三穗汛期強(qiáng)降水特征及地形影響分析

楊 平，楊再禹，謝佳豪

(貴州省三穗縣氣象局，貴州 三穗 556500)

0 引言

強(qiáng)降水是三穗汛期較常出現(xiàn)的一種強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象，也是三穗較易發(fā)生的災(zāi)害性天氣之一。在汛期，強(qiáng)降水常誘發(fā)局地山洪、滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，造成人民生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。卞赟、代瑞華、夏兆林等[1-3]對于不同災(zāi)害易發(fā)區(qū)、大小流域區(qū)域和地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的短時(shí)強(qiáng)降水分時(shí)間、分量級開展針對性氣象服務(wù)，都有較好的成效，所以對區(qū)域性強(qiáng)降水的分析和服務(wù)非常有必要。

三穗致災(zāi)強(qiáng)降水的發(fā)生與當(dāng)?shù)靥厥獾匦斡绊懸灿忻芮嘘P(guān)系，特殊地形對強(qiáng)降水過程生成和發(fā)展的影響值得深入研究，許多氣象工作者在研究強(qiáng)降水時(shí)都不同程度地指出了地形對強(qiáng)降水的作用。從大的環(huán)流形式來看，夏季，貴州主要受西南季風(fēng)環(huán)流控制及太平洋副高邊緣的東南風(fēng)氣流影響[4]，這些天氣系統(tǒng)受到貴州復(fù)雜地形影響后，往往促發(fā)小的擾動，產(chǎn)生局地性較強(qiáng)的強(qiáng)降水。三穗?yún)^(qū)域面積較小，影響環(huán)流形式的大背景基本一致，單從大尺度天氣系統(tǒng)和大氣環(huán)境不能完全解釋為何會出現(xiàn)降水差異。研究表明強(qiáng)降水與地形存在著密切聯(lián)系[5-8]。三穗氣象工作者對三穗地區(qū)的降水研究[9-10]表明，三穗特殊的地理位置和地形特點(diǎn)有利于強(qiáng)降水天氣的形成和發(fā)展，汛期降水日數(shù)周期在11 d左右。特殊地理位置和地形特點(diǎn)使得三穗強(qiáng)降水存在較大差異。本文就三穗近11 a降水資料進(jìn)行分析，旨在研究地形如何作用于區(qū)域性強(qiáng)降水，提高預(yù)報(bào)服務(wù)能力，一定程度上減少因強(qiáng)降水天氣而造成的各類損失。

1 資料與方法

三穗各鄉(xiāng)鎮(zhèn)自2009年5月起均建立了兩要素以上的氣象觀測站，故利用2010—2020年9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象觀測站降水資料。結(jié)合三穗地形特征，運(yùn)用對比分析方法，對三穗汛期強(qiáng)降水天氣時(shí)空分布特征以及地形作用進(jìn)行分析，找出它們之間的聯(lián)系。

2 三穗地形分布及站點(diǎn)分布

三穗位于云貴高原向湘西丘陵及廣西盆地過渡的斜坡面上，在108°32′～109°04′E、26°47′～27°04′N之間。縣境內(nèi)地貌類型多樣，低山、丘陵、河谷交錯，呈四周高、中心低、南部高于北部的分布特征。最高峰南部老山坡(海拔1470 m)比北部坪茶大坡腳河流出境處(450 m)高1020 m。氣象觀測站最低高度為519 m，代表站桐林；最高高度為760 m，代表站良上，高差為251 m。三穗地形作用明顯，河谷地帶，向西開口呈現(xiàn)喇叭狀地形；南部老山坡等較高山有利于西南氣流輻合抬升，對自西向東移動的天氣系統(tǒng)有阻擋和抬升作用，使其在山脈西南側(cè)停滯時(shí)間較長，造成連續(xù)降水，對強(qiáng)降水有較明顯的增幅作用。

3 三穗近11 a強(qiáng)降水特征分析

3.1 時(shí)間分布特征

從圖1a可以看出，近11 a來，三穗降水豐沛，年平均降水量為1234 mm，其中2015年最多，達(dá)到1335 mm，2011年最少，僅890 mm；11 a間年降水量呈現(xiàn)小幅度波動變化，有逐漸增多的微弱趨勢，除個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量存在較大差異之外，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量表現(xiàn)出同增同減的一致性。通過統(tǒng)計(jì)分析11 a日降水量≥50 mm降水累計(jì)次數(shù)的月變化(圖1b)，強(qiáng)降水逐月分布次數(shù)呈雙峰狀，從4月開始發(fā)生，6月達(dá)到最大后開始逐漸減小，9月又出現(xiàn)次高峰，最晚出現(xiàn)在12月。其中11月—次年3月僅12月出現(xiàn)過2次強(qiáng)降水，說明冬季發(fā)生強(qiáng)降水的可能性較小。三穗強(qiáng)降水主要發(fā)生在4—10月，同時(shí)5—9月也是三穗的主汛期，占全年強(qiáng)降水發(fā)生總次數(shù)的86.7%。其中，6月最多，占總數(shù)的30.6%，主要是由于6月正值江淮梅雨期，副高波動北抬，三穗處于副熱帶高壓邊緣控制，高溫高濕，能量條件良好和水汽條件充沛，經(jīng)常處于對流性不穩(wěn)定層結(jié)中，當(dāng)有冷空氣南下與南支槽暖濕氣流交匯于三穗附近時(shí)，將促使能量釋放，極易形成高強(qiáng)度的短時(shí)強(qiáng)降水天氣；其次是9月，占總數(shù)的20%。從24 h內(nèi)各階段累計(jì)降水量及達(dá)到時(shí)間可以看出(圖1c)，三穗強(qiáng)降水多易出現(xiàn)在早晨前后以及午后至傍晚，一天中00—01時(shí)(北京時(shí)間，下同)、06—08時(shí)、14—15時(shí)及17—19 時(shí)發(fā)生強(qiáng)降水的頻率最高。整體上看，累計(jì)雨量30～50 mm次數(shù)有25次，占總數(shù)的25.7%；50～80 mm次數(shù)有49次，占總數(shù)的50.5%；80～100 mm次數(shù)有13次，占總數(shù)的13.4%；累計(jì)雨量≥100 mm次數(shù)有10次，占總數(shù)的10.4%；其中最大累計(jì)次數(shù)，出現(xiàn)在15時(shí)。從累計(jì)雨量分布來看，累計(jì)雨量≥50 mm的強(qiáng)降水多發(fā)生在早上、午后和傍晚，其他時(shí)段也偶有發(fā)生；而累計(jì)雨量≥100 mm強(qiáng)降水多出現(xiàn)在午后和凌晨，這也是強(qiáng)對流天氣的多發(fā)時(shí)段。

圖1 2010—2020年三穗各鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐年降水量(a)、日降水量50 mm及以上累計(jì)次數(shù)月變化(b)、強(qiáng)降水不同時(shí)段出現(xiàn)次數(shù)(c)

3.2 空間分布特征

近11 a三穗降水資料可以看出，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均降水量均大于1200 mm(表1)。其中，滾馬鄉(xiāng)達(dá)到1449.2 mm為全縣最多；分析2010—2020年4—10月累計(jì)平均降水量、日最大降水量、日降水量≥25 mm的分布圖(圖略)可知，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)日降水量≥25 mm的日數(shù)均大于120 d以上，且強(qiáng)降水主體多發(fā)生于縣南部；各鄉(xiāng)鎮(zhèn)日最大降水量均大于80 mm以上，最大為臺烈167.3 mm，其次為良上142 mm，均分布在縣南部；最小為城區(qū)93.1 mm，位于縣中北部。從表1可知，三穗年平均降水量大值、日降水最大值和日降水量≥25 mm日數(shù)等大值中心基本吻合。由此可見，三穗降水量較豐富且強(qiáng)降水主要集中在南部，高值主要集中在臺烈和良上2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而且小雨量值分布和日雨量極值的分布與地形變化都呈現(xiàn)良好的對應(yīng)關(guān)系，尤其暴雨日數(shù)分布差異明顯。偏西偏南氣流影響三穗時(shí)，西南部老山坡是迎風(fēng)坡，造成強(qiáng)降水在西南部較北部停留時(shí)間長，證實(shí)了西南部地形較高對三穗降水產(chǎn)生較大增幅作用。

表1 三穗2010—2020年平均降水、4—10月累計(jì)平均降水量、日最大降水量、年平均日降水量≥0.1mm日數(shù)、≥25mm日數(shù)、≥50mm日數(shù)

綜上分析，三穗降水有以下特征：①三穗雨量充沛，年平均降水量1234 mm，但分布不均，強(qiáng)降水主要集中在南部；結(jié)合地形分布來看，南部地形較高與強(qiáng)降水大值區(qū)分布基本吻合，降水不同量級分布都呈現(xiàn)南部、西部較北部、東部偏多，降水分布與地形分布存在一致性，表明地形在一定程度上影響強(qiáng)降水的分布。②強(qiáng)降水主要集中在汛期(4—9月)時(shí)段，降水量具有夏多冬少的特點(diǎn)，以6月最多，總降水量趨于逐年微弱遞增的趨勢；無論年平均降水、4—10月歷史同期降水量或是一日最大降水量，西南部一帶都是大值區(qū)。年雨量大值中心在滾馬、臺烈、良上，雨日高達(dá)191.5 d、 187.7 d、188.6 d，均大于中部和東部，大雨和暴雨最大頻數(shù)中心也都在良上，年平均為 13.8 d和3.5 d。

4 地形對降水的作用

三穗地形復(fù)雜，尤其是南部高，四面環(huán)山，中部最低，非常有利于中小尺度擾動產(chǎn)生。在汛期，三穗大部分強(qiáng)降水主要由偏東偏北冷空氣，與來自西南的暖濕不穩(wěn)定氣流自西向東移動時(shí)交匯產(chǎn)生，由于縣西南部較高，其中一部分氣流被迫抬升，產(chǎn)生上升運(yùn)動，在迎風(fēng)坡產(chǎn)生位勢不穩(wěn)定層結(jié)，并在大尺度的運(yùn)動系統(tǒng)中，疊加中小尺度擾動產(chǎn)生，容易產(chǎn)生局地強(qiáng)降水，使得降水分布中小尺度擾動產(chǎn)生不均。局部地形對降水的影響主要是強(qiáng)迫抬升阻擋停滯作用和輻合作用。

汛期影響三穗的冷空氣主要有3條路徑：西北路徑、偏北路徑、東北路徑。當(dāng)冷空氣與西南的暖濕不穩(wěn)定氣流自西向東移動相結(jié)合時(shí)，雨帶多從偏西北、偏西、西南等方向進(jìn)入三穗，但地形的影響導(dǎo)致降水呈不同的分布。下面從降水強(qiáng)度和過程時(shí)長2個(gè)方面對降水不同路徑的特征展開分析。

①降水強(qiáng)度。西北方向：冷暖空氣交匯呈西北向，形成西北—東南向的雨帶，三穗最先受影響的是滾馬，如表1所示總降水量西部大于東部，北部大于南部，最強(qiáng)小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在西部和北部；偏西方向：冷暖空氣交匯呈準(zhǔn)南北方向，形成準(zhǔn)南—北向的雨帶，從自西向東移動，最先受影響的是滾馬、臺烈，如表2所示總降水量西部大于東部，北部大于南部，最強(qiáng)小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在西部；西南方向：冷暖空氣交匯呈西北—東南方向，形成西南—東北的雨帶，最先受影響的是臺烈—良上一線，如表3所示總降水量西南部最大，最強(qiáng)小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在西南部，且出現(xiàn)的最大小時(shí)雨強(qiáng)和最大強(qiáng)降水總量都在良上—臺烈—滾馬一帶。

表2 降水路徑為偏西北方向時(shí)三穗降水情況(單位：mm)

表3 降水路徑為偏西方向時(shí)三穗降水情況(單位：mm)

表4 降水路徑為西南方向時(shí)三穗降水情況(單位：mm)

②過程時(shí)長。表2～4看出，不同路徑的降水分布確有明顯的不同，而且過程持續(xù)時(shí)間不論是短時(shí)降水還是8 h以上較長降水，均呈現(xiàn)出地勢偏高的臺烈、良上、滾馬持續(xù)時(shí)間較長。在偏西北路徑,短時(shí)降水和較長降水西部與中部過程時(shí)長分別最大差2 h；偏西路徑和偏西南路徑時(shí)長最大差均分別是2 h和4 h，同時(shí)不同路徑的過程時(shí)長最小時(shí)長差都是1 h左右?？梢娢鞑磕喜枯^中部過程持續(xù)多1～2 h以上，持續(xù)較長地區(qū)與小時(shí)雨量極值出現(xiàn)的落區(qū)也基本吻合, 明顯看出在地形的作用下，過程雨量、小時(shí)極值、時(shí)間都呈現(xiàn)出明顯差別。

綜上所述，不論冷空氣和西南空氣如何交匯，雨帶均是從縣西部進(jìn)入并影響三穗。在表2～4中均可以看出，西南部較高，使得交匯氣流在西南部停留時(shí)間較長，導(dǎo)致西南部更容易出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過程，且降水量級往往更大。

5 小結(jié)

①三穗強(qiáng)降水存在日、月時(shí)間分布特征，4—10月是強(qiáng)降水高發(fā)期，同時(shí)5—9月也是三穗的主汛期，占全年強(qiáng)降水發(fā)生總次數(shù)的86.7%，其中，6月最多，占總數(shù)的30.6%；一天中00—01時(shí)、06—08時(shí)、14—15時(shí)及17—19時(shí)發(fā)生強(qiáng)降水的頻率最高，強(qiáng)降水多易出現(xiàn)在早晨前后以及午后、傍晚。

②從11 a三穗縣的降水資料可以看出，全縣雨量較豐富且強(qiáng)降水主要集中在南部，結(jié)合地形西部、南部較高來看，與降水日數(shù)大值區(qū)吻合，所以西部、南部較高地形在一定程度上影響強(qiáng)降水的分布。

③在汛期，當(dāng)西北路徑、偏北路徑、東北路徑的冷空氣與西南的暖濕不穩(wěn)定氣流自西向東移動相結(jié)合時(shí)，形成的雨帶多從偏西北、偏西、西南等方向進(jìn)入三穗，加上西部南部較高地形影響，使得交匯氣流在西南部較中部過程多持續(xù)1～2 h以上，導(dǎo)致西南部更容易出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過程，且降水量往往更大。