位。這次降水過程給漢江流域造成嚴重的汛情,19日13時,安康水電站壩前水位達329.57m,超警戒水位4.57 m;漢江安康城區(qū)段水位達246.97m,流量達13800m3/s,使得參與防洪調(diào)度的大中型水庫水位都處于高位,基本沒有防洪錯峰潛力。關(guān)中陜南部分地區(qū)發(fā)生山洪、泥石流,滑坡等災(zāi)害。前三次洪水過程,全省有78個縣區(qū),925個鄉(xiāng)鎮(zhèn),305.9萬人受災(zāi)。因災(zāi)死亡58人,失蹤4人。據(jù)不完全統(tǒng)計,洪澇災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失為45.18億元。

圖2 2011-09-16T20500hPa高度場(單位:dagpm)

2 氣象特征

2.1 大尺度背景特征

2011年9月上中旬,500hPa中高緯度環(huán)流穩(wěn)定,西西伯利亞阻高強盛,冷空氣不斷在巴爾喀什湖附近低槽中堆積,中緯度東亞盛行緯向氣流,引導(dǎo)冷空氣不斷東移南下,同時西太平洋副熱帶高壓十分強盛,其外圍的偏南暖濕氣流與東移南下的冷空氣在秦嶺山脈附近持續(xù)交匯,形成了陜西強秋淋天氣。

秋汛前期,西太平洋副熱帶高壓呈帶狀長時間控制我國南部(圖略)。9月16日20時,500 hPa高空圖(圖2)上,西西伯利亞阻高強度強盛,有閉合的572dagpm高壓中心,從鄂霍次克海至我國新疆北部為寬廣的東北西南向橫槽,東亞40°N為平直西風(fēng)氣流,引導(dǎo)冷空氣偏北東移,相應(yīng)地面冷空氣不斷從華北南下,冷空氣在南下中不斷回流到河套地區(qū),588dagpm中心雖在東南部海域低值系統(tǒng)的影響下東退至130°E以東,但584dagpm線仍控制著長江以南地區(qū),其外圍暖濕氣流與東移南下冷空氣交匯于關(guān)中陜南地區(qū),為這次陜西中南部出現(xiàn)的持續(xù)區(qū)域性暴雨天氣提供了有利的環(huán)流背景。

圖3 2005-09-30T08500hPa高度場(單位:dagpm)

2.2 與2005年漢江流域秋汛天氣背景的比較

2005年,方建剛等人[1]就對華西秋雨的大氣環(huán)流特征做過相關(guān)研究,指出其典型的環(huán)流形勢為:孟加拉灣存在深厚的低槽,副高異常強盛,烏拉爾山阻高處于準(zhǔn)靜止或緩慢移動狀態(tài),巴爾喀什湖為穩(wěn)定的長波槽或低壓,中緯度西風(fēng)帶擾動同副高外圍西南暖濕氣流相結(jié)合,低層偏北風(fēng)與偏南風(fēng)長時間交匯于華西及漢江上游地區(qū)。崔講學(xué)等人[2]在研究2005年9月20日到10月6日發(fā)生在漢江中上游地區(qū)的持續(xù)性強降水天氣時發(fā)現(xiàn),此次秋汛也包括有三次明顯的降水天氣過程,分別為24到26日、27到29日以及9月30日到10月2日,相比于2011年在發(fā)生時間上稍晚。2005年9月30日08時500hPa形勢場(圖3),同樣是典型的東高西低形勢,烏拉爾山阻塞高壓緩慢移動,巴爾喀什湖為穩(wěn)定的長波槽,從長波槽中不斷分裂出短波槽影響陜西地區(qū)。不同的是此長波槽比起2011年來更加偏西,另一方面,2005年的西太平洋副熱帶高壓同樣位置更加偏北強度更強,其高壓脊線維持在27°N～30°N附近,588 dagpm線西脊點到達100°E左右。副高南側(cè)的東南氣流與南下冷空氣在陜西相遇,為2005年漢江流域秋汛的產(chǎn)生提供了有利的背景場。

分析2011年及2005年秋汛的環(huán)流背景發(fā)現(xiàn),這兩年均為西部低槽、東部副高的東高西低形勢,槽底冷空氣不斷南下侵入陜西。副高外圍的暖濕氣流同南下的冷空氣交匯于關(guān)中陜南地區(qū),是漢江流域秋汛產(chǎn)生的有利天氣背景。也就是說,2005年及2011年漢江流域秋汛均屬于典型的華西秋雨環(huán)流形勢。

2.3 水汽來源

2011年強秋汛期間,陜西地區(qū)具有穩(wěn)定的水汽輸送。分析2011年9月18日02時850hPa水汽通量(圖4)可發(fā)現(xiàn),在第三次強降水過程中,對流層低層有一股熱帶氣旋或臺風(fēng)外圍的偏東氣流與副高外圍的偏東氣流匯合,并在西進中在四川東部形成偏南氣流,為雨區(qū)提供充足的水汽。

灰色系統(tǒng)本身缺乏較強的并行計算能力與數(shù)據(jù)推理能力，一旦系統(tǒng)輕微改變，后續(xù)過程都需要重新計算[18]。因聚類結(jié)果缺乏柔性，所以需要對系統(tǒng)信息的處理過程進行優(yōu)化，本文引入了粗糙集理論來解決該問題。

圖4 2011-09-18T02850hPa水汽通量(單位為g/(cm·hPa·s),陰影區(qū)水汽通量≥9g/(cm·hPa·s))

而2005年強降水發(fā)生前有兩股暖濕氣流匯集于漢江上游:一股是副高南側(cè)的東南氣流,另一股是西南氣流 (圖略),為持續(xù)降水提供充足的水汽。

3 水文特征

3.1 洪水特征

由安康及石泉1h最大入庫流量時間曲線圖(圖5)可見,2011年9月漢江流域共出現(xiàn)三次明顯的秋汛,分別為9月6至9日、11至15日、16至21日,且這三次秋汛呈階梯上升趨勢。在第三次秋汛中的9月18日,石泉和安康1h的最大入庫流量分別達到10788m3/s和18 419m3/s,19日安康1h最大入庫流量更是達到19139m3/s。

圖5 2011年9月安康、石泉最大入庫流量時間曲線圖

3.2 面雨量與入庫流量的關(guān)系

水文部門在制作徑流預(yù)報和洪水預(yù)報時,常常要考慮到面雨量的問題,面雨量作為特定區(qū)域的降水強度,對水文部門和水庫調(diào)度具有重要的參考意義[3-12]。

將2011年9月逐日安康和石泉入庫流量相加后,同上述方法所得到的面雨量進行比較可見(圖6),面雨量、最大入庫流量之和以及平均入庫流量之和均存在3次波峰,且趨勢基本一致,這對應(yīng)著前三次漢江流域汛雨時段。觀察面雨量及入庫流量的出現(xiàn)時間后可以發(fā)現(xiàn),在漢江流域面雨量出現(xiàn)明顯的雨強之后的48～72h內(nèi),對應(yīng)著入庫流量的峰值出現(xiàn)。這說明當(dāng)明顯的降水出現(xiàn)后,洪峰才會相繼出現(xiàn),這按照常理不難理解。因此,面雨量預(yù)報在漢江流域防汛工作、生產(chǎn)調(diào)蓄調(diào)度中可以成為一個很好的參考指標(biāo)。

圖6 2011年9月安康、石泉入庫流量之和及面雨量時間曲線圖

4 結(jié)論

4.1 2011年9月漢江流域秋汛期間500hPa高度場上,西部低槽,東部副高,屬于典型的華西秋雨形勢。西部低槽槽底冷空氣不斷分裂南下,與副高外圍的暖濕氣流交匯于關(guān)中陜南地區(qū),是漢江流域秋汛產(chǎn)生的有利天氣背景。

4.2 2011年9月漢江流域秋汛期間,熱帶氣旋或臺風(fēng)外圍的偏東氣流與副高外圍的偏東氣流匯合,并在西進中在四川東部形成偏南氣流,為雨區(qū)提供了充足的水汽。

4.3 漢江流域雨量同安康、石泉兩地的入庫流量有著相同的升降趨勢,在漢江流域面雨量出現(xiàn)明顯雨強后的48～72h內(nèi),對應(yīng)著入庫流量的峰值出現(xiàn)。面雨量預(yù)報在漢江流域防汛工作、生產(chǎn)調(diào)蓄調(diào)度中,可成為重要的參考指標(biāo)投入業(yè)務(wù)使用。

[1] 方建剛,白愛娟,陶建玲,等.2003年陜西秋季連陰雨降水特點及環(huán)流條件分析 [J].應(yīng)用氣象學(xué)報,2005,16(4):509-517.

[2] 崔講學(xué),徐雙柱,王仁喬,等.2005年漢江流域氣象水文特征分析[J].暴雨災(zāi)害,2007,26 (4):289-294.

[3] 畢寶貴,矯梅燕,李澤椿.2003年淮河流域洪澇暴雨的氣象水文特征分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,2004,27(5):577-586.

[4] 徐晶,林建,姚學(xué)祥,等.七大江河流域面雨量計算方法及應(yīng)用[J].氣象,2000,27(11): 13-16.

[5] 丁太盛,劉惠敏.汛期強降水面雨量分析和預(yù)報[J].氣象科學(xué),2003,23(3):346-351.

[6] 董官臣.面雨量在天氣預(yù)報中應(yīng)用[J].氣象, 2000,26(1):9-13.

[7] 課題研究組.面雨量分析和預(yù)報技術(shù)改進[J].黑龍江氣象,2000(增刊):44-47.

[8] 周全瑞,賀皓,秦惠麗,等.陜西暴雨概率預(yù)報方法[J].陜西氣象,1993(8):13-33.

[9] 朱理國,徐森林,徐元順,等.漢江中上游致洪降水過程的預(yù)報方法研究[J].湖北氣象,2002 (1):15-17.

[10] 李才媛,諶偉,金琪.近30多年漢江流域面雨量時空變化特征分析[J].湖北氣象,2004, (4):6-9.

[11] 望勝玲,馬安國,潘漢標(biāo).清江水布埡水庫氣象水文預(yù)報模型研究[J].暴雨災(zāi)害,2011,30 (4):365-369.

[12] 黃力堅,賀春江.區(qū)間降水對電站入庫徑流的影響[J].云南地理環(huán)境研究,2008,20(增刊):46-49.

[13] 賀皓,蔡新玲.漢江中上游流域面雨量預(yù)報方法[J].陜西氣象,2005(1):11-13.

P333.2

:A

1006-4354(2013)02-0016-04

2012-08-17

盧珊(1985—),女,陜西石泉人,碩士,助工,從事公眾氣象服務(wù)。

陜西省氣象局2013年度氣象科技創(chuàng)新基金項目(2013M-36)