玉屏暴雨与致灾暴雨特征及乡镇“三个叫应”阈值确定

廖洪敏，何 为，石 薇，吴增宇，陈 军，武金霖

(1.贵州省玉屏侗族自治县气象局，贵州 玉屏 554000；2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300)

0 引言

持续性暴雨或大暴雨不仅影响工农业生产，而且可能危害人民生命安全，造成严重的经济损失，同时极端短时强降水也是造成城市内涝、泥石流的主因，其变化趋势能更有效地反映极端事件的趋势[1]。国内外对暴雨及短时强降水进行了大量研究并取得许多成果。章淹[2-3]指出不同天气系统或多个降水系统的重叠交汇可以促使一些中尺度雨团的发展，并提出在适当的地形条件下，副热带高压在低值降水系统的东部形成阻挡形势，对特大暴雨的形成具有重要作用。Barros et al[4]分析1996年1月美国阿巴拉契亚山脉一次暴雨过程，研究了地形对暴雨雨团走向的影响，结果表明中尺度雨团轨迹和山脉走向有较好的联系。辜旭赞等[5]研究西南涡特大暴雨过程，指出暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区，中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。

暴雨和短时强降水两者既有联系又有区别。孙继松[6]从物理机制、预报技术方法等方面讨论了短时强降水和暴雨的异同，表明对流层低层的净水汽平流量或水汽通量辐合的强度是判断降水强度的核心因子。美国和日本的一些学者[7-10]开始使用小时降水资料研究极端强降水季节变化。符娇兰等[11]、姚莉等[12]分别对我国雨日和小时雨强的时空分布特征进行了研究，指出西南地区和华南地区小时雨强的日变化最为明显。王夫常等[13]、唐红玉等[14]、彭芳等[15]对西南地区的降水日变化特征进行了统计分析，指出西南地区总体存在夜雨特征和午后次峰值，但区域差异非常明显。

贵州汛期强降雨天气多且常发生在夜间，因贵州山地地形、河流条件复杂，强降雨引发的次生灾害比较迅猛。2010年贵州省气象部门开始探索实施“三个叫应”机制，在防灾减灾中发挥了极为重要的作用。但贵州省各区县下垫面、河流、水库等因素不同，致灾阈值也不同。代瑞华等[16]提出要分月份、分时累计降雨量和分区域等指标的“三个叫应”服务。杨平会等[17]统计荔波县2010—2018年70次强降雨天气过程降雨资料，结合灾情地形河流分布等信息综合分析，确定分区域、降雨类型致灾阈值。沈军等[18]基于隐马尔可夫模型研究湖南中小河流致灾雨量阈值，张连成等[19]基于FloodArea模型研究新疆山洪淹没模拟及致灾临界雨量阈值的思路和方法，对该领域的研究具有较好的借鉴意义。

玉屏县属中亚热带季风湿润气候，地形以山地为主。暴雨是贵州省玉屏县主要灾害性天气之一，时常引起山洪暴发、城市内涝、山体滑坡等灾害。吴丽华等[20]利用玉屏国家气象站 1959—2015 年逐日降水资料及乡镇区域自动气象站2010—2015年逐日降水资料对玉屏县暴雨气候特征及日最大降雨量进行分析，指出玉屏县暴雨日数年变化呈略上升趋势，暴雨发生在夜间的概率较大。为进一步了解玉屏县暴雨短时强降水情况和检验“三个叫应”阈值，本文拟通过对玉屏县暴雨及致灾暴雨特征进行统计，为开展暴雨短时临近预警及“三个叫应”服务提供一些基础依据。

1 资料和方法

选用贵州省玉屏县国家站及乡镇考核站点2014—2020年日降水、逐小时降水资料及灾情数据。采用常规统计分析方法，时间统一为北京时。灾情数据由当地民政局和应急管理局提供。

本文规定，在玉屏县境内，如果一个及以上的考核站点出现暴雨，即可定义为一次暴雨天气过程，如果暴雨导致灾情，则定义为致灾暴雨。

2 暴雨天气过程频次变化特征

2014—2020年玉屏县共出现52次暴雨天气过程，从图1a可知，2014年和2019年暴雨次数最多，2017年和2018年暴雨次数最少。在暴雨天气过程中，只要乡镇出现了暴雨量级，就记录该乡镇出现了1次暴雨天气过程。新店镇每年出现的暴雨次数为2～4次之间，逐年变化幅度不大，而田坪镇变化幅度最大，暴雨最少年份为0次，最多年份为7次，朱家场镇次之。统计6 a中逐月出现暴雨天气过程合计次数，由图1b可知，全县在5—7月出现暴雨的频次较高，6月达到峰值，8月开始减少，而朱家场镇出现暴雨次数的峰值出现在7月，与其他乡镇均出现在6月有所差异。

图1 2014—2020年玉屏县各乡镇逐年(a)、逐月(b)出现暴雨频次Fig.1 From 2014 to 2020 the frequency of rainstorm occurred in various towns in Yuping annually (a) and monthly (b)

3 暴雨天气过程小时雨强变化特征

如表1，在玉屏县所有暴雨天气过程中，所有站点小时雨强在0.1～9.9 mm之间的占大多数，达到了90.1%，出现暴雨的站点则是86.96%，雨强在50～59.9 mm之间的最少，暴雨站点出现雨强在50～59.9 mm之间的仅为0.21%。

表1 玉屏县暴雨天气过程各阶段小时雨强出现概率百分比(单位：%)Tab.1 Percentage of the occurrence probability of hourly rain intensity at each stage of the Yuping regional rainstorm weather process (unit∶ %)

在逐小时出现降水或短时强降水量分布图中(图2a)，逐小时出现降水的频率呈现倒“V”字型，坡度较为平缓，在09时达到峰值，而短时强降水的变幅较大，在23时及00时达到峰值，22时、05时、08时出现短时降水的频率次之。

对小时雨强≥20 mm的短时强降水作分级划分统计(图2b)，划分为20～29.9、30～39.9、40～49.9、50～59.9 mm，由图2b可知，在00时、05时出现小时雨强20～29.9 mm的频率最大(0.32%)，22时、23时、08时出现小时雨强30～39.9 mm的频率次之，小时雨强40～49.9 mm多出现在23时、02—04时、10时、17—18时，小时雨强50～59.9 mm多出现在22—次日07时。

图2 玉屏县暴雨天气过程逐小时出现降水、短时强降水频率(a)及分等级雨强频率(b)Fig.2 During the regional rainstorm weather process in Yuping， precipitation occurs hour by hour， the frequency of short-term heavy precipitation (a) and the frequency of graded rain intensity (b)

同理，对各乡镇暴雨天气过程逐小时出现分阶段雨强进行分析：①亚鱼乡小时雨强20～29.9 mm主要出现在22—00时、04—09时，小时雨强30～39.9 mm主要出现在23时、07—08时，40～49.9 mm主要出现在22时、02—03时，50～59.9 mm主要在06时；②田坪镇小时雨强20～29.9 mm主要出现在04—05时、08—09时、12时、15时、18—19时，小时雨强30～39.9 mm主要出现在22—23时、07时，40～49.9 mm主要出现在14时、17—18时，50～59.9 mm主要出现在23时、05时；③朱家场镇小时雨强20～29.9 mm主要出现在00—06时、08时、19时，小时雨强30～39.9 mm主要出现在22—00时，40～49.9 mm主要出现在23—04时，50～59.9 mm主要出现在02时；④大龙经开区小时雨强20～29.9 mm主要出现在23—01时、05—07时、13—15时，小时雨强30～39.9 mm主要出现在23时、10时，没有出现小时雨强大于40 mm以上降水；⑤城区小时雨强20～29.9 mm主要出现在22—01时、05时，小时雨强30～39.9 mm主要出现在01—04时、08时，40～49.9 mm主要出现在10时，没有出现小时雨强50 mm以上降水；⑥新店镇相对来说从夜间到白天均有短时强降水出现，小时雨强20～29.9 mm主要出现在06时、10—13时、18时，小时雨强30～39.9 mm主要出现在21时、01—04时、08时、17时，40～49.9 mm主要出现在02时，没有出现小时雨强50 mm以上降水。

4 致灾暴雨过程特征及影响

根据雨强统计结果，可以进行以下分类：连续降水导致灾情、暴雨叠加致灾、短时强降水致灾。

4.1 持续性降水或平缓降水致灾

4.1.1 持续性降水致灾(天数) 2014年7月13—18日，玉屏县出现了持续性降水过程，过程累计降雨量大于100 mm的有田坪镇、朱家场镇、亚鱼乡，以朱家场镇151.9 mm为最大。田坪镇、朱家场镇、亚鱼乡累计雨量大，城区、大龙经开区、新店镇累计雨量较小，本次降水天气过程，最大小时雨强为朱家场镇17.5 mm，3 h最大累计雨量为朱家场镇38.8 mm，雨强较小，但是连续5 d均出现降水，各乡镇5 d累计降水量在74～151.9 mm之间，导致氵舞阳河水位上涨致灾。对各乡镇1 h、3 h、6 h、12 h最大降水量取平均值，分别为14 mm、14 mm、14 mm、40 mm。

4.1.2 平缓降水致灾(时数) 2014年8月18日，城区最大小时雨强仅14.5 mm(表2)，3 h最大累计降水量36.4 mm，6 h达到63.8 mm，9 h达到80.1 mm，田坪镇、朱家场镇、亚鱼乡与城区一样，以10 mm·h-1左右持续降水导致灾情发生，持续降水致灾阈值为10 mm·h-1左右持续降水5～9 h。对以上乡镇1h、3 h、6 h、12 h最大降水量取平均值，分别为14 mm、31 mm、60 mm、78 mm。

图3 2014年7月13—18日降水致灾最大累计雨量Fig.3 Maximum cumulative rainfall of disaster-causing precipitation from July 13 to 18， 2014

表2 玉屏县2014年8月18日致灾暴雨过程累计雨量(单位：mm)Tab.2 The Accumulated rainfall of the disaster-causing rainstorm in Yuping on August 18,2014(unit∶ mm)

4.2 暴雨叠加致灾

4.2.1 暴雨时间叠加 2015年6月8—10日，玉屏全县出现了持续性大范围暴雨天气过程，8日全县暴雨，最大降水出现在氵舞阳河流域，10日玉屏县中南部暴雨，两次暴雨叠加导致暴雨洪涝灾情。由于2015年6月8—10日小时雨强较强(图4)，两次过程中，城区最大小时雨强达到45.2 mm，大龙经开区35.6 mm次之，3 h最大累计雨量达到39.0～61.6 mm之间，6 h最大累计雨量达到43.8～69.5 mm之间，随着时间的累加，12 h最大累计雨量达到57.1～84.6 mm之间，24 h累计雨量就达到61.5 mm～94.5 mm之间，2 d累计雨量达到82.5～168 mm之间(图4a)。

图4 2015年6月8日(a)、10日(b)雨强分布特征Fig.4 Rain intensity distribution characteristics on June 8 (a)and 10(b), 2015

经过2014—2020年所有暴雨叠加过程的筛选和对比，2019年5月17日及19日2次强降水天气叠加过程与2015年6月8—10日出现的灾情过程相似(图5)，2019年5月17日及19日大龙经开区出现2 d的暴雨叠加，城区及朱家场镇出现大雨及暴雨叠加，田坪镇、新店镇、亚鱼乡没有出现大雨以上的降水叠加，累计降水量在22.2～146.1 mm之间，总体比2015年6月8—10日的累计降水小，未出现灾情。

图5 2015年6月8日、10日及2 d累计降水量(a)、2019年5月17日、19日及2 d累计降水量(b)Fig.5 Cumulative precipitation on June 8, 10 and of both, 2015(a)、Cumulative precipitation on May 17, 19 and two days (b)

4.2.2 暴雨空间叠加 2020年6月9日，新店最大小时雨强29.7 mm，3 h达到50.6 mm，6 h 53.8 mm，9 h 55.2 mm，12 h 75.8 mm，城区最大小时雨强22.4 mm，3 h达到33.7 mm，6 h 34.5 mm，9 h 47.7 mm，12 h 57.5 mm，灾情主要是由于城区及新店上游岑巩普降暴雨局地大暴雨叠加本地暴雨过程，导致本地河流水位上涨，为区域暴雨叠加致灾。区域性暴雨叠加为上游出现暴雨天气过程，本地9 h累计降水量50 mm左右。

4.3 短时强降水致灾

如图6，2014—2020年短时强降水导致田坪镇、朱家场镇各出现2次灾情，城区、新店镇、亚鱼乡、大龙经开区各出现1次灾情。

图6 玉屏各乡镇致灾短时强降水及最大累计雨量Fig.6 Disaster-causing short-term heavy rainfall and maximum cumulative rainfall in Yuping towns

亚鱼乡2016年7月4日出现的灾情最为严重，最大小时雨强达到49.1 mm，3 h最大累计雨量达到93.1 mm，6 h最大累计雨量就达到144.1 mm，造成一起山体滑坡，2死2伤，直接经济损失1846.5万元。

田坪镇2020年6月9日最大小时雨强达到50.9 mm，3 h最大累计雨量达到62.4 mm，6～12 h最大累计雨量均为62.8 mm，不再增加，为短时强降水导致的灾情；2020年7月2日最大小时雨强为35.7 mm，3 h最大累计雨量达75.0 mm，也为短时强降水致灾。

朱家场镇2019年6月9日最大小时雨强达到44.5 mm，3 h最大累计雨量达到104.7 mm；2020年7月9日最大小时雨强达到32.9 mm，3 h最大累计雨量达到73.7 mm，12 h最大累计雨量为113.9 mm。均为短时强降水致灾，之后累计雨强增加较少。

大龙经开区短时强降水致灾的只有2014年8月18日的暴雨过程，2014年8月18日最大小时雨强为20.6 mm，3 h最大累计雨量45.5 mm，6 h最大累计雨量达到74.6 mm，9 h最大累计雨量达到99.1 mm，12 h以后降水趋于结束。

城区2018年7月1日最大小时雨强达到32.0 mm，3～12 h最大累计雨量均为56.0 mm。

新店镇2014年8月18日最大小时雨强达到20.8 mm，3 h、9 h最大累计雨量分别为46.8 mm、77.6 mm，12 h最大累计雨量为100.1 mm。

综合上文所述，各乡镇短时强降水致灾，最大小时雨强在20.6～50.9 mm之间，3 h最大累计降水在45.5～104.7 mm之间，6 h最大累计降水在56.0～144.1 mm之间，12 h最大累计降水在56.0～160.1 mm。

5 玉屏县外部“三个叫应”标准检验及乡镇“三个叫应”阈值的确定

5.1 玉屏县外部“三个叫应”标准检验对比

玉屏目前外部“三个叫应”标准：本县区域内有气象站点监测到3h内降雨量即将达到50 mm及以上且降雨可能持续时；本县区域内有气象站点监测到6 h内降雨量即将达到80 mm及以上时；本县区域内有气象站点监测到6 h内降雨量即将达到100 mm及以上有可能导致较大或重大灾害时；本县区域内有气象站点监测到12 h内降雨量即将达到150 mm及以上有可能导致较大或重大灾害时。

结合前文对致灾暴雨的分析，持续性降水及暴雨叠加也会导致灾情，“三个叫应”仅仅对短时强降水进行叫应，缺少其他降水类型的叫应标准。致灾短时强降水情况3 h最大累计雨量最小值为大龙经开区45.5 mm，最大值为朱家场镇104.7 mm，与规定的50 mm有一定差距，6 h最大累计雨量最小值为城区56 mm，最大值为亚鱼乡144.1 mm，与规定的80 mm有一定误差，12 h内降雨量达到150 mm及以上只有亚鱼乡160.1 mm，出现的频率最少，说明该标准定得太高。对比本地外部“三个叫应”阈值和乡镇致灾雨强，说明各乡镇的致灾雨强并不统一。

5.2 分乡镇“三个叫应”阈值的确定

5.2.1 持续性降水致灾 ①持续天数：根据2014年7月13—18日灾情数据及降水实况，当全县出现降水连续4 d以上且累计雨量达到100 mm左右，将可能出现灾情；②持续小时：根据2014年8月18日全县出现灾情情况，每小时10 mm左右持续降水5～9 h，将可能出现灾情。平缓降水或持续降水小时雨强均为14 mm左右，3 h最大累计雨量为14～31 mm之间，雨强不强。

5.2.2 暴雨叠加致灾 ①时间叠加：根据2015年6月8—10日2次暴雨叠加数据，如果本辖区2次暴雨间隔时间过短，目前确定间隔为1 d，雨量叠加，土壤水份饱和，将极易引发相关灾害；②空间叠加：玉屏中南部乡镇3 h出现50 mm降水叠加上游岑巩出现暴雨，玉屏中南部乡镇将可能出现灾情。

5.2.3 短时强降水致灾 统计致灾暴雨和没有致灾的暴雨1 h、3 h、6 h、9 h、12 h、24 h最大累计降水量并从小到大进行排序(表3)，查找乡镇致灾暴雨邻近前的暴雨天气过程，取平均值，初步判定为短时强降水致灾的叫应阈值。

2018年7月1日为城区致灾暴雨天气过程，城区最大小时雨强32 mm，3 h累计降雨量达到56 mm。邻近而未出现灾情的暴雨天气过程为2018年5月12日，小时雨强30 mm左右，3 h累计降雨量50 mm左右，结合致灾暴雨取中间值，因此确定城区短时强降水的致灾阈值为小时雨强30 mm以上，3 h累计降水量50 mm以上。

同理，根据表3确定田坪镇短时强降水的致灾阈值为小时雨强40 mm，3 h累计降雨量60 mm。朱家场镇短时强降水的致灾阈值为小时雨强23 mm以上，3 h累计降雨量50 mm左右，6 h累计降雨量65 mm。亚鱼乡短时强降水的致灾阈值为小时雨强30 mm以上，3 h累计降雨量50 mm以上。大龙经开区短时强降水的致灾阈值为小时雨强20 mm以上，3 h累计降雨量40 mm左右，6 h累计降雨量63 mm左右且降水持续，12 h降水110 mm。新店短时强降水的致灾阈值为小时雨强20 mm以上，3 h累计降雨量40 mm左右，12 h降水100 mm。

表3 2014—2020年玉屏县暴雨过程及致灾暴雨累计雨量(单位： mm) Tab.3 The rainstorm process and the cumulative rainfall of the disaster-causing rainstorm in Yuping from 2014 to 2020 (unit∶ mm)

5.2.4 玉屏县致灾暴雨类型及阈值一览表 因各乡镇的“三个叫应”阈值应该要低于上文确定的致灾阈值，在雨量达致灾阈值之前提前叫应。假设提前10～20 mm进行叫应，那么城区、朱家场镇、亚鱼乡3 h雨量的叫应阈值为30～40 mm，田坪镇3 h雨量的叫应阈值为40～50 mm，大龙经开区、新店镇3 h雨量的叫应阈值为20～30 mm，6 h雨量的叫应阈值为40～50 mm。玉屏县致灾暴雨类型及阈值一览表如表4。

表4 玉屏县致灾暴雨类型及阈值一览表(单位：mm)Tab.4 List of disaster-causing rainstorm types and thresholds in Yuping (unit∶ mm)

6 结论

①新店镇每年出现的暴雨次数在2～4次之间，逐年变化幅度不大，而田坪镇变化幅度最大，暴雨最少年份为0次，最多年份为7次，朱家场镇次之。

②全县在5—7月出现暴雨的频次较高，6月达到峰值，8月开始减少，而朱家场镇出现暴雨次数的峰值则是出现在7月，与其他乡镇均出现在6月有所差异。

③在所有暴雨天气过程中，小时雨强在0.1～9.9 mm之间所占百分比为86.96%，雨强在50～59.9 mm之间的最少，且短时强降水多出现在夜间。

④在致灾暴雨过程累计雨量中，分为持续性降水或平缓降水致灾、暴雨叠加致灾、短时强降水致灾。持续性降水致灾：当玉屏县境内出现连续4 d以上降水且累计雨量达到100 mm左右，或每小时10 mm左右持续降水5～9 h，将可能出现灾情。暴雨叠加分为空间叠加及时间叠加，如果本辖区2次暴雨间隔时间过短，目前确定间隔为1 d，将极易引发相关灾害；空间叠加为玉屏县中南部3 h出现50 mm降水叠加岑巩上游出现暴雨到大暴雨，玉屏县中南部将可能出现灾情。短时强降水致灾1 h阈值为20～40 mm，3 h阈值为40～60 mm。