侯建忠，權(quán)衛(wèi)民，潘留杰，劉海軍

(1.陜西省氣象臺(tái),西安 710014；2.延安市氣象局,陜西延安 716000；3.陜西省氣象局, 西安 710014)

青藏高原東北側(cè)地區(qū)暴雨特征分析

侯建忠1，權(quán)衛(wèi)民2，潘留杰1，劉海軍3

(1.陜西省氣象臺(tái),西安 710014；2.延安市氣象局,陜西延安 716000；3.陜西省氣象局, 西安 710014)

利用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)比分析青藏高原東北側(cè)甘肅、陜西、寧夏和青海四省區(qū)1961—2008年的暴雨時(shí)空分布特征及地形影響。結(jié)果表明：本地區(qū)暴雨年頻次變化存在3 a和6 a兩個(gè)顯著周期；暴雨的空間分布具有“三高兩低”的特征，地理分布受地形影響明顯，多暴雨區(qū)域均發(fā)生在迎風(fēng)坡及河川喇叭口輻合地帶；年度內(nèi)的第一場(chǎng)較大范圍的區(qū)域性暴雨較早出現(xiàn)時(shí)對(duì)該年度暴雨偏多有一定指示意義，即當(dāng)年內(nèi)首場(chǎng)暴雨落區(qū)偏北或偏西時(shí)，預(yù)示著該年度暴雨的落區(qū)會(huì)出現(xiàn)相對(duì)偏北或偏西分布；相關(guān)結(jié)論和規(guī)律能為人們趨利避害、防洪減災(zāi)提供一定借鑒。

青藏高原東北側(cè)；暴雨；時(shí)空分布特征

西北地區(qū)是我國(guó)降水量最少的地方，降水量的特點(diǎn)是東南多西北少，降水量自東南向西北迅速減少。而位于青藏高原東北側(cè)的甘肅、陜西、青海和寧夏等地區(qū)，暴雨的發(fā)生率較高，短時(shí)暴雨的極值更是接近國(guó)內(nèi)極值[1-2]，給當(dāng)?shù)氐膰?guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的災(zāi)害和損失；另一方面暴雨對(duì)緩解西北地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱、水庫(kù)蓄水和水力發(fā)電又極為有利，暴雨多的年份，特別是區(qū)域性暴雨偏多時(shí)，往往降雨也多，農(nóng)業(yè)收成好[3]。因此對(duì)該地區(qū)的暴雨氣候特征進(jìn)行分析研究，為人們趨利避害、防洪減災(zāi)以及預(yù)報(bào)此類天氣提供氣候背景。

1 暴雨標(biāo)準(zhǔn)和資料說(shuō)明

按照中國(guó)氣象局全國(guó)暴雨日降雨量標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)某區(qū)域內(nèi)有一站日降水量大于等于50 mm或有一站大于等于100 mm時(shí)，分別定義為該區(qū)域的一個(gè)暴雨日或有一個(gè)大暴雨日(單位為次)。由于是分析青藏高原東北側(cè)地區(qū)的暴雨特征，對(duì)測(cè)站的選取作了一定的取舍，其中陜西、寧夏包括境內(nèi)所有測(cè)站，甘肅、青海則分別選擇武威以東的所有測(cè)站和青海湖以東地區(qū)的所有測(cè)站，共涉及到該地區(qū)212個(gè)測(cè)站，基本涵蓋了青藏高原東北側(cè)的所有地區(qū)，具有廣泛的代表性。分別對(duì)1961—2008年共48 a間各省和青藏高原東北側(cè)地區(qū)逐日的降水量資料(本文以20—20時(shí)統(tǒng)計(jì),下同)進(jìn)行分析，以利于其結(jié)果進(jìn)一步的比較和使用。

2 暴雨的年際特征

資料分析顯示，在過(guò)去的48 a中，青藏高原東北側(cè)的地區(qū)出現(xiàn)暴雨1 324次，年均27.6次。其中陜西年均26次、甘肅年均7次、寧夏年均3次、青海年均不足1次。發(fā)生次數(shù)最多的年份是1964年為42次，最少的是1986年僅有16次；其年際間變化差異很大，最多年份與最少年份暴雨相差約3倍。

20世紀(jì)80年代初期為青藏高原東北側(cè)暴雨的高峰期，21世紀(jì)初至2007年則為次峰期；20世紀(jì)90年代中期和60年代中期則為第三和第四峰期(圖1)，與一些研究結(jié)論[4]基本一致。青藏高原東北側(cè)地區(qū)暴雨的站次變化(圖略)比其暴雨年頻次變化更加明顯和更具有規(guī)律性，暴雨的年頻次和站頻次變化在年代、年際變化上與陜西十分相似，與甘肅有一定的趨同性(圖1)，但寧夏暴雨的年頻次變化有時(shí)為相反狀態(tài)，如本世紀(jì)初至2008年基本為一個(gè)低值區(qū)(圖1)，這可能是其地域偏北的緣故。對(duì)青藏高原東北側(cè)及各省份暴雨的年頻次和站頻次變化利用Schuster周期圖[5]進(jìn)行周期分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)青藏高原東北側(cè)及各省區(qū)暴雨的年頻次和站頻次變化共同存在約為3 a和6 a兩個(gè)周期，不同的省份還分別存在約8 a、9 a和20 a幾個(gè)不同的周期。其F檢驗(yàn)值均通過(guò)信度0.01的顯著性檢驗(yàn)。事實(shí)上青藏高原東北側(cè)暴雨周期與陜西年降水周期基本吻合[6]。

圖1 1961—2008年青藏高原東北側(cè)及各省區(qū)暴雨年頻次變化

3 暴雨的月、旬分布特征

3.1 月分布特征

統(tǒng)計(jì)顯示：青藏高原東北側(cè)的暴雨在2—11月均可出現(xiàn)(見(jiàn)表1)，存在著一定的階段性，暴雨主要集中在7、8月，分別約占全年的33%、30%，各個(gè)區(qū)域間既有聯(lián)系又有區(qū)別。偏西偏北區(qū)域出現(xiàn)暴雨的時(shí)間跨度相對(duì)集中和縮短，這種特征隨著地理位置向西或向北表現(xiàn)更加明顯。青海和寧夏地區(qū)尤為突出，7、8月的暴雨分別占全年的是32%、65%和39%、44%，且以8月為年內(nèi)最大值。對(duì)比陜西與該地區(qū)的暴雨月分布可以發(fā)現(xiàn)，陜西與該區(qū)域的暴雨分布非常相似，表明陜西暴雨在該區(qū)域內(nèi)的權(quán)重偏強(qiáng)，在一定程度上削弱了其他地區(qū)的特征。這一點(diǎn)從該區(qū)域的暴雨極值事件更能說(shuō)明情況，如該區(qū)最早暴雨日期為2004年2月20日(藍(lán)田51.0 mm、洋縣54.0 mm)，最遲為1994年11月13日(漢中、安康市的8個(gè)測(cè)站)，均出現(xiàn)在陜西，陜西最大暴雨日降水紀(jì)錄出現(xiàn)在2003年8月29日(寧陜304.5 mm)，最多年份為1983年共179站，最大區(qū)域性暴雨過(guò)程為1998年7月7日的43站暴雨。而青海東部地區(qū)最早為1987年6月20日(河南59.6 mm)，最晚為1985年10月18日(托托河站50.2 mm)，最大暴雨日降水紀(jì)錄出現(xiàn)在1963年7月23日尖扎站75.5 mm。寧夏最早暴雨為1967年5月16日(涇源62.6mm)，最晚為1996年9月28日(涇源54.0 mm)，最大暴雨日降水紀(jì)錄出現(xiàn)在1973年8月9日石嘴山測(cè)站為132.9 mm，最多年份為2002年共14站，最大區(qū)域性暴雨過(guò)程為2002年6月8日的10站暴雨。甘肅最早暴雨日為2003年4月1日(慶陽(yáng)50.5 mm)，最遲為2002年10月18日(武山57.7 mm)，最大暴雨日降水紀(jì)錄出現(xiàn)在1966年7月26日慶陽(yáng)測(cè)站為190.2 mm，最多年份為1970年共41站，最大區(qū)域性暴雨過(guò)程為1970年6月8日的18站暴雨。表明幾個(gè)省份各有其特點(diǎn)，而且最遲暴雨時(shí)間多在10月中下旬，但最早暴雨出現(xiàn)時(shí)間相差約4個(gè)月左右。

對(duì)該區(qū)域不同年份內(nèi)較早發(fā)生暴雨的時(shí)間、落區(qū)、范圍及強(qiáng)度對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年內(nèi)第一場(chǎng)較大范圍的暴雨較常年出現(xiàn)偏早時(shí)或接近常年時(shí)間時(shí)，該地區(qū)當(dāng)年暴雨則相應(yīng)較多，如：1960年、1964年、1965年、1978年、1983年、1998年均在5月底出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨，其相應(yīng)年份暴雨日均較多，同時(shí)當(dāng)年的年降水量均屬正常偏多。當(dāng)年內(nèi)第一場(chǎng)暴雨較常年出現(xiàn)偏早或接近常年,暴雨落區(qū)偏北或偏西時(shí)，則預(yù)示著該年度暴雨的落區(qū)將較常年偏北或偏西。如：1961年、1970年、1973年、1990年、1991年、1996年、1981年、2002年、2003年和2005年，其年內(nèi)的第一場(chǎng)暴雨均出現(xiàn)在秦嶺以北的關(guān)中地區(qū)或甘肅境內(nèi)，相應(yīng)年份甘肅、寧夏或陜西關(guān)中地區(qū)均為暴雨偏多年份，甚至是洪澇較重年份，表明該年度雨帶(即暴雨)偏北或偏西。這可能與高原季風(fēng)及東亞季風(fēng)活動(dòng)有關(guān)[7-8]。這一結(jié)果對(duì)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)及氣候預(yù)測(cè)具有一定參考價(jià)值。

表1 青藏高原東北側(cè)暴雨月、旬分布特征 次

3.2 旬分布特征

在旬分布上，青藏高原東北側(cè)的暴雨有多峰值特點(diǎn)。7月下旬為暴雨出現(xiàn)的第一高峰期，也是全年的最大峰值。最大峰值存在地區(qū)差異(見(jiàn)表1)，其中陜西、甘肅均出現(xiàn)在7月下旬，青海為8月上旬，寧夏則為7月下旬和8月上旬。次峰值較為分散，除陜西7月上旬的特征相對(duì)明顯外，甘肅的7月中旬和8月上旬、中旬的頻次較為接近，寧夏的7月中旬和8月中旬頻次較接近。青海有所后推，在7月下旬和8月中旬、下旬的頻次幾乎相當(dāng)。從天氣影響系統(tǒng)來(lái)講，該地區(qū)的降水主要受副熱帶高壓位置影響，而7月副熱帶高壓北側(cè)的雨帶正好北移至西北地區(qū)東部，且7月中旬至8月中旬副熱帶高壓的位置南北變化不大，其移動(dòng)大體多為略有西伸或東退，這就形成了青藏高原東北側(cè)的地區(qū)7月下旬到8月中旬的多暴雨時(shí)段。

4 暴雨的日變化特征

青藏高原東北側(cè)地區(qū)的暴雨具有明顯的日變化。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，大部分過(guò)程為午后到傍晚前后開(kāi)始有降水，在夜間形成暴雨或降雨量較大，次日上午到中午雨勢(shì)減弱。降水往往在3～6 h、甚至1～2 h以內(nèi)就達(dá)到區(qū)域性暴雨和大暴雨的強(qiáng)度[9]。如1991年7月28日陜北、關(guān)中的一次突發(fā)性暴雨，西安站日雨量達(dá)111.0 mm，創(chuàng)下建站以來(lái)新記錄，降水則主要發(fā)生在04時(shí)左右，10時(shí)左右降水基本結(jié)束；2007年7月24日下午到夜間甘肅涇川不到4 h降水達(dá)148.0 mm(其中30 min雨量為83.5 mm)，為涇川縣1957年有氣象觀測(cè)記錄以來(lái)的最大值。均顯示出暴雨夜間特征非常明顯。

若分別以08時(shí)和20時(shí)為日界統(tǒng)計(jì)暴雨過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在青藏高原東北側(cè)地域內(nèi)的陜西大部和甘肅東南部地區(qū)暴雨，20時(shí)明顯多于08時(shí)，年均偏多3次左右，且20時(shí)暴雨過(guò)程的雨量和范圍也比08時(shí)大。在不同區(qū)域內(nèi)也存在差異，如寧夏地區(qū)08時(shí)暴雨略多于20時(shí)，且08時(shí)雨量也大于20時(shí)，主要是由于寧夏地區(qū)處在干旱與半干干地區(qū)，其水汽條件較陜西和甘肅東南部偏少，水汽輸送的持續(xù)性較差所造成。其降水多以對(duì)流性形式出現(xiàn)，在降水機(jī)制上類似冰雹天氣，降水多集中在午后至傍晚，且降水持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。以該地區(qū)2000—2008年的暴雨過(guò)程為例，9年間20時(shí)的暴雨過(guò)程僅有2001年多于08時(shí)，其余年份無(wú)論是暴雨過(guò)程和暴雨站次均少于08時(shí)或與其持平。再如2006年7月14日銀川出現(xiàn)暴雨08時(shí)雨量為104.8 mm,20時(shí)雨量則為83.8 mm。

5 空間分布、空間及時(shí)間尺度特征

5.1 空間分布

青藏高原東北側(cè)的暴雨總體趨勢(shì)是由東向西、自南向北逐步減少，且雨強(qiáng)趨于減小，暴雨地理分布大致表現(xiàn)為“三高兩低”的特征。“三高”即以秦嶺以南的鎮(zhèn)巴、紫陽(yáng)、寧強(qiáng)為第一東西向的高發(fā)帶；關(guān)中北部的韓城、白水和西部地區(qū)的寶雞附近及甘肅東部地區(qū)正寧、慶陽(yáng)[11]為第二東西向的高發(fā)帶；陜北北端的神木、府谷一線為第三高值區(qū)。另外在關(guān)中的中東部和秦嶺山脈北坡附近的戶縣、藍(lán)田等也有一個(gè)相對(duì)高值中心存在。而暴雨低發(fā)區(qū)域(兩低),一為在關(guān)中東部的大荔、高陵一帶，一為陜北長(zhǎng)城沿線、寧夏中北部及甘肅天水、靜寧以西地區(qū)(圖2a)。

圖2 青藏高原東北側(cè)暴雨空間分布(單位：次)

5.2 空間及時(shí)間尺度

在青藏高原東北側(cè)的區(qū)域內(nèi)暴雨均可出現(xiàn)，多數(shù)暴雨自北向南、自西向東先后出現(xiàn)。其中區(qū)域性暴雨多以陜南和關(guān)中連片出現(xiàn)暴雨、甘肅東部與關(guān)中西部或與陜北南部連片出現(xiàn)暴雨，影響范圍多達(dá)10～20縣(市)，這類暴雨約占區(qū)域性暴雨總數(shù)的30%。寧夏與陜北及寧夏與甘肅東部也常連片出現(xiàn)暴雨，但暴雨的范圍較小，一般少于10縣(市)。而陜西、甘肅和寧夏同時(shí)出現(xiàn)大范圍的暴雨僅有兩次，分別是1977年7月5日和2002年6月8—9日的大暴雨過(guò)程，兩次過(guò)程均給陜西帶來(lái)重大損失和人員傷亡[10-11]。

不可忽視的是，青藏高原東北側(cè)偏北地區(qū)出現(xiàn)大暴雨的可能性不比偏南地區(qū)小，甚至超過(guò)南部。如甘肅最大暴雨日降水紀(jì)錄出現(xiàn)在慶陽(yáng)站(1966年7月26日達(dá)190.2 mm)，并未出現(xiàn)在甘肅隴南的徽縣或康縣。位于陜北的子長(zhǎng)站2002年7月4—5日連續(xù)兩天降水量超過(guò)100 mm，其中7月4日達(dá)195.0 mm，遠(yuǎn)超過(guò)關(guān)中地區(qū)許多測(cè)站的日降水最大紀(jì)錄。可見(jiàn)偏北地區(qū)的降水強(qiáng)度也非常大，但影響范圍多為1～3縣(市)，具有明顯的局部特性。位于北部地區(qū)的暴雨有明顯的夜暴雨特征，強(qiáng)度大、降水時(shí)間集中，往往3～6 h降水量就可超過(guò)100 mm。這多是由副高第三次季節(jié)性北跳、西伸北抬和來(lái)自副熱帶高壓底部的偏東氣流與來(lái)自孟加拉灣的偏南氣流同時(shí)作用和地形影響的結(jié)果[12]。

從時(shí)間尺度來(lái)講，青藏高原東北側(cè)暴雨基本為單日暴雨，在48 a中，持續(xù)兩天的較大范圍暴雨約占總數(shù)的10%，且以陜西的陜南居多?？傮w而言暴雨的時(shí)間尺度大多較短，影響系統(tǒng)和強(qiáng)降水同步出現(xiàn)的概率較多，多以局地和局部地區(qū)突發(fā)性暴雨形式出現(xiàn)，且具有先西后東的次序。在暴雨的預(yù)報(bào)方面應(yīng)以短期預(yù)報(bào)和短時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)為重點(diǎn)。

6 地形作用

通過(guò)將暴雨資料與青藏高原東北側(cè)的地形(圖2b)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)暴雨空間分布與地形關(guān)系密切。夏半年由于青藏高原東北側(cè)的水汽輸送多為偏南或偏東南氣流，形成了秦嶺以南的高值區(qū)域，暴雨最大中心的鎮(zhèn)巴位于東西走向的米倉(cāng)山脈迎風(fēng)坡，其地形作用十分明顯。位于關(guān)中北部、寶雞附近及甘肅東部地區(qū)的暴雨高發(fā)區(qū)，主要是由于地形對(duì)翻越秦嶺氣流的強(qiáng)迫抬升[13]以及偏東南氣流的共同作用造成的[14]，因?yàn)殛P(guān)中地區(qū)(即關(guān)中盆地)是典型的喇叭口收縮抬升型地形，又分別有黃河、洛河、涇河及渭河等河谷存在，這種大的喇叭口地形與小的河谷喇叭口疊加輻合作用有利于暴雨的產(chǎn)生。關(guān)中北部、甘肅東部的暴雨多發(fā)區(qū)則均為處在相應(yīng)的河谷附近或河流上游地區(qū)與地形(如六盤山、子午嶺的阻擋)共同形成的輻合地區(qū)。另外夏季陜西地區(qū)受冷空氣活動(dòng)影響，當(dāng)較強(qiáng)冷空氣直接南下或華北冷空氣東路侵入陜西時(shí)，在秦嶺北坡爬坡和屏障作用下，使得秦嶺北坡的藍(lán)田、潼關(guān)也成為一個(gè)暴雨相對(duì)多發(fā)區(qū)。位于陜北的府谷、神木的暴雨高發(fā)區(qū)，同樣均是處在黃河沿岸的支流河谷地區(qū)，受喇叭口地形輻合和地形抬升影響使得陜北東部暴雨明顯多于其西部地區(qū)。

7 結(jié)論

(1)青藏高原東北側(cè)暴雨年均值為27.6次，20世紀(jì)80年代初期為青藏高原東北側(cè)暴雨的高峰期，21世紀(jì)初至2007年則為次峰期；暴雨的年頻次和站頻次變化在年代、年際變化上與陜西十分相似，與甘肅有一定的趨同性，且共同存在著約為3 a和6 a兩個(gè)周期，不同的省份還分別存在約為8 a、9 a和20 a幾個(gè)不同的周期，并通過(guò)信度檢驗(yàn)。

(2)青藏高原東北側(cè)暴雨的月分布較分散，2—11月均可出現(xiàn)，以7月為主，8月次之，地域上存在差別，青海和寧夏地區(qū)則以8月為年內(nèi)最大值，且有南部多北部少的特征。

(3)暴雨的地理分布受地形影響很明顯，多暴雨區(qū)域均在迎風(fēng)坡及河川喇叭口輻合地帶。

(4)青藏高原東北側(cè)的區(qū)域性暴雨多為陜南和關(guān)中連片出現(xiàn)暴雨、甘肅東部與關(guān)中西部和陜北南部連片出現(xiàn)暴雨，寧夏與陜北和寧夏與甘肅東部也常連片出現(xiàn)暴雨，但暴雨范圍較小。陜西、甘肅和寧夏同時(shí)出現(xiàn)大范圍的暴雨概率較小。無(wú)論是區(qū)域性暴雨和大暴雨很少持續(xù)兩天以上。但甘肅東部、陜北暴雨的強(qiáng)度有時(shí)遠(yuǎn)超過(guò)南部隴南和關(guān)中地區(qū)，說(shuō)明有一定的地方特性。

(5)當(dāng)年度內(nèi)第一場(chǎng)較大范圍的區(qū)域性暴雨較早出現(xiàn)時(shí)，預(yù)示該年度暴雨偏多。當(dāng)年內(nèi)首場(chǎng)暴雨出現(xiàn)落區(qū)偏北或偏西時(shí)，預(yù)示著該年度暴雨的落區(qū)相對(duì)偏北或偏西，其結(jié)論對(duì)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)及氣候預(yù)測(cè)具有一定參考價(jià)值。

(6)青藏高原東北側(cè)暴雨空間分布具有“三高兩低”的特征。三個(gè)高值中心分別位于陜南的鎮(zhèn)巴、紫陽(yáng)一帶，寶雞、韓城及甘肅東部的正寧一線，陜北北端的神木、府谷一帶。

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2013-11-27

侯建忠(1960—)，男,陜西澄城人，學(xué)士，正研級(jí)高工,從事天氣氣候預(yù)測(cè)及研究。

公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201306006)；陜西省氣象局重點(diǎn)科研項(xiàng)目(2013Z-1)

侯建忠，權(quán)衛(wèi)民，潘留杰，等.青藏高原東北側(cè)地區(qū)暴雨特征分析[J].陜西氣象，2014(2)：1-5.

1006-4354(2014)02-0001-05

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