2017年7月下旬無(wú)定河流域一次罕見(jiàn)洪災(zāi)研究

井 宇，陳 闖，胡啟元

(1.陜西省氣象臺(tái)，西安 710014；2.陜西省氣象科學(xué)研究所，西安 710016)

洪澇災(zāi)害是我國(guó)發(fā)生頻度高、造成損失巨大的一種自然災(zāi)害[1]。山洪泥石流大多由暴雨誘發(fā)，而暴雨則是在中小尺度系統(tǒng)直接作用下產(chǎn)生，它具有歷時(shí)短、強(qiáng)度高、局部性強(qiáng)等特點(diǎn)。尤其是突發(fā)性暴雨，具有明顯的中小尺度特征，由于前期征兆不明顯，常常在非常短的時(shí)間內(nèi)造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害[2]。有關(guān)陜西自然災(zāi)害：張雅斌等[3]的研究表明，降雨是各類(lèi)誘發(fā)因素中引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的最主要因素；張弘等[4]給出陜西暴雨若干特征；杜繼穩(wěn)等[5]對(duì)突發(fā)性暴雨做了一些初步研究；苑海燕等[6]研究表明，陜北暴雨以局地性為主，且歷時(shí)短；雷向杰等[7]在分析陜西極端天氣氣候事件與氣象災(zāi)害指出，2012年佳縣出現(xiàn)百年不遇的極端降水，災(zāi)情嚴(yán)重。縱觀上述研究，對(duì)陜北區(qū)域性大暴雨造成大洪災(zāi)方面的研究比較少。

榆林市地處黃土高原(毛烏素沙地東南部)，西南部有青藏高原、北有陰山山脈、西有賀蘭山脈、東有太行山脈，由于特殊的地理位置，中尺度暴雨時(shí)有發(fā)生[8]，而且這類(lèi)暴雨雨強(qiáng)大，洪澇災(zāi)害嚴(yán)重。本文選取榆林市2017年7月25—26日陜西北部發(fā)生的一次區(qū)域性大暴雨(局地特大暴雨)造成的罕見(jiàn)洪災(zāi)為研究對(duì)象，研究洪災(zāi)成因及暴雨落區(qū)成因，為陜西北部致洪大暴雨的預(yù)報(bào)服務(wù)提供有益依據(jù)。

1 暴雨概況及受災(zāi)情況

2017年7月25日08時(shí)—26日08時(shí)，陜西北部普降暴雨和大暴雨(圖1)。其中，子洲、米脂、綏德、橫山、吳堡為大暴雨，靖邊、佳縣降暴雨，綏德趙家砭降特大暴雨，降水量達(dá)到252.3 mm。由于暴雨范圍廣、強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)定河流域出現(xiàn)歷史罕見(jiàn)大洪水。26日04時(shí)，無(wú)定河支流大理河青陽(yáng)岔站洪峰流量達(dá)1 840 m3/s，為歷史實(shí)測(cè)最大洪水，洪水導(dǎo)致大理河子洲段洪水漫堤，子洲縣城被淹；26日05時(shí)05分，綏德站洪峰流量達(dá)3 160 m3/s，超過(guò)保證流量(1 350 m3/s)，列1960年有實(shí)測(cè)資料以來(lái)第1位(歷史次大流量2 450 m3/s，1977年8月)，洪水導(dǎo)致無(wú)定河綏德段洪水漫堤，綏德縣城被淹。

圖1 2017-07-25T08—26T08降水量(單位為mm)

暴雨引發(fā)的洪災(zāi)造成榆林市9縣區(qū)39.67萬(wàn)人受災(zāi)；因?yàn)?zāi)死亡12人(綏德縣6人、子洲縣6人)，失蹤1人(子洲縣)；緊急轉(zhuǎn)移安置8.41萬(wàn)人，需緊急生活救助人口5.11萬(wàn)人；農(nóng)作物受災(zāi)面積51 620 hm2，其中絕收面積8 890 hm2，毀壞耕地126 hm2，因?yàn)?zāi)死亡大牲畜561頭，死亡羊只3 329只；倒塌房屋507戶1 083間，嚴(yán)重?fù)p壞房屋2 242戶6 863間，一般損壞房屋4 472戶12 218間；直接經(jīng)濟(jì)損失46.22億元(其中農(nóng)業(yè)損失3.83億元，工礦企業(yè)損失6.89億元，基礎(chǔ)設(shè)施損失19.96億元，公益設(shè)施損失3.56億元，家庭財(cái)產(chǎn)損失11.98億元)。

2 洪災(zāi)成因

無(wú)定河流域綏德段特大洪水定義：流量達(dá)到5 000 m3/s以上；無(wú)定河流域綏德段大洪水定義：2 000 m3/s≤流量<5 000 m3/s。 綏德處在無(wú)定河流域的丘陵溝壑區(qū)，特殊的地理地貌導(dǎo)致歷史上發(fā)生數(shù)次洪災(zāi)。1919年8月6日發(fā)生特大洪水，流量達(dá)到9 210 m3/s ，超過(guò)保證流量(1 350 m3/s)接近7倍；1977年8月5日發(fā)生大洪水，流量達(dá)到2 350 m3/s ，超過(guò)保證流量接近2倍；2017年7月26日再次發(fā)生大洪水，流量達(dá)到3 160 m3/s，超過(guò)保證流量2.3倍。

2017年7月25日08:00—26日08:00，橫山(1954年建站，無(wú)定河流域)、米脂(1970年建站，無(wú)定河流域)、子洲(1971年建站，大理河流域)24小時(shí)降水量突破歷史極值。

無(wú)定河流域米脂和綏德2017年7月25日08:00—26日08:00 24小時(shí)降水量：綏德趙家砭、四十鋪降水量達(dá)到252.3 mm和245.8 mm，另外有10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降大暴雨，13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨；分析大理河流域(無(wú)定河支流)子洲2017年7月25日08:00—26日08:00 24小時(shí)降水量：子洲縣站和周儉鎮(zhèn)降水量達(dá)到218.7 mm和214.5 mm，另外有3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降大暴雨，4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨；大范圍的暴雨為大洪水的形成創(chuàng)造了有利條件。

無(wú)定河流域(米脂、綏德、橫山)和大理河流域(子洲、靖邊)2017年7月25日08:00—26日08:00降水期間的雨強(qiáng)(圖2a)：25日21:00，開(kāi)始出現(xiàn)≥30 mm和≥50 mm的雨強(qiáng)；26日01:00，≥30 mm雨強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)上升至13個(gè)，26日00:00同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨強(qiáng)≥50 mm；02:00，≥30 mm雨強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到19個(gè)，≥50 mm雨強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到5個(gè)；03:00，≥30 mm雨強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)23個(gè)，≥50 mm雨強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)6個(gè)；04:00，≥30 mm雨強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)減至14個(gè)，≥50 mm雨強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)減至2個(gè)；從26日05:00開(kāi)始，≥30 mm雨強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量進(jìn)一步減少。長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)以上大范圍、大雨強(qiáng)的降水，是綏德、子洲洪災(zāi)形成的一個(gè)重要原因。

圖2 2017-07-25T21—26T08大理河和無(wú)定河流域≥30 mm/h和≥50 mm/h雨強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量隨時(shí)間分布(a)；2017-07-25T21—26T08綏德、橫山和子洲降水量隨時(shí)間變化(b)

綏德處在無(wú)定河和大理河(無(wú)定河支流)的交匯處，從綏德、橫山和子洲小時(shí)降水量(圖2b)可見(jiàn)，子洲、橫山(綏德上游)25日23:00至26日00：00時(shí)出現(xiàn)≥30 mm降雨量，而綏德26日02:00至03:00出現(xiàn)≥30 mm降雨量，兩條河流洪峰的疊加也是綏德形成大洪水的另一重要因素。

3 衛(wèi)星云圖特征

從衛(wèi)星云圖(圖3)和綏德、橫山和子洲小時(shí)降水量(圖2a)可以看出，25日18:00，河套內(nèi)分布著零散的對(duì)流云團(tuán)，TBB最低值達(dá)-52 ℃；21:00，云團(tuán)在緩慢東移過(guò)程中合并發(fā)展，形成2個(gè)面積較大的對(duì)流云團(tuán)，云頂紅外亮溫TBB最低達(dá)-67 ℃以下，河套南部云團(tuán)的發(fā)展造成子洲第一次強(qiáng)降水；22:00，兩云團(tuán)進(jìn)一步合并；23:00，在云團(tuán)的西南方新生一β中尺度對(duì)流云團(tuán)，且新生云團(tuán)TBB最低達(dá)-67 ℃以下；26日00:00，原對(duì)流云團(tuán)和新生β中尺度對(duì)流云團(tuán)繼續(xù)合并發(fā)展，云團(tuán)強(qiáng)中心TBB降低至-72 ℃以下，橫山、子洲強(qiáng)降水開(kāi)始，25日23:00—26日00:00橫山降水量達(dá)到46.3 mm，子洲降水量達(dá)到32.8 mm；26日01:00，云團(tuán)合并的區(qū)域顯著發(fā)展，TBB小于-67 ℃面積迅速增長(zhǎng)，子洲、橫山強(qiáng)降水持續(xù)；26日03:00，對(duì)流云團(tuán)在東移過(guò)程中小于-52 ℃面積繼續(xù)增長(zhǎng)，但云團(tuán)中心強(qiáng)度減弱，子洲降水強(qiáng)度大大減弱，而綏德強(qiáng)降水開(kāi)始，26日02:00—04:00綏德降水量達(dá)到69.2 mm；26日05:00，云團(tuán)強(qiáng)中心進(jìn)一步減弱，綏德降水持續(xù)，但雨強(qiáng)很快減弱；26日06:00之后，云團(tuán)逐漸東移出陜西境內(nèi)，降水減弱。

4 暴雨落區(qū)探討

4.1 中尺度綜合分析

暴雨即將開(kāi)始時(shí)(25日20:00)，500 hPa天氣圖上副高強(qiáng)盛，北界位于35°N附近，陜北受副高外圍西南氣流影響，副高北側(cè)有短波槽東移至寧夏附近，700 hPa上廣西至陜西北部形成較一致的偏南氣流，偏南氣流前方為溫度露點(diǎn)差小于5 ℃的濕區(qū)，且存在明顯的氣流輻合區(qū)，850 hPa上切變位于河套西部，陜西北部仍然受偏南氣流影響，暴雨發(fā)生在500 hPa低槽和850 hPa切變東側(cè)及700 hPa偏南氣流前方的風(fēng)速輻合區(qū)(圖4)。大暴雨中心剖面圖顯示低層長(zhǎng)時(shí)間受強(qiáng)偏南氣流影響，25日20:00暴雨區(qū)上空水汽通量中心值高達(dá)18 g/(cm·hPa·s)(圖5a)，26日02:00增長(zhǎng)至21 g/(cm·hPa·s)以上(圖5b)，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽條件。

4.2 地面中尺度分析

25日14:00，在河套西部存在一弱冷鋒(圖6a)；20:00，河套弱冷鋒北段東移(移至河套中部)，在弱冷鋒前方生成一橫切變線，在橫切變線上觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，子洲第1次出現(xiàn)雨強(qiáng)≥30 mm/h的強(qiáng)降水(圖6b)；23:00，河套弱冷鋒出現(xiàn)不連續(xù)后退(圖6c)，25日22:00—23:00，橫山、子洲雨強(qiáng)出現(xiàn)大幅度減??；26日02:00(圖6d)，河套弱冷鋒北段再次東移(移至河套中部)，弱冷鋒前方再次生成一橫切變線，橫切變線上再次觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，子洲出現(xiàn)第2次雨強(qiáng)≥30 mm/h的強(qiáng)降水，橫山、綏德也出現(xiàn)雨強(qiáng)≥30 mm/h的強(qiáng)降水。

4.3 地面濕焓場(chǎng)與暴雨落區(qū)

從地面濕焓(圖7)和(圖2a)可以看出，25日20:00(圖略)，暴雨區(qū)南側(cè)形成濕焓≥68 ℃的高能中心；21:00(圖7a)，伴隨高能區(qū)西部≤60 ℃低能舌的入侵，觸發(fā)子洲強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，子洲產(chǎn)生第1次雨強(qiáng)≥30 mm/h的強(qiáng)降水；22:00(圖略)，低能舌減弱，22:00—23:00子洲雨強(qiáng)減弱；23:00(圖7b)，西部濕焓低能區(qū)范圍增大(濕焓中心值≤50 ℃)和鋒生，在高能舌內(nèi)再次觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，橫山和子洲25日23:00—26日00:00出現(xiàn)雨強(qiáng)≥30 mm/h的強(qiáng)降水；之后濕焓中心值≤50 ℃的低能區(qū)維持、低能區(qū)和高能舌之間濕焓等值線密集區(qū)維持(圖略)，暴雨維持，只是26日00:00—26日01:00雨強(qiáng)略有減??；7月26日02:00—03:00(圖7c、圖7d)，隨著濕焓≤50 ℃區(qū)域前方鋒區(qū)擾動(dòng)的生成和發(fā)展，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流單體在綏德發(fā)展，綏德26日02:00—04:00出現(xiàn)雨強(qiáng)≥30 mm/h強(qiáng)降水；7月26日04：00—07:00(圖略)，隨著鋒區(qū)擾動(dòng)繼續(xù)向東推進(jìn)(高能舌的縮小)，綏德、子洲雨強(qiáng)減小，直至26日08:00，降水減弱。

圖4 2017-07-25T20高空綜合分析圖

圖5 2017年7月水汽通量(單位為g/(cm·hPa·s))和風(fēng)場(chǎng)沿大暴雨中心剖面(a 25日20:00，b 26日02:00)

圖6 地面中尺度系統(tǒng)的活動(dòng)(綠色區(qū)為暴雨區(qū)；a 2017-07-25T14:00，b 2017-07-25T20:00，c 2017-07-25T23:00，d 2017-07-26T02:00)

圖7 地面濕焓(★為大暴雨站點(diǎn)；a 2017-07-25T21:00，b 2017-07-25T23:00，c 2017-07-26T02:00，d 2017-07-26T03:00)

5 結(jié)論

(1)米脂、子洲24小時(shí)降水量突破歷史極值，無(wú)定河流域出現(xiàn)范圍廣、強(qiáng)度大(雨強(qiáng)≥30 mm/h)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的暴雨，上下游洪峰的疊加是洪災(zāi)形成的重要因素。

(2)衛(wèi)星云圖觀測(cè)表明無(wú)定河流域大范圍的暴雨是中尺度強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)相互作用形成的，強(qiáng)降水與對(duì)流云團(tuán)合并發(fā)展密切相關(guān)。

(3)暴雨發(fā)生在500 hPa低槽和850 hPa切變東側(cè)，700 hPa偏南氣流前方的風(fēng)速輻合區(qū)；地面冷鋒的東移、鋒前橫切變線的生成是暴雨的觸發(fā)機(jī)制之一。濕焓的高值舌和梯度大值區(qū)與暴雨區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。