雨澇指數(shù)在云南洪澇災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用*

解明恩，陳鮮艷,張文千，鄒旭愷，張存杰

(1.云南省氣象服務(wù)中心，云南 昆明 650034；2.中國氣象局橫斷山區(qū)(低緯高原)災(zāi)害性天氣研究中心，云南 昆明 650034；3.國家氣候中心，北京 100081；4.中國氣象科學(xué)研究院，北京100081)

據(jù)統(tǒng)計，全球自然災(zāi)害損失中暴雨洪澇災(zāi)害占比約為40%。我國是暴雨洪澇災(zāi)害頻發(fā)、多發(fā)地區(qū)之一，每年汛期暴雨及其引發(fā)的洪澇及滑坡泥石流災(zāi)害給社會經(jīng)濟(jì)和生命財產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失和威脅[1-2]。云南地處低緯高原，是受夏季風(fēng)影響最為顯著的地區(qū)之一，與中國其他地區(qū)存在明顯氣候差異[3]。云南大部地區(qū)降水強(qiáng)度小于我國中東部及沿海地區(qū)，但大雨以上降水頻次卻居全國領(lǐng)先[4]。云南氣候干濕季特征顯著，雨季(5—10月)降水集中，降雨量大，是強(qiáng)降水高發(fā)期，雨季中暴雨頻次占全年暴雨的94%以上。云南降水量集中在主汛期6—8月，約占全年降水量的60%，降水不均勻性明顯[5]。暴雨災(zāi)害是云南主要的自然災(zāi)害之一，由于云南地形復(fù)雜，山地密集，連續(xù)降雨或強(qiáng)度較大的單點降雨不但易引發(fā)洪澇災(zāi)害，在山區(qū)還極易產(chǎn)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。

我國區(qū)域性氣候特征顯著，暴雨過程指標(biāo)是監(jiān)測暴雨和定量評估暴雨強(qiáng)度的基礎(chǔ)。近年來，有關(guān)學(xué)者利用不同級別降雨站數(shù)確定了省級暴雨過程的評估指標(biāo),對區(qū)域暴雨過程開展識別研究，在一定范圍內(nèi)取得了較好的監(jiān)測效果[8-11]。周月華等[12]對我國暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)進(jìn)行了綜述研究。邵佳麗等[13]強(qiáng)調(diào)了洪澇災(zāi)害評估方法中致災(zāi)因子的作用。張強(qiáng)[14]對1969年長江流域罕見暴雨及災(zāi)情進(jìn)行了個例研究。在氣象部門的暴雨洪澇評價中，不同時段的暴雨洪澇指標(biāo)大多分為兩級，即一般性洪澇和嚴(yán)重洪澇。年暴雨洪澇指標(biāo)采用夏季降水量、百分位數(shù)法確定等級劃分標(biāo)準(zhǔn)；月洪澇災(zāi)害評價指標(biāo)為月降水量距平百分率；旬暴雨洪澇指標(biāo)采用旬或2旬降水總量，均采用絕對指標(biāo)法確定等級標(biāo)準(zhǔn)[15-16]。然而以人為劃定年、月、旬的時間尺度去監(jiān)測評估自然暴雨事件或暴雨過程的發(fā)生和結(jié)束顯然是存在缺陷的。例如2008年10月24日至11月2日，云南省楚雄州發(fā)生了罕見的秋季連續(xù)強(qiáng)降雨天氣過程，全州過程平均降雨量138 mm，出現(xiàn)了17站次的大雨(含暴雨5站次)，是該州歷史上最強(qiáng)的“爛黃土”天氣，造成數(shù)十人死亡及失蹤，經(jīng)濟(jì)損失慘重。該過程的發(fā)生時間跨旬、跨月，對于暴雨過程的評價明顯不適用于旬、月標(biāo)準(zhǔn)。吳正華等[17]通過定義相當(dāng)暴雨日數(shù)，分析了北京相當(dāng)暴雨日數(shù)與洪澇的統(tǒng)計關(guān)系和氣候特征。陳鮮艷等[18]通過構(gòu)建雨澇指數(shù)和區(qū)域雨澇過程強(qiáng)度的算法,提出了區(qū)域暴雨過程及綜合強(qiáng)度判定的定量評估方法，分析了長江中下游地區(qū)的區(qū)域雨澇過程特征。梅平等[19]以暴雨過程強(qiáng)度和影響范圍作為評價指標(biāo)，建立了區(qū)域暴雨過程致災(zāi)強(qiáng)度的綜合評估模型。

進(jìn)行云南暴雨洪澇指標(biāo)研究，對了解和掌握云南暴雨洪澇災(zāi)害特征及演變規(guī)律具有科研價值和應(yīng)用價值。本文對不同等級的日降水量進(jìn)行比較，選取大雨量級(25 mm)指標(biāo)作為暴雨洪澇過程的初始閾值，采用LU等[20-21]提出的極端強(qiáng)度-持續(xù)時間(Extreme Intensity-Duration,EID)理論，提出最強(qiáng)日相當(dāng)降水量的概念來定義日降水強(qiáng)度,從而構(gòu)建雨澇指數(shù)和區(qū)域雨澇過程及強(qiáng)度監(jiān)測方法,定量評估云南區(qū)域雨澇事件，可更好地反映過程降水量對洪澇災(zāi)害的影響。

1 資料和方法

本文選取云南省125個國家氣象站1961年1月1日至2018年12月31日的逐日降水量資料，上述氣象站點觀測資料均取自國家氣象信息中心，這些站點的觀測資料經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，質(zhì)量較好、時間序列長。云南暴雨洪澇災(zāi)情資料源于國家氣候中心、云南省氣象臺收集，2001年后主要來自中國氣象災(zāi)害年鑒(2001—2018)，2000年前主要來自《中國氣象災(zāi)害大典—云南卷》和《云南減災(zāi)年鑒(1995—2000)》。

1.1 歸一化處理

為了更好地進(jìn)行變量的空間區(qū)域或時間序列比較，一般需要對變量進(jìn)行歸一化處理，可按下式計算：

(1)

式中：R為歸一化處理后的變量值；X為某變量；Xmin某變量的空間區(qū)域或時間序列中的最小值；Xmax為某變量的空間區(qū)域或時間序列中的最大值。

1.2 雨澇指數(shù)構(gòu)建

為了能更好地反映降水與洪澇災(zāi)害的關(guān)系，實時有效的監(jiān)測洪澇情況，假設(shè)某日降水達(dá)到某閾值后就可能出現(xiàn)災(zāi)害。建立利用包含當(dāng)日降水量的前m天最強(qiáng)相當(dāng)降水量作為日降水強(qiáng)度指標(biāo)來構(gòu)建雨澇指數(shù)，定義某日降水強(qiáng)度達(dá)到某致澇閾值時，則發(fā)生雨澇現(xiàn)象。這里給出能反映導(dǎo)致洪澇災(zāi)害強(qiáng)度的致災(zāi)因子─雨澇指數(shù)Fi，其計算公式如下：

(2)

式中：Rd為日降水強(qiáng)度，通常為日降水量Ri，本文則使用包含當(dāng)日及前期m日降水的最強(qiáng)相當(dāng)日降水量Re(詳細(xì)定義見1.3)；Ry為出現(xiàn)雨澇的致災(zāi)日降水量閾值(一般取暴雨雨量)，該值可根據(jù)各地承災(zāi)體和地形與洪澇災(zāi)情關(guān)系確定。Fi為雨澇指數(shù)，共分為五級：Fi<0.5無澇，0.5≤Fi<1.0 輕澇，1.0≤Fi<1.5中澇，1.5≤Fi<2.0重澇，F(xiàn)i≥2.0特澇。

1.3 最強(qiáng)相當(dāng)日降水量

某日的洪澇災(zāi)害除了受當(dāng)日降水量影響外，還與前期累計降水量有關(guān)。當(dāng)日降水量的大小或強(qiáng)弱是引起洪澇災(zāi)害的最主要致災(zāi)因子，而前期降水量的累積也是導(dǎo)致洪澇災(zāi)害的主要致災(zāi)因子。最強(qiáng)相當(dāng)日降水量就是反映前期降水量與當(dāng)日降水量引起洪澇災(zāi)害的最強(qiáng)疊加效應(yīng)。根據(jù)EID理論[20-21]，利用單站的逐日降水量計算包含當(dāng)日降水量及前期m天內(nèi)不同天數(shù)降水量的指數(shù)權(quán)重組合構(gòu)成m組相當(dāng)降水量, 然后從m組中選取出最大值，即最強(qiáng)相當(dāng)降水量：

Re=maxn=1,mRi(n)

(3)

式中：Re為最強(qiáng)相當(dāng)降水量，i為日序號,n表示天數(shù)。maxn=1,mRi(n)表示通過不斷滑動包含i當(dāng)日降水量的m天的組合相當(dāng)降水量Ri(n)，即n=1、2、…m，計算出Ri(1),Ri(2)…Ri(n)，再取Ri(1),Ri(2)…Ri(n)中的最大值，代表為i當(dāng)日的最大相當(dāng)降水量。考慮到云南低緯高原地區(qū)的降水持續(xù)效應(yīng)和天氣過程天數(shù),本研究中m取5。

相當(dāng)降水量Ri(n):

(4)

為了比較雨澇指數(shù)中日降水強(qiáng)度Rd，分別使用當(dāng)日降水量Ri和前期降水影響的最強(qiáng)相當(dāng)日降水量Re，計算雨澇指數(shù)Ri、致災(zāi)閾值Ry均為50 mm。將兩個指數(shù)變量按式(1)進(jìn)行歸一化處理，得到1971—2016年雨澇指數(shù)F(Ri)(暴雨指數(shù))、雨澇指數(shù)F(Re)(相當(dāng)暴雨指數(shù))和云南年降水量距平百分率歷年變化對比圖(圖1)。可看出，二種指數(shù)均能很好的表現(xiàn)出云南暴雨降水的強(qiáng)弱變化，總體趨勢較為一致。20世紀(jì)1970年代后期到1980年代，以及1990年代至2000年代初期，云南暴雨指標(biāo)均為大值，暴雨事件發(fā)生率較高較強(qiáng)。2010年后暴雨發(fā)生率低，但2014年后暴雨指數(shù)值卻再次偏大。

圖1 1971—2016年云南省歸一化暴雨指數(shù)F(Ri)、相當(dāng)暴雨指數(shù)F(Re)和降水距平百分率歷年變化

圖1反映出云南大部分年份的全省降水量與暴雨強(qiáng)度對應(yīng)關(guān)系的一致性，即年降水量大，暴雨強(qiáng)度強(qiáng)。這主要是因云南雨季降水集中，降雨量大，雨季中暴雨頻次占全年暴雨94%以上的緣故。然而2000年后這種對應(yīng)特征發(fā)生了變化，盡管年降水量與各雨澇指標(biāo)的變化關(guān)系不能完全對應(yīng)，甚至出現(xiàn)相反的特征，即總降水量偏少但暴雨指標(biāo)偏大，特別是2014—2016年三年間云南降水量偏少，但暴雨指數(shù)、相當(dāng)降水量指標(biāo)均為較大正值。一方面反映出云南降水偏少的特點，同時表現(xiàn)出這些年份中雖總降水量少，暴雨強(qiáng)度卻偏強(qiáng)，進(jìn)一步凸顯出降水的另一個變化特點，即降雨量不變的情況下，降雨日數(shù)減少，導(dǎo)致降水更加集中，降雨強(qiáng)度更大，隨之導(dǎo)致的暴雨洪澇風(fēng)險也更大。

進(jìn)一步比較F(Ri)和F(Re)兩個指數(shù)，發(fā)現(xiàn)雖然兩者總體上較為一致，但F(Re)值的變化幅度小于F(Ri)，主要是由于F(Re)考慮的是過程降水前期累積效應(yīng)之后得到的相當(dāng)暴雨強(qiáng)度，而非簡單的單日降水量50 mm的閾值，當(dāng)云南連續(xù)多日出現(xiàn)降水時，能更好的表征降水的累積強(qiáng)度和平均狀態(tài)。以F(Ri)和F(Re)兩個指數(shù)作為因子，分別與洪澇災(zāi)害面積進(jìn)行統(tǒng)計相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.37和0.40。F(Re)指標(biāo)由于考慮了降水量、降水持續(xù)時間以及降水累積強(qiáng)度，其與洪澇災(zāi)害的相關(guān)性更好一些。

1.4 云南降水致災(zāi)閾值修正

通常雨澇指數(shù)中的致災(zāi)因子閾值Ry，采用的是日降水量≥50 mm雨量作為閾值。統(tǒng)計得出云南洪澇受災(zāi)面積與暴雨指數(shù)、相當(dāng)暴雨指數(shù)相關(guān)性較好，三者的變化趨勢總體一致(圖略)。但災(zāi)情調(diào)查卻發(fā)現(xiàn)，由于云南特殊的地形地貌特點，在許多地區(qū)25 mm以上的大雨，甚至持續(xù)的中到大雨就會引起山洪、滑坡、泥石流災(zāi)害，多數(shù)情況下引發(fā)云南暴雨洪澇災(zāi)害的降雨強(qiáng)度達(dá)不到暴雨級別。一些地區(qū)并沒有出現(xiàn)暴雨天氣，但也會出現(xiàn)洪澇災(zāi)害。顯然，用傳統(tǒng)業(yè)務(wù)中50 mm以上暴雨指標(biāo)去判定云南洪澇災(zāi)害并不是特別合理[6]。統(tǒng)計1981—2010年云南各站常年平均的50 mm以上降雨日數(shù)和25 mm以上降雨日數(shù)發(fā)現(xiàn)，常年各站50 mm以上降雨日數(shù)為1～3 d左右，而25 mm以上的降雨日數(shù)則有5～20 d。在云南，大雨、中雨量級的降水比暴雨更為常見。因此，為了更好找出云南洪澇致災(zāi)的降水過程閾值，分別基于單日降水量和日相當(dāng)降水強(qiáng)度算法，得到不同降雨量級的暴雨指標(biāo)與洪澇災(zāi)情相關(guān)系數(shù)(表1)。由表1得，在云南以日降水強(qiáng)度為25 mm作為閾值的雨澇指數(shù)來確定雨澇強(qiáng)度與暴雨洪澇受災(zāi)面積的相關(guān)性最好，而致災(zāi)閾值為50 mm的雨澇指數(shù)相關(guān)性明顯減弱。因此，在云南地區(qū)，選用25 mm作為降水致災(zāi)閾值來建立雨澇指數(shù)更符合實際(Ry=25 mm)，這與王學(xué)鋒等[22]得出的云貴高原氣象站點的強(qiáng)降水平均閾值為25.3 mm基本吻合。

表1 云南洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積與不同致災(zāi)閾值雨澇指數(shù)(F(Ri)、F(Re))的相關(guān)系數(shù)

1.5 區(qū)域性雨澇過程指標(biāo)

(1)單站雨澇過程。當(dāng)某站雨澇指數(shù)Fi出現(xiàn)輕澇及以上達(dá)連續(xù)5 d以上，且最強(qiáng)雨澇指數(shù)達(dá)中澇以上，則定為發(fā)生一次雨澇過程。雨澇過程時段內(nèi)第一次出現(xiàn)輕澇的日期，為雨澇開始日；雨澇過程發(fā)生后，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)2 d為無澇時，則雨澇過程結(jié)束，雨澇過程結(jié)束前最后一天雨澇等級達(dá)輕澇以上的日期為結(jié)束日；雨澇開始日到結(jié)束日的總天數(shù)為雨澇過程日數(shù)。

(2)區(qū)域性雨澇過程。

區(qū)域雨澇指數(shù)。某日區(qū)域內(nèi)監(jiān)測站點雨澇指數(shù)為輕澇及以上,即發(fā)生雨澇的站，將其雨澇指數(shù)相加累積之和，作為區(qū)域雨澇指數(shù)If：

(5)

式中：Fij為某日區(qū)域內(nèi)雨澇等級達(dá)輕澇及以上(即發(fā)生雨澇)的j站雨澇指數(shù)，n為達(dá)雨澇的站數(shù)。

區(qū)域雨澇過程。當(dāng)區(qū)域內(nèi)一天有2站以上出現(xiàn)單站雨澇現(xiàn)象，且最強(qiáng)雨澇指數(shù)強(qiáng)度達(dá)中澇以上，區(qū)域雨澇指數(shù)If達(dá)區(qū)域雨澇閾值等級(云南取16.0)以上連續(xù)5 d以上，則認(rèn)為發(fā)生一次區(qū)域雨澇過程。

區(qū)域雨澇過程強(qiáng)度：

(6)

式中：m為區(qū)域雨澇過程總?cè)諗?shù)；k為區(qū)域內(nèi)總站數(shù)；If為區(qū)域雨澇指數(shù)，i為區(qū)域雨澇過程內(nèi)的任意天數(shù)，max表示通過不斷滑動區(qū)域雨澇過程內(nèi)天數(shù)i=1、2、…、n天進(jìn)行組合；n為區(qū)域雨澇過程內(nèi)雨澇持續(xù)天數(shù)；通過不斷滑動區(qū)域雨澇過程內(nèi)天數(shù)進(jìn)行組合，找到能反映區(qū)域雨澇過程的最大相當(dāng)雨澇強(qiáng)度為區(qū)域雨澇過程強(qiáng)度Fa。將年度內(nèi)所發(fā)生的區(qū)域雨澇過程強(qiáng)度指數(shù)累加，即可得到該年區(qū)域雨澇強(qiáng)度。采用百分位法將歷年區(qū)域雨澇過程強(qiáng)度劃分為4級，一般區(qū)域雨澇過程(Fa<40%)；較強(qiáng)區(qū)域雨澇過程(40%≤Fa<70%)；強(qiáng)區(qū)域雨澇過程(70%≤Fa<90%)；特強(qiáng)區(qū)域雨澇過程(Fa≥90%)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雨澇指數(shù)的年際變化特征

基于雨澇指數(shù)分別對云南各站歷年逐日雨澇情況進(jìn)行統(tǒng)計，得到1961—2018年全省輕澇級別以上的雨澇累計指數(shù)歷年變化(圖2)。可看出，云南雨澇發(fā)生每年均有但年際變化大，20世紀(jì)90年代后期雨澇值總體偏大，表明該時期的雨澇發(fā)生相對其他時段更為頻繁或嚴(yán)重。對比云南暴雨洪澇災(zāi)情和降雨實況，發(fā)現(xiàn)其值大小變化和波動是一致的。

圖2 1961—2018年云南輕澇級別以上的雨澇累計指數(shù)歷年變化

從全省范圍看，1961—2018年云南年均發(fā)生輕澇34.0站日，中澇6.4站日，重澇0.9站日，特澇0.1站日。圖3分別給出不同級別的雨澇站日和年降水量的歷年變化情況。降水量的多寡是產(chǎn)生雨澇的致災(zāi)因素，從圖3得出，兩者的年際波動基本一致，但并不完全對應(yīng)。分別以降水量最多的兩個年份和降水量最少的兩個年份為例說明。1999年和2001年云南降水顯著偏多，兩個年份的降水總量接近，但雨澇站日1999年明顯多于2001年，從而產(chǎn)生了不同的雨澇災(zāi)害(1999年洪澇受災(zāi)42.9萬hm2，2001年39.2萬hm2)；2009年和2011年降水顯著偏少且總量接近，但雨澇站日2009年明顯多于2011年(2009年洪澇受災(zāi)15.5萬hm2，2011年10.8萬hm2)。所以，僅依據(jù)降水量大小不能很好判別洪澇狀況，而雨澇指數(shù)則有較好的指示意義。

圖3 1961—2018年云南年雨澇站日(a)和年降水量(b)歷年變化

基于雨澇指數(shù)等級，可分別得出歷年不同級別的雨澇站日變化。輕澇站日的年際波動小，最少年出現(xiàn)2 900站日，最多年出現(xiàn)5 360站日，年較差不足2倍。雨澇程度越重，其年際變化越大，尤其是特澇，有些年份幾乎僅出現(xiàn)1～2站日的特澇，而有些年份則可出現(xiàn)近20站日的特澇，最多年和最少年相差接近20倍。表明云南雨澇的發(fā)生大多由大雨及以上量級的降水引發(fā)，嚴(yán)重洪澇則必定會有高強(qiáng)度、長時間的降水發(fā)生。為了進(jìn)一步說明雨澇指數(shù)與降水的關(guān)系，進(jìn)行了雨澇站日和降水站日的演變對比。以1999年和2001年兩個降水量顯著偏多年份為例，大雨站日兩個年份基本相同，1999年輕澇站日和中澇站日均偏多，暴雨站日和重澇站日均較2001年偏多，但特澇站日1999年僅為7站日，2001年為5站日。由此可見，從日降雨量的指標(biāo)無法區(qū)分出兩個年份的洪澇災(zāi)害程度，但輕澇和中澇指標(biāo)差異則與兩年洪澇災(zāi)情較為一致。這進(jìn)一步說明了云南暴雨洪澇災(zāi)害主要由中到大雨造成，局地極端強(qiáng)降水盡管會對小范圍區(qū)域有影響，但并不能影響到大范圍的洪澇災(zāi)害。

2.2 云南歷史區(qū)域性雨澇過程

圖4為統(tǒng)計得到的1961—2018年云南省不同程度的雨澇過程事件，共計320次，年平均5.5次。雨澇等級按照公式(6)的等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。對于單站而言，F(xiàn)a≥160為特強(qiáng)；160>Fa≥120為強(qiáng)；120>Fa≥80為較強(qiáng)；Fa<80為一般(弱)。320次雨澇過程事件中，特強(qiáng)事件34次，占10.6%，平均雨澇強(qiáng)度在50以上；強(qiáng)事件60次，占18.8%，平均雨澇強(qiáng)度在30以上；較強(qiáng)事件105次，占32.8%，平均雨澇強(qiáng)度在18以上；一般事件121次，占37.8%，平均雨澇強(qiáng)度在13以上。可見，云南雨澇過程事件中，以較強(qiáng)和一般洪澇事件居多(70.6%)，特強(qiáng)和強(qiáng)洪澇事件(29.4%)不到總數(shù)的三分之一，洪澇發(fā)生時間跨度為初夏、盛夏、秋季。

1961—2018年云南排名前34次的區(qū)域雨澇過程見表2。由表2可得，云南雨澇過程強(qiáng)度最大的一次發(fā)生在1998年6月18日至7月19日(持續(xù)32 d)；持續(xù)天數(shù)最長的雨澇過程為1971年7月11日至8月31日(持續(xù)52 d)。云南歷史上雨澇強(qiáng)度最嚴(yán)重的5次事件分別是：①1998年6月18日至7月19日，降水過程達(dá)32 d，過程強(qiáng)度指數(shù)262.0，為云南歷史最強(qiáng)暴雨過程，過程最強(qiáng)出現(xiàn)在7月11日，降水強(qiáng)度達(dá)70.4 mm，74站出現(xiàn)25 mm以上降水；②1983年7月30日至8月5日，過程強(qiáng)度指數(shù)249.4，為云南歷史第2強(qiáng)暴雨過程，過程最強(qiáng)出現(xiàn)在8月3日，降水強(qiáng)度達(dá)129.2 mm，111站出現(xiàn)25 mm以上降水；③2001年5月26日至6月7日，過程強(qiáng)度指數(shù)243.1，為云南歷史第3強(qiáng)暴雨過程，過程最強(qiáng)出現(xiàn)在6月2日，降水強(qiáng)度達(dá)121.1 mm，103站出現(xiàn)25 mm以上降水；④1986年7月4日至8月4日，過程強(qiáng)度指數(shù)242.0，為云南歷史第4強(qiáng)暴雨過程，過程最強(qiáng)出現(xiàn)在7月26日，降水強(qiáng)度達(dá)98.1 mm，94站出現(xiàn)25 mm以上降水；⑤2002年8月9日至8月20日，過程強(qiáng)度指數(shù)234.3，為云南歷史第5強(qiáng)暴雨過程，過程最強(qiáng)出現(xiàn)在8月17日，降水強(qiáng)度達(dá)89.5 mm，97站出現(xiàn)25 mm以上降水。表2統(tǒng)計識別出的34次特強(qiáng)雨澇過程，已全部涵蓋了《云南氣象災(zāi)害總論》《中國氣象災(zāi)害大典─云南卷》《云南減災(zāi)年鑒》《云南省氣候圖集》等文獻(xiàn)資料描述的重大洪澇災(zāi)害過程，其中1999年出現(xiàn)了3次特強(qiáng)雨澇過程，有5個年份(1961、1966、1983、1986、2015)一年內(nèi)出現(xiàn)了2次特強(qiáng)雨澇過程。云南34次特強(qiáng)雨澇事件中，降水量大，降雨持續(xù)時間長，降雨面積廣，影響范圍大，災(zāi)情嚴(yán)重。

圖4 1961—2018年云南歷年區(qū)域性雨澇過程平均強(qiáng)度及等級

表2 1961—2018年云南綜合雨澇強(qiáng)度指數(shù)排名前34次雨澇過程

2.3 雨澇過程的年際變化

1961—2018年云南共發(fā)生區(qū)域性雨澇過程320次，平均每年5.5次。同時，單站雨澇指標(biāo)顯示，云南年均發(fā)生輕澇34.0站日，中澇6.4站日，重澇0.9站日，特澇0.1站日。結(jié)合云南氣象災(zāi)害統(tǒng)計[6]，云南遭受暴雨洪澇災(zāi)害年均約25縣次，區(qū)域性雨澇過程指標(biāo)較好地指征了云南雨澇發(fā)生情況。

云南雨澇過程存在明顯的年際和年代際變化，最多出現(xiàn)在1991、1985、1964年，各有9次；其次是2016、2013、2004、1996、1987年，出現(xiàn)了8次。次數(shù)最少年份為2011、2009年，僅出現(xiàn)2次；其次為2010、1977、1972、1969年，僅有3次(圖5)。從年雨澇次數(shù)的多項式變化曲線看出，20世紀(jì)60—70年代、21世紀(jì)以來處于雨澇次數(shù)偏少期，而20世紀(jì)80—90年代處于偏多期。此外，雖然云南年均雨澇過程次數(shù)為5.5次，整體變化趨勢不明顯，但年際波動明顯加大。2009—2016年共7年時間中，有兩年雨澇次數(shù)為2,為1961年以來僅有的兩個雨澇為2次的年份(最少)；另兩年的雨澇次數(shù)為歷史第二多(8次)，占年發(fā)生雨澇過程次數(shù)較多年份的25%，說明云南降水變化的極端性在增多增強(qiáng)。

圖5 1961—2018年云南歷年區(qū)域性雨澇過程次數(shù)

作為對比，給出從民政部門得到的云南暴雨洪澇受災(zāi)面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)(圖6)。可看出，20世紀(jì)80年代后期至2000年初期，云南因洪澇引起的受災(zāi)面積較大，2004年后有所減少，但2012年后又呈增加趨勢。20世紀(jì)90年代后期，云南連續(xù)多年遭受洪澇災(zāi)害，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖6 1972—2018年云南暴雨洪澇受災(zāi)面積(柱狀：受災(zāi)面積；綠線：5年滑動；紅線：直線趨勢)

2.4 雨澇過程的月際分布

以雨澇發(fā)生的起始時間，統(tǒng)計近58年來各月發(fā)生的區(qū)域性雨澇過程占比情況(圖7)。發(fā)現(xiàn)盡管云南氣候有干濕季之分，但雨澇發(fā)生時間跨度大，全年除了2—3月外，幾乎其余所有月份均可發(fā)生，冬季也會有雨澇發(fā)生。7月發(fā)生次數(shù)最多，共計85次雨澇過程，占26.6%；6月和8月發(fā)生次數(shù)相當(dāng)，均為75次，各占23.5%。6—8月雨澇過程次數(shù)總占約74%，與云南6—8月降水量占全年降水60%是基本一致的，可見，云南暴雨洪澇是典型的季風(fēng)氣候產(chǎn)物。

圖7 云南區(qū)域性雨澇過程次數(shù)各月占比率

2.5 一次典型的強(qiáng)雨澇過程

1998年6月18日—7月19日云南發(fā)生強(qiáng)雨澇災(zāi)害，強(qiáng)度列1961年以來第1位。全省先后出現(xiàn)6次強(qiáng)降水天氣過程，滇南的普洱、西雙版納、紅河降水量400～500 mm，滇北的麗江東部、楚雄北部降水量超過400 mm，接近常年全年降水量的50%左右。與常年同期相比，大部地區(qū)顯著偏多，中部和北部地區(qū)偏多5成以上，楚雄北部、麗江東部偏多1倍以上(圖8a)；圖8b的雨澇指數(shù)強(qiáng)度分布圖也可以看出，該時段嚴(yán)重雨澇主要發(fā)生在昆明、楚雄、昭通、普洱、西雙版納、曲靖、文山等地，與文獻(xiàn)記載的洪澇災(zāi)情基本吻合。如：《云南減災(zāi)年鑒》[23]記載了該時段的洪澇災(zāi)情─“1998年洪澇災(zāi)害主要集中于6—7月，尤其7月特別突出。受強(qiáng)降雨影響，6月中旬以后，省內(nèi)金沙江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江干支流有42站分別超警戒水位和有觀測記錄以來最大、第二、第三水位。洪峰接連出現(xiàn)，導(dǎo)致部分江河、湖泊險情不斷，農(nóng)作物受災(zāi)嚴(yán)重。”該時段內(nèi)全省發(fā)生重大暴雨洪澇災(zāi)害6起，分別是安寧“6·24”、景洪“7·2”、昭通(昭陽、大關(guān)、彝良、鹽津)“7·5”、安寧“7·9”、耿馬“7·10”、彝良“7·12”洪災(zāi)，受災(zāi)面積5.3萬hm2，死亡85人，直接經(jīng)濟(jì)損失7.51億元。僅昆明6月就出現(xiàn)了6次暴雨天氣，是昆明有降雨記錄以來暴雨最多月份，打破昆明年和月的暴雨日數(shù)極值，致使昆明許多街道多次被淹，城區(qū)交通受阻。《中國氣象災(zāi)害大典-云南卷》[7]將1998年列為云南近500年來特大洪澇年之一。

6 結(jié)論

(1)在雨澇監(jiān)測中，旬、月、季等標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行暴雨發(fā)生后的年影響評價時給出指定區(qū)域的暴雨洪澇概況是可行的，但在實時監(jiān)測暴雨過程發(fā)生和結(jié)束，跨旬、跨月等暴雨過程的評價時仍存在較大不足。比較年降水量、日暴雨量、暴雨洪澇災(zāi)情，結(jié)合云南降水強(qiáng)度特征，確定25 mm日降水量作為雨澇過程出現(xiàn)的起始日降水量閾值較符合實際。

(2)考慮到暴雨洪澇災(zāi)害中降水持續(xù)時間和降水強(qiáng)度的疊加作用，引入相當(dāng)降水強(qiáng)度算法，定義了云南區(qū)域雨澇過程監(jiān)測指標(biāo)，自動根據(jù)降水強(qiáng)度識別降水過程雨量和起止時間，可客觀定量地監(jiān)測和評估云南暴雨洪澇過程強(qiáng)度。

(3)1961—2018年云南共發(fā)生320次雨澇過程，年均5.5次。其中34次特強(qiáng)雨澇過程、60次強(qiáng)雨澇過程、105次較強(qiáng)雨澇過程, 121次一般雨澇過程。云南雨澇強(qiáng)度無明顯的趨勢變化,但雨澇過程強(qiáng)度波動變化加劇。

圖8 1998年6月18日—7月19日云南省降水量距平百分率和雨澇指數(shù)分布圖(審圖號：GS(2019)第1786號，底圖無修改)

(4)1961—2018年間云南年均發(fā)生輕澇34.0站日，中澇6.4站日，重澇0.9站日，特澇0.1站日。云南雨澇發(fā)生時間跨度大，全年除2—3月外，其余月份均可發(fā)生，主要集中在6—8月。

(5)云南暴雨洪澇存在明顯的年際和年代際變化特征，20世紀(jì)60—70年代、21世紀(jì)以來處于偏少期，20世紀(jì)80—90年代處于偏多期。近10年云南降水變化的極端性在增多增強(qiáng)。