基于最新加密觀測資料的烏江流域強降雨天氣特征分析

摘要 利用貴州最新加密氣象觀測站逐日降水資料、高空天氣圖、紅外云圖等資料，分析了貴州境內烏江流域強降雨天氣特征。結果表明，烏江流域降雨云團的生成發展絕大多數均是在下午至夜間出現的;最強降雨出現在夜間的機率最大，達89%，尤其是后半夜更易出現強降雨;烏江上游的三岔河流域及下游的沿河縣附近鄉鎮是暴雨多發的區域，年暴雨日達4～6 d;流域有2個大雨中心，分別位于上游的三岔河流域和下游的思林到沙沱流域，年大雨日數達9～13 d;造成烏江流域強降雨天氣的影響系統主要是西南低渦東移、川東或川南切變系統東南移、臺風倒槽、中低空氣流輻合系統、副高南側的東風波系統，其中，西南低渦是最主要的影響系統，所占比例達61%，其次是川東或川南切變系統，占25%。

關鍵詞 烏江流域;強降雨;天氣特征;影響系統;加密觀測資料

中圖分類號 S161.6 "文獻標識碼

A "文章編號 0517-6611（2014）32-11415-05

Analysis of the Strong Rainfall Weather Characteristics in Wujiang River Based on the Latest Observation Data

JI Tingyan1， HU Yuewen2 ， Xia Xiaoling1 et al "（1.Guizhou Province Meteorological Service Center， Guiyang， Guizhou 550002; 2. Guizhou Province Meteorological Information Center， Guiyang， Guizhou 550002）

Abstract "According to the latest Guizhou encryption meteorological observation station daily precipitation data， high altitude weather map and satellite infrared data， the characteristics of strong rainfall weather in Wujiang River basin of Guizhou Province was analyzed. The results showed that： the formation and development of Wujiang River basin rain clouds are most in the afternoon to night; strong rainfall maximum probability in the night， acounting to 89%， especially after midnight is more easy to appear heavy rainfall. The Sanchahe Basin upper reaches and the villages near the Yanhe downstream of the Wujiang River basin is the region where the more rainstorm occurred in， the average annual torrential rain days up to 4 6 days .The basin has two heavy rain center， located in the upstream of the Sanchahe Basin and downstream Silin to Shatuo Basin， the average annual heavy rain days up to 913 days. The main impact of strong rainfall weather system in Wujiang River Basin is southwest vortex moving eastward， Sichuan east or south shear system moving southeast， typhoon trough， midlowaltitude air convergence system and easterly wave ridge south of the subtropical high. Among them， southwest vortex is the most important， the proportion of 61%， followed by Sichuan east or south shear system， accounted for 25%.

Key words "Wujiang River basin; Heavy rainfall; Weather characteristics; Influence system; Encryption observation data

烏江流域是長江上游南岸最大的支流，屬典型的山區中小河流域，人口密度高于全國平均值，沿途建有多座水電站。目前，烏江流域貴州境內（以下簡稱烏江流域）建成投運的主要大型水電站包括洪家渡、東風、引子渡、索風營、烏江渡、構皮灘、思林、沙沱、大花水等電站，發電量占貴州全網總水電量的70%。由于山區的特殊地形，洪澇災害頻繁出現，嚴重威脅著流域沿線電站的安全發電和電網的正常運輸，對西電東輸工程以及人民群眾生命財產造成嚴重影響。因此，分析烏江流域降水天氣特征，對流域降水天氣預報和服務工作能力的提升具有實際意義，對地方經濟建設和防災減災工作意義重大。

烏江流域約占貴州面積的1/3，盡管關于貴州暴雨方面的研究[1-2]較多，但針對烏江流域強降雨天氣的研究尚不多見。由于天氣預報和氣象服務的需要，近年來，貴州省氣象局投資新建了一大批加密的鄉鎮自動氣象觀測站，在氣象預報服務工作中發揮了重要作用。由于2010年后才有比較完整的鄉鎮站觀測資料，筆者將利用貴州最新加密氣象觀測站逐日降水資料、高空天氣圖、紅外云圖等資料，分析烏江流域強降雨天氣特征。

1 資料與方法

1.1 資料來源

降水資料來源于貴州省氣象信息中心，包括流域所轄33縣氣象站點1971～2012年月雨量、33縣2010～2012年逐小時雨量和逐日雨量、515個鄉鎮站點2010～2013年逐日雨量。高空分析資料來自于貴州省氣象臺存儲的Micaps數據。

水文資料來源于貴州烏江水電開發有限責任公司，包括流域所轄7個梯級電站2008～2012年日平均入庫流量、壩上水位、電站轄區平均雨量。

1.2 天氣個例選取

根據烏江上游洪家渡電站1957～2012年水文流量資料分析表明，多數年份首次出現≥500 m3/s流量的日期在5～6月，極少年份出現在4月，末次出現≥500 m3/s流量的日期多數年份在8～10月，因此，選擇5～10月烏江流域強降水天氣個例進行分析。

結合面雨量閾值分析結果，以洪家渡電站為例，當入庫流量達400 m3/s時，若出現10 mm的面雨量，便有可能形成該電站閾值洪峰，因此選擇流域平均雨量達10 mm以上且有接近1/3站點雨量達10 mm以上的降雨過程作為分析個例。另外，考慮到加密氣象觀測資料中，2010年以來的觀測記錄較為完整，所以選擇2010～2012年的降水天氣作為分析對象。具體來說，以烏江流域沿線33縣站2010～2012年5～10月逐日雨量資料為基礎，33站平均日雨量≥10 mm，且有10站以上日雨量均不低于10 mm，則選取該次降水天氣過程作為一次降水天氣個例（其中，如果連續某幾天均滿足給定條件或接近給定條件，則僅記為1次過程），3年中共有降水天氣個例63次，其中有2次個例缺少天氣圖資料，因此僅對其余的61個例進行分析，并結合流域轄區內515鄉鎮站逐日降水資料，研究了烏江流域降水天氣特征。

2 烏江流域降水氣候特點

根據烏江流域沿線33縣站氣候資料分析，流域40年（1971～2010年）平均降水量為1 138 mm，多數年份降水在900～1 300 mm，2011年降水異常偏少，僅為795 mm。年降水的相對變率較小，一般在-20%～20%。降水主要集中在4～10月（圖1），該期間流域總降雨量為992 mm，占全年降水的87%;6月是全年降水最多的一個月，平均為216 mm，占全年降水的19%。

3 烏江流域降水天氣特征

3.1 降雨起始時段

結合紅外云圖資料，分析了降雨云團生成演變趨勢，確定降雨起始時段。對61次降雨個例分析表明，烏江流域降雨云團的生成發展絕大多數均是在下午至夜間出現的，在下午、傍晚、上半夜和下半夜開始降雨的幾率差別不大，分別為25%、23%、30%和20%（表1）。

表1 烏江流域降雨起始時段

降雨起始時段次數幾率∥%

上午23

下午1525

傍晚1423

上半夜1830

下半夜1220

3.2 強降雨時段

針對所選個例，選取強降雨中心代表站點，分析小時降雨量變化特點（表2）發現，烏江流域最強降雨（小時降雨量最大）出現在夜間的機率達89%，尤其是后半夜更易出現強降雨，出現幾率為64%，白天出現強降雨的可能性較小，僅占11%。

表2 烏江流域最強降雨出現時段

小時降雨最大時段次數幾率∥%

上午（09：00～13：00）23

下午（14：00～20：00）58

上半夜（21：00～24：00）1525

下半夜（01：00～08：00）3964

3.3 強降雨持續時長 規定小時降雨量達到10 mm以上為短時強降雨，分析表明（表3），對于單個站點而言，強降雨持續1～2 h的情況居多，所選個例中占64%，持續3 h和持續4 h的情況相對較少，分別占13%和10%。小時降雨量最大時可達50 mm以上，如2010年9月7日01：00六枝小時雨量達66.7 mm。

表3 烏江流域強降雨持續時長

強降雨持續時長∥h出現次數出現頻率∥%

0813

11931

22033

3813

4610

3.4 烏江流域暴雨中心

對烏江流域轄區515鄉鎮站2010～2013年逐日降雨量進行分析，分別計算了各鄉鎮站暴雨以上量級的雨日（以下簡稱暴雨日）、大雨以上量級的雨日（以下簡稱大雨日）及中雨以上量級的雨日（以下簡稱中雨日）。

分析發現烏江流域各鄉鎮站年暴雨日為1～6 d，其中，三岔河流域、下游的沿河附近鄉站是暴雨多發的區域，年暴雨日達4～6 d，其余區域年暴雨日相對較少，僅為1～3 d（圖2a）。

從烏江流域大雨日數的區域分布（圖2b）可以發現，流域出現2個大雨中心，分別位于上游的三岔河流域和下游的思林到沙沱流域，年大雨日數達9～13 d，個別鄉站達14 d，而上游的六沖河流域年大雨日數相對較少，僅有3～7 d，部分鄉站僅有1～2 d，流域其余地區年大雨日數為7～9 d。烏江流域中雨日數的區域分布（圖2c）表明，上游的六沖河流域年中雨日數相對較少，為10～25 d，少數鄉站不到10 d，流域的其余大部地區（占80%）年中雨日數達20～30 d，少數鄉站達35 d。

3.5 降雨過程天氣影響系統 對61次降雨個例的分析表明，造成烏江流域強降雨天氣的影響系統可以分為5種類型，分別是西南低渦東移、川東或川南切變系統東南移、臺風倒槽、中低空氣流輻合系統、副高南側的東風波系統，其中，西南低渦是最主要的影響系統，所占比例達61%，其次是川東或川南切變系統，占25%。

3.5.1 西南低渦系統東移影響。

西南低渦是一個具有明顯地域特色的天氣系統，是青藏高原特殊地形與大氣環流相互作用下，形成于我國西南地區700 hPa（或850 hPa）具有氣旋環流的中尺度閉合低壓系統[3-4]，尺度為300～500 km， 其發展東移會影響到我國東部的長江流域[5-6]。陶詩言分析指出西南低渦是造成我國夏半年暴雨的主要原因之一[7]。對選取的61個降雨天氣個例的天氣系統分析表明，發生在烏江流域的大多數強降雨天氣均與西南低渦的東移活動直接相關，61次降雨個例中有37次是生成于川東、川南或川西的低渦系統東南移而影響形成的，其所占比例達61%。

西南低渦活動產生的暴雨區域和降雨強度與低渦的強弱、移動的起始位置、移動路徑以及其他天氣系統的相互作用等因素有關。低渦移動前，貴州中低空維持西南氣流，低渦在東南移動的過程中造成烏江流域產生風向風速的切變輻合，進而為強降雨的產生提供了動力抬升條件。

2012年5月22日烏江流域出現的強降雨天氣是一次比較典型的西南低渦發展影響的過程。5月21日20：00 700 hPa四川東部形成低渦系統（圖3a1），低渦系統的發展使得貴州境內22日08：00出現明顯的風切變（圖3a2），同時在850 hPa四川南部到貴州西部一帶有明顯的氣流輻合相配合（圖3b），從而為烏江流域強降雨的產生創造了有利的動力條件。配合紅外云圖資料分析（圖4）可以看到，降雨云團是從21日下午在貴州西部開始生成發展，并于夜間（22日03：00前后）達到最盛。烏江流域內暴雨和大暴雨主要出現在三岔河流域（圖5）。

圖4 2012年5月21日16：00（a）和22日03：00（b）FY2E紅外云圖

圖 5 2012年5月22日烏江流域降雨落區

3.5.2 川東或川南切變系統東南移影響。

分析發現，除西南低渦外，川東或川南風的切變系統東南移動是造成烏江流域強降雨產生的另一個重要影響系統。所選個例中有15次屬于這種情況，其所占比例達25%。由于各種天氣系統或四川盆地地形的作用，中低空氣流在東移的過程中易在川南或川東形成風的切變系統，切變系統在高空氣流的引導下向東南移動，翻過婁山山脈后進入烏江流域，由于風的切變輻合作用，往往造成烏江流域強降雨天氣的發生。切變系統產生的強降雨區域和降雨強度與系統的強度、移動路徑以及其他天氣系統的相互配置等因素有關。

2012年6月7日的降雨過程是由四川南側的低層切變

系統的東南移動影響造成的。850 hPa天氣圖上可以發現，切變系統于6日08：00形成于四川南側;隨著系統的東南移動，從紅外云圖上可以看到當日18：00貴州西部地區出現對流云團，云團逐漸發展，于夜間達到最盛階段;系統所產生的暴雨區域主要出現在中游的三岔河和清水河流域。

3.5.3 臺風倒槽影響。

針對臺風暴雨災害的研究很多[8-9]，臺風對沿海地區的影響是不容質疑的，而對于貴州來說，每年也會受到個別臺風登陸后形成的倒槽影響，造成大范圍的強降雨天氣。海面臺風登陸后形成氣旋低壓系統，貴州境內降雨區域從低層到高空主要受氣旋低壓北側的偏東氣流影響。這種系統在烏江流域形成的降雨持續時間相對較長，降雨強度相對較小，雨量比較均勻。所選個例中有4次屬于此種類型。臺風低壓影響造成的烏江流域降雨區域和降雨強度與臺風登陸位置、登陸后的低壓強度、移動路徑等因素有關。

2011年9月30日～10月2日的降雨過程是由南海臺風登陸廣西減弱為低壓后繼續西行影響所致，低壓外圍云系影響貴州致使烏江流域出現明顯的降水天氣。由于低壓系統的持續影響（圖6），流域內降雨持續時間較長，并造成10月1日烏江流域大范圍暴雨天氣（圖7）。

圖6 2011年9月29日20：00（a）和10月1日20：00（b）700 hPa流場

3.5.4 中低空氣流輻合系統影響。

由于地形或氣流間的相互作用，貴州境內中低空容易形成風向切變系統甚至低渦系統，從近地面到700 hPa均可發現風切變存在，風的切變輻合形成了空氣的上升運動，為暴雨產生提供了動力條件。所選個例中有4次屬于這種類型。有些情況下，由于風切變的進一步發展，可形成氣旋性環流。

2012年6月9～10日的降雨過程是由貴州境內低層氣流的切變系統影響形成的。7日20：00 700 hPa貴州處于西南氣流的影響下，從紅外云圖可以看到，8日傍晚在貴州的西南區域出現對流云團，但云團的發展影響時間較短，當晚22：00后基本減弱消散。而在9日下午又有新的對流云團在貴州西部地區產生并發展，同樣，該云團的發展影響時間也較短，很快減弱消散。該系統對烏江流域所造成的降雨量級較小，僅有部分地區出現中到大雨。

3.5.5 副高南側的東風波影響。

盛夏由于副高位置北抬，主體位于江淮一帶，副高南側盛行偏東氣流，貴州處于副高南側，受東風氣流影響。東風氣流在西行的過程中形成東風波，造成氣流的輻合上升，從而形成降雨天氣。這類系統造成的烏江流域強降雨天氣過程相對較少，所選個例中僅有1次屬于這種類型。

圖7 2011年10月1日烏江流域降雨落區

2010年8月6日的降雨天氣過程是由副高南側的東風波動系統影響所產生的。從8月6日高空天氣圖上可以看到，副高控制了江淮大片區域，貴州也處于副高的影響下，由于東風氣流比較活躍，在廣東、湖南等地出現了東風波，并伴隨有對流云團的出現，受到該東風波的影響，烏江流域出現了降雨天氣，局部地區出現了暴雨。

4 小結

（1）烏江流域降水主要集中在4～10月，總降雨量占全

年降水的87%。6月是全年降水最多的一個月，平均為216

mm，占全年降水的19%。

（2）烏江流域降雨云團的生成發展絕大多數均是在下午

至夜間出現的;最強降雨出現在夜間的機率達89%，尤其是后半夜更易出現強降雨，幾率為64%。烏江流域各鄉鎮站年暴雨日為1～6 d，其中，三岔河流域、下游的沿河附近鄉站是暴雨多發的區域，年暴雨日達4～6 d。流域有2個大雨中心，分別位于上游的三岔河流域和下游的思林到沙沱流域，年大雨日數達9～13 d。

（3）造成烏江流域強降雨天氣的影響系統可以分為5種類型，分別是西南低渦東移、川東或川南切變系統東南移、臺風倒槽、中低空氣流輻合系統、副高南側的東風波系統，其中，西南低渦是最主要的影響系統，所占比例達61%，其次是川東或川南切變系統，占25%。

參考文獻

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