临安暴雨气候特征及其与洪涝关系初探

2015-06-15张霏燕孙小平沈杭锋

浙江气象 2015年4期

关键词：临安市临安日数

黄哲张霏燕孙小平沈杭锋

(1.临安市气象局，浙江临安，311300；2.杭州市气象局，浙江杭州，310051)

临安暴雨气候特征及其与洪涝关系初探

黄哲1张霏燕1孙小平1沈杭锋2

(1.临安市气象局，浙江临安，311300；2.杭州市气象局，浙江杭州，310051)

利用临安基本站1966—2014年的日降水资料，结合18个镇街30个区域自动站2009年6月到2014年5月5年降水资料，通过分析表明：1)夏季是临安暴雨、大暴雨发生主要时段。在过去49 a,临安暴雨日数呈增加趋势，临安暴雨日数增多存在突变现象，出现突变时间大约在1981—1983年。2)临安暴雨空间分布呈现西南多，中部和东部低丘河谷平原区偏少的分布。3)临安有两个暴雨中心，清凉峰镇大明山一带为春季暴雨、梅汛期暴雨和强对流暴雨中心，市岭为台风暴雨中心，主要是由特殊地形造成的。4)临安大暴雨过程容易引起洪涝灾害。

暴雨日数；年代际变化；暴雨中心；洪涝灾害

0 引言

临安市境内溪多、源短、流急，受地形、气候诸因素制约，汛期洪峰流量大，涨落较快，滞洪时间短，洪水暴涨暴落，极易引发流域性山洪并诱发地质灾害。2005年9月3日，昌化镇出现了局地特大暴雨，昌化站雨量3 h达415 mm,打破了浙江省历史纪录[1]。我国目前已经有很多对暴雨洪水灾害的研究成果。李俊等人在暴雨成因研究中就得出迎风坡抬升和喇叭口地形的收缩作用是造成暴雨的主要地形因素[2]。汪邦道等人在浙江省暴雨特征分析中介绍了诱导暴雨的主要天气系统有台风暴雨、锋面暴雨、东风波暴雨，临安市天目山为年最大雨量均值多值区[3]。姚秀萍等人在山区暴雨灾害应对策略中提出了地形地貌条件是灾害发生的必要条件, 短时强降水是灾害直接诱因[4]。受全球气候变化的影响，极端天气频发，暴雨作为一种极端降水事件，是临安最常见的一种灾害性天气，往往造成山洪暴发、城乡淹没，严重影响生产生活。

1 资料与方法

选用临安基本站1966—2014年逐日降水资料对临安暴雨日数的变化特征进行气候特征分析，选用临安18个镇街30个区域自动气象站2009年6月—2014年5月5 a逐日降水资料，来对比分析临安暴雨空间分布特征。本文把日雨量(20时为界)≥50 mm表述为暴雨，每发生一次R24≥50 mm作为一次暴雨统计、每发生一次R24≥100 mm 作为一次大暴雨统计

2 临安暴雨气候分析

2.1 临安暴雨的时间分布特征

据统计，临安基本站1966—2014年共出现暴雨163次，年均3.3次(表1)。暴雨主要集中在5—9月，占了全年暴雨日的85.9%，其中6月最多(33.1%),7月其次(20.2%)。出现大暴雨18次，年均0.4次(表2)，主要发生在6—8月的梅汛期和台汛期，其中由台风引起的大暴雨有6次，江淮气旋和切变线各造成4次大暴雨，高空槽3次，东风波1次。

表1 1966—2014年临安暴雨(R24≥50 mm)日数月分布

表2 1966—2014年临安大暴雨(R24≥100 mm)日数月分布

从临安暴雨日数的年际变化和线性趋势以及暴雨量的年际变化(图1)中可见临安暴雨日数年际分布不均，1976、1979和2003年均无暴雨发生，而1996年暴雨出现了9次。近49 a来临安暴雨日数呈缓慢增加趋势，线性趋势系数为0.443次/10a。由9 a滑动平均可以看出，临安暴雨日数存在明显年代际变化，20世纪80年代中期以前，临安暴雨日数偏少，80年代中期以后临安暴雨事件发生较为频繁。

年降水量与暴雨日数呈一定的正相关，年降水量最少年为956.3 mm出现在2004年，该年只有1个暴雨日，年降水量最多年为1895.8 mm出现在2012年，该年有5个暴雨日。另外，我们发现年降水量多寡与临安旱涝灾害关系密切，年降水量最大的5 a都有洪涝灾害发生，年降水量最小的5 a也有4 a发生干旱(表3)。

图1 临安暴雨日数年际变化和线性趋势以及暴雨量的年际变化

表3 暴雨日数、年降水量分布极值年与旱涝灾害分布

注：表中*表示有洪涝灾害，#表示有干旱灾害。

年际尺度变化在对临安暴雨日数进行Morlet小波变换所得的结果中反映显著(图2a)。其中暴雨日数的时间序列在1970—1984年呈现出显著的2～4 a周期，1985—2014年期间为4～7 a的周期，其中1990—2003年期间还存在2～3 a的周期。时域平均小波功率谱分析表明其存在显著准2.5 a和准6 a的周期振荡(图2b)。

(阴影区为通过95%红噪音信度检验区；弧线以下区域为小波头部影响区)图2 临安暴雨日数时间序列Morlet小波功率谱分析(a)和时域平均小波功率谱分析(b)

从以上分析来看，临安暴雨日数有明显年际变化特征，且某些年代具有突变性质。为了进一步了解临安地区近49 a来暴雨日数的突变性质，我们对其作了Mann-Kendall检验(图3)。从图3中可以看到临安暴雨日数在80年代初期以前变化趋势不明显，80年代中期开始UF值一直为正值，且值逐渐增大，到了90年代中期UF值超过0.05显著性水平的临界线，表明临安暴雨日数的增多趋势是十分显著的，并且从图中可以看到，UF和UB曲线存在多个交点，且都在置信区间之内，说明临安暴雨日数存在多个突变点，这可能是由于暴雨日数序列具有非线性特征导致有虚假突变存在，结合暴雨日数的变化趋势我们确定临安暴雨日数出现增多这一突变现象的时间大约在1981—1983年。

图3 临安暴雨日数的Mann-Kendall统计量曲线

2.2 临安暴雨的空间分布特征

2.2.1 年平均暴雨日数的空间分布

临安全市平均暴雨4.8次/a(表4)，年暴雨最多的是清凉峰镇，平均为6.0次/a，暴雨日数的空间分布是西南最多、中部和东部偏少(图4a),从平均暴雨量来看，於潜和昌化平均暴雨量最小，为68 mm(图4b)。临安城区处于中东部，以4.0次/a 暴雨数居全市倒数第二位,平均暴雨量为79 mm。暴雨日数最少的是太湖源镇，为3.8次/a。临安全市平均大暴雨次数为0.47次/a，占暴雨总数的10%。太湖源镇市岭因地势特殊，大暴雨次数为1.2次/a，平均暴雨量最大，为103mm。近5 a累计出现特大暴雨(R24≥250 mm)3次，均出现在太湖源镇市岭，特大暴雨均由台风引起。

表4 临安各区域暴雨分布及日最大降水量

图4 临安市暴雨日数(a)和平均暴雨量(b)空间分布图

2.2.2 临安不同时期的暴雨空间分布特征

临安春季暴雨(图5a)自西南向东北递减，西南部暴雨数是东北部的4倍以上，暴雨主要发生在清凉峰镇；梅汛期(6月到7月上旬)暴雨数较春季分布均匀，大部分镇在8～11个之间，年均1.6～2.2个，清凉峰镇是一个高值中心，共出现13次暴雨，太阳镇和太湖源镇是低值中心(图5b)，而大暴雨(图5e)除了城区，其余镇均有出现，清凉峰镇大明山地区最多，共出现6次；强对流暴雨(图5c)自西向东呈间隔分布，总体来看龙岗镇、清凉峰镇以及天目山镇南部为高值区，清凉峰镇大明山一带是高值中心，共出现17次暴雨，昌化和河桥交界处、以及城区为低值中心，强对流大暴雨(图略)也主要出现在清凉峰镇。受台风暴雨影响最严重的为东天目山到太湖源市岭一带，其次为东南部的城区和板桥及南部的潜川镇，暴雨多发的清凉峰镇受台风暴雨影响最小(图5d)。台风大暴雨主要集中在东北部高虹镇到太湖源市岭，其次为天池一带(图5f)。

a.春季暴雨 b.梅汛期暴雨 c.强对流暴雨 d.台风暴雨 e.梅汛期大暴雨 f.台风大暴雨图5 临安市不同时期的暴雨和大暴雨日数分布

从上述分析看出，临安有两个暴雨中心，清凉峰镇大明山一带为春季暴雨、梅汛期暴雨和强对流暴雨中心，市岭为台风暴雨中心。

大明山位于临安西南部，在大明山(海拔1098 m)产生暴雨的多为西风带类系统，系统来临时，西南暖湿气流沿坡爬升，必然使对流旺盛、雨量加大，形成迎风坡降雨中心，同时，地形阻挡作用也使降水系统移速减慢，雨时延长[5]。

市岭尽管(海拔750 m)处于暴雨低发的太湖源镇，但其年大暴雨数较周边明显偏多。通过分析发现，近5 a共有3个台风影响临安，分别是莫拉克、海葵、菲特，每个台风都在市岭产生特大暴雨，台风影响是导致市岭大暴雨偏多的主要因素。市岭位于天目山脉东麓，东西两侧均为山峰海拔高度超过千米的中山屏障，也因此形成了溪口至市岭且一直延伸到安吉境内的一条狭长谷道，谷道走向基本与南北公路S205省道(图6a)走向一致：谷道市岭以南为准南北向，市岭以北为东北偏北。市岭东北侧的海拔高度低于西南侧。市岭特殊的地形在台风暴雨过程中起了较大的增幅作用。以2012年8月份的海葵台风为例(图6b)，利用地面自动站资料绘制的8月6日08时至9日08时的雨量来看，此次台风暴雨主要有两个暴雨中心，一个位于浙江东部宁波沿海，是由于台风登陆前和登陆时所造成，另一个位于浙江西北部和安徽东南部，其中过程雨量最大出现在杭州市临安市岭观测站(图6中黑色三角形)，达550.7 mm。

图6 市岭地形图(A为市岭所在地)(a)和2012年8月6日08时至9日08时的累积降水量(阴影，单位：mm，黑色三角形表示市岭)和台风路径(粗实线)(b)

我们采用WRF数值模式进行模拟实验后发现(图7)：在台风影响时，市岭东面上空是沿地形倾斜上升的垂直运动(图7a，等值线)，它将水汽通过低层辐合输送到了市岭上空，同时市岭低层上空为东西风的辐合区(图7a,填色)，进一步加强了抬升作用，从而为市岭带来强降水，而在其近地面是降水拖曳导致的下沉运动。如果将市岭一带地形削减至与周边地区同等高度时，该倾斜上升运动的位置会偏东，且上升运动更加垂直(图7b，等值线)，并且市岭低层上空的东西风的辐合区位置明显东移(图7b,填色)，所以对市岭的水汽辐合上升运动大大削弱，从而导致市岭的降水明显减弱。

图7 8月8日08时经过市岭的纬向剖面：(a)控制试验；(b)去地形试验。等值线表示垂直运动(单位：Pa/s)，填色表示平行于剖面的风(单位：m/s)，风矢量表示垂直环流

3 暴雨与洪涝灾害发生关系分析

根据临安市有关年鉴和气象年报记载，对临安市的洪涝灾害进行初步分析，发现临安局地洪涝多数是由于降雨量在100mm以上的暴雨引起,日雨量50～100 mm造成的灾害并不明显，从地理位置分布看，市境北、西、南三面环山，形成一个东南向的马蹄形屏障；东南为丘陵宽谷，地势平坦，暴雨引发的受灾程度较轻，而市的西北多崇山峻岭、深沟幽谷，在日雨量100mm以上时，往往会发生不同程度的洪涝灾害。当然，这还与前期降水情况、降雨强度、排水条件、自然植被等密切相关。若前期雨水接近饱和或降雨强度强或排水条件、自然植被差时，发生灾害的概率会大大增加。对临安近49 a的18次大暴雨受灾情况进行统计(表5)发现18次大暴雨过程中仅有2次没有造成洪灾，89%的大暴雨会造成洪灾，其中44%大暴雨造成严重洪灾。