西藏短時強降水災害閾值研究

奚鳳 卓瑪 德吉白珍 旦增冉珍 余燕群

（西藏自治區(qū)氣象臺，西藏 拉薩 850000）

0 引言

目前西藏短臨預報業(yè)務正在試運行，但是西藏地區(qū)的特殊地形地貌壞境使得現(xiàn)有布點的雷達信息資料有效應用還很不足，同時也因為短臨預報相關業(yè)務與研究較少。開展短時降水災害天氣閾值研究，是短時臨近預報的基礎性研究工作，本項目研究并初步確定西藏各站短時降水量致災閾值，結合各市、縣災情及實際反饋，確定短臨預警預報業(yè)務指標。

統(tǒng)計分析西藏區(qū)域歷史氣象災害數(shù)據(jù)和強降水量天氣的發(fā)生情況，通過初步確立西藏39 個基本站1小時、2 小時、3 小時、6 小時降水致災閾值，建立西藏氣象災害監(jiān)視區(qū)、警戒區(qū)、責任區(qū)分級防御服務指標，為西藏基層氣象災害預警，特別是短時臨近的預警提供了技術支撐，切合《西藏基層氣象災害預警服務能力建設方案》“一把尺”建設方案，通過對西藏災情的分析，分析西藏強降水閾值，減少由強降水對西藏造成的損失，節(jié)省災害防御成本，填補西藏預警信號發(fā)布技術標準中短時預警標準的分析空白。[1?6]

1 資料選取與方法

本文所用降水資料選用2007—2017 年夏季(6～9月)西藏自治區(qū)39 個國家基準、基本氣象站的逐1 小時、2小時、3小時、6小時、12小時降水資料觀測數(shù)據(jù)。根據(jù)氣候特征，采用西藏氣候中心楊勇等人的分區(qū)法，將西藏全區(qū)劃分為5個區(qū)域，篩選降水量不等于零的數(shù)據(jù)，將每個站點降水資料由大到小降序排列成數(shù)列。使用python、visualbasic 編程軟件進行降水數(shù)據(jù)處理和分析。篩選降水量不等于零的數(shù)據(jù)，將每個站點降水資料降序排列成數(shù)列，初步提取出夏季逐小時、2 小時、3 小時、6 小時閾值。災害閾值定義為某個測站降水資料按照閾值分析方法得到的降水量值。極端降水量是各站點最大降水量組成的序列。此定義有一定的局限性，某些年份除去極大值的降雨量可能比其他年份極值更大。為了避免這一缺陷且西藏降水量和全國相比偏小，將各站的降雨極值取其二次90百分位（指標6），作為該站點的極端降水閾值，也就是指標6。設有n 個降雨極值，將其降序排列x1，x2，…，xm，…，xn，個值大于xm的概率[7?8]：

P=mn+1式中，m為xm的序號，n 為降雨極值個數(shù)。若xm=0.1，則x＞xm均為極端降水。

2 小時雨量極大值的時空分布特征

2.1 極端逐1小時、2小時、3小時最大降水量變化

極端降水有歷時短，強度大的特點，往往造成區(qū)域性的洪澇災害。為了研究西藏極端最大降水特征，從每個站點的降水系列中選取最大值進行分析。

由圖1和圖2可知，西藏自治區(qū)西部地區(qū)極端1小時、2 小時和3 小時降水量均最小，極端1 小時降水量平均在16mm 以下；極端2小時降水量平均在19mm 以下；極端3 小時降水量平均在24mm 以下；南部地區(qū)次之，極端1 小時降水量平均在15mm 以下；極端2 小時降水量平均在21mm 以下；極端3 小時降水量平均在24mm 以下；北部地區(qū)最大，極端1 小時降水量平均在23mm 以下；極端2 小時降水量平均在27mm 以下；極端3 小時降水量平均在31mm 以下；沿江一線地區(qū)和東部地區(qū)較大，沿江一線地區(qū)極端1 小時降水量平均在23mm 以下；極端2 小時降水量平均在24mm 以下；極端3小時降水量平均在27mm 以下；東部地區(qū)極端1小時降水量平均在18mm 以下；極端2 小時降水量平均在21mm 以下；極端3 小時降水量平均在26mm以下。

圖1 小時降水量最大值

圖2 小時極值分區(qū)平均值

2.2 不同年份極端最大逐1 小時、2 小時、3 小時降水變化

由西藏自治區(qū)從逐1 小時、2 小時、3 小時降水量最大值年份（圖3）可知，各區(qū)域極端降水量除日喀則、波密、林芝、江孜外，21 世紀10 年代是一個降雨強度較大的的年代。夏季降水中，年最大小時降水量主要發(fā)生在7～8月份。

圖3 小時降水量最大值年份與最大值月份

3 西藏自治區(qū)強降水災害閾值分析

晝雨型有西部的帕里、普蘭，南部的隆子、錯那，北部的安多，東部的芒康；晝夜均勻型為東部的類烏齊、左貢、林芝、洛隆，沿江一線的浪卡子、瓊結，北部的那曲、班戈；夜雨型中的上半夜型有沿江一線的墨竹工卡、澤當、尼木、貢嘎、拉孜、拉薩、日喀則、江孜、加查、定日，西部獅泉河，北部當雄、改則、嘉黎、丁青、申扎、比如、索縣，東部八宿、昌都；夜雨型中的下半夜半夜或夜間均勻型為東部的波密、米林、察隅，南部的聶拉木，沿江一線的南木林。

根據(jù)百分位法計算西藏1 小時、2 小時、3 小時和6 小時強降水災害指標（表7），比較各種指標的閾值，發(fā)現(xiàn)指標5 和指標6 的閾很相近，也就是一次99 百分率和二次90～90 百分率計算得出的結果相差不大。1小時閾值的指標5 比指標6 偏小在0.2mm 之內，偏差最大的是比如站；2 小時閾值的指標5 比指標6 偏小在0.7mm 之內，偏差最大的是察隅站；3 小時閾值的指標5 比指標6 偏小在0.32mm 之內，偏差最大的是察隅站；6 小時的指標5 比指標6 偏小在0.82mm 之內，偏差最大的是察隅站。且除了指標5 和指標6，指標1 至10 的閾值均以1 至3mm 增加。1 小時降水強度貢嘎最高，指標6 為8.6mm，平均值為8.3 mm；錯那最小，指標6 為3.8mm，平均值為3.8mm。圖4所示。

圖4 西藏自治區(qū)1小時指標6和指標1至10平均值

3.1 初步強降水災害閾值分析

如圖5為西藏自治區(qū)夏季第90～90 百分位小時、2小時、3 小時、6 小時降水閾值的空間分布。由圖可分析出：各個時次初步閾值具有一致性，沿江一線閾值較大，1小時和3小時最大是貢嘎，2小時是拉薩，6小時為墨竹工卡；最小的是西部地區(qū)，但是存在零星站點錯那站閾值偏低。南部的錯那、東部的波密、西部的帕里、聶拉木閾值較低，1小時低于5mm，低值中心位于波密縣，為3.8 mm。東部的芒康，沿江一線的浪卡子墨竹工卡、日喀則、拉薩、貢嘎和北部的改則閾值較高，1小時高于7.2mm，其中貢嘎縣的閾值高達8.64mm，為高值中心。

圖5 初步閾值空間分布圖

3.2 小時極端降水分型

由1 小時超初步閾值頻次分區(qū)分布可知，西部小時極端降水頻率明顯少于其他區(qū)域，西部夜間頻率為0.9次·a?1，占全天的67.5%,說明夜雨量多于晝雨量其中，下半夜最多，上半夜次之，下午略少，上午時段最少。北部、沿江一線和東部極端降水頻次日變化呈現(xiàn)雙峰一谷的特征，主峰值出現(xiàn)在22～00 時，次峰值在01～02 時。北部夜間夜間頻率為2.5 次·a?1，占全天的60.4%；沿江一線夜間夜間頻率為2.7次·a?1，占全天的73.0%；東部一線夜間夜間頻率為2.2次·a?1，占全天的44.6%；三個區(qū)域均是上半夜最多，下半夜次之，下午比上半略少，上午時段最少，尤其是10 時～13 時。南部極端降水頻次日變化具有雙峰雙谷特征，降水量日變化主峰值出現(xiàn)在17時，次峰值在4時，7、10、12時為低谷，北部夜間夜間頻率為2.2 次·a?1，占全天的48.8%；由此可見晝夜雨量相差不大，其中，午后至傍晚最多，入夜后至凌晨的降水量也較多，上午時段最少。分為晝雨型和晝夜均勻型，總結西藏自治區(qū)5 個區(qū)域中除了南部地區(qū)為晝夜均勻型，其他區(qū)域均為夜雨型號，沿江一線夜雨偏多最多，尤其是上半夜時段；沿江一線和東部頻率最高的為22 時，東部地區(qū)為23時,南部地區(qū)17時，西部23時。

3.3 閾值分布特征

分析圖6 和表1，西藏強降水災害閾值沿江一線的中東段最大，形成是自西向東遞增的趨勢，西部阿里地區(qū)閾值最低，1小時閾值低于6mm，最低為八宿和普蘭，為3.75mm 和3.76mm；2 小時閾值低于7mm，最低為獅泉河和普蘭，為6.2mm 和6.3mm；3 小時閾值低于9mm，最低為獅泉河7.6mm；6小時閾值低于14mm，最低為獅泉河12.67mm。沿江一線和東部1小時閾值多高于6mm，最高為貢嘎8.64mm；2 小時閾值多高于10mm，最高為拉薩14.1mm；3 小時閾值多高于13mm，芒康17.2mm；6 小時閾值多高于18mm，墨竹工卡24.21mm。

圖6 閾值空間分布圖（單位：mm）

表1 1小時、2小時、3小時、6小時閾值（單位：mm）

表1 （續(xù)）

4 小結

（1）西藏強降水1 小時、2 小時、3 小時、6 小時閾值，并分析其時空分布特征，災害易發(fā)區(qū)。高值區(qū)主要位于沿江一線的中東段最大，西部阿里地區(qū)閾值最低，形成是自西向東遞增的趨勢，短時強降水可分為晝雨型和夜雨型。

（2）將致災降水量超過初步閾值次數(shù)與災情總數(shù)之比,稱為貢獻率。對比貢獻率后確定短時強降水閾值。

（3）分析了小時極端降水特征，揭示了更細致的小時極端降水時空分布特征，對小時雨強進行分型，以期短時臨近的預警提供了技術支撐，區(qū)域工農業(yè)生產和有關部門防災減災減災提供參考。