姚延鋒 朱恩超 劉揚(yáng) 李悅 謝蕊

摘 ?要：利用1951—2010年天水市7個(gè)測(cè)站逐日降水實(shí)測(cè)資料，分析了近60年來該地暴雨的時(shí)空分布特征。結(jié)果表明：天水地區(qū)暴雨時(shí)間分布特征是20世紀(jì)60年代初至80年代末為暴雨的高發(fā)期，7月和8月是暴雨發(fā)生頻次較高的月份，分別占總次數(shù)的52.6%和29.8%;空間分布特征較為明顯，東部多于西部，清水、張家川等關(guān)山地區(qū)暴雨發(fā)生頻次高，暴雨發(fā)生的次數(shù)與地形地貌有密切關(guān)系;影響天水暴雨的主要天氣系統(tǒng)為副高外圍西南氣流型和高原低渦切變型。

關(guān)鍵詞：暴雨;時(shí)間分布;空間分布;天氣形勢(shì)

中圖分類號(hào)：P468.0+2 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?論文編號(hào)：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

長期以來，暴雨的成因都是人們研究的重點(diǎn)[1-13]，暴雨是天水市重要災(zāi)害性天氣之一，因暴洪幾乎每年都有不同程度的人畜傷亡，無論涉及范圍大小的暴雨均可造成災(zāi)害，特別是天水市溝壑縱橫，植被較差，黃土坡地，暴雨發(fā)生時(shí)不易下滲而形成徑流，往往造成山洪、泥石流等，崖塌溝餡，毀堤堵堰，甚至發(fā)生大面積滑坡曳莊等重大災(zāi)害，給人民群眾的日常生活和生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害和經(jīng)濟(jì)損失。

天水地處東經(jīng)104°35′—106°44′、北緯34°05′—35°10′，市內(nèi)海拔900～2700 m，暴雨集中出現(xiàn)在6—9月，之前對(duì)天水市暴雨的研究大部分是針對(duì)某次暴雨天氣過程或?qū)Φ湫捅┯晏鞖庑蝿?shì)場(chǎng)的分析，如夏子平將中國西北地區(qū)暴雨分為副高西北側(cè)西南氣流型、副高西側(cè)偏南氣流型、青藏高壓西北側(cè)西南氣流型等[14]，王隴等[15]將隴東南達(dá)到暴雨分為西高東低、平直或波動(dòng)和西低東高等3種，但對(duì)天水市暴雨的時(shí)空分布特征未進(jìn)行深入分析。本研究利用1951—2010年天水市7個(gè)測(cè)站逐日降水實(shí)測(cè)資料，重點(diǎn)分析了天水市暴雨的時(shí)空分布特征及與地形地貌的關(guān)系，分析總結(jié)出暴雨的氣候分布，對(duì)提高精細(xì)化暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)和氣象服務(wù)工作具有實(shí)質(zhì)性意義，以進(jìn)一步達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

1 ?資料說明

暴雨資料來源于天水市5縣2區(qū)7個(gè)觀測(cè)站1951—2010年逐日降水觀測(cè)，暴雨按照24 h降水量 ? ≥50 mm來統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)每月全市出現(xiàn)的總次數(shù)，并分別統(tǒng)計(jì)出60年間各站出現(xiàn)的暴雨次數(shù)和出現(xiàn)月份，并以5年和10年為間隔來分析暴雨出現(xiàn)的年際特征，統(tǒng)計(jì)5—10月各月暴雨發(fā)生的頻次來分析暴雨出現(xiàn)的月際特征;利用高空觀測(cè)資料來分析暴雨發(fā)生時(shí)的形勢(shì)場(chǎng)。

2 ?天水市暴雨時(shí)間分布特征

2.1 ?暴雨的月際變化

天水市地處西北地區(qū)東南部，暴雨的形成與副熱帶高壓的位置有密切的關(guān)系，4月份開始，隨著副熱帶高壓逐漸北移，其北側(cè)的暴雨帶也隨之北移;入秋以后，副熱帶高壓南退，極地冷空氣東移南下，暴雨隨之減少。

天水暴雨的季節(jié)性特征非常明顯，60年來暴雨最早出現(xiàn)在5月份，最晚結(jié)束在10月份，可見5—10月為天水暴雨期，長達(dá)6個(gè)月時(shí)間。60年來各月暴雨總次數(shù)分布圖（圖1）可以看出，5—10月各月暴雨分別占總次數(shù)的1.6%、10.0%、52.6%、29.8%、5.2%、0.8%，不難看出，暴雨集中出現(xiàn)在7—8月，尤其是7月份暴雨占全年的1/2。另外統(tǒng)計(jì)暴雨發(fā)生的日期，7月下旬是天水暴雨峰值時(shí)段，這與副熱帶高壓西北側(cè)的平均雨帶北移至西北地區(qū)東部有密切的關(guān)系，為暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽供應(yīng)。

2.2 ?暴雨的年際變化

天水市7個(gè)縣區(qū)氣象臺(tái)站1951—2010年共計(jì)出現(xiàn)暴雨119次，平均每年1.98次，分析逐年暴雨發(fā)生的次數(shù)發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性不強(qiáng)，以5年為間隔來分析暴雨發(fā)生的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)1961—1965、1981—1985年2個(gè)時(shí)段暴雨出現(xiàn)的次數(shù)最多，但仍難以發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性;以10年為間隔來分析暴雨發(fā)生的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)50年代暴雨次數(shù)較少，60年代至80年代暴雨次數(shù)最多，90年代再次減少，進(jìn)入21世紀(jì)處再次增多。

從圖2可以看出，暴雨的年際變化明顯，20世紀(jì)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，回歸系數(shù)為0.9406，可信度較高。

2.3 ?暴雨日數(shù)與年平均降水量關(guān)系

為進(jìn)一步研究暴雨發(fā)生日數(shù)的規(guī)律性特征，將天水各氣象站年平均降水量與暴雨發(fā)生日數(shù)進(jìn)行比較（表1），為使兩者數(shù)據(jù)便于比較，現(xiàn)將年平均降水量除以10再進(jìn)行比較。從圖3可以明顯看出，天水暴雨發(fā)生日數(shù)與年平均降水量有較好的對(duì)應(yīng)性關(guān)系，此傾向率通過了α=0.01的顯著性F檢驗(yàn)。清水、張家川年平均降水量較多，對(duì)應(yīng)的暴雨日數(shù)也是最多的。因此，在暴雨預(yù)報(bào)中，天氣形勢(shì)有利于出現(xiàn)暴雨時(shí)，清水、張家川出現(xiàn)暴雨的概率遠(yuǎn)大于其他縣區(qū)。

3 ?天水暴雨空間分布特征

3.1 ?暴雨發(fā)生次數(shù)的地域分布

天水地處副熱帶北緣和青藏高原東部邊坡地帶，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，氣候多變，由于深居內(nèi)陸遠(yuǎn)離海洋，大陸性季風(fēng)氣候特征明顯，屬溫帶半濕潤半干旱區(qū)[16]。按照氣候條件將天水劃分為3個(gè)區(qū)：渭北半干旱區(qū)（武山、甘谷、秦安）、河谷半干旱半濕潤區(qū)（秦州、麥積）、關(guān)山半濕潤區(qū)（清水、張家川）。分析天水市7個(gè)縣區(qū)氣象臺(tái)站1951—2010年60年的暴雨次數(shù)分布（圖4），可以看出暴雨次數(shù)分布有明顯的地域特點(diǎn)。

從地理位置來看（表1），自西向東依次為：武山、甘谷、秦安、秦州、麥積、清水和張家川，暴雨出現(xiàn)的次數(shù)依次為：7、10、15、19、19、25、24次。分析發(fā)現(xiàn)從渭北半干旱區(qū)到河谷半干旱半濕潤區(qū)經(jīng)度每增加0.1°，暴雨總次數(shù)增加1次;從河谷半干旱半濕潤區(qū)到關(guān)山半濕潤區(qū)經(jīng)度每增加0.1°，暴雨總次數(shù)增加2次。

60年來各氣象站暴雨發(fā)生的次數(shù)自西向東依次增多，清水和張家川的暴雨最多，平均2～3年出現(xiàn)1次。從圖2中不難看出，暴雨發(fā)生的總次數(shù)與各站的經(jīng)度具有明顯的線性關(guān)系：y=3.0357x+4.8571，回歸系數(shù)為0.9417，可信度較高。

3.2 ?暴雨與地形地貌的關(guān)系

暴雨的形成要滿足3個(gè)條件：充分的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和較長的持續(xù)時(shí)間[17-19，21-22]。分析天水地形地貌圖發(fā)現(xiàn)：秦州區(qū)和麥積區(qū)南部為小隴山林區(qū)，森林覆蓋率高，清水、張家川屬于關(guān)山林區(qū)，森林植被較好。林區(qū)的存在會(huì)造成暴雨場(chǎng)次相對(duì)較多，原因有3個(gè)：一是森林的強(qiáng)大蒸騰作用，增加了該地區(qū)上空的水汽;二是林區(qū)出現(xiàn)降水時(shí)，一部分被樹冠攔截，停留在枝葉上，即可直接蒸發(fā)到空氣中，再次補(bǔ)充了林區(qū)上空的水汽;三是森林是空氣流動(dòng)的障礙，平流的空氣向林區(qū)移動(dòng)時(shí)，受到起伏不平的樹冠影響，就會(huì)在動(dòng)力作用下被迫抬升，垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，因此造成關(guān)山地區(qū)和河谷川區(qū)暴雨場(chǎng)次多于渭北縣區(qū)。

天水拔海高度自西向東呈“U”形分布（圖4），渭北區(qū)（武山、甘谷、秦安）拔海高度高于河谷區(qū)（秦州、麥積），關(guān)山區(qū)（清水、張家川）拔海高度又高于渭北區(qū)和河谷區(qū)。地形對(duì)降水有2個(gè)作用：一是動(dòng)力作用，二是云物理作用[17]，由于地形強(qiáng)迫抬升而引起的地面垂直速度為：w0=v0×h，由上式可見，當(dāng)山的坡度愈大，地面垂直運(yùn)動(dòng)愈強(qiáng)[20]。天水暴雨的水汽來源主要是孟加拉灣，依靠副高外圍的西南氣流輸送[9]，由于地形的原因，底層的西南暖濕氣流從天水西南部進(jìn)入后，受渭北區(qū)海拔較高的影響，改變路徑，向河谷區(qū)和關(guān)山區(qū)輸送，造成該地區(qū)的水汽供應(yīng)比渭北區(qū)充足;由于關(guān)山區(qū)海拔高度高于河谷區(qū)，氣流進(jìn)入天水后在地形的抬升作用下處于爬坡階段，垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，降水強(qiáng)度增大，暴雨出現(xiàn)的場(chǎng)次也較多。

以上地形原因造成天水暴雨日數(shù)出現(xiàn)關(guān)山區(qū)多于河谷區(qū)，河谷區(qū)多于渭北區(qū)。

4 ?天水暴雨的天氣形勢(shì)分析

4.1 ?副高外圍西南氣流型

副熱帶高壓是向中國大陸輸送水汽的重要系統(tǒng)，尤其在夏季，孟加拉灣水汽沿副高外圍輸送至西北側(cè)與中緯度南下的冷空氣交綏，往往會(huì)造成該區(qū)域的暴雨[11-13]。分析天水地區(qū)出現(xiàn)的暴雨個(gè)例發(fā)現(xiàn)，副高的位置與暴雨的形成有密切的關(guān)系，副高西伸北抬和南退減弱是天水7月和8月出現(xiàn)暴雨的2種典型形勢(shì)。一般情況下，副高588線位于四川南部至河南一帶，584線位于四川北部至陜西寶雞一帶，配合天水地區(qū)上游有冷空氣下滑，往往造成該地區(qū)出現(xiàn)暴雨。

2013年6月20日天水出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，東部4個(gè)縣區(qū)降水量突破歷史極值，6月19日20：00副高外圍的584線位于四川北部至陜西寶雞一帶，其外圍的暖濕氣流源源不斷地輸送到隴東南地區(qū)，同時(shí)700 HPa上蘭州至青海東部有一切變線，隨著切變線的東移南下和584線的南退，造成了19日夜間隴東南出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨。

4.2 ?高原低渦切變型

造成天水地區(qū)出現(xiàn)暴雨的另外一種天氣形勢(shì)為高原低渦型，多發(fā)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時(shí)段。此種類型的典型形勢(shì)場(chǎng)為：西藏北部至青海中部形成一低渦，并不斷東移，低渦東南部的西南氣流將孟加拉灣水汽輸送至隴東南地區(qū)，同時(shí)天水地區(qū)北部有明顯的冷平流配合。

5 ?結(jié)論

分析近60年暴雨發(fā)生的場(chǎng)次發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)60年代初至80年代末為暴雨的高發(fā)期。分析5—10月暴雨發(fā)生的次數(shù)發(fā)現(xiàn)，天水地區(qū)的暴雨主要發(fā)生在7月和8月，分別占總次數(shù)的52.6%和29.8%。

暴雨發(fā)生的總次數(shù)與各氣象站的經(jīng)度具有明顯的線性關(guān)系，從渭北半干旱區(qū)到河谷半干旱半濕潤區(qū)經(jīng)度每增加0.1°，暴雨總次數(shù)增加1次;從河谷半干旱半濕潤區(qū)到關(guān)山半濕潤區(qū)經(jīng)度每增加0.1°，暴雨總次數(shù)增加2次。

天水地區(qū)暴雨發(fā)生概率自西向東逐漸增大，這與特殊的地形地貌特征有關(guān)，一是林區(qū)的存在，二是拔海高度的差異。

天水地區(qū)的暴雨主要有2種形勢(shì)場(chǎng)，一是副高外圍西南氣流型，二是高原低渦切變型。

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