FAST周边2010—2020年暴雨特征分析

苟 杨，宋彦棠，谢亚玲,顾 欣

(1.贵州省黔南布依族苗族自治州气象局，贵州 都匀 558000；2.贵州省黔东南苗族侗族自治州气象局，贵州 凯里 556000)

0 引言

世界最大单口径球面射电望远镜“中国天眼”(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，以下简称FAST)坐落在贵州省黔南州平塘县克度镇一处喀斯特洼地中，是世界上规模最大、最灵敏的巨型射电望远镜，已被列入中国九大科技基础设施之一。FAST肩负着搜寻与发现射电脉冲星、巡视宇宙中的中性氢、探测星际分子、搜寻星际通讯信号等科学目标[1-2]。自投入运行以来，FAST附近发生过多起由暴雨引起的山体崩塌。FAST一带为典型的喀斯特地貌，山体高耸直立，有很多大于60°～70°的陡峻山坡,暴雨之后山体高处的岩块较易发生突然崩塌。FAST核心区与周围山体距离不到10 m，暴雨衍生的岩崩对FAST的安全运行构成一定威胁，故本文对FAST周边暴雨的发生时间和强度等特征进行基本分析，以期为FAST的暴雨气象保障服务提供初步的科学依据。

1 资料和方法

采用2010—2020年FAST周边最近的克度、塘边、董架3个区域自动站的降水量资料，主要包括20—20时降水量、08—08时降水量、逐小时降水量。资料来自CIMISS数据库，并经过严格的质量控制。利用统计学方法分析FAST周边暴雨的发生规律，其中20时或08时统计出暴雨的，计为当日发生暴雨，20时和08时均统计出暴雨的，按雨量较大者计。

2 结果与分析

2.1 FAST周边暴雨概述

逐一分析2010—2020年FAST周边克度、塘边、董架(以下分析中3站均指按此顺序排列)3个区域自动站的日降水量，统计得出2010—2020年FAST周边各站共发生暴雨43～47次，发生大暴雨5～7次，3站同天发生暴雨20次，每年发生1～4次，平均每年发生2次左右。其中，3站在2014年7月3日同天发生大暴雨1次，雨量分别为205.1 mm、167.7 mm、139.9 mm。3站平均雨量达100 mm的情况有6次，分别发生在2011年5月11日、2014年5月21日、2014年7月4日、2019年6月6日、2020年6月8日、2020年9月17日(表1)。

单独分析克度、塘边、董架3站的暴雨过程可以发现(表2)，2010—2020年FAST周边3站年平均每年发生暴雨4次左右，以东南面的董架最多。对同一个地方，多次暴雨发生时间间隔越短，发生地质灾害的可能性越大，统计FAST周边各站2次暴雨的间隔时间发现，各站2次暴雨间隔时间在7 d以内的情况并不频发，每年发生0.5～0.6次。各站2次暴雨发生的间隔时间最短为1～2 d，最短间隔的2次暴雨累计雨量为110.6～150.2 mm，1周内2次暴雨累计雨量最大为212.9～308.5 mm。各站连续3次暴雨发生的最短时间在11～13 d，近11 a 1个月内发生3次暴雨4～6次。各站1 d最大雨量为149.0～205.1 mm。

表1 2010—2020年FAST周边3站同天发生暴雨过程统计表(单位：mm)Tab.1 Statistics of heavy rains occurring in the same day at three stations around FAST from 2010 to 2020(unit:mm)

表2 2010—2020年FAST周边3站暴雨统计表Tab.2 The rainstorm statistics of three stations around FAST from 2010 to 2020

FAST周边暴雨雨量在50.9～205.1 mm之间，从周边3站2010—2020年暴雨雨量分布图(图略)可以看出，FAST周边最易发生的暴雨雨量是50.0～99.9 mm，占86.7%。大暴雨以上降水(≥100 mm)发生的概率为13.3%，发生了18站次，其中100.0～149.9 mm占11.1%，150.0～199.9 mm占1.5%，特大暴雨(≥200 mm)发生1次，占0.7%，发生在2014年7月4日FAST东北面克度站。

2.2 FAST周边暴雨月际分布

从2010—2020年FAST周边暴雨次数的月际分布图(图1)可以看出，FAST周边暴雨主要发生在夏秋季，但在不易发生暴雨的冬季也有过暴雨发生(2019年1月8日克度站)。逐月发生频次呈双峰型分布，在6月达到峰值，在9月有1个小峰值。其中，FAST周边暴雨最易发生的月份是6月，其次是7月和9月。此外，FAST周边大暴雨主要发生在5月、6月，分别发生8站次、6站次大暴雨，特大暴雨发生在7月(图略)。

图1 2010—2020年FAST周边暴雨次数的月际分布图Fig.1 Inter-monthly distribution of heavy rain around FAST from 2010 to 2020

2.3 FAST周边暴雨小时分布

一般情况下，我们将每小时降水量≥20 mm的降水现象定义为短时强降水。FAST周边各站暴雨中出现短时强降水的过程有32～34次，占70%～74%。研究发现，采用20 mm·h-1标准来统计FAST周边暴雨的发生时间有些不妥。以克度站为例，2020年9月16日04—08时中，05时降水量为13 mm，其余各时次降雨量>20 mm，若只统计20 mm·h-1以上小时降水，则会认为05时暴雨有间断，与事实不符。2014年7月3日，凌晨以后较强降水从02时一直持续到06时，若用20 mm·h-1统计，则会认为较强降水是从03时持续到05时。外加FAST台站对10 mm·h-1以上小时降水有气象决策服务需求。所以，本文将≥10 mm·h-1的降水作为FAST暴雨发生的主要贡献者。统计分析2010—2020年FAST周边各站各次暴雨过程中逐小时雨量发现，主要贡献者易出现在22—次日06时。23时出现27次，00时、01时、02时、03时、04时、05时出现24～25次，22时、06时出现15～18次，10—20时出现0～6次，其余时段出现9～14次(见表3)。

表3 FAST周边暴雨过程小时雨强≥10 mm时间分布(单位：次)Tab.3 Time distribution of hourly rain intensity ≥10 mm during heavy rain around FAST(unit:times)

总的来说，FAST周边暴雨在夜间至清晨(22—06时)最易发生，在上午至午后(07—13时)和傍晚至刚入夜(18—21时)较易发生，下午(14—17时)不易发生。这是由于FAST周边的暴雨主要有2个水汽源地，一个是孟加拉湾，另一个是南海和东海，其中以越过中南半岛、经云南到达的西南暖湿气流输送最为重要，在暴雨发生前12 h或24 h西南低空急流开始建立，夜间急流加强，输送的低层水汽和不稳定能量加强，所以FAST周边暴雨的发生更易出现在夜间。

大多数情况下，FAST周边1次暴雨天气过程总会有主要贡献者，这样的情况占近11 a暴雨总数的88.2%，即FAST周边大多数情况下暴雨是对流性或混合性降雨。68%的情况下，1次暴雨过程有1～2个主要贡献者，这其中又以2个主要贡献者的情况最多，占46%。28%的暴雨过程有3～4个主要贡献者，有5个以上主要贡献者的情况有6次。塘边暴雨的主要贡献者最多为6个，出现了1次；董架暴雨的主要贡献者最多为5个，出现了1次；克度暴雨的主要贡献者最多为7个，出现了2次。

拥有2个主要贡献者的暴雨过程中，76%的过程主要贡献者是连续出现的。拥有3个主要贡献者的暴雨过程中，59%的过程主要贡献者是连续出现的。拥有4个主要贡献者的暴雨过程中，42%的过程主要贡献者是连续出现的。所有拥有5个及以上主要贡献者的暴雨过程中，主要贡献者都是间断出现的，但最长连续出现的时间有5 h，出现在2014年7月3日和2020年9月16日克度站、 2019年6月9日塘边站。有间断出现的31次暴雨过程中，27次过程间断1次，间隔时间为1～17 h，4次过程间断2次，间隔时间为1～6 h。

主要贡献者的小时雨强在10～66.1 mm之间，51%在10.0～19.9 mm，23%在20.0～29.9 mm，13%在30.0～39.9 mm，6%在40.0～49.9 mm，4%在50.0～59.9 mm，2%在60 mm及以上。1 h降暴雨的情况有17站次，雨急量大，总降水量多在80 mm以上。60 mm以上的6次分别出现在2015年5月20日00时塘边62.8 mm和01时克度61.5 mm、2012年4月28日00时克度62.2 mm、2010年7月30日00时董架66.1 mm、2014年5月21日03时董架65 mm、2018年5月12日03时董架64.6 mm。这6次拥有60 mm以上雨强的暴雨过程中，2015年5月20日持续1 h，2010年7月30日、2014年5月21日持续4 h，其余2次持续了2 h。

表4 FAST周边暴雨发生时段统计Tab.4 Statistics of heavy rain occurrence period around FAST

综合以上分析，FAST周边暴雨持续时间总体较短，多数情况为1～2 h，但也有长达7 h的暴雨发生，且一般持续时间越长，降水量越大，暴雨雨量和暴雨发生时长呈相关系数为0.836的正相关关系。这个结论和暴雨发生条件是吻合的。暴雨发生条件中，除了较强的上升运动和水汽输送外，还有一点是较长的持续时间，而持续几个小时的较强降水，通常情况下都有“列车效应”伴随，不断有对流云团生成并经过暴雨区[3]。FAST周边最长连续较强降水时间为5 h，所有拥有5个及以上主要贡献者的暴雨过程都是间断出现的。

3 结论与讨论

① 2010—2020年FAST周边3站平均每年各发生暴雨4次左右、发生大暴雨1次左右，平均每年同天发生暴雨2次左右。各站2次暴雨发生的间隔时间最短为1～2 d，最短间隔的2次暴雨累计雨量为110.6～150.2 mm，1周内2次暴雨累计雨量最大为212.9～308.5 mm。

②FAST周边最易发生的暴雨雨量是50～100 mm，占86.7%。近11 a最大的雨量为2014年7月4日FAST东北面克度站205.1 mm。

③FAST周边暴雨主要发生在夏秋季，在不易发生暴雨的冬季也有过暴雨发生(2019年1月8日克度站)。最易发生的月份是6月，最易发生的时段是夜间至清晨(22时—06时)。

④FAST周边暴雨持续时间总体较短，多数情况为1～2 h，但也有长达7 h的暴雨发生，1 h降暴雨的情况有17站次，雨急量大，总降水量多在80 mm以上。

由于降水在空间上是不连续的，本文使用包围着FAST距离最近的3个站点的降水资料，与FAST台址点的降雨存在一定差异，若在FAST台址设立了自动站，可利用单站资料再次进一步研究。