甘肃省天水市近60年暴雨时空分布特征分析

2014-04-29姚延锋朱恩超刘扬李悦谢蕊

农学学报 2014年12期

姚延锋朱恩超刘扬李悦谢蕊

摘要：利用1951—2010年天水市7个测站逐日降水实测资料，分析了近60年来该地暴雨的时空分布特征。结果表明：天水地区暴雨时间分布特征是20世纪60年代初至80年代末为暴雨的高发期，7月和8月是暴雨发生频次较高的月份，分别占总次数的52.6%和29.8%;空间分布特征较为明显，东部多于西部，清水、张家川等关山地区暴雨发生频次高，暴雨發生的次数与地形地貌有密切关系;影响天水暴雨的主要天气系统为副高外围西南气流型和高原低涡切变型。

关键词：暴雨;时间分布;空间分布;天气形势

中图分类号：P468.0+2 文献标志码：A 论文编号：2014-0369

Spatial Temporal Distribution Characteristics of Rainstorm in Tianshui of Gansu in Recent 60 Years

Yao Yanfeng1，2， Zhu Enchao2， Liu Yang2， Li Yue2， Xie Rui2

（1Atmospheric Sciences， Lanzhou University， Lanzhou 730000; 2Tianshui Meteorological Bureau， Tianshui Gansu 741000）

Abstract： Based on the daily precipitation observation data at 7 stations of Tianshui during 1951 to 2010， the temporal and spatial distribution characteristics of heavy rain events in Tianshui were analyzed. The results indicated that： the frequency of heavy rain events was higher from the early 1960s to the late 1980s， and mainly concentration occurred in July and August， accounts for about 52.6% and 29.8% of the total respectively. In addition， the spatial distribution of heavy rain events in Tianshui could be summarized as follows characteristics， the occur frequency of heavy rain events was higher in eastern region of Tianshui than that in the western region， like Qingshui and Zhangjiachuan. The frequency of heavy rain events was closely related to topography. Synoptic systems such as Northwest China vortex and west pacific subtropical high deeply affected the formation and intensity of the heavy rain events in Tianshui.

Key words： Heavy rain; Temporal Distribution; Spatial Distribution; Synoptic System

0 引言

长期以来，暴雨的成因都是人们研究的重点[1-13]，暴雨是天水市重要灾害性天气之一，因暴洪几乎每年都有不同程度的人畜伤亡，无论涉及范围大小的暴雨均可造成灾害，特别是天水市沟壑纵横，植被较差，黄土坡地，暴雨发生时不易下渗而形成径流，往往造成山洪、泥石流等，崖塌沟馅，毁堤堵堰，甚至发生大面积滑坡曳庄等重大灾害，给人民群众的日常生活和生命财产造成严重的危害和经济损失。

天水地处东经104°35′—106°44′、北纬34°05′—35°10′，市内海拔900～2700 m，暴雨集中出现在6—9月，之前对天水市暴雨的研究大部分是针对某次暴雨天气过程或对典型暴雨天气形势场的分析，如夏子平将中国西北地区暴雨分为副高西北侧西南气流型、副高西侧偏南气流型、青藏高压西北侧西南气流型等[14]，王陇等[15]将陇东南达到暴雨分为西高东低、平直或波动和西低东高等3种，但对天水市暴雨的时空分布特征未进行深入分析。本研究利用1951—2010年天水市7个测站逐日降水实测资料，重点分析了天水市暴雨的时空分布特征及与地形地貌的关系，分析总结出暴雨的气候分布，对提高精细化暴雨落区预报和气象服务工作具有实质性意义，以进一步达到防灾减灾的目的。

1 资料说明

暴雨资料来源于天水市5县2区7个观测站1951—2010年逐日降水观测，暴雨按照24 h降水量 ≥50 mm来统计，统计每月全市出现的总次数，并分别统计出60年间各站出现的暴雨次数和出现月份，并以5年和10年为间隔来分析暴雨出现的年际特征，统计5—10月各月暴雨发生的频次来分析暴雨出现的月际特征;利用高空观测资料来分析暴雨发生时的形势场。

2 天水市暴雨时间分布特征

2.1 暴雨的月际变化

天水市地处西北地区东南部，暴雨的形成与副热带高压的位置有密切的关系，4月份开始，随着副热带高压逐渐北移，其北侧的暴雨带也随之北移;入秋以后，副热带高压南退，极地冷空气东移南下，暴雨随之减少。

天水暴雨的季节性特征非常明显，60年来暴雨最早出现在5月份，最晚结束在10月份，可见5—10月为天水暴雨期，长达6个月时间。60年来各月暴雨总次数分布图（图1）可以看出，5—10月各月暴雨分别占总次数的1.6%、10.0%、52.6%、29.8%、5.2%、0.8%，不难看出，暴雨集中出现在7—8月，尤其是7月份暴雨占全年的1/2。另外统计暴雨发生的日期，7月下旬是天水暴雨峰值时段，这与副热带高压西北侧的平均雨带北移至西北地区东部有密切的关系，为暴雨的发生提供了充足的水汽供应。

2.2 暴雨的年际变化

天水市7个县区气象台站1951—2010年共计出现暴雨119次，平均每年1.98次，分析逐年暴雨发生的次数发现其规律性不强，以5年为间隔来分析暴雨发生的次数，发现1961—1965、1981—1985年2个时段暴雨出现的次数最多，但仍难以发现其规律性;以10年为间隔来分析暴雨发生的次数，发现20世纪50年代暴雨次数较少，60年代至80年代暴雨次数最多，90年代再次减少，进入21世纪处再次增多。

从图2可以看出，暴雨的年际变化明显，20世纪60年代至80年代平均每年2.75次，1991—2010年30次，平均每年1.5次。y=1.7315x3-20.627x2+72.213x-47.333，回歸系数为0.9406，可信度较高。

2.3 暴雨日数与年平均降水量关系

为进一步研究暴雨发生日数的规律性特征，将天水各气象站年平均降水量与暴雨发生日数进行比较（表1），为使两者数据便于比较，现将年平均降水量除以10再进行比较。从图3可以明显看出，天水暴雨发生日数与年平均降水量有较好的对应性关系，此倾向率通过了α=0.01的显著性F检验。清水、张家川年平均降水量较多，对应的暴雨日数也是最多的。因此，在暴雨预报中，天气形势有利于出现暴雨时，清水、张家川出现暴雨的概率远大于其他县区。

3 天水暴雨空间分布特征

3.1 暴雨发生次数的地域分布

天水地处副热带北缘和青藏高原东部边坡地带，沟壑纵横，地形复杂，气候多变，由于深居内陆远离海洋，大陆性季风气候特征明显，属温带半湿润半干旱区[16]。按照气候条件将天水划分为3个区：渭北半干旱区（武山、甘谷、秦安）、河谷半干旱半湿润区（秦州、麦积）、关山半湿润区（清水、张家川）。分析天水市7个县区气象台站1951—2010年60年的暴雨次数分布（图4），可以看出暴雨次数分布有明显的地域特点。

从地理位置来看（表1），自西向东依次为：武山、甘谷、秦安、秦州、麦积、清水和张家川，暴雨出现的次数依次为：7、10、15、19、19、25、24次。分析发现从渭北半干旱区到河谷半干旱半湿润区经度每增加0.1°，暴雨总次数增加1次;从河谷半干旱半湿润区到关山半湿润区经度每增加0.1°，暴雨总次数增加2次。

60年来各气象站暴雨发生的次数自西向东依次增多，清水和张家川的暴雨最多，平均2～3年出现1次。从图2中不难看出，暴雨发生的总次数与各站的经度具有明显的线性关系：y=3.0357x+4.8571，回归系数为0.9417，可信度较高。

3.2 暴雨与地形地貌的关系

暴雨的形成要满足3个条件：充分的水汽供应、强烈的上升运动和较长的持续时间[17-19，21-22]。分析天水地形地貌图发现：秦州区和麦积区南部为小陇山林区，森林覆盖率高，清水、张家川属于关山林区，森林植被较好。林区的存在会造成暴雨场次相对较多，原因有3个：一是森林的强大蒸腾作用，增加了该地区上空的水汽;二是林区出现降水时，一部分被树冠拦截，停留在枝叶上，即可直接蒸发到空气中，再次补充了林区上空的水汽;三是森林是空气流动的障碍，平流的空气向林区移动时，受到起伏不平的树冠影响，就会在动力作用下被迫抬升，垂直运动加强，因此造成关山地区和河谷川区暴雨场次多于渭北县区。

天水拔海高度自西向东呈“U”形分布（图4），渭北区（武山、甘谷、秦安）拔海高度高于河谷区（秦州、麦积），关山区（清水、张家川）拔海高度又高于渭北区和河谷区。地形对降水有2个作用：一是动力作用，二是云物理作用[17]，由于地形强迫抬升而引起的地面垂直速度为：w0=v0×h，由上式可见，当山的坡度愈大，地面垂直运动愈强[20]。天水暴雨的水汽来源主要是孟加拉湾，依靠副高外围的西南气流输送[9]，由于地形的原因，底层的西南暖湿气流从天水西南部进入后，受渭北区海拔较高的影响，改变路径，向河谷区和关山区输送，造成该地区的水汽供应比渭北区充足;由于关山区海拔高度高于河谷区，气流进入天水后在地形的抬升作用下处于爬坡阶段，垂直运动加强，降水强度增大，暴雨出现的场次也较多。

以上地形原因造成天水暴雨日数出现关山区多于河谷区，河谷区多于渭北区。

4 天水暴雨的天气形势分析

4.1 副高外围西南气流型

副热带高压是向中国大陆输送水汽的重要系统，尤其在夏季，孟加拉湾水汽沿副高外围输送至西北侧与中纬度南下的冷空气交绥，往往会造成该区域的暴雨[11-13]。分析天水地区出现的暴雨个例发现，副高的位置与暴雨的形成有密切的关系，副高西伸北抬和南退减弱是天水7月和8月出现暴雨的2种典型形势。一般情况下，副高588线位于四川南部至河南一带，584线位于四川北部至陕西宝鸡一带，配合天水地区上游有冷空气下滑，往往造成该地区出现暴雨。

2013年6月20日天水出现区域性暴雨，东部4个县区降水量突破历史极值，6月19日20：00副高外围的584线位于四川北部至陕西宝鸡一带，其外围的暖湿气流源源不断地输送到陇东南地区，同时700 HPa上兰州至青海东部有一切变线，随着切变线的东移南下和584线的南退，造成了19日夜间陇东南出现了区域性暴雨。

4.2 高原低涡切变型

造成天水地区出现暴雨的另外一种天气形势为高原低涡型，多发生在6月份和9月份，也就是副高第一次北抬之前和最后一次南退的时段。此种类型的典型形势场为：西藏北部至青海中部形成一低涡，并不断东移，低涡东南部的西南气流将孟加拉湾水汽输送至陇东南地区，同时天水地区北部有明显的冷平流配合。

5 结论

分析近60年暴雨发生的场次发现，20世纪60年代初至80年代末为暴雨的高发期。分析5—10月暴雨发生的次数发现，天水地区的暴雨主要发生在7月和8月，分别占总次数的52.6%和29.8%。

暴雨发生的总次数与各气象站的经度具有明显的线性关系，从渭北半干旱区到河谷半干旱半湿润区经度每增加0.1°，暴雨总次数增加1次;从河谷半干旱半湿润区到关山半湿润区经度每增加0.1°，暴雨总次数增加2次。

天水地区暴雨发生概率自西向东逐渐增大，这与特殊的地形地貌特征有关，一是林區的存在，二是拔海高度的差异。

天水地区的暴雨主要有2种形势场，一是副高外围西南气流型，二是高原低涡切变型。

参考文献

[1] 梁必骐.天气学教程[M].北京：气象出版社，1995：548.

[2] 章淹.暴雨预报[M].北京：气象出版社，1990：73.

[3] 包澄澜，王德瀚.暴雨的分析与预报[M].北京：农业出版社，1981：72-147.

[4] 张东，林钢，叶萌，等.华南连续性特大致洪暴雨个例分析[J].气象科学，2007，35（1）：82-87.