FAST周邊2010—2020年暴雨特征分析

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一處喀斯特洼地中，是世界上規模最大、最靈敏的巨型射電望遠鏡，已被列入中國九大科技基礎設施之一。FAST肩負著搜尋與發現射電脈沖星、巡視宇宙中的中性氫、探測星際分子、搜尋星際通訊信號等科學目標[1-2]。自投入運行以來，FAST附近發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生突然崩塌。FAST核心區與周圍山體距離不到10 m，暴雨衍生的巖崩對FAST的安全運行構成一定威脅，故本文對FAST周邊暴雨的發生時間和強度等特征進行基本分析，以期為FAST的暴雨氣象保障服務提供初步的科學依據。

1 資料和方法

采用2010—2020年FAST周邊最近的克度、塘邊、董架3個區域自動站的降水量資料，主要包括20—20時降水量、08—08時降水量、逐小時降水量。資料來自CIMISS數據庫，并經過嚴格的質量控制。利用統計學方法分析FAST周邊暴雨的發生規律，其中20時或08時統計出暴雨的，計為當日發生暴雨，20時和08時均統計出暴雨的，按雨量較大者計。

2 結果與分析

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個區域自動站的日降水量，統計得出2010—2020年FAST周邊各站共發生暴雨43～47次，發生大暴雨5～7次，3站同天發生暴雨20次，每年發生1～4次，平均每年發生2次左右。其中，3站在2014年7月3日同天發生大暴雨1次，雨量分別為205.1 mm、167.7 mm、139.9 mm。3站平均雨量達100 mm的情況有6次，分別發生在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)。

單獨分析克度、塘邊、董架3站的暴雨過程可以發現(表2)，2010—2020年FAST周邊3站年平均每年發生暴雨4次左右，以東南面的董架最多。對同一個地方，多次暴雨發生時間間隔越短，發生地質災害的可能性越大，統計FAST周邊各站2次暴雨的間隔時間發現，各站2次暴雨間隔時間在7 d以內的情況并不頻發，每年發生0.5～0.6次。各站2次暴雨發生的間隔時間最短為1～2 d，最短間隔的2次暴雨累計雨量為110.6～150.2 mm，1周內2次暴雨累計雨量最大為212.9～308.5 mm。各站連續3次暴雨發生的最短時間在11～13 d，近11 a 1個月內發生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站同天發生暴雨過程統計表(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站暴雨統計表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，FAST周邊最易發生的暴雨雨量是50.0～99.9 mm，占86.7%。大暴雨以上降水(≥100 mm)發生的概率為13.3%，發生了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)發生1次，占0.7%，發生在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周邊暴雨次數的月際分布圖(圖1)可以看出，FAST周邊暴雨主要發生在夏秋季，但在不易發生暴雨的冬季也有過暴雨發生(2019年1月8日克度站)。逐月發生頻次呈雙峰型分布，在6月達到峰值，在9月有1個小峰值。其中，FAST周邊暴雨最易發生的月份是6月，其次是7月和9月。此外，FAST周邊大暴雨主要發生在5月、6月，分別發生8站次、6站次大暴雨，特大暴雨發生在7月(圖略)。

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

2.3 FAST周邊暴雨小時分布

一般情況下，我們將每小時降水量≥20 mm的降水現象定義為短時強降水。FAST周邊各站暴雨中出現短時強降水的過程有32～34次，占70%～74%。研究發現，采用20 mm·h-1標準來統計FAST周邊暴雨的發生時間有些不妥。以克度站為例，2020年9月16日04—08時中，05時降水量為13 mm，其余各時次降雨量>20 mm，若只統計20 mm·h-1以上小時降水，則會認為05時暴雨有間斷，與事實不符。2014年7月3日，凌晨以后較強降水從02時一直持續到06時，若用20 mm·h-1統計，則會認為較強降水是從03時持續到05時。外加FAST臺站對10 mm·h-1以上小時降水有氣象決策服務需求。所以，本文將≥10 mm·h-1的降水作為FAST暴雨發生的主要貢獻者。統計分析2010—2020年FAST周邊各站各次暴雨過程中逐小時雨量發現，主要貢獻者易出現在22—次日06時。23時出現27次，00時、01時、02時、03時、04時、05時出現24～25次，22時、06時出現15～18次，10—20時出現0～6次，其余時段出現9～14次(見表3)。

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

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

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

擁有2個主要貢獻者的暴雨過程中，76%的過程主要貢獻者是連續出現的。擁有3個主要貢獻者的暴雨過程中，59%的過程主要貢獻者是連續出現的。擁有4個主要貢獻者的暴雨過程中，42%的過程主要貢獻者是連續出現的。所有擁有5個及以上主要貢獻者的暴雨過程中，主要貢獻者都是間斷出現的，但最長連續出現的時間有5 h，出現在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。有間斷出現的31次暴雨過程中，27次過程間斷1次，間隔時間為1～17 h，4次過程間斷2次，間隔時間為1～6 h。

主要貢獻者的小時雨強在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次分別出現在2015年5月20日00時塘邊62.8 mm和01時克度61.5 mm、2012年4月28日00時克度62.2 mm、2010年7月30日00時董架66.1 mm、2014年5月21日03時董架65 mm、2018年5月12日03時董架64.6 mm。這6次擁有60 mm以上雨強的暴雨過程中，2015年5月20日持續1 h，2010年7月30日、2014年5月21日持續4 h，其余2次持續了2 h。

表4 FAST周邊暴雨發生時段統計Tab.4 Statistics of heavy rain occurrence period around FAST

綜合以上分析，FAST周邊暴雨持續時間總體較短，多數情況為1～2 h，但也有長達7 h的暴雨發生，且一般持續時間越長，降水量越大，暴雨雨量和暴雨發生時長呈相關系數為0.836的正相關關系。這個結論和暴雨發生條件是吻合的。暴雨發生條件中，除了較強的上升運動和水汽輸送外，還有一點是較長的持續時間，而持續幾個小時的較強降水，通常情況下都有“列車效應”伴隨，不斷有對流云團生成并經過暴雨區[3]。FAST周邊最長連續較強降水時間為5 h，所有擁有5個及以上主要貢獻者的暴雨過程都是間斷出現的。

3 結論與討論

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

②FAST周邊最易發生的暴雨雨量是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周邊暴雨主要發生在夏秋季，在不易發生暴雨的冬季也有過暴雨發生(2019年1月8日克度站)。最易發生的月份是6月，最易發生的時段是夜間至清晨(22時—06時)。

④FAST周邊暴雨持續時間總體較短，多數情況為1～2 h，但也有長達7 h的暴雨發生，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的，本文使用包圍著FAST距離最近的3個站點的降水資料，與FAST臺址點的降雨存在一定差異，若在FAST臺址設立了自動站，可利用單站資料再次進一步研究。