李晨濤

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

遼寧省屬于典型的季風(fēng)氣候，處于干旱半干旱過渡地帶，與內(nèi)蒙和西北相連，且受東部山區(qū)夾峙地帶影響，部分區(qū)域氣候?yàn)榇箨懠撅L(fēng)變化[1]。遼寧地區(qū)氣候呈現(xiàn)典型的季節(jié)變化，夏季日照時(shí)間充足，降水十分集中，氣候較為干燥，全省不同區(qū)域氣候因地理位置的不同具有顯著的差異性。降水主要集中在夏季，秋冬季降水量較少[2]。遼寧省年降水量在空間上從東南向西北逐步遞減，多年平均降水量在300～1300mm之間變幅，降水量高值區(qū)域主要位于丹東區(qū)域，而遼寧西部地區(qū)年降水量低于500mm，屬于典型的干旱半干旱地區(qū)。遼寧地區(qū)年蒸發(fā)量和降雨分布具有明顯的差異性，年蒸發(fā)量在800mm以上的區(qū)域主要位于遼寧西部，且從西向東逐步遞減變化，遼寧中部蒸發(fā)量總體在800～1000mm之間[4-5]。近些年來，遼寧省局地暴雨頻發(fā)，相關(guān)研究成果表明[6-12]遼寧地區(qū)短時(shí)雨強(qiáng)和暴雨洪水具有緊密的聯(lián)系，區(qū)域暴雨洪水主要由短時(shí)強(qiáng)降水形成，且受不同天氣系統(tǒng)影響程度較高。因此需要對(duì)遼寧省暴雨特征及其暴雨成因進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而為區(qū)域洪水預(yù)警以及水旱災(zāi)害防御措施規(guī)劃提供重要的參考價(jià)值。

1 場次暴雨選取

1.1 場次暴雨

為提高遼寧省暴雨特征分析的代表性，本文按照暴雨序列長度高于30年，且具有區(qū)域暴雨代表特征的544個(gè)雨量站點(diǎn)，各雨量站點(diǎn)數(shù)據(jù)系列均按照代表型、可靠性、一致性進(jìn)行分析，所以暴雨資料均來自遼寧省水文年鑒數(shù)據(jù)庫，在站點(diǎn)選取的基礎(chǔ)上，本文按照區(qū)域暴雨中心點(diǎn)雨量高于200mm，且連續(xù)降雨時(shí)段不低于6h，此外考慮暴雨覆蓋程度以及暴雨中心與其他雨量站點(diǎn)降水歷時(shí)同步特征等因素，共選取180場次暴雨進(jìn)行遼寧省暴雨特征以及成因分析。

1.2 時(shí)段最大雨量

統(tǒng)計(jì)各雨量站歷年10、30、60min，1、3、6、12、24h，及3d時(shí)段最大雨量，共收集10、30、60min，1、3、6、12、24h，1、3d時(shí)段，總計(jì)28366站年的雨量資料。

1.3 資料處理

對(duì)系列不全的雨量站進(jìn)行資料插補(bǔ)，采用的插補(bǔ)方法有：

(1)直接借用鄰站資料。該站與鄰站距離較近，且同一流域。數(shù)值相差不大時(shí)，直接借用鄰站資料，共123站年。

(2)采用同流域鄰站平均值。當(dāng)該站與鄰站已有資料相差不大時(shí)，采用相鄰各站平均值插補(bǔ)。

(3)采用分鐘與小時(shí)或小時(shí)與日系數(shù)插補(bǔ)。有60min而無1h雨量資料或反之的雨量站，采用該站二者之間多年平均系數(shù)插補(bǔ)。同樣對(duì)于有180、360、720、1440min而無3、6、12、24h和1d雨量資料的雨量站也采用多年平均系數(shù)插補(bǔ)，共有3913站年。

(4)采用相鄰時(shí)段平均系數(shù)。以上方法都無法實(shí)現(xiàn)的雨量站，采用相鄰時(shí)段平均系數(shù)插補(bǔ)。

(5)采用等雨量線插補(bǔ)。當(dāng)雨量很大時(shí)，采用等雨量線插補(bǔ)缺測值。

1.4 確定采用站

本文選取的544處站點(diǎn)分布如圖1所示，選用10、30、60min，1、3、6、12、24h，及3d共9個(gè)時(shí)段參與暴雨統(tǒng)計(jì)計(jì)算。各時(shí)段采用站情況見表1。

圖1 確定選用的544個(gè)雨量站點(diǎn)分布

表1 采用站情況統(tǒng)計(jì)

2 暴雨成因及特性分析

2.1 年內(nèi)分布特征

結(jié)合544個(gè)雨量站點(diǎn)選取的場次暴雨數(shù)據(jù)，對(duì)兩個(gè)暴雨量級(jí)下的5—9月份不同月份下暴雨發(fā)生頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表2。

從表2中可看出，遼寧省24h暴雨超過200mm的場次暴雨主要集中在7—8月，其中8月份頻次較高，而100～200mm暴雨則主要集中在7月份，表明遼寧地區(qū)在8月份較容易出現(xiàn)量級(jí)較高的暴雨量。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，7—8月份發(fā)生量級(jí)超過200mm的暴雨場次總數(shù)占總場次暴雨次數(shù)的比例達(dá)到62%。

表2 各月份不同量級(jí)暴雨分布 單位：次

2.2 暴雨歷時(shí)特征分析

按照遼寧省水文分區(qū)如圖2所示，對(duì)不同歷時(shí)下的暴雨場次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表3。

圖2 遼寧省水文分區(qū)

表3 不同歷時(shí)暴雨場次統(tǒng)計(jì) 單位：次

從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可看出遼寧地區(qū)暴雨歷時(shí)低于24h的場次數(shù)為3場，其他場次暴雨連續(xù)歷時(shí)均高于24h，遼寧地區(qū)暴雨連續(xù)時(shí)間超過24h的概率較高。從暴雨歷時(shí)的空間分布可看出，暴雨歷時(shí)超過24h的場次數(shù)從東向中部，再向西部逐步減少，東部區(qū)域暴雨歷時(shí)超過24h的場次數(shù)達(dá)到89次，占總場次數(shù)的比例達(dá)到49.4%，水文分區(qū)II區(qū)主要為阜新地區(qū)，其暴雨歷時(shí)超過24h的場次數(shù)最低，僅為2次，占總暴雨場次數(shù)的比例較低。

2.3 暴雨極值

對(duì)不同統(tǒng)計(jì)時(shí)段下暴雨中心高值區(qū)域發(fā)生的站點(diǎn)進(jìn)行時(shí)段雨量極值的統(tǒng)計(jì)和分析。分析結(jié)果見表4。

表4 時(shí)段雨量極值統(tǒng)計(jì)

從時(shí)段雨量極值統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可看出，經(jīng)統(tǒng)計(jì)遼寧最大10min暴雨量值為65.0mm，為位于遼東地區(qū)的寬甸站，從各時(shí)段雨量分布總體可看出，暴雨極值主要位于遼寧的東部和南部，也屬于遼寧地區(qū)的暴雨中心，從各時(shí)段暴雨極值發(fā)生時(shí)段可看出，主要集中在7月20號(hào)至8月20號(hào)之間，這一時(shí)段也為遼寧省暴雨極值高發(fā)時(shí)段。

2.4 暴雨中心分布

在選取的暴雨站點(diǎn)中，對(duì)其暴雨中心分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表5。

表5 暴雨中心分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從暴雨中心統(tǒng)計(jì)分布結(jié)果看出，和其時(shí)段暴雨極值分布較為相似，暴雨極值分布區(qū)域一般也為遼寧省的暴雨中心，一般而言，暴雨中心主要統(tǒng)計(jì)其24h雨量值高于200mm的站點(diǎn)，在選取的544個(gè)雨量站點(diǎn)中24h雨量值超過200mm的站點(diǎn)數(shù)量為283個(gè)，占總雨量站點(diǎn)數(shù)的比例為52%，從暴雨中心分布可看出，III區(qū)的雨量占比數(shù)最高達(dá)到50.2%，屬于遼寧省的暴雨中心，這一區(qū)域主要為本溪和丹東地區(qū)，II區(qū)雨量站點(diǎn)占比數(shù)最低，僅為1.4%，這一區(qū)域?yàn)檫|寧西部的阜新地區(qū)，尤其是阜新柳河上游。從暴雨中心空間分布可看出，其和暴雨量值分布也具有較為明顯的相似性，總體呈現(xiàn)從東南向中部再向西北部逐步遞減變化的空間分布。

3 最大3d暴雨均值、Cv空間分布規(guī)律

對(duì)遼寧地區(qū)歷史暴雨調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)歷史暴雨中心最大3d暴雨量及Cv值空間分布變化規(guī)律進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表6。

表6 暴雨中心與Cv高值區(qū)對(duì)照表

從分析結(jié)果可看出，年最大暴雨均值等值線在空間分布上具有從東往西、從南向北遞減的規(guī)律，等值線量級(jí)變化范圍在65～200mm之間。其中：東南部110～200mm；東北部70～110mm；中部平原區(qū)70～120mm；西南沿海100～150mm；西北地區(qū)65～100mm。全省有2個(gè)高值區(qū)，一個(gè)位于鴨綠江流域蒲石河入河口附近，量級(jí)為200mm；另一個(gè)在東南沿海小凌河支流六股河附近，量級(jí)為150mm。全省等值線最小區(qū)出現(xiàn)在西北端，范圍在60～65mm。等值線梯度變化較大地區(qū)在上述2個(gè)高值區(qū)，中部平原等值線梯度變化比較緩。年最大3d降雨量的Cv等值線量級(jí)在0.40～0.75之間，梯度變化相對(duì)均勻。時(shí)段雨量的Cv值受特大暴雨影響較大，如果觀測到的特大暴雨量明顯高于其它雨量觀測值，則該時(shí)段雨量Cv值較大。

4 場次暴雨氣象成因分析

對(duì)遼寧省1949年以來典型場次暴雨的主要?dú)庀蟪梢蜻M(jìn)行分析，結(jié)果見表7。

表7 遼寧省1949年以來典型暴雨及其氣象成因

從遼寧省1949年以來14場典型暴雨情況可看出，西風(fēng)槽與北部的低壓冷鍋相遇是遼東南部典型暴雨主要?dú)庀蟪梢?，西南季風(fēng)受其環(huán)流和印度熱帶季風(fēng)綜合影響形成西南季風(fēng)，熱帶低壓受印度季風(fēng)北抬影響對(duì)氣流擾動(dòng)較為明顯，北部青藏高原通過南海高壓西移綜合影響使得低壓急流向東北方向快速推進(jìn)，西風(fēng)槽與北部的低壓冷鍋相遇，從而形成影響遼寧東部和南部的區(qū)域型暴雨。此外西太平洋熱帶與東南季風(fēng)進(jìn)行相遇后，使得副熱帶熱帶高壓逐步向北抬升，也通常有臺(tái)風(fēng)影響使得熱帶旋渦活動(dòng)明顯，為西太平洋熱帶高壓的向北抬升創(chuàng)造了有利條件。這種氣象條件下東南氣旋主要出現(xiàn)在副熱帶高壓的西南側(cè)且較為強(qiáng)盛。東南低壓主要出現(xiàn)在低壓空氣層，大量的暖濕空氣逐步向遼寧地區(qū)進(jìn)行輸送，當(dāng)西風(fēng)槽與北上的臺(tái)風(fēng)以及東南低壓在遼寧地區(qū)進(jìn)行相遇后，極易形成臺(tái)風(fēng)暴雨。這一類型暴雨主要出現(xiàn)在遼寧的東部以及沿海區(qū)域。從青藏高原過來的西南和東南季風(fēng)環(huán)流在我國東南進(jìn)行季風(fēng)匯合后，低空急流在西南和東南季風(fēng)環(huán)流匯合后逐步向北側(cè)低值進(jìn)行移動(dòng)，氣旋暴雨在西南和東南季風(fēng)匯合北上后形成本溪明山區(qū)任家堡子、岫巖縣李家堡子、丹東毛甸子的典型暴雨。

綜上遼寧地區(qū)暴雨成因較為復(fù)雜，主要受西南槽東移及副高北抬形成的季風(fēng)環(huán)流，再就是臺(tái)風(fēng)北上帶來的氣旋暴雨。遼寧地區(qū)暴雨成因天氣系統(tǒng)受到北上臺(tái)風(fēng)和西風(fēng)槽季風(fēng)環(huán)流影響程度較大，此外蒙古、江淮、華北氣旋以及地面冷鍋也是區(qū)域短歷時(shí)暴雨的一些成因。此外遼寧地區(qū)局部暴雨天氣系統(tǒng)還包括一些副高北抬下東北冷鍋以及切變線等天氣影響。遼寧地區(qū)暴雨水汽輸送主要來源于東南黃海以及西南的孟加拉灣，受到不同氣旋環(huán)流作用影響其形成的暴雨類型也有所不同。

5 主要結(jié)論

(1)西風(fēng)槽與北部的低壓冷鍋相遇，極易形成遼寧東南部區(qū)域性的氣旋暴雨，而當(dāng)西風(fēng)槽與北上的臺(tái)風(fēng)以及東南低壓在遼寧地區(qū)進(jìn)行相遇后，極易形成臺(tái)風(fēng)暴雨，江淮、華北氣旋以及地面冷鍋也區(qū)域短歷時(shí)暴雨的主要成因。

(2)遼寧省24h暴雨超過200mm的場次暴雨主要集中在7月和8月，尤其是7月20日至8月20日期間，其中8月份頻次明顯高于7月份。

(3)年最大暴雨均值等值線在空間分布上具有從東往西、從南向北遞減的規(guī)律，等值線量級(jí)變化范圍在65～200mm之間。全省有2個(gè)高值區(qū)，一個(gè)位于鴨綠江流域蒲石河入河口附近，量級(jí)為200mm；另一個(gè)在東南沿海小凌河支流六股河附近，量級(jí)為150mm。