2012—2018西藏“雨窩”降水特征及其成因分析

旺杰 德慶央宗 旦增 汪英 德吉白瑪 陳宮燕 田云杰

(1 西藏林芝市氣象局，林芝 860000； 2 廣東省氣象局氣象臺(tái)，廣州 510000)

引言

青藏高原是世界上隆起最晚、海拔最高的高原，被視為南極、北極之外的“地球第三極”。西藏位于青藏高原西南部，平均海拔在4000 m以上，素有“世界屋脊”之稱。西藏的氣候獨(dú)特而且復(fù)雜多樣，總體上具有西北嚴(yán)寒干燥，東南溫暖濕潤(rùn)的特點(diǎn)[1-5]。墨脫位于西藏東南部，地處喜馬拉雅山東側(cè)，雅魯藏布江下游，是青藏高原海拔最低的地方，屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)[6]，受印度洋海洋性西南季風(fēng)的影響，氣候溫和濕潤(rùn)，雨量充沛[7-8]。這里隨著海拔高度的降低，印度洋的濕潤(rùn)氣流沿河谷長(zhǎng)驅(qū)直入，使墨脫產(chǎn)生了年平均降雨量為2071.8 mm的多雨中心，也是極端強(qiáng)降水最集中的地方，降水量堪比同緯度的內(nèi)地沿海城市，超過(guò)廈門(mén)市(1315 mm)和廣州市(1738 mm)，是全國(guó)年平均降水量(632 mm)的3.2倍。處于低緯地區(qū)的廣東，由于地形和氣候因素影響，在部分區(qū)域極端強(qiáng)降水頻發(fā)，故提出形象的“雨窩”概念以期引起預(yù)報(bào)預(yù)警的重視和對(duì)其成因的深入研究。高登義等的研究分析[9-12]得出藏東南地區(qū)是整個(gè)青藏高原受印度洋水汽影響最為明顯的地區(qū)。

墨脫處在雅魯藏布江下游河谷地區(qū)，所以其降水季節(jié)、強(qiáng)度等與我國(guó)東部季風(fēng)區(qū)也有相似之處[13]。雖然專家學(xué)者對(duì)雅魯藏布江的降水有過(guò)初步的探索和研究，但介于以前沒(méi)有氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)支撐，其研究往往停留在初探階段。本文調(diào)用2012年之后日漸增多的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，分析整個(gè)區(qū)域的降水時(shí)空分布，再用墨脫的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的論證。墨脫是青藏高原主要的水汽來(lái)源，作為青藏高原氣候系統(tǒng)中的一個(gè)典型單元，它對(duì)高原氣候變化的響應(yīng)具有敏感性和強(qiáng)烈性，故在此引入廣東的“雨窩”[14-16]概念對(duì)西藏強(qiáng)降水頻發(fā)區(qū)域進(jìn)行研究。分析西藏“雨窩”降水特征及其成因，不僅可以填補(bǔ)墨脫降水研究的空白，而且為墨脫降水的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)預(yù)警累積經(jīng)驗(yàn)。

1 “雨窩”的定義和資料方法

1.1 “雨窩”的定義

雨窩[17]是指因地理位置、地形作用和水汽輸送等綜合因素，在某一區(qū)域形成唯一降水中心且頻繁發(fā)生極端強(qiáng)降水的區(qū)域。

極端強(qiáng)降水條件可分為：1 h降雨量≥25 mm，日降雨量≥90 mm，年平均中雨日數(shù)在35 d以上，年平均大雨日數(shù)在15 d以上，年平均暴雨日數(shù)在1 d 以上。

1.2 資料選取

本文選取2012—2018年西藏全區(qū)74個(gè)氣象站的降水資料對(duì)“雨窩”的普查與氣候統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，選取墨脫站的小時(shí)、日、月、季、年的降水資料，對(duì)墨脫站降水日數(shù)、累計(jì)降水量、強(qiáng)降水的時(shí)間分布進(jìn)行分析。

利用NCEP 1°×1°再分析資料對(duì)500～400 hPa的相對(duì)濕度、高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)資料進(jìn)行分析，找出強(qiáng)降水的落區(qū)及產(chǎn)生雨窩的原因。

1.3 資料說(shuō)明

本文中累計(jì)降水量是西藏74個(gè)氣象站2012年1月1日至2018年12月31日降水量的累計(jì)值，林芝歷年平均降水量是利用林芝全市39個(gè)站2012—2018年近7年年降水量的平均。冬季是指12月—次年2月，春季是指3—5月，夏季是指6—8月，秋季是指9—11月。

2 西藏“雨窩”的地域特征分析

2.1 從降水的空間分布分析“雨窩”的位置

從圖1可以看出,西藏大部分地區(qū)的降水日數(shù)較少, 2012—2018年的合計(jì)日數(shù)不足750 d，東部的昌都及山南大部地區(qū)的合計(jì)降水日數(shù)在760 d以上，而林芝大部地區(qū)合計(jì)降水日數(shù)在1000 d以上，特別是林芝東南部的墨脫一帶的降水日數(shù)在1600 d以上。墨脫平均每年有229 d是雨天，全年近2/3的時(shí)間都出現(xiàn)了降雨。

圖1 2012—2018年西藏全區(qū)降水累計(jì)日數(shù)

從圖2可以看出，西藏大部地區(qū)的累計(jì)降水量在2500 mm以下，而林芝市除朗縣外的大部地區(qū)的累計(jì)降水量在4000 mm以上。其中林芝東南部地區(qū)的累計(jì)降水量在7000 mm以上，墨脫的累計(jì)降水量最高，超過(guò)14000 mm。

圖2 2012—2018年西藏全區(qū)累計(jì)降水量

從圖3可以看出，林芝市39個(gè)站點(diǎn)中，朗縣及波密北部地區(qū)的年平均降水量在400 mm以下，工布江達(dá)、巴宜、米林、波密大部地區(qū)的年平均降水量在600～1000 mm之間，只有察隅、墨脫及波密西南部地區(qū)的年平均降水量在1200 mm以上。其中墨脫、察隅大部地區(qū)的年平均降水量在1500 mm以上，最高的墨脫年平均降水量高達(dá)2071 mm，降水量呈沿雅魯藏布江河谷向下游遞增的趨勢(shì)。

圖3 2012—2018年林芝市年平均降水量

2.2 從降水的強(qiáng)度分析“雨窩”的位置

從表1中可以看出，在2012—2018年之間,墨脫的中雨累計(jì)日數(shù)高達(dá)268 d，大雨累計(jì)日數(shù)達(dá)109 d，暴雨累計(jì)日數(shù)為13 d。從極端降水量分析， 墨脫極端日最大降水量達(dá)到了99.1 mm，小時(shí)最大降水量達(dá)25.2 mm，且大于等于10 mm的次數(shù)達(dá)到33次，其極端降水強(qiáng)度明顯大于其他地區(qū)，可見(jiàn)墨脫是林芝強(qiáng)降水出現(xiàn)頻次和概率最高的地方。

表1 2012—2018年林芝各區(qū)縣中雨、大雨、暴雨累計(jì)日數(shù)

綜上所述，墨脫是西藏降水日數(shù)最多、降水量最大的地方，也是中雨、大雨、暴雨出現(xiàn)日數(shù)最多，小時(shí)、日、月、年降水量最大的地方，因此墨脫是西藏地區(qū)的“雨窩”。

3 西藏“雨窩”的降水特征

3.1 降水的年際變化、季節(jié)變化與月動(dòng)態(tài)

從圖4a看出，墨脫年平均降水量為2071.8 mm，最高為2017年的2243.6 mm，最低為2018年的1774.7 mm，近7年內(nèi)墨脫只出現(xiàn)了2次年降水量小于2000 mm。由圖4b可以看出，墨脫的降水整體呈現(xiàn)雙峰特征，峰值分別出現(xiàn)在6月和9月， 9月平均降水量達(dá)到371.4 mm，是月平均降水量最高值。6—9月月平均降水量均超過(guò)300 mm，占全年降水量的60%。11月開(kāi)始月平均降水量出現(xiàn)突降，降水量減少幅度達(dá)到100 mm以上。

圖4 墨脫2012—2018年降水量(a)和月平均降水量(b)變化

從2012—2018年墨脫四季降水變化(表2)特征分析，墨脫冬季降水量最少，不足100 mm，春秋相近，為500 mm左右，夏季降水量最大，達(dá)到915 mm。而從各季對(duì)全年降水貢獻(xiàn)情況分析，夏季的貢獻(xiàn)最大，達(dá)到45%，其次秋季26%，春季24%，冬季最小只有5%。

表2 墨脫2012—2018年各季降水量 mm

本文選取降水偏多年份(降水量在>2000 mm)和降水偏少年份(降水量在≤2000 mm)，與近8年的月平均降水量對(duì)比后發(fā)現(xiàn)(圖5)，當(dāng)9月的降水出現(xiàn)偏多或偏少時(shí)會(huì)出現(xiàn)整年降水偏多或偏少現(xiàn)象，即9月的降水跟整年降水偏多或偏少有很好的相關(guān)性，其次是6月。

圖5 降水偏多、偏少年的月降水量與近8年的 平均月降水量比較

3.2 日降水特征分析

2012—2018年墨脫日降水量大于10 mm的強(qiáng)降水日數(shù)達(dá)391 d，其中中雨日數(shù)為268 d，占強(qiáng)降水日數(shù)的68%；大雨日數(shù)為109 d，占強(qiáng)降水日數(shù)的28%；暴雨日數(shù)為13 d，占強(qiáng)降水日數(shù)的4%(圖6a)。從各月的降水分布來(lái)看(圖6b)，墨脫在 6—9月出現(xiàn)10 mm以上的強(qiáng)降水天氣達(dá)50 d以上，大雨也在這4個(gè)月出現(xiàn)次數(shù)最多。

圖6 墨脫中雨、大雨、暴雨出現(xiàn)頻次(a)和各月出現(xiàn)10 mm以上的強(qiáng)降水次數(shù)分布(b)

從表3可以看出，5、8、9月出現(xiàn)暴雨次數(shù)最多，其中5月的暴雨日數(shù)突增，與8、9月的暴雨日數(shù)相當(dāng)，是因?yàn)?月當(dāng)印度季風(fēng)在緬甸和印度東部盛行的時(shí)候，西南季風(fēng)及其中的水汽沿雅魯藏布江逆流而上，當(dāng)有南下的冷空氣配合時(shí)往往容易出現(xiàn)暴雨。

3.3 降水的晝夜分布特點(diǎn)

3.3.1 “雨窩”降水量的晝夜分布

墨脫地處西藏東南部，局地氣候特征明顯，白天為較強(qiáng)的谷風(fēng)，夜間為較強(qiáng)的山風(fēng)。山谷風(fēng)的作用，加之下墊面多為砂礫石組成，是形成夜雨的優(yōu)越條件[18]。從墨脫2012—2018年歷年小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出夜雨百分率RN(北京時(shí)20:00至次日08:00的降水為夜雨)達(dá)到71.4%，因?yàn)榇怪彼俣却嬖谥鴼夂蛐缘娜兆兓?，使得墨脫夜雨特別多。從圖7分析，降水主要集中在凌晨01:00—09:00，其中03:00—07:00出現(xiàn)降雨的概率達(dá)到50%以上。

3.3.2 強(qiáng)降水時(shí)段逐小時(shí)降雨量分析

選取205次24 h降水量R24≥20 mm以上的強(qiáng)降水日，通過(guò)小時(shí)降雨量統(tǒng)計(jì)出夜雨百分率RN為70.2%。為了更好地分析強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段，將2012—2018年的所有小時(shí)雨量按Rh≥2.4 mm(即這個(gè)雨強(qiáng)的降水一天累積量可達(dá)到暴雨)統(tǒng)計(jì)出頻數(shù)，由圖8可以看出，強(qiáng)降水主要集中在00:00—06:00，其中03:00達(dá)峰值，谷值出現(xiàn)在14:00—17:00。

圖8 2012—2018年小時(shí)降水量Rh≥2.4 mm概水概率分布

4 西藏“雨窩”的成因

4.1 地形影響

從西藏東南部地形圖(圖9)可以看出，墨脫地勢(shì)北高南低，北、東、西3面高山相環(huán)，形成了一個(gè)“八”字形的褶皺區(qū)域。北部山勢(shì)陡峭，河谷深切，相對(duì)高差達(dá)3000～4000 m，南部中低山坡度較緩，地勢(shì)漸次開(kāi)闊，相對(duì)高差500～1000 m，海拔落差較大，地形抬升明顯，有利于水汽的強(qiáng)迫抬升。另外“八”字形的喇叭口地形也有利于印度洋濕潤(rùn)氣流進(jìn)入該地，為墨脫的水汽源提供條件。這樣順雅魯藏布江而上的印度洋暖流與北方寒流在雅魯藏布下游墨脫一帶會(huì)合駐留，受地形抬升影響引起氣流輻合上升，產(chǎn)生局部熱力對(duì)流，使得墨脫成為西藏最大的降水中心。

圖9 西藏東南部地形圖

4.2 水汽輸送通道

降水的成因受很多因素的影響[19-23]，但從降水的機(jī)制來(lái)分析，某一地區(qū)降水的形成，大致有充足的水汽供應(yīng)、氣流上升達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)、足夠的凝結(jié)核3個(gè)過(guò)程[24]。西藏“雨窩”的成因我們首先分析其水汽條件。為驗(yàn)證水汽輸送對(duì)西藏“雨窩”的貢獻(xiàn)，本文選取了3個(gè)強(qiáng)降水個(gè)例進(jìn)行分析。

過(guò)程個(gè)例分析分別選取2012年6月24日(6·24)墨脫92.8 mm、2013年9月4日(9·4)墨脫99.1 mm及2015年8月19日(8·19)墨脫53.7 mm的暴雨天氣過(guò)程。由圖10a、10b、10c均能看出在84°～96°E有一條明顯的水汽輸送帶，從水汽輸送方向分析，阿拉伯海的水汽自西南向東北方向輸送，而孟灣的水汽則自南向北輸送，最后兩支水汽通道匯合后沿布拉馬普特拉河流向西藏林芝的東南部，這個(gè)明顯又深厚的水汽通道為墨脫的暴雨提供了豐富的水汽來(lái)源。同時(shí)從圖10a和圖10b可以分析，降水量級(jí)和水汽的輻合程度呈正相關(guān)關(guān)系。

圖10 “6·24”(a)、“9·4”(b)、“8·9”(c)墨脫暴雨整層積分水汽輸送及輻合輻散場(chǎng)

4.3 高低空配置

為深入分析西藏“雨窩”的成因，本文選取以上3個(gè)個(gè)例進(jìn)行了中尺度天氣分析。從圖11上可以看出，地面輻合明顯，700 hPa上存在暖式切變(圖11c)，切變兩側(cè)風(fēng)速較強(qiáng)(圖略)，其垂直分布看，3次強(qiáng)降雨過(guò)程均有從700 hPa的切變線到400 hPa的高空槽出現(xiàn)，且伸展高度很高，表明系統(tǒng)深厚。3次過(guò)程均有高低空急流的配合，有利于維持氣流的上升運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)的低空急流配合地面的濕區(qū)，又為強(qiáng)降水提供了很好的動(dòng)力條件和水汽條件。

通過(guò)以上個(gè)例分析，西藏“雨窩”的水汽輸送通道是阿拉伯海和孟灣北部形成的熱帶風(fēng)暴外圍云系先沿布拉馬普特拉河向東北方輸送，后沿雅魯藏布江下游向北輸送(圖12)到林芝東部及墨脫一帶。西藏“雨窩”的水汽來(lái)源往往跟阿拉伯海和孟灣的水汽匯合程度存在很大關(guān)系。墨脫巨大的海拔落差為氣流的抬升機(jī)制提供了動(dòng)力條件。故豐富的水汽條件和深厚的天氣系統(tǒng)及有利的地形造就了西藏“雨窩”。

楊逸濤、高登義等文獻(xiàn)研究結(jié)果也表明整個(gè)青藏高原四周向高原的水汽輸送以沿布拉馬普特拉河—雅魯藏布江溯江而上方向?yàn)樽畲?，達(dá)500～1000 g·cm-1·s-1。這個(gè)輸送量與夏季自長(zhǎng)江流域以南向長(zhǎng)江以北的水汽輸送量相近。而從青藏高原四周其它諸站資料可知，向高原的水汽輸送僅有100～400 g·cm-1·s-1，約為沿雅魯藏布江河谷向高原水汽輸送的1/5，以沿布拉馬普特拉河—雅魯藏布江溯江而上的水汽輸送是青藏高原四周向高原水汽輸送之冠，即最主要的水汽輸送通道[25]。

圖11 “6·24”(a)、“9·4”(b)、“8·19”(c)墨脫暴雨中尺度分析

圖12 雅魯藏布江下游流域水汽通道分布

5 結(jié)論和討論

(1)墨脫是西藏降水日數(shù)最多、降水量最大的地方，也是中雨、大雨、暴雨出現(xiàn)日數(shù)最多，小時(shí)、日、月、年降水量最大的地方，墨脫堪稱是西藏地區(qū)的“雨窩”。

(2)從月降水分布分析，整體呈現(xiàn)雙峰特征，峰值分別出現(xiàn)在6月和9月，其中9月的降水跟整年降水偏多或偏少有很好的相關(guān)性。

(3)墨脫出現(xiàn)暴雨次數(shù)最多的是5、8、9月，其中5月的暴雨日數(shù)突增，與8、9月的暴雨日數(shù)相當(dāng)，是因?yàn)?月印度季風(fēng)在緬甸和印度東部開(kāi)始活躍。

(4)從墨脫歷年小時(shí)降水量頻數(shù)分布分析，墨脫夜雨特別多，夜雨率達(dá)到71.4%，強(qiáng)降水主要集中在00:00—06:00。

(4)墨脫地勢(shì)北高南低，形成了一個(gè)“八”字形的褶皺區(qū)域，巨大的海拔落差為氣流的抬升機(jī)制提供了動(dòng)力條件，造就了西藏“雨窩”。

(5)西藏“雨窩”的水汽輸送通道是由孟灣、印度半島北部形成的熱帶風(fēng)暴外圍云系先沿布拉馬普特拉河向東北方發(fā)展輸送，后沿雅魯藏布江下游向北發(fā)展輸送。

墨脫由于墨脫境內(nèi)氣象站點(diǎn)少，無(wú)法分析墨脫降水的空間分布特征。同時(shí)因資料年限短，“雨窩”形成機(jī)理尚不明確，“雨窩”形成機(jī)理和預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)是暴雨領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，需要開(kāi)展大量的外場(chǎng)觀測(cè)與試驗(yàn)，并采用新的分析技術(shù)方法，才能進(jìn)一步深入研究“雨窩”的形成機(jī)理?！坝旮C”的精細(xì)化預(yù)警預(yù)報(bào)能力也有待進(jìn)一步提高。