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      伊春中小河流強(qiáng)降水引發(fā)山洪預(yù)警指標(biāo)研究

      2022-08-07 11:04:36白俊杰楊曉宇王華昕
      黑龍江氣象 2022年2期
      關(guān)鍵詞:伊春市伊春山洪

      曲 哲,袁 園,白俊杰,楊曉宇,王華昕

      (1.伊春市氣象局,黑龍江 伊春 153000;2.湯旺縣氣象局,黑龍江 湯旺 153037;3.黑河市氣象局,黑龍江 黑河 164300)

      1 引言

      我國幅員遼闊,流域面積100-1000 km2的中小河流有5萬多條,覆蓋了85%的城鎮(zhèn)及廣大農(nóng)村地區(qū)。全球氣候變化背景下,洪澇是影響我國最為明顯的氣象災(zāi)害之一,20世紀(jì)90年代以來我國暴雨洪澇災(zāi)害頻次和強(qiáng)度明顯增加[1-2],特別是我國中小河流防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低,大部分中小河流站網(wǎng)稀疏,缺少必要的應(yīng)急監(jiān)測手段,預(yù)報(bào)方案不健全,加上中小河流源短流急,洪水具有強(qiáng)度大、歷時(shí)短、難預(yù)報(bào)、難預(yù)防的特點(diǎn),中小河流水災(zāi)頻發(fā),洪災(zāi)損失嚴(yán)重,是造成人員傷亡的主要災(zāi)種[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì),一般年份中小河流的水災(zāi)損失占全國水災(zāi)總損失的70%-80%,近10 a水災(zāi)造成的人員死亡中有2/3以上發(fā)生在中小河流。可見中小河流山洪預(yù)報(bào)預(yù)警是一項(xiàng)迫在眉睫、刻不容緩的工作。根據(jù)致災(zāi)臨界雨量閾值確定流域預(yù)報(bào)預(yù)警氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)[4-5],可為防御中小河流域暴雨洪澇贏得寶貴時(shí)間。

      小興安嶺山脈,系西北至東南走向,南北長約450 km,東西約210 km,面積約77725 km2,60%的區(qū)域在伊春市境內(nèi)。小興安嶺屬于低山丘陵山地,區(qū)域內(nèi)溝谷密布、水系發(fā)達(dá),大小河流702條,總蓄水量102億m3。森林茂密,屬針闊葉混交林,森林覆被率82.2%。伊春市大部分城鎮(zhèn)村屯沿河分布。伊春市境內(nèi)有四大河流,分別是黑龍江、呼蘭河、湯旺河和巴蘭河,其中湯旺河貫穿于伊春市全境內(nèi),據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),境內(nèi)流域面積在50 km2以上的河流203條左右,面積在200-3000 km2的河流57條左右。伊春每年的6-8月,降水比較集中,南部的朗鄉(xiāng)和中部的五營是兩個強(qiáng)降水中心。夏季降水強(qiáng)度大、前期有較長時(shí)段的降水時(shí),容易造成地表植被水份過飽和,由于丘陵山地的陡坡效應(yīng),地表很快會形成徑流,快速匯聚到低洼的溝底河中,形成中小河流山洪。洪水會對河流沿岸居民的生命財(cái)產(chǎn)、道路、橋梁、涵洞、河中漂流等,造成了很大的危害[6-7]。

      近幾年來,通過山洪項(xiàng)目的建設(shè),沿河流有針對性的進(jìn)行了密集布點(diǎn),增加了自動觀測雨量站數(shù)量,為小尺度時(shí)空分析中小河流山洪與降水落區(qū)、降水強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)提供了數(shù)據(jù)支持。目前,黑龍江省已實(shí)現(xiàn)了5 km×5 km格點(diǎn)的降水量精細(xì)化預(yù)報(bào),并將逐漸提升格點(diǎn)的空間分辨率到1 km×1 km,使針對某條中小河流山洪的提前預(yù)警成為了可能。本文基于伊春市近10 a(2011-2020年)中小河流山洪災(zāi)害資料和對應(yīng)的暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水資料,通過雨量統(tǒng)計(jì)和天氣形勢分析,分析高空地面配置條件產(chǎn)生降水而引發(fā)中小河流山洪的可能性,確定山洪預(yù)警面雨量閾值指標(biāo),建立山洪預(yù)警流程,以期為山洪災(zāi)害的防治提供科學(xué)的氣象服務(wù)。

      2 資料和方法

      2.1 研究資料

      本研究中使用的資料為2011-2020年6-8月洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)和氣象觀測數(shù)據(jù)。其中,伊春地區(qū)因暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的洪澇災(zāi)害以及產(chǎn)生的相應(yīng)損失資料,來自伊春市應(yīng)急局減災(zāi)科及伊春市防汛抗旱指揮部;伊春市境內(nèi)各中小河流流域信息及水文水位數(shù)據(jù),來自水文水資源中心;氣象觀測數(shù)據(jù)來自伊春市5個國家站、16個區(qū)域自動站、部分水文站,及Micaps的常規(guī)高空、地面觀測數(shù)據(jù)。

      2.2 研究方法

      通過個例分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法,分析中小河流山洪災(zāi)害發(fā)生的氣候背景、氣候特征,山洪、洪水災(zāi)害發(fā)生區(qū)域和相對應(yīng)的降水時(shí)段,降水強(qiáng)度,降水落區(qū),分別分析降水過程的高空、地面、降水閾值配置情況,主要是高空環(huán)流、高空槽位置和強(qiáng)度、地面低壓位置強(qiáng)度。

      3 研究結(jié)果

      3.1 伊春中小河流強(qiáng)降水引發(fā)山洪的天氣形勢分型

      對伊春市近10 a發(fā)生的18次洪澇災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,將伊春中小河流強(qiáng)降水引發(fā)山洪的天氣形勢歸為以下三種:副高北抬阻擋低渦東移型、高空槽配合地面低壓型、低渦配合地面低壓型。

      (1)副高北抬阻擋低渦東移型(圖1)。副高北抬,與黑龍江東部的高壓脊疊加形成高壓壩,阻擋高空槽或渦向東移動,使其穩(wěn)定少動,持續(xù)影響伊春地區(qū)。沿副高邊緣南來的暖濕空氣與槽后冷空氣交匯,為降水提供充足的水汽、熱力和動力條件;同時(shí)地面存在低壓系統(tǒng),使動力抬升增強(qiáng)。高低空系統(tǒng)的耦合,非常有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水,發(fā)生洪澇災(zāi)害。

      圖1 副高北抬阻擋低渦東移型形勢場

      (2)高空槽配合地面低壓型(圖2)。高空存在低壓槽,伊春地區(qū)位于低壓槽前,槽后有冷空氣南下,和北上的暖空氣交匯,形成不穩(wěn)定層結(jié),有利于強(qiáng)對流的產(chǎn)生,從而有利于產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水。同時(shí)槽移動緩慢,對伊春地區(qū)產(chǎn)生影響時(shí)間較長,導(dǎo)致降水時(shí)間長,累計(jì)雨量大。配合穩(wěn)定的地面低壓系統(tǒng),給伊春帶來大量降水,造成洪澇災(zāi)害。

      圖2 高空槽配合地面低壓型形勢場

      (3)低渦配合地面低壓型(圖3)。當(dāng)?shù)蜏u穩(wěn)定少動,伊春位于低渦前部,低渦持續(xù)較長,導(dǎo)致伊春地區(qū)降水時(shí)間長,累計(jì)雨量大;當(dāng)?shù)蜏u移動較快時(shí),隨著低渦過境,切變線經(jīng)過伊春,給伊春帶來較強(qiáng)降水,配合穩(wěn)定的地面低壓,會給伊春地區(qū)造成大量降水。當(dāng)?shù)蜏u東移減弱成槽時(shí),伊春位于高空槽前,受低渦過境和槽的兩次影響,使得伊春地區(qū)降水時(shí)間較長,造成大量降水,發(fā)生洪澇災(zāi)害。

      圖3 低渦配合地面低壓型形勢場

      3.2 伊春易發(fā)山洪的降水面雨量預(yù)警閾值指標(biāo)

      統(tǒng)計(jì)伊春市近10 a發(fā)生的18次洪澇災(zāi)害發(fā)現(xiàn),造成伊春地區(qū)中小河流山洪災(zāi)害的2種情況:一種是由短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的山洪,其特點(diǎn)是小時(shí)雨強(qiáng)大,并持續(xù)幾個小時(shí);一種是由天氣系統(tǒng)帶來的較大雨量引起的山洪,其特點(diǎn)是天氣形勢非常有利于降水,累計(jì)雨量大。由此得到伊春同一區(qū)域易發(fā)山洪的降水面雨量預(yù)警閾值指標(biāo)(表1)。

      表1 伊春同一區(qū)域易發(fā)山洪的降水面雨量預(yù)警閾值指標(biāo)

      4 山洪預(yù)警流程

      根據(jù)上述研究成果,建立伊春中小河流強(qiáng)降水引發(fā)的山洪預(yù)警技術(shù)流程(圖4)?;舅悸窞椋紫仍谏胶楦甙l(fā)季節(jié)(6-8月),根據(jù)數(shù)值預(yù)報(bào)形式場結(jié)果,如果符合上述三種天氣形勢,則考慮系統(tǒng)影響伊春的持續(xù)時(shí)間。之后關(guān)注有利于強(qiáng)降水發(fā)生的動力、水汽和熱力條件,對數(shù)值模式的降水預(yù)報(bào)進(jìn)行合理訂正,判斷累計(jì)降雨量是否滿足表1中雨量閾值;到短時(shí)臨近時(shí)段,利用衛(wèi)星、雷達(dá)資料,判斷小時(shí)雨強(qiáng)是否會達(dá)到表1中雨強(qiáng)閾值,如果預(yù)報(bào)累計(jì)降水量或小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到預(yù)警閾值,則立即發(fā)布預(yù)警信號,并在文字中描述可能受到山洪影響的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

      圖4 伊春中小河流強(qiáng)降水引發(fā)的山洪預(yù)警流程圖

      5 結(jié)論與討論

      基于伊春市近10 a(2011-2020年)中小河流山洪災(zāi)害和對應(yīng)的暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水資料,將伊春中小河流強(qiáng)降水引發(fā)山洪的天氣形勢歸為以下三種:副高北抬阻擋低渦東移型、高空槽配合地面低壓型和低渦配合地面低壓型。通過雨量統(tǒng)計(jì),得出6-8月伊春易發(fā)山洪的降水面雨量閾值,并建立了伊春市山洪預(yù)警流程。

      伊春市地處山區(qū),極易發(fā)生由局地暴雨引發(fā)的山洪災(zāi)害。其主要特點(diǎn)是雨量強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)、來勢猛、成災(zāi)快、破壞性大,預(yù)測、預(yù)報(bào)和預(yù)防難度大,極易造成人員傷亡。目前,伊春市應(yīng)急局剛剛成立,防汛抗旱指揮部與水務(wù)局人員調(diào)整,整個系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)磨合剛剛開始,全市應(yīng)急方面防御山洪爆發(fā)和大洪水的經(jīng)驗(yàn)不足,且缺少專業(yè)人員,運(yùn)行管理工作還有待加強(qiáng)。同時(shí),伊春市山洪易發(fā)區(qū)多,還需增加監(jiān)測預(yù)警站點(diǎn)數(shù)量,提高覆蓋率。雨量預(yù)警臨界值設(shè)置還需要按不同地點(diǎn)、前期不同降雨程度、不同土壤含水率等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,技術(shù)支撐力量明顯不足。本文中沒有考慮地形和前期降水影響,并且由于環(huán)境等多方面原因受限,沒有研究5月和9月的面雨量預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)。未來將對地形因素和前期降水因素綜合考慮下的面雨量預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行研究,增加樣本跨度與數(shù)量,找出5月和9月面雨量預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)。與水利等部門深一步溝通,針對面雨量閾值分級統(tǒng)計(jì)總結(jié)不同程度山洪預(yù)警指標(biāo),并進(jìn)一步建立完善相應(yīng)程度的山洪預(yù)警。

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