三穗汛期强降水特征及地形影响分析

2022-07-26杨再禹谢佳豪

中低纬山地气象 2022年3期

杨平，杨再禹，谢佳豪

(贵州省三穗县气象局，贵州三穗 556500)

0 引言

强降水是三穗汛期较常出现的一种强对流天气现象，也是三穗较易发生的灾害性天气之一。在汛期，强降水常诱发局地山洪、滑坡、崩塌等地质灾害，造成人民生命和财产的重大损失。卞赟、代瑞华、夏兆林等[1-3]对于不同灾害易发区、大小流域区域和地质灾害点的短时强降水分时间、分量级开展针对性气象服务，都有较好的成效，所以对区域性强降水的分析和服务非常有必要。

三穗致灾强降水的发生与当地特殊地形影响也有密切关系，特殊地形对强降水过程生成和发展的影响值得深入研究，许多气象工作者在研究强降水时都不同程度地指出了地形对强降水的作用。从大的环流形式来看，夏季，贵州主要受西南季风环流控制及太平洋副高边缘的东南风气流影响[4]，这些天气系统受到贵州复杂地形影响后，往往促发小的扰动，产生局地性较强的强降水。三穗区域面积较小，影响环流形式的大背景基本一致，单从大尺度天气系统和大气环境不能完全解释为何会出现降水差异。研究表明强降水与地形存在着密切联系[5-8]。三穗气象工作者对三穗地区的降水研究[9-10]表明，三穗特殊的地理位置和地形特点有利于强降水天气的形成和发展，汛期降水日数周期在11 d左右。特殊地理位置和地形特点使得三穗强降水存在较大差异。本文就三穗近11 a降水资料进行分析，旨在研究地形如何作用于区域性强降水，提高预报服务能力，一定程度上减少因强降水天气而造成的各类损失。

1 资料与方法

三穗各乡镇自2009年5月起均建立了两要素以上的气象观测站，故利用2010—2020年9个乡镇气象观测站降水资料。结合三穗地形特征，运用对比分析方法，对三穗汛期强降水天气时空分布特征以及地形作用进行分析，找出它们之间的联系。

2 三穗地形分布及站点分布

三穗位于云贵高原向湘西丘陵及广西盆地过渡的斜坡面上，在108°32′～109°04′E、26°47′～27°04′N之间。县境内地貌类型多样，低山、丘陵、河谷交错，呈四周高、中心低、南部高于北部的分布特征。最高峰南部老山坡(海拔1470 m)比北部坪茶大坡脚河流出境处(450 m)高1020 m。气象观测站最低高度为519 m，代表站桐林；最高高度为760 m，代表站良上，高差为251 m。三穗地形作用明显，河谷地带，向西开口呈现喇叭状地形；南部老山坡等较高山有利于西南气流辐合抬升，对自西向东移动的天气系统有阻挡和抬升作用，使其在山脉西南侧停滞时间较长，造成连续降水，对强降水有较明显的增幅作用。

3 三穗近11 a强降水特征分析

3.1 时间分布特征

从图1a可以看出，近11 a来，三穗降水丰沛，年平均降水量为1234 mm，其中2015年最多，达到1335 mm，2011年最少，仅890 mm；11 a间年降水量呈现小幅度波动变化，有逐渐增多的微弱趋势，除个别乡镇降水量存在较大差异之外，大部分乡镇降水量表现出同增同减的一致性。通过统计分析11 a日降水量≥50 mm降水累计次数的月变化(图1b)，强降水逐月分布次数呈双峰状，从4月开始发生，6月达到最大后开始逐渐减小，9月又出现次高峰，最晚出现在12月。其中11月—次年3月仅12月出现过2次强降水，说明冬季发生强降水的可能性较小。三穗强降水主要发生在4—10月，同时5—9月也是三穗的主汛期，占全年强降水发生总次数的86.7%。其中，6月最多，占总数的30.6%，主要是由于6月正值江淮梅雨期，副高波动北抬，三穗处于副热带高压边缘控制，高温高湿，能量条件良好和水汽条件充沛，经常处于对流性不稳定层结中，当有冷空气南下与南支槽暖湿气流交汇于三穗附近时，将促使能量释放，极易形成高强度的短时强降水天气；其次是9月，占总数的20%。从24 h内各阶段累计降水量及达到时间可以看出(图1c)，三穗强降水多易出现在早晨前后以及午后至傍晚，一天中00—01时(北京时间，下同)、06—08时、14—15时及17—19 时发生强降水的频率最高。整体上看，累计雨量30～50 mm次数有25次，占总数的25.7%；50～80 mm次数有49次，占总数的50.5%；80～100 mm次数有13次，占总数的13.4%；累计雨量≥100 mm次数有10次，占总数的10.4%；其中最大累计次数，出现在15时。从累计雨量分布来看，累计雨量≥50 mm的强降水多发生在早上、午后和傍晚，其他时段也偶有发生；而累计雨量≥100 mm强降水多出现在午后和凌晨，这也是强对流天气的多发时段。

图1 2010—2020年三穗各乡镇逐年降水量(a)、日降水量50 mm及以上累计次数月变化(b)、强降水不同时段出现次数(c)

3.2 空间分布特征

近11 a三穗降水资料可以看出，各乡镇年平均降水量均大于1200 mm(表1)。其中，滚马乡达到1449.2 mm为全县最多；分析2010—2020年4—10月累计平均降水量、日最大降水量、日降水量≥25 mm的分布图(图略)可知，各乡镇日降水量≥25 mm的日数均大于120 d以上，且强降水主体多发生于县南部；各乡镇日最大降水量均大于80 mm以上，最大为台烈167.3 mm，其次为良上142 mm，均分布在县南部；最小为城区93.1 mm，位于县中北部。从表1可知，三穗年平均降水量大值、日降水最大值和日降水量≥25 mm日数等大值中心基本吻合。由此可见，三穗降水量较丰富且强降水主要集中在南部，高值主要集中在台烈和良上2个乡镇，而且小雨量值分布和日雨量极值的分布与地形变化都呈现良好的对应关系，尤其暴雨日数分布差异明显。偏西偏南气流影响三穗时，西南部老山坡是迎风坡，造成强降水在西南部较北部停留时间长，证实了西南部地形较高对三穗降水产生较大增幅作用。

表1 三穗2010—2020年平均降水、4—10月累计平均降水量、日最大降水量、年平均日降水量≥0.1mm日数、≥25mm日数、≥50mm日数

综上分析，三穗降水有以下特征：①三穗雨量充沛，年平均降水量1234 mm，但分布不均，强降水主要集中在南部；结合地形分布来看，南部地形较高与强降水大值区分布基本吻合，降水不同量级分布都呈现南部、西部较北部、东部偏多，降水分布与地形分布存在一致性，表明地形在一定程度上影响强降水的分布。②强降水主要集中在汛期(4—9月)时段，降水量具有夏多冬少的特点，以6月最多，总降水量趋于逐年微弱递增的趋势；无论年平均降水、4—10月历史同期降水量或是一日最大降水量，西南部一带都是大值区。年雨量大值中心在滚马、台烈、良上，雨日高达191.5 d、 187.7 d、188.6 d，均大于中部和东部，大雨和暴雨最大频数中心也都在良上，年平均为 13.8 d和3.5 d。

4 地形对降水的作用

三穗地形复杂，尤其是南部高，四面环山，中部最低，非常有利于中小尺度扰动产生。在汛期，三穗大部分强降水主要由偏东偏北冷空气，与来自西南的暖湿不稳定气流自西向东移动时交汇产生，由于县西南部较高，其中一部分气流被迫抬升，产生上升运动，在迎风坡产生位势不稳定层结，并在大尺度的运动系统中，叠加中小尺度扰动产生，容易产生局地强降水，使得降水分布中小尺度扰动产生不均。局部地形对降水的影响主要是强迫抬升阻挡停滞作用和辐合作用。

汛期影响三穗的冷空气主要有3条路径：西北路径、偏北路径、东北路径。当冷空气与西南的暖湿不稳定气流自西向东移动相结合时，雨带多从偏西北、偏西、西南等方向进入三穗，但地形的影响导致降水呈不同的分布。下面从降水强度和过程时长2个方面对降水不同路径的特征展开分析。

①降水强度。西北方向：冷暖空气交汇呈西北向，形成西北—东南向的雨带，三穗最先受影响的是滚马，如表1所示总降水量西部大于东部，北部大于南部，最强小时雨强出现在西部和北部；偏西方向：冷暖空气交汇呈准南北方向，形成准南—北向的雨带，从自西向东移动，最先受影响的是滚马、台烈，如表2所示总降水量西部大于东部，北部大于南部，最强小时雨强出现在西部；西南方向：冷暖空气交汇呈西北—东南方向，形成西南—东北的雨带，最先受影响的是台烈—良上一线，如表3所示总降水量西南部最大，最强小时雨强出现在西南部，且出现的最大小时雨强和最大强降水总量都在良上—台烈—滚马一带。

表2 降水路径为偏西北方向时三穗降水情况(单位：mm)

表3 降水路径为偏西方向时三穗降水情况(单位：mm)

表4 降水路径为西南方向时三穗降水情况(单位：mm)

②过程时长。表2～4看出，不同路径的降水分布确有明显的不同，而且过程持续时间不论是短时降水还是8 h以上较长降水，均呈现出地势偏高的台烈、良上、滚马持续时间较长。在偏西北路径,短时降水和较长降水西部与中部过程时长分别最大差2 h；偏西路径和偏西南路径时长最大差均分别是2 h和4 h，同时不同路径的过程时长最小时长差都是1 h左右。可见西部南部较中部过程持续多1～2 h以上，持续较长地区与小时雨量极值出现的落区也基本吻合, 明显看出在地形的作用下，过程雨量、小时极值、时间都呈现出明显差别。

综上所述，不论冷空气和西南空气如何交汇，雨带均是从县西部进入并影响三穗。在表2～4中均可以看出，西南部较高，使得交汇气流在西南部停留时间较长，导致西南部更容易出现强降水天气过程，且降水量级往往更大。