2011年汉江流域秋汛气象水文特征分析

2013-06-09高红燕

陕西气象 2013年2期

关键词：陕南汉江雨量

卢珊,贺皓,高红燕

(陕西省气象服务中心,西安 710014)

2011年汉江流域秋汛气象水文特征分析

卢珊,贺皓,高红燕

(陕西省气象服务中心,西安 710014)

利用常规气象观测、NCEP/NCAR1°×1°再分析资料及安康、石泉两地水情观测资料,对2011年汉江流域秋汛进行了气象水文特征分析。结果表明:2011年汉江流域秋汛属于典型的华西秋雨形势。西部低槽槽底冷空气不断分裂南下,与副高外围的暖湿气流交汇于关中陕南地区,是汉江流域秋汛产生的有利天气背景;2011年汉江流域秋汛期间,台风外围的偏东气流与副高外围的偏东气流汇合,并在西进中在四川东部形成偏南气流,为雨区提供了充足的水汽;汉江流域面雨量同安康、石泉两地的入库流量有着相同的升降趋势,在汉江流域面雨量出现明显的雨强之后的48h到72h内,对应着入库流量的峰值出现。面雨量预报在汉江流域防汛工作、生产调蓄调度中,可以成为重要的参考指标投入业务使用。

汉江流域秋汛;入库流量;面雨量

“华西秋雨”是我国西部地区秋季多雨的特殊天气现象,因其雨日多、雨量小的特点,又被老百姓称之为“雨淋”。然而2011年9月,陕西秋雨异常明显,降水量达到常年同期的3倍以上,为1951年以来同期最多,并且全省共有165站次出现暴雨,实属历史罕见。

1 降雨和洪水概况

2011年9月,陕西秋汛包括4次降水过程,分别为3至7日、9至14日、16至19日及26至29日。陕西大部9月降水总量超过100mm,关中及陕南地区为200～400mm,其中镇巴以648.6mm位居全省最高(图1)。此次强秋淋呈现出阴雨过程多、间隔时间短、降水范围广、局地强度大、致灾性强等特点。接连出现的大范围降水过程,使得黄河、渭河、汉江干支流相继涨水,渭河、汉江出现2011年入汛以来最大洪水过程,河流超警戒次数之多为历史少见。

图1 2011年9月陕西降水分布图(单位:mm)

9月20日以前连续发生3次连阴雨天气过程,这3次过程的降水量占全月总和的9成以上。第一次降水过程中,强降水主要集中在5至7日,关中陕南地区过程降水总量均超过50 mm,关中大部及陕南南部超过100mm,3d内关中和陕南地区出现暴雨共计53站次,大暴雨1站次。9月9至14日,即第二次过程主要降水时段,关中陕南过程降水总量超过50mm,陕南大部都在100mm以上,出现暴雨45站次,大暴雨3站次。在第三次连阴雨过程中,9月16日20时到18日20时,关中及陕南地区出现过程雨量超过100mm的站点26个,其中汉中的镇巴以247.1mm位居全省首位。这次降水过程给汉江流域造成严重的汛情,19日13时,安康水电站坝前水位达329.57m,超警戒水位4.57 m;汉江安康城区段水位达246.97m,流量达13800m3/s,使得参与防洪调度的大中型水库水位都处于高位,基本没有防洪错峰潜力。关中陕南部分地区发生山洪、泥石流,滑坡等灾害。前三次洪水过程,全省有78个县区,925个乡镇,305.9万人受灾。因灾死亡58人,失踪4人。据不完全统计,洪涝灾害造成的直接经济损失为45.18亿元。

图2 2011-09-16T20500hPa高度场(单位:dagpm)

2 气象特征

2.1 大尺度背景特征

2011年9月上中旬,500hPa中高纬度环流稳定,西西伯利亚阻高强盛,冷空气不断在巴尔喀什湖附近低槽中堆积,中纬度东亚盛行纬向气流,引导冷空气不断东移南下,同时西太平洋副热带高压十分强盛,其外围的偏南暖湿气流与东移南下的冷空气在秦岭山脉附近持续交汇,形成了陕西强秋淋天气。

秋汛前期,西太平洋副热带高压呈带状长时间控制我国南部(图略)。9月16日20时,500 hPa高空图(图2)上,西西伯利亚阻高强度强盛,有闭合的572dagpm高压中心,从鄂霍次克海至我国新疆北部为宽广的东北西南向横槽,东亚40°N为平直西风气流,引导冷空气偏北东移,相应地面冷空气不断从华北南下,冷空气在南下中不断回流到河套地区,588dagpm中心虽在东南部海域低值系统的影响下东退至130°E以东,但584dagpm线仍控制着长江以南地区,其外围暖湿气流与东移南下冷空气交汇于关中陕南地区,为这次陕西中南部出现的持续区域性暴雨天气提供了有利的环流背景。

图3 2005-09-30T08500hPa高度场(单位:dagpm)

2.2 与2005年汉江流域秋汛天气背景的比较

2005年,方建刚等人[1]就对华西秋雨的大气环流特征做过相关研究,指出其典型的环流形势为:孟加拉湾存在深厚的低槽,副高异常强盛,乌拉尔山阻高处于准静止或缓慢移动状态,巴尔喀什湖为稳定的长波槽或低压,中纬度西风带扰动同副高外围西南暖湿气流相结合,低层偏北风与偏南风长时间交汇于华西及汉江上游地区。崔讲学等人[2]在研究2005年9月20日到10月6日发生在汉江中上游地区的持续性强降水天气时发现,此次秋汛也包括有三次明显的降水天气过程,分别为24到26日、27到29日以及9月30日到10月2日,相比于2011年在发生时间上稍晚。2005年9月30日08时500hPa形势场(图3),同样是典型的东高西低形势,乌拉尔山阻塞高压缓慢移动,巴尔喀什湖为稳定的长波槽,从长波槽中不断分裂出短波槽影响陕西地区。不同的是此长波槽比起2011年来更加偏西,另一方面,2005年的西太平洋副热带高压同样位置更加偏北强度更强,其高压脊线维持在27°N～30°N附近,588 dagpm线西脊点到达100°E左右。副高南侧的东南气流与南下冷空气在陕西相遇,为2005年汉江流域秋汛的产生提供了有利的背景场。

分析2011年及2005年秋汛的环流背景发现,这两年均为西部低槽、东部副高的东高西低形势,槽底冷空气不断南下侵入陕西。副高外围的暖湿气流同南下的冷空气交汇于关中陕南地区,是汉江流域秋汛产生的有利天气背景。也就是说,2005年及2011年汉江流域秋汛均属于典型的华西秋雨环流形势。

2.3 水汽来源

2011年强秋汛期间,陕西地区具有稳定的水汽输送。分析2011年9月18日02时850hPa水汽通量(图4)可发现,在第三次强降水过程中,对流层低层有一股热带气旋或台风外围的偏东气流与副高外围的偏东气流汇合,并在西进中在四川东部形成偏南气流,为雨区提供充足的水汽。

灰色系统本身缺乏较强的并行计算能力与数据推理能力，一旦系统轻微改变，后续过程都需要重新计算[18]。因聚类结果缺乏柔性，所以需要对系统信息的处理过程进行优化，本文引入了粗糙集理论来解决该问题。

图4 2011-09-18T02850hPa水汽通量(单位为g/(cm·hPa·s),阴影区水汽通量≥9g/(cm·hPa·s))

而2005年强降水发生前有两股暖湿气流汇集于汉江上游:一股是副高南侧的东南气流,另一股是西南气流 (图略),为持续降水提供充足的水汽。

3 水文特征

3.1 洪水特征

由安康及石泉1h最大入库流量时间曲线图(图5)可见,2011年9月汉江流域共出现三次明显的秋汛,分别为9月6至9日、11至15日、16至21日,且这三次秋汛呈阶梯上升趋势。在第三次秋汛中的9月18日,石泉和安康1h的最大入库流量分别达到10788m3/s和18 419m3/s,19日安康1h最大入库流量更是达到19139m3/s。

图5 2011年9月安康、石泉最大入库流量时间曲线图

3.2 面雨量与入库流量的关系

水文部门在制作径流预报和洪水预报时,常常要考虑到面雨量的问题,面雨量作为特定区域的降水强度,对水文部门和水库调度具有重要的参考意义[3-12]。

将2011年9月逐日安康和石泉入库流量相加后,同上述方法所得到的面雨量进行比较可见(图6),面雨量、最大入库流量之和以及平均入库流量之和均存在3次波峰,且趋势基本一致,这对应着前三次汉江流域汛雨时段。观察面雨量及入库流量的出现时间后可以发现,在汉江流域面雨量出现明显的雨强之后的48～72h内,对应着入库流量的峰值出现。这说明当明显的降水出现后,洪峰才会相继出现,这按照常理不难理解。因此,面雨量预报在汉江流域防汛工作、生产调蓄调度中可以成为一个很好的参考指标。