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      FAST周邊2010—2020年暴雨特征分析

      2022-09-29 12:12:46宋彥棠謝亞玲
      中低緯山地氣象 2022年4期
      關(guān)鍵詞:貢獻(xiàn)者雨量強(qiáng)降水

      茍 楊,宋彥棠,謝亞玲,顧 欣

      (1.貴州省黔南布依族苗族自治州氣象局,貴州 都勻 558000;2.貴州省黔東南苗族侗族自治州氣象局,貴州 凱里 556000)

      0 引言

      世界最大單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡“中國天眼”(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,以下簡稱FAST)坐落在貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)一處喀斯特洼地中,是世界上規(guī)模最大、最靈敏的巨型射電望遠(yuǎn)鏡,已被列入中國九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。FAST肩負(fù)著搜尋與發(fā)現(xiàn)射電脈沖星、巡視宇宙中的中性氫、探測星際分子、搜尋星際通訊信號(hào)等科學(xué)目標(biāo)[1-2]。自投入運(yùn)行以來,F(xiàn)AST附近發(fā)生過多起由暴雨引起的山體崩塌。FAST一帶為典型的喀斯特地貌,山體高聳直立,有很多大于60°~70°的陡峻山坡,暴雨之后山體高處的巖塊較易發(fā)生突然崩塌。FAST核心區(qū)與周圍山體距離不到10 m,暴雨衍生的巖崩對(duì)FAST的安全運(yùn)行構(gòu)成一定威脅,故本文對(duì)FAST周邊暴雨的發(fā)生時(shí)間和強(qiáng)度等特征進(jìn)行基本分析,以期為FAST的暴雨氣象保障服務(wù)提供初步的科學(xué)依據(jù)。

      1 資料和方法

      采用2010—2020年FAST周邊最近的克度、塘邊、董架3個(gè)區(qū)域自動(dòng)站的降水量資料,主要包括20—20時(shí)降水量、08—08時(shí)降水量、逐小時(shí)降水量。資料來自CIMISS數(shù)據(jù)庫,并經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析FAST周邊暴雨的發(fā)生規(guī)律,其中20時(shí)或08時(shí)統(tǒng)計(jì)出暴雨的,計(jì)為當(dāng)日發(fā)生暴雨,20時(shí)和08時(shí)均統(tǒng)計(jì)出暴雨的,按雨量較大者計(jì)。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 FAST周邊暴雨概述

      逐一分析2010—2020年FAST周邊克度、塘邊、董架(以下分析中3站均指按此順序排列)3個(gè)區(qū)域自動(dòng)站的日降水量,統(tǒng)計(jì)得出2010—2020年FAST周邊各站共發(fā)生暴雨43~47次,發(fā)生大暴雨5~7次,3站同天發(fā)生暴雨20次,每年發(fā)生1~4次,平均每年發(fā)生2次左右。其中,3站在2014年7月3日同天發(fā)生大暴雨1次,雨量分別為205.1 mm、167.7 mm、139.9 mm。3站平均雨量達(dá)100 mm的情況有6次,分別發(fā)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)。

      單獨(dú)分析克度、塘邊、董架3站的暴雨過程可以發(fā)現(xiàn)(表2),2010—2020年FAST周邊3站年平均每年發(fā)生暴雨4次左右,以東南面的董架最多。對(duì)同一個(gè)地方,多次暴雨發(fā)生時(shí)間間隔越短,發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性越大,統(tǒng)計(jì)FAST周邊各站2次暴雨的間隔時(shí)間發(fā)現(xiàn),各站2次暴雨間隔時(shí)間在7 d以內(nèi)的情況并不頻發(fā),每年發(fā)生0.5~0.6次。各站2次暴雨發(fā)生的間隔時(shí)間最短為1~2 d,最短間隔的2次暴雨累計(jì)雨量為110.6~150.2 mm,1周內(nèi)2次暴雨累計(jì)雨量最大為212.9~308.5 mm。各站連續(xù)3次暴雨發(fā)生的最短時(shí)間在11~13 d,近11 a 1個(gè)月內(nèi)發(fā)生3次暴雨4~6次。各站1 d最大雨量為149.0~205.1 mm。

      表1 2010—2020年FAST周邊3站同天發(fā)生暴雨過程統(tǒng)計(jì)表(單位: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周邊3站暴雨統(tǒng)計(jì)表Tab.2 The rainstorm statistics of three stations around FAST from 2010 to 2020

      FAST周邊暴雨雨量在50.9~205.1 mm之間,從周邊3站2010—2020年暴雨雨量分布圖(圖略)可以看出,F(xiàn)AST周邊最易發(fā)生的暴雨雨量是50.0~99.9 mm,占86.7%。大暴雨以上降水(≥100 mm)發(fā)生的概率為13.3%,發(fā)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)發(fā)生1次,占0.7%,發(fā)生在2014年7月4日FAST東北面克度站。

      2.2 FAST周邊暴雨月際分布

      從2010—2020年FAST周邊暴雨次數(shù)的月際分布圖(圖1)可以看出,F(xiàn)AST周邊暴雨主要發(fā)生在夏秋季,但在不易發(fā)生暴雨的冬季也有過暴雨發(fā)生(2019年1月8日克度站)。逐月發(fā)生頻次呈雙峰型分布,在6月達(dá)到峰值,在9月有1個(gè)小峰值。其中,F(xiàn)AST周邊暴雨最易發(fā)生的月份是6月,其次是7月和9月。此外,F(xiàn)AST周邊大暴雨主要發(fā)生在5月、6月,分別發(fā)生8站次、6站次大暴雨,特大暴雨發(fā)生在7月(圖略)。

      圖1 2010—2020年FAST周邊暴雨次數(shù)的月際分布圖Fig.1 Inter-monthly distribution of heavy rain around FAST from 2010 to 2020

      2.3 FAST周邊暴雨小時(shí)分布

      一般情況下,我們將每小時(shí)降水量≥20 mm的降水現(xiàn)象定義為短時(shí)強(qiáng)降水。FAST周邊各站暴雨中出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的過程有32~34次,占70%~74%。研究發(fā)現(xiàn),采用20 mm·h-1標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)計(jì)FAST周邊暴雨的發(fā)生時(shí)間有些不妥。以克度站為例,2020年9月16日04—08時(shí)中,05時(shí)降水量為13 mm,其余各時(shí)次降雨量>20 mm,若只統(tǒng)計(jì)20 mm·h-1以上小時(shí)降水,則會(huì)認(rèn)為05時(shí)暴雨有間斷,與事實(shí)不符。2014年7月3日,凌晨以后較強(qiáng)降水從02時(shí)一直持續(xù)到06時(shí),若用20 mm·h-1統(tǒng)計(jì),則會(huì)認(rèn)為較強(qiáng)降水是從03時(shí)持續(xù)到05時(shí)。外加FAST臺(tái)站對(duì)10 mm·h-1以上小時(shí)降水有氣象決策服務(wù)需求。所以,本文將≥10 mm·h-1的降水作為FAST暴雨發(fā)生的主要貢獻(xiàn)者。統(tǒng)計(jì)分析2010—2020年FAST周邊各站各次暴雨過程中逐小時(shí)雨量發(fā)現(xiàn),主要貢獻(xiàn)者易出現(xiàn)在22—次日06時(shí)。23時(shí)出現(xiàn)27次,00時(shí)、01時(shí)、02時(shí)、03時(shí)、04時(shí)、05時(shí)出現(xiàn)24~25次,22時(shí)、06時(shí)出現(xiàn)15~18次,10—20時(shí)出現(xiàn)0~6次,其余時(shí)段出現(xiàn)9~14次(見表3)。

      表3 FAST周邊暴雨過程小時(shí)雨強(qiáng)≥10 mm時(shí)間分布(單位:次)Tab.3 Time distribution of hourly rain intensity ≥10 mm during heavy rain around FAST(unit:times)

      總的來說,F(xiàn)AST周邊暴雨在夜間至清晨(22—06時(shí))最易發(fā)生,在上午至午后(07—13時(shí))和傍晚至剛?cè)胍?18—21時(shí))較易發(fā)生,下午(14—17時(shí))不易發(fā)生。這是由于FAST周邊的暴雨主要有2個(gè)水汽源地,一個(gè)是孟加拉灣,另一個(gè)是南海和東海,其中以越過中南半島、經(jīng)云南到達(dá)的西南暖濕氣流輸送最為重要,在暴雨發(fā)生前12 h或24 h西南低空急流開始建立,夜間急流加強(qiáng),輸送的低層水汽和不穩(wěn)定能量加強(qiáng),所以FAST周邊暴雨的發(fā)生更易出現(xiàn)在夜間。

      大多數(shù)情況下,F(xiàn)AST周邊1次暴雨天氣過程總會(huì)有主要貢獻(xiàn)者,這樣的情況占近11 a暴雨總數(shù)的88.2%,即FAST周邊大多數(shù)情況下暴雨是對(duì)流性或混合性降雨。68%的情況下,1次暴雨過程有1~2個(gè)主要貢獻(xiàn)者,這其中又以2個(gè)主要貢獻(xiàn)者的情況最多,占46%。28%的暴雨過程有3~4個(gè)主要貢獻(xiàn)者,有5個(gè)以上主要貢獻(xiàn)者的情況有6次。塘邊暴雨的主要貢獻(xiàn)者最多為6個(gè),出現(xiàn)了1次;董架暴雨的主要貢獻(xiàn)者最多為5個(gè),出現(xiàn)了1次;克度暴雨的主要貢獻(xiàn)者最多為7個(gè),出現(xiàn)了2次。

      擁有2個(gè)主要貢獻(xiàn)者的暴雨過程中,76%的過程主要貢獻(xiàn)者是連續(xù)出現(xiàn)的。擁有3個(gè)主要貢獻(xiàn)者的暴雨過程中,59%的過程主要貢獻(xiàn)者是連續(xù)出現(xiàn)的。擁有4個(gè)主要貢獻(xiàn)者的暴雨過程中,42%的過程主要貢獻(xiàn)者是連續(xù)出現(xiàn)的。所有擁有5個(gè)及以上主要貢獻(xiàn)者的暴雨過程中,主要貢獻(xiàn)者都是間斷出現(xiàn)的,但最長連續(xù)出現(xiàn)的時(shí)間有5 h,出現(xiàn)在2014年7月3日和2020年9月16日克度站、 2019年6月9日塘邊站。有間斷出現(xiàn)的31次暴雨過程中,27次過程間斷1次,間隔時(shí)間為1~17 h,4次過程間斷2次,間隔時(shí)間為1~6 h。

      主要貢獻(xiàn)者的小時(shí)雨強(qiáng)在10~66.1 mm之間,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降暴雨的情況有17站次,雨急量大,總降水量多在80 mm以上。60 mm以上的6次分別出現(xiàn)在2015年5月20日00時(shí)塘邊62.8 mm和01時(shí)克度61.5 mm、2012年4月28日00時(shí)克度62.2 mm、2010年7月30日00時(shí)董架66.1 mm、2014年5月21日03時(shí)董架65 mm、2018年5月12日03時(shí)董架64.6 mm。這6次擁有60 mm以上雨強(qiáng)的暴雨過程中,2015年5月20日持續(xù)1 h,2010年7月30日、2014年5月21日持續(xù)4 h,其余2次持續(xù)了2 h。

      表4 FAST周邊暴雨發(fā)生時(shí)段統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics of heavy rain occurrence period around FAST

      綜合以上分析,F(xiàn)AST周邊暴雨持續(xù)時(shí)間總體較短,多數(shù)情況為1~2 h,但也有長達(dá)7 h的暴雨發(fā)生,且一般持續(xù)時(shí)間越長,降水量越大,暴雨雨量和暴雨發(fā)生時(shí)長呈相關(guān)系數(shù)為0.836的正相關(guān)關(guān)系。這個(gè)結(jié)論和暴雨發(fā)生條件是吻合的。暴雨發(fā)生條件中,除了較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)和水汽輸送外,還有一點(diǎn)是較長的持續(xù)時(shí)間,而持續(xù)幾個(gè)小時(shí)的較強(qiáng)降水,通常情況下都有“列車效應(yīng)”伴隨,不斷有對(duì)流云團(tuán)生成并經(jīng)過暴雨區(qū)[3]。FAST周邊最長連續(xù)較強(qiáng)降水時(shí)間為5 h,所有擁有5個(gè)及以上主要貢獻(xiàn)者的暴雨過程都是間斷出現(xiàn)的。

      3 結(jié)論與討論

      ① 2010—2020年FAST周邊3站平均每年各發(fā)生暴雨4次左右、發(fā)生大暴雨1次左右,平均每年同天發(fā)生暴雨2次左右。各站2次暴雨發(fā)生的間隔時(shí)間最短為1~2 d,最短間隔的2次暴雨累計(jì)雨量為110.6~150.2 mm,1周內(nèi)2次暴雨累計(jì)雨量最大為212.9~308.5 mm。

      ②FAST周邊最易發(fā)生的暴雨雨量是50~100 mm,占86.7%。近11 a最大的雨量為2014年7月4日FAST東北面克度站205.1 mm。

      ③FAST周邊暴雨主要發(fā)生在夏秋季,在不易發(fā)生暴雨的冬季也有過暴雨發(fā)生(2019年1月8日克度站)。最易發(fā)生的月份是6月,最易發(fā)生的時(shí)段是夜間至清晨(22時(shí)—06時(shí))。

      ④FAST周邊暴雨持續(xù)時(shí)間總體較短,多數(shù)情況為1~2 h,但也有長達(dá)7 h的暴雨發(fā)生,1 h降暴雨的情況有17站次,雨急量大,總降水量多在80 mm以上。

      由于降水在空間上是不連續(xù)的,本文使用包圍著FAST距離最近的3個(gè)站點(diǎn)的降水資料,與FAST臺(tái)址點(diǎn)的降雨存在一定差異,若在FAST臺(tái)址設(shè)立了自動(dòng)站,可利用單站資料再次進(jìn)一步研究。

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