合作市近50年暴雨時空分布特征及影響系統(tǒng)研究

黃瑩霞 蒲致娟 康學(xué)紅 劉桂平 李琳

摘要 利用甘肅省合作市氣象局1971—2020年的逐日降水資料及區(qū)域站降水資料，共篩選出了13次暴雨過程，出現(xiàn)23站次。統(tǒng)計分析合作市暴雨時空分布特征和發(fā)生發(fā)展規(guī)律，結(jié)果表明：合作市暴雨發(fā)生的概率比較小，一般出現(xiàn)在6月中旬—9月上旬，具有明顯的午后—前半夜型。近10年暴雨出現(xiàn)的次數(shù)明顯增多，造成的經(jīng)濟損失也增加顯著。分析總結(jié)了合作市暴雨出現(xiàn)的主要環(huán)流類型大致分為4種類型：副高邊緣型、低槽型、低渦型和副高內(nèi)部型。以副高邊緣型為主。

關(guān)鍵詞 暴雨；分布特征；災(zāi)情；影響系統(tǒng)

中圖分類號：P458 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）04–0119-03

全球氣候變化導(dǎo)致極端天氣、氣候事件和氣象災(zāi)害增強，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性增強，未來氣候風(fēng)險將進一步加劇，如干旱、冰雹、暴雨等氣象災(zāi)害以及山洪、泥石流等次生災(zāi)害頻發(fā)，嚴重制約社會經(jīng)濟的發(fā)展。當(dāng)下，氣候變化已引起社會各界的普遍關(guān)注，成為當(dāng)今世界的一大熱點問題。暴雨是氣象災(zāi)害中最嚴重的災(zāi)害性天氣之一，容易引起山洪、中小河流洪水、山體滑坡，摧毀道路、橋梁、房屋、農(nóng)田等，導(dǎo)致人員傷亡，造成重大的經(jīng)濟損失。

甘肅省位于黃土高原、內(nèi)蒙古高原、青藏高原三大高原的交匯帶，地形、地貌復(fù)雜，暴雨天氣分散頻發(fā)，而且與地形關(guān)系密切，強度大，極易造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

近30年來，暴雨呈現(xiàn)增多趨勢，暴雨頻次的地理分布受地形影響明顯，高原短波槽的生成和來自南海與孟加拉灣的水汽輸送是造成甘肅東南部降水的重要原因[1-2]。楊顯玉等[3]對單次河?xùn)|地區(qū)局部暴雨過程的分析發(fā)現(xiàn)，在暴雨發(fā)生前，大氣能量有一個累積階段，暴雨發(fā)生時，能量開始釋放，暴雨結(jié)束時能量釋放完。水汽和能量均受到天氣形勢的影響，低空輻合和高空輻散為大暴雨的發(fā)展和維持提供了動力條件[4-5]。王成福等[6]通過分析甘南地區(qū)53次局地大到暴雨天氣過程，將影響甘南地區(qū)的主要天氣系統(tǒng)共劃分為5種類型：西風(fēng)槽型、副熱帶高壓邊緣型、低渦切變型、兩高之間切變型、高壓內(nèi)部切變型，且以西風(fēng)槽型為主。

1 合作市地理概況

合作市地處青藏高原東北部邊緣，位于甘、青、川三省交界，在甘南藏族自治州的北部，地處102°47′51″E～103°22′00″E，34°35′27″N～35°18′50″N之間。東連卓尼縣，南靠碌曲縣，西接夏河縣，北臨臨夏回族自治州和政、臨夏兩縣。屬于高寒濕潤氣候，冷季長，暖季短，市區(qū)平均海拔為2 936 m。東北部為夷平面區(qū)，南部為低山峽谷區(qū)。合作市總面積為2 670 km2，農(nóng)作物以青稞、馬鈴薯、油菜籽為主。自然災(zāi)害頻繁，主要是霜凍、寒潮，強降溫、大雪、冰雹和秋季洪澇等。

由于暴雨的發(fā)生具有突發(fā)性、雨強大、來勢猛、持續(xù)時間短、破壞性大的特點，是預(yù)報的難點和氣象科技研究的重點。通過分析合作市暴雨日、月分布特征和年際變化特征，分析暴雨形成的主要天氣系統(tǒng)，根據(jù)天氣變化情況，及時向決策部門提供服務(wù)，加強對暴雨災(zāi)害性天氣的影響分析，提高暴雨的監(jiān)測預(yù)警服務(wù)能力及暴雨預(yù)警信號發(fā)布提前量和準(zhǔn)確率，為當(dāng)?shù)卣块T在生態(tài)保護和短強預(yù)報預(yù)測預(yù)警方面的決策提供更加科學(xué)的依據(jù)。

2 資料選取及規(guī)定

2.1 資料選取

降水資料來自合作市氣象局月報表的降水資料（包含區(qū)域站）和A文件，1971—1983年沒有自記降水記錄，暴雨資料從每天的定時值中統(tǒng)計所得；1984—2003年，使用虹吸式雨量計，降水資料從雨量自記紙上整理所得；2004年開始使用翻斗式雨量傳感器，降水資料直接從自動站A文件自動降水記錄統(tǒng)計所得。

2.2 暴雨定義和類別

暴雨：一般是指降水強度很大的降水事件，在業(yè)務(wù)工作中通常以20：00～20：00為日界，日降水量達到或超過50 mm的降水，即以24 h降水量為標(biāo)準(zhǔn)來定義。對長江流域而言，24 h降水量達50 mm成為暴雨，并可進一步分為4個等級，即24 h降水量為50～99.9 mm稱為暴雨，24 h降水量為100～199.9 mm之間為大暴雨，24 h降水量為200.0～399.9 mm的為特大暴雨，24 h降水量＞400.0 mm的為危害性暴雨。

暴雨常常按其出現(xiàn)的范圍大小、歷時長短、移動速度快慢、形成原因、影響系統(tǒng)以及發(fā)生的地區(qū)和季節(jié)而有局地暴雨和大范圍暴雨、短歷時暴雨和連（持）續(xù)暴雨、移動性暴雨和停滯性暴雨、地形性暴雨和系統(tǒng)性暴雨、臺風(fēng)暴雨、鋒面暴雨、氣旋暴雨、西南渦暴雨、高空冷渦暴雨、江淮梅雨暴雨、東風(fēng)波暴雨、臺風(fēng)倒槽暴雨、東北暴雨、華北暴雨、華南暴雨、江淮暴雨、西北暴雨等名稱。

3 暴雨分布特征

3.1 暴雨時空分布特征

合作市近50年來的年平均降水量為549.5 mm，夏季（6—8月）平均降水量為290.8 mm，占全年總降水的53%，統(tǒng)計合作市1971—2020年降水量0.1 mm的降水日數(shù)為6 845 d，平均每年有137 d出現(xiàn)降水。

自有觀測記錄以來，合作市共出現(xiàn)了13次暴雨過程，其中，10次過程為單站暴雨過程，3次為2站以上的暴雨過程，2013年6月20日暴雨過程出現(xiàn)暴雨站點最多，共7個站出現(xiàn)暴雨。

在23站次暴雨過程中，共出現(xiàn)21站次暴雨，出現(xiàn)大暴雨2站次，分別出現(xiàn)在2013年7月3日勒秀站，降水量為101.8 mm；2018年7月19日早子站，降水量為112.2 mm。合作本站日最大降水量為83.7 mm，出現(xiàn)在1996年7月6日。

由圖1可知，合作市暴雨的降水量一般在50～60 mm，該降水量范圍的暴雨站次達14站次，占所有暴雨站次數(shù)的1/2以上，降水量在60～70 mm的暴雨出現(xiàn)過5站次，降水量70～80 mm和80～90 mm的暴雨各出現(xiàn)過各1站次，降水量在100 mm以上的大暴雨出現(xiàn)過2站次。

3.2 暴雨日分布特征

在23站次暴雨過程中，12次過程中出現(xiàn)了小時雨強＞10 mm的降水，10次過程伴有短時強降水。即23站次中，僅有1站次的最大小時降水量＜10 mm。

小時最大雨強為55.0 mm，2018年7月19日出現(xiàn)在早子站，次大小時雨強為50.2 mm，出現(xiàn)在1996年7月6日合作站。

合作市暴雨在日時間尺度上，具有明顯的午后—前半夜型的特征，主要水時段出現(xiàn)在16：00至翌日04：00之間。這與每日的逐時熱力、層結(jié)變化特征一致。一般午后隨著氣溫升高，層結(jié)逐漸趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生中小尺度對流云團，當(dāng)對流云團發(fā)展到最強盛時容易產(chǎn)生強降水。河谷地區(qū)白天儲存了不穩(wěn)定能量，傍晚至夜間河谷周邊山坡輻射降溫出現(xiàn)山風(fēng)環(huán)流，低層暖濕空氣抬升觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放，導(dǎo)致夜間容易產(chǎn)生對流性降水（圖2、圖3）。

3.3 暴雨月分布特征

由圖4分析得出，暴雨過程從6月中旬開始，9月上旬結(jié)束。23站次暴雨過程，6月中旬出現(xiàn)7站次、7月上旬3站次、7月中旬4站次、7月下旬2站次、8月上旬3站次、8月中旬出現(xiàn)2站次，以及8月下旬、9月下旬各出現(xiàn)1站次。

在23站次暴雨中，6月出現(xiàn)7站次，7月出現(xiàn)9站次，8月出現(xiàn)6站次，9月出現(xiàn)1站次。說明合作市暴雨主要出現(xiàn)在每年的6中旬—9月上旬。

3.4 暴雨年際分布特征

由圖5可知，合作市近10年來，暴雨出現(xiàn)的次數(shù)總體增多，且年際變化大。經(jīng)統(tǒng)計，50年間，暴雨平均每4年出現(xiàn)1次，年均出現(xiàn)次數(shù)為0.26次。2013年暴雨出現(xiàn)次數(shù)3次，為最多，2011、2013、2017和2019年每年均出現(xiàn)2次，1996年和2015年各出現(xiàn)1次。1996年7月6日日降水量達86.2 mm，2011年8月15日降水量達67.0 mm，是自1971年以來最早出現(xiàn)的2場暴雨。

4 暴雨出現(xiàn)的主要天氣系統(tǒng)

根據(jù)500 hPa環(huán)流形勢，將13次暴雨過程大致分為4種環(huán)流形勢：副高邊緣型、低槽型、低渦型、副高內(nèi)部型。其中，副高邊緣型最多，有6次，低槽型4次，低渦型2次、副高內(nèi)部型1次。

副高邊緣型、低槽型造成的暴雨一般在7月、8月上旬、9月中下旬出現(xiàn)，其中高原邊緣型是暴雨產(chǎn)生的主要系統(tǒng)，為暴雨提供了充沛的水汽和熱力條件。在提供暴雨水汽的過程中，低空槽起到很大的作用，有利于暴雨低空濕度的形成和發(fā)展。低空槽一般位于高原低渦后部，槽前正渦度平流的輸入促使高原低值系統(tǒng)得到增強和發(fā)展，有利于不穩(wěn)定能量的積累，有利于短時強降水的發(fā)生。2018年7月19日暴雨過程符合副高邊緣型和低槽型的特征，此次暴雨過程降水強度大、持續(xù)時間短、降水量集中，有4站次達到暴雨，早子站降水量為112.2 mm，達到大暴雨程度。

5 結(jié)論

（1）合作市暴雨的主要降水時段出現(xiàn)在16：00至翌日04：00之間，呈明顯的午后—前半夜型。

（2）合作市達到暴雨標(biāo)準(zhǔn)的降水過程50年間只出現(xiàn)了13次數(shù)，是小概率事件，出現(xiàn)的短時強降水是造成洪澇災(zāi)害的主要原因。

（3）合作市每年出現(xiàn)的暴雨次數(shù)總體呈增多趨勢，且年際變化大，近50年來暴雨出現(xiàn)概率為4年1次，年均為0.26場，但近10年來暴雨呈增多的趨勢，平均每1年出現(xiàn)1場暴雨。

（4）統(tǒng)計得出，近10年來暴雨造成的洪澇災(zāi)害次數(shù)增加，經(jīng)濟損失也明顯增加。

（5）合作市暴雨發(fā)生的主要環(huán)流類型大致分為4種：副高邊緣型、低槽型、低渦型、副高內(nèi)部型，其中副高邊緣型最多。

參考文獻

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責(zé)任編輯：黃艷飛

AbstractBased on the daily precipitation data of the station and the regional precipitation data from 1971 to 2020 of the Meteorological Bureau of Hezuo City， Gansu Province， a total of 13 rainstorm processes were screened， with 23 stations. The statistical analysis of the spatiotemporal distribution characteristics and occurrence and development rules of heavy rain in Hezuo City shows that the probability of heavy rain in Hezuo City was relatively small， generally occurring in the middle of June to the first ten days of September， with an obvious afternoon-early midnight pattern. In the past 10 years， the number of rainstorms has increased significantly， and the economic losses have also increased significantly. The main circulation types of heavy rain in Hezuo City are roughly divided into four types： subtropical high edge type， low trough type， low vortex type and subtropical high internal type. It is dominated by the marginal type of subtropical high.

Key words Rainstorm; Distribution characteristics; Disaster situation; Impact system

作者簡介 黃瑩霞（1979—），女，甘肅臨夏人，工程師，主要從事綜合氣象觀測工作。*通信作者：蒲致娟（1971—），女，甘肅臨夏人，副高級工程師，主要從事大氣探測與氣候變化研究，E-mail：yiziz5265861@qq.com。