謝亞玲，羅紅波，羅 紅，錢(qián)家松，周亮萍

(1.貴州省平塘縣氣象局，貴州 平塘 558300;2.貴州省平塘縣民族中學(xué)，貴州 平塘 558300;3.貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000;4.海南省三亞市民航三亞空管站，海南 三亞 572000)

1 引言

城市內(nèi)澇是指由于強(qiáng)降水或連續(xù)性降水超過(guò)城市排水能力致使城市內(nèi)產(chǎn)生積水災(zāi)害的現(xiàn)象。城市內(nèi)澇一旦發(fā)生就會(huì)造成城市交通、網(wǎng)絡(luò)、水、電等設(shè)施中斷，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)受到極大影響，嚴(yán)重時(shí)可危及人的生命，造成巨大危害。

平塘縣地形復(fù)雜，海拔落差大，河谷切割深，城鎮(zhèn)和主要居民點(diǎn)一般都沿河道或河道出口處的坪壩地帶分布，易受洪水、滑坡及泥石流等災(zāi)害的威脅。平塘縣老縣城也主要是圍繞平舟河河道的坪壩而建，平舟河屬于平塘縣境內(nèi)較大河流六硐河的一段。根據(jù)平塘縣山洪災(zāi)害防治試點(diǎn)基礎(chǔ)信息調(diào)查表，在1979—2012年間由于強(qiáng)降水引發(fā)城市內(nèi)澇共11次。最近的一次發(fā)生在2012年7月16日，由于平舟河上游都勻市凱口、墨沖等出現(xiàn)強(qiáng)降水，下游水位暴漲，很快超過(guò)警戒水位，縣城1/3進(jìn)水被淹，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 洪澇災(zāi)害簡(jiǎn)述

平塘縣縣城的地理環(huán)境決定平塘縣縣城汛期易受洪澇災(zāi)害侵襲，據(jù)平塘縣山洪災(zāi)害防治試點(diǎn)基礎(chǔ)信息調(diào)查，在1979—2012年平塘縣由于強(qiáng)降水引發(fā)城市內(nèi)澇共11次，其時(shí)間分布如表1。

表1 1979—2012年平塘城市內(nèi)澇時(shí)間表

平塘縣城區(qū)上游無(wú)防洪水庫(kù)，城區(qū)防洪堤為1996—2003年修建，且防洪堤高度較低，普遍防洪標(biāo)準(zhǔn)只有5—10 a一遇［1］，平塘縣縣城防洪能力弱，一旦出現(xiàn)城市內(nèi)澇，其災(zāi)害嚴(yán)重。如2007年7月25—26日六硐河流域普降大—特大暴雨，河水陡漲，縣城水位站洪峰水位為705.92 m，洪峰流量為3 070 m3/s，估算為100 a一遇特大洪災(zāi)，大部分電力、網(wǎng)絡(luò)、通訊設(shè)施損毀嚴(yán)重，直接造成經(jīng)濟(jì)損失5.821億元。

3 洪澇災(zāi)害天氣分析

3.1 資料和方法

根據(jù)平塘縣水利部門(mén)提供的全國(guó)山洪災(zāi)害情況統(tǒng)計(jì)表所記載平塘縣歷史山洪災(zāi)害情況，具體記錄1979—2012年平塘縣出現(xiàn)城市內(nèi)澇的年份和日期，根據(jù)其記錄平塘縣共有11次由于強(qiáng)降水造成城市內(nèi)澇。利用ECMWF逐日6 h再分析資料，利用grads等繪圖軟件對(duì)歷史上出現(xiàn)洪澇災(zāi)害的過(guò)程進(jìn)行分析并歸類(lèi)，然后從各類(lèi)型中選取天氣過(guò)程較明顯的物理量分析，其中以平塘氣象站(25°50'N，107°19'E)的物理量變化分析為主，其距離平舟河最近距離為1 km左右，而且在這個(gè)時(shí)段未遷址，具有較好的代表性。

3.2 低層天氣形勢(shì)分類(lèi)

暴雨是各種尺度的天氣系統(tǒng)共同作用的產(chǎn)物，有利的大尺度環(huán)流是產(chǎn)生暴雨的背景，而中尺度系統(tǒng)是暴雨的直接制造者和組織者［2］，本文利用ECMWF逐日6 h資料繪制1979—2012年11次發(fā)生強(qiáng)降水的天氣形勢(shì)圖，首先從低層形勢(shì)場(chǎng)分析中尺度系統(tǒng)，可分為西南低渦型、急流型、冷暖空氣交匯型和切變型4類(lèi)如表2所示，其中冷暖空氣交匯型有4次，占總數(shù)的36%，切變型27%，西南低渦和急流型為19%。

表2 11次強(qiáng)降水過(guò)程分類(lèi)

圖1為各類(lèi)型典型個(gè)例低層形勢(shì)場(chǎng)，其中圖1a為西南低渦型，其顯著特點(diǎn)為850 hPa西南地區(qū)存在明顯的氣旋性閉合環(huán)流;圖1b中為西南急流型，在西南地區(qū)東部存在較強(qiáng)的急流;圖1c中所示在我國(guó)西南地區(qū)有南下的干冷空氣與暖濕空氣交匯;圖1d在西南地區(qū)存在明顯的風(fēng)切變。

圖1 各類(lèi)典型天氣低層天氣圖

3.3 典型個(gè)例分析

3.3.1 西南低渦型 此類(lèi)型主要特征是低層存在西南低渦。如圖1a所示2012年7月16日08時(shí)850 hPa形勢(shì)場(chǎng)可以得到在西南地區(qū)存在氣旋性的低渦環(huán)流，即西南低渦，在700 hPa表現(xiàn)為切變線。高層圖2a為16日08時(shí)500 hPa形勢(shì)圖可以看到中高緯為兩槽一脊型，在新疆西北部為低槽，內(nèi)蒙古東北部為脊，我國(guó)東北部為槽，東北低槽向西南方向加深，高原東部存在弱的槽，有研究表明［3］:當(dāng)?shù)蜏u上空存在低槽，有利于低渦的維持和發(fā)展，槽前的正渦度平流有利于低層減壓，有利于西南低渦的形成。

從圖2b、2c區(qū)域平均渦度和散度圖可以分析在15日夜間—16日凌晨低層渦度為正值，強(qiáng)中心位于700 hPa附近，散度垂直分布呈低層輻合高層輻散形式，輻合層在700 hPa以下，這種下層輻合上層輻散的形式有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)，有利于低渦的維持。從垂直速度圖2d中也可以得到從14日夜間—16日凌晨500 hPa以下均有速度負(fù)值區(qū)如深色部分，表明低層存在較長(zhǎng)時(shí)間的上升運(yùn)動(dòng)。

圖2 a.為2012年7月16日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng);b.為25～26°N，107～108°E區(qū)域平均渦度時(shí)間變化圖;

西南低渦型的強(qiáng)降水主要特點(diǎn)為低層850 hPa有明顯的氣旋性環(huán)流，700 hPa表現(xiàn)為低渦或切變線，在低渦上空500 hPa存在弱的低槽，有利于低渦的發(fā)展，上升速度加強(qiáng)，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

3.3.2 西南急流型 2007年7月22日08時(shí)500 hPa環(huán)流形勢(shì)圖(圖略)可以看出在我國(guó)新疆北部有個(gè)弱脊，脊前存在明顯的槽，而槽前是較強(qiáng)的副熱帶高壓控制，23日槽發(fā)展成為低渦，24—25日低渦繼續(xù)發(fā)展加深且略微向東南方向移動(dòng)，同時(shí)副熱帶高壓也在增強(qiáng)西伸，26日低渦與副熱帶高壓對(duì)峙控制我國(guó)中東部地區(qū)如圖3a所示。低層700 hPa形勢(shì)場(chǎng)與500 hPa相近，沿著副熱帶高壓西側(cè)，存在強(qiáng)勁的西南氣流如圖1b所示。這股強(qiáng)勁的氣流來(lái)自菲律賓以東的洋面，最大風(fēng)達(dá)到16 m/s，為貴州省南部帶來(lái)充足的水汽，圖3b平塘站水汽通量散度隨時(shí)間變化圖可以得到從25日白天開(kāi)始平塘站低層存在較強(qiáng)水汽的輻合，且輻合中心逐漸上升，范圍加大，為強(qiáng)降水提供充足的水汽。同時(shí)在圖3c中可以看到平塘站的垂直速度在不斷加強(qiáng)，且最大上升速度中心向上擴(kuò)展，有利于這次強(qiáng)降水的發(fā)生。

此類(lèi)型的主要特點(diǎn)為700 hPa形勢(shì)場(chǎng)上貴州東南部存在較為強(qiáng)勁的西南氣流，這股強(qiáng)勁的氣流有時(shí)來(lái)自孟加拉灣，有時(shí)來(lái)自副熱帶高壓西側(cè)的菲律賓以東的洋面，它不僅促進(jìn)水汽的輸送，而且對(duì)不穩(wěn)定能量的積累，以及強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展也起著加強(qiáng)作用，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

3.3.3 冷暖空氣相互作用型 1996年7月16日08時(shí)500 hPa形勢(shì)圖如圖4a，中高緯為明顯的兩槽一脊型，低槽分別位于巴爾喀什湖和我國(guó)中東部地區(qū)，脊區(qū)位于新疆和內(nèi)蒙古交界地區(qū)，我國(guó)中東部地區(qū)受深厚的槽控制，副熱帶高壓東退到海上。在陜西、四川東部、貴州等地受深厚的低槽控制，槽后脊前的西北氣流有利于冷空氣南下，低層700 hPa形勢(shì)圖1c與500 hPa形勢(shì)相似，在貴州東南部存在風(fēng)切變，為南下的西北氣流和西南氣流切變。分析16日08時(shí)500 hPa溫度平流圖4b虛線為冷平流，實(shí)線為暖平流，從圖中也可以得到在貴州的中東部地區(qū)存在一個(gè)冷平流和暖平流中心，說(shuō)明冷暖平流在此交匯，對(duì)流加強(qiáng)。圖4c平塘站垂直速度圖中可以得到在15日夜間到16日凌晨存在較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，分析此時(shí)段的水汽通量散度圖(圖略)可以得到在西南氣流控制下平塘站存在較強(qiáng)的水汽通量散度輻合，有利于此次強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖3 a.為2007年7月26日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng);

此類(lèi)型的特點(diǎn)為高層500 hPa形勢(shì)場(chǎng)中我國(guó)中東部地區(qū)為明顯的槽，槽后脊前的西北氣流有利于冷空氣南下，在貴州省中東部有冷平流中心，冷暖空氣在此交匯，有利于形成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，此外暖濕氣流還帶來(lái)較豐富的水汽為強(qiáng)降水帶來(lái)水汽條件，形成強(qiáng)降水。

3.3.4 切變型 此類(lèi)型的主要特點(diǎn)為在700 hPa形勢(shì)場(chǎng)中可以看到西南地區(qū)東部存在明顯的風(fēng)切變，如圖1d中1990年5月13日08時(shí)700 hPa形勢(shì)場(chǎng)所示。中高層500 hPa高度場(chǎng)圖5a所示我國(guó)中東部地區(qū)為低槽控制，低槽不斷加深且緩慢東移，槽后脊前的偏北氣流引導(dǎo)冷空氣分散南下。低層700 hPa風(fēng)場(chǎng)在西南地區(qū)存在明顯的風(fēng)切變，850 hPa也能分析出在西南地區(qū)有弱的切變存在，切變線兩側(cè)的氣流輻合為降水提供動(dòng)力抬升是此類(lèi)降水的共同特征［6］。從物理量場(chǎng)圖5b、5c中分析得到其動(dòng)力條件渦度以及垂直速度在平塘站有明顯的正渦度，及較強(qiáng)的上升速度，分析平塘站水汽通量散度圖可以得到在低層存在較強(qiáng)的水汽輻合中心，為降水提供充足的水汽條件。

圖4 a.為1996年7月16日08時(shí)500 hPa形勢(shì)圖;

此類(lèi)型的主要特點(diǎn)為在低層700 hPa在西南地區(qū)存在明顯風(fēng)切變，而在切變線的高層存在槽線，這有助于切變線的維持，切變線兩側(cè)的輻合氣流為降水提供動(dòng)力的抬升作用，有助于上升運(yùn)動(dòng)以及渦旋運(yùn)動(dòng)的發(fā)生發(fā)展，一旦存在較大的水汽通量輻合時(shí)有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

4 結(jié)論

①平塘縣遇到強(qiáng)降水容易發(fā)生洪澇災(zāi)害主要原因:首先由于較大的六硐河主干河流穿城而過(guò)，且有較多的支流匯入其中，一旦發(fā)生強(qiáng)降水支流匯入縣城中的主干河流，河水水位上漲迅速。其次平塘縣防洪設(shè)施落后，防洪能力弱，平塘縣城區(qū)上游無(wú)防洪水庫(kù)，城區(qū)段防洪堤為1996—2003年之間修建，防洪堤高程較低，普遍防洪標(biāo)準(zhǔn)只有5～10 a一遇。

②利用ECMWF逐日6 h全球再分析資料，分析平塘縣在1979—2013年內(nèi)11次城市內(nèi)澇的強(qiáng)降水天氣形勢(shì)，根據(jù)低層形勢(shì)的主要影響系統(tǒng)，可分為4類(lèi)，即為西南低渦型、急流型、冷暖空氣交匯型以及切變型。西南低渦存在且高層有弱的槽存在時(shí)能促進(jìn)低渦的發(fā)展，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生;當(dāng)西南地區(qū)存在明顯的急流帶時(shí)，不僅為強(qiáng)降水帶來(lái)豐富的水汽，還不斷地積累不穩(wěn)定能量，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生;當(dāng)從高低層天氣形勢(shì)分析出有冷空氣南下與暖空氣交匯時(shí)能促進(jìn)氣流的上升運(yùn)動(dòng)，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生;切變線兩邊的輻合氣流為降水提供動(dòng)力的抬升作用，加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)以及渦旋運(yùn)動(dòng)的發(fā)生發(fā)展，為強(qiáng)降水提供動(dòng)力條件，促進(jìn)強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖5 a.為1990年5月13日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng);

③預(yù)防洪澇災(zāi)害首先加強(qiáng)宣傳力度，幫助大眾認(rèn)識(shí)洪澇災(zāi)害的危害性，其次有關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)合作，做好洪澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)，制定山洪災(zāi)害防御預(yù)案和躲避方案。另外應(yīng)加大資金的投入，加強(qiáng)河道的疏通、防堤的建設(shè)。氣象部門(mén)一旦預(yù)報(bào)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)值班，嚴(yán)格按照“三個(gè)叫應(yīng)”的服務(wù)政策準(zhǔn)確、及時(shí)和廣泛地為大眾做好服務(wù)。

［1］張中杰，柳恒，王化鑫，等.平塘縣城2007年暴雨洪水分析［J］.東北水利水電，2008，26(292)39-40.

［2］丁一匯.高等天氣學(xué)［M］.北京:氣象出版社，1991.

［3］王作述，汪迎輝，梁益國(guó).一次西南低渦的數(shù)值實(shí)驗(yàn)研究［C］.暴雨科學(xué)、業(yè)務(wù)實(shí)驗(yàn)和天氣動(dòng)力學(xué)理論的研究［A］.北京:氣象出版社，1996.257-267.

［4］許美玲，段旭，孫績(jī)?nèi)A，等.與低空氣流相伴的暴雨天氣診斷分析［J］.云南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，26(4):320-324.

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