臨安暴雨氣候特征及其與洪澇關系初探

黃 哲 張霏燕 孫小平 沈杭鋒

(1.臨安市氣象局，浙江 臨安，311300；2.杭州市氣象局，浙江 杭州，310051)

臨安暴雨氣候特征及其與洪澇關系初探

黃 哲1張霏燕1孫小平1沈杭鋒2

(1.臨安市氣象局，浙江 臨安，311300；2.杭州市氣象局，浙江 杭州，310051)

利用臨安基本站1966—2014年的日降水資料，結合18個鎮街30個區域自動站2009年6月到2014年5月5年降水資料，通過分析表明：1)夏季是臨安暴雨、大暴雨發生主要時段。在過去49 a,臨安暴雨日數呈增加趨勢，臨安暴雨日數增多存在突變現象，出現突變時間大約在1981—1983年。2)臨安暴雨空間分布呈現西南多，中部和東部低丘河谷平原區偏少的分布。3)臨安有兩個暴雨中心，清涼峰鎮大明山一帶為春季暴雨、梅汛期暴雨和強對流暴雨中心，市嶺為臺風暴雨中心，主要是由特殊地形造成的。4)臨安大暴雨過程容易引起洪澇災害。

暴雨日數；年代際變化；暴雨中心；洪澇災害

0 引 言

臨安市境內溪多、源短、流急，受地形、氣候諸因素制約，汛期洪峰流量大，漲落較快，滯洪時間短，洪水暴漲暴落，極易引發流域性山洪并誘發地質災害。2005年9月3日，昌化鎮出現了局地特大暴雨，昌化站雨量3 h達415 mm,打破了浙江省歷史紀錄[1]。我國目前已經有很多對暴雨洪水災害的研究成果。李俊等人在暴雨成因研究中就得出迎風坡抬升和喇叭口地形的收縮作用是造成暴雨的主要地形因素[2]。汪邦道等人在浙江省暴雨特征分析中介紹了誘導暴雨的主要天氣系統有臺風暴雨、鋒面暴雨、東風波暴雨，臨安市天目山為年最大雨量均值多值區[3]。姚秀萍等人在山區暴雨災害應對策略中提出了地形地貌條件是災害發生的必要條件, 短時強降水是災害直接誘因[4]。受全球氣候變化的影響，極端天氣頻發，暴雨作為一種極端降水事件，是臨安最常見的一種災害性天氣，往往造成山洪暴發、城鄉淹沒，嚴重影響生產生活。

1 資料與方法

選用臨安基本站1966—2014年逐日降水資料對臨安暴雨日數的變化特征進行氣候特征分析，選用臨安18個鎮街30個區域自動氣象站2009年6月—2014年5月5 a逐日降水資料，來對比分析臨安暴雨空間分布特征。本文把日雨量(20時為界)≥50 mm表述為暴雨，每發生一次R24≥50 mm作為一次暴雨統計、每發生一次R24≥100 mm 作為一次大暴雨統計

2 臨安暴雨氣候分析

2.1 臨安暴雨的時間分布特征

據統計，臨安基本站1966—2014年共出現暴雨163次，年均3.3次(表1)。暴雨主要集中在5—9月，占了全年暴雨日的85.9%，其中6月最多(33.1%),7月其次(20.2%)。出現大暴雨18次，年均0.4次(表2)，主要發生在6—8月的梅汛期和臺汛期，其中由臺風引起的大暴雨有6次，江淮氣旋和切變線各造成4次大暴雨，高空槽3次，東風波1次。

表1 1966—2014年臨安暴雨(R24≥50 mm)日數月分布

表2 1966—2014年臨安大暴雨(R24≥100 mm)日數月分布

從臨安暴雨日數的年際變化和線性趨勢以及暴雨量的年際變化(圖1)中可見臨安暴雨日數年際分布不均，1976、1979和2003年均無暴雨發生，而1996年暴雨出現了9次。近49 a來臨安暴雨日數呈緩慢增加趨勢，線性趨勢系數為0.443次/10a。由9 a滑動平均可以看出，臨安暴雨日數存在明顯年代際變化，20世紀80年代中期以前，臨安暴雨日數偏少，80年代中期以后臨安暴雨事件發生較為頻繁。

年降水量與暴雨日數呈一定的正相關，年降水量最少年為956.3 mm出現在2004年，該年只有1個暴雨日，年降水量最多年為1895.8 mm出現在2012年，該年有5個暴雨日。另外，我們發現年降水量多寡與臨安旱澇災害關系密切，年降水量最大的5 a都有洪澇災害發生，年降水量最小的5 a也有4 a發生干旱(表3)。

圖1 臨安暴雨日數年際變化和線性趨勢以及暴雨量的年際變化

表3 暴雨日數、年降水量分布極值年與旱澇災害分布

注：表中*表示有洪澇災害，#表示有干旱災害。

年際尺度變化在對臨安暴雨日數進行Morlet小波變換所得的結果中反映顯著(圖2a)。其中暴雨日數的時間序列在1970—1984年呈現出顯著的2～4 a周期，1985—2014年期間為4～7 a的周期，其中1990—2003年期間還存在2～3 a的周期。時域平均小波功率譜分析表明其存在顯著準2.5 a和準6 a的周期振蕩(圖2b)。

(陰影區為通過95%紅噪音信度檢驗區；弧線以下區域為小波頭部影響區)圖2 臨安暴雨日數時間序列Morlet小波功率譜分析(a)和時域平均小波功率譜分析(b)

從以上分析來看，臨安暴雨日數有明顯年際變化特征，且某些年代具有突變性質。為了進一步了解臨安地區近49 a來暴雨日數的突變性質，我們對其作了Mann-Kendall檢驗(圖3)。從圖3中可以看到臨安暴雨日數在80年代初期以前變化趨勢不明顯，80年代中期開始UF值一直為正值，且值逐漸增大，到了90年代中期UF值超過0.05顯著性水平的臨界線，表明臨安暴雨日數的增多趨勢是十分顯著的，并且從圖中可以看到，UF和UB曲線存在多個交點，且都在置信區間之內，說明臨安暴雨日數存在多個突變點，這可能是由于暴雨日數序列具有非線性特征導致有虛假突變存在，結合暴雨日數的變化趨勢我們確定臨安暴雨日數出現增多這一突變現象的時間大約在1981—1983年。

圖3 臨安暴雨日數的Mann-Kendall統計量曲線

2.2 臨安暴雨的空間分布特征

2.2.1 年平均暴雨日數的空間分布

臨安全市平均暴雨4.8次/a(表4)，年暴雨最多的是清涼峰鎮，平均為6.0次/a，暴雨日數的空間分布是西南最多、中部和東部偏少(圖4a),從平均暴雨量來看，於潛和昌化平均暴雨量最小，為68 mm(圖4b)。臨安城區處于中東部，以4.0次/a 暴雨數居全市倒數第二位,平均暴雨量為79 mm。暴雨日數最少的是太湖源鎮，為3.8次/a。臨安全市平均大暴雨次數為0.47次/a，占暴雨總數的10%。太湖源鎮市嶺因地勢特殊，大暴雨次數為1.2次/a，平均暴雨量最大，為103mm。近5 a累計出現特大暴雨(R24≥250 mm)3次，均出現在太湖源鎮市嶺，特大暴雨均由臺風引起。

表4 臨安各區域暴雨分布及日最大降水量

圖4 臨安市暴雨日數(a)和平均暴雨量(b)空間分布圖

2.2.2 臨安不同時期的暴雨空間分布特征

臨安春季暴雨(圖5a)自西南向東北遞減，西南部暴雨數是東北部的4倍以上，暴雨主要發生在清涼峰鎮；梅汛期(6月到7月上旬)暴雨數較春季分布均勻，大部分鎮在8～11個之間，年均1.6～2.2個，清涼峰鎮是一個高值中心，共出現13次暴雨，太陽鎮和太湖源鎮是低值中心(圖5b)，而大暴雨(圖5e)除了城區，其余鎮均有出現，清涼峰鎮大明山地區最多，共出現6次；強對流暴雨(圖5c)自西向東呈間隔分布，總體來看龍崗鎮、清涼峰鎮以及天目山鎮南部為高值區，清涼峰鎮大明山一帶是高值中心，共出現17次暴雨，昌化和河橋交界處、以及城區為低值中心，強對流大暴雨(圖略)也主要出現在清涼峰鎮。受臺風暴雨影響最嚴重的為東天目山到太湖源市嶺一帶，其次為東南部的城區和板橋及南部的潛川鎮，暴雨多發的清涼峰鎮受臺風暴雨影響最小(圖5d)。臺風大暴雨主要集中在東北部高虹鎮到太湖源市嶺，其次為天池一帶(圖5f)。

a.春季暴雨 b.梅汛期暴雨 c.強對流暴雨 d.臺風暴雨 e.梅汛期大暴雨 f.臺風大暴雨圖5 臨安市不同時期的暴雨和大暴雨日數分布

從上述分析看出，臨安有兩個暴雨中心，清涼峰鎮大明山一帶為春季暴雨、梅汛期暴雨和強對流暴雨中心，市嶺為臺風暴雨中心。

大明山位于臨安西南部，在大明山(海拔1098 m)產生暴雨的多為西風帶類系統，系統來臨時，西南暖濕氣流沿坡爬升，必然使對流旺盛、雨量加大，形成迎風坡降雨中心，同時，地形阻擋作用也使降水系統移速減慢，雨時延長[5]。

市嶺盡管(海拔750 m)處于暴雨低發的太湖源鎮，但其年大暴雨數較周邊明顯偏多。通過分析發現，近5 a共有3個臺風影響臨安，分別是莫拉克、海葵、菲特，每個臺風都在市嶺產生特大暴雨，臺風影響是導致市嶺大暴雨偏多的主要因素。市嶺位于天目山脈東麓，東西兩側均為山峰海拔高度超過千米的中山屏障，也因此形成了溪口至市嶺且一直延伸到安吉境內的一條狹長谷道，谷道走向基本與南北公路S205省道(圖6a)走向一致：谷道市嶺以南為準南北向，市嶺以北為東北偏北。市嶺東北側的海拔高度低于西南側。市嶺特殊的地形在臺風暴雨過程中起了較大的增幅作用。以2012年8月份的海葵臺風為例(圖6b)，利用地面自動站資料繪制的8月6日08時至9日08時的雨量來看，此次臺風暴雨主要有兩個暴雨中心，一個位于浙江東部寧波沿海，是由于臺風登陸前和登陸時所造成，另一個位于浙江西北部和安徽東南部，其中過程雨量最大出現在杭州市臨安市嶺觀測站(圖6中黑色三角形)，達550.7 mm。

圖6 市嶺地形圖(A為市嶺所在地)(a)和2012年8月6日08時至9日08時的累積降水量(陰影，單位：mm，黑色三角形表示市嶺)和臺風路徑(粗實線)(b)

我們采用WRF數值模式進行模擬實驗后發現(圖7)：在臺風影響時，市嶺東面上空是沿地形傾斜上升的垂直運動(圖7a，等值線)，它將水汽通過低層輻合輸送到了市嶺上空，同時市嶺低層上空為東西風的輻合區(圖7a,填色)，進一步加強了抬升作用，從而為市嶺帶來強降水，而在其近地面是降水拖曳導致的下沉運動。如果將市嶺一帶地形削減至與周邊地區同等高度時，該傾斜上升運動的位置會偏東，且上升運動更加垂直(圖7b，等值線)，并且市嶺低層上空的東西風的輻合區位置明顯東移(圖7b,填色)，所以對市嶺的水汽輻合上升運動大大削弱，從而導致市嶺的降水明顯減弱。

圖7 8月8日08時經過市嶺的緯向剖面：(a)控制試驗；(b)去地形試驗。等值線表示垂直運動(單位：Pa/s)，填色表示平行于剖面的風(單位：m/s)，風矢量表示垂直環流

3 暴雨與洪澇災害發生關系分析

根據臨安市有關年鑒和氣象年報記載，對臨安市的洪澇災害進行初步分析，發現臨安局地洪澇多數是由于降雨量在100mm以上的暴雨引起,日雨量50～100 mm造成的災害并不明顯，從地理位置分布看，市境北、西、南三面環山，形成一個東南向的馬蹄形屏障；東南為丘陵寬谷，地勢平坦，暴雨引發的受災程度較輕，而市的西北多崇山峻嶺、深溝幽谷，在日雨量100mm以上時，往往會發生不同程度的洪澇災害。當然，這還與前期降水情況、降雨強度、排水條件、自然植被等密切相關。若前期雨水接近飽和或降雨強度強或排水條件、自然植被差時，發生災害的概率會大大增加。對臨安近49 a的18次大暴雨受災情況進行統計(表5)發現18次大暴雨過程中僅有2次沒有造成洪災，89%的大暴雨會造成洪災，其中44%大暴雨造成嚴重洪災。

表5 1966—2014年臨安大暴雨受災情況

注：括號里為大暴雨過程中小時最大雨強

4 結 語

1)夏季是臨安暴雨發生主要時段，以6月份最多。暴雨日數總體呈增加趨勢。20世紀80年代中期以前，臨安暴雨日偏少，80年代中期以后臨安暴雨發生較為頻繁。臨安暴雨日數的增多存在突變現象，出現突變時間大約在1981—1983年。

2)臨安暴雨空間分布呈現西南多、中部和東部低丘河谷平原區偏少的分布。臨安西南地區是臨安市春季和梅汛期暴雨多發地帶；龍崗鎮、清涼峰鎮以及天目山鎮南部是強對流天氣多發區；太湖源鎮北部、天目山鎮北部、高虹鎮是臺汛期暴雨多發地帶。

3)臨安有兩個暴雨中心，清涼峰鎮大明山一帶為春季暴雨、梅汛期暴雨和強對流暴雨中心，市嶺為臺風暴雨中心，主要是特殊地形造成的。

4)臨安年降水量多寡與臨安旱澇災害關系密切，臨安大暴雨過程容易引起洪澇災害，近49 a的18次大暴雨有89%的大暴雨造成洪災，44%的大暴雨造成嚴重洪災。

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2015-05-12