玉屏暴雨與致災暴雨特征及鄉鎮“三個叫應”閾值確定

廖洪敏，何 為，石 薇，吳增宇，陳 軍，武金霖

(1.貴州省玉屏侗族自治縣氣象局，貴州 玉屏 554000；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

持續性暴雨或大暴雨不僅影響工農業生產，而且可能危害人民生命安全，造成嚴重的經濟損失，同時極端短時強降水也是造成城市內澇、泥石流的主因，其變化趨勢能更有效地反映極端事件的趨勢[1]。國內外對暴雨及短時強降水進行了大量研究并取得許多成果。章淹[2-3]指出不同天氣系統或多個降水系統的重疊交匯可以促使一些中尺度雨團的發展，并提出在適當的地形條件下，副熱帶高壓在低值降水系統的東部形成阻擋形勢，對特大暴雨的形成具有重要作用。Barros et al[4]分析1996年1月美國阿巴拉契亞山脈一次暴雨過程，研究了地形對暴雨雨團走向的影響，結果表明中尺度雨團軌跡和山脈走向有較好的聯系。辜旭贊等[5]研究西南渦特大暴雨過程，指出暴雨發生在暖濕氣團與變性冷氣團之間的中尺度風場輻合上升運動區，中尺度雨團發生在層結不穩定的暖濕氣團一側。

暴雨和短時強降水兩者既有聯系又有區別。孫繼松[6]從物理機制、預報技術方法等方面討論了短時強降水和暴雨的異同，表明對流層低層的凈水汽平流量或水汽通量輻合的強度是判斷降水強度的核心因子。美國和日本的一些學者[7-10]開始使用小時降水資料研究極端強降水季節變化。符嬌蘭等[11]、姚莉等[12]分別對我國雨日和小時雨強的時空分布特征進行了研究，指出西南地區和華南地區小時雨強的日變化最為明顯。王夫常等[13]、唐紅玉等[14]、彭芳等[15]對西南地區的降水日變化特征進行了統計分析，指出西南地區總體存在夜雨特征和午后次峰值，但區域差異非常明顯。

貴州汛期強降雨天氣多且常發生在夜間，因貴州山地地形、河流條件復雜，強降雨引發的次生災害比較迅猛。2010年貴州省氣象部門開始探索實施“三個叫應”機制，在防災減災中發揮了極為重要的作用。但貴州省各區縣下墊面、河流、水庫等因素不同，致災閾值也不同。代瑞華等[16]提出要分月份、分時累計降雨量和分區域等指標的“三個叫應”服務。楊平會等[17]統計荔波縣2010—2018年70次強降雨天氣過程降雨資料，結合災情地形河流分布等信息綜合分析，確定分區域、降雨類型致災閾值。沈軍等[18]基于隱馬爾可夫模型研究湖南中小河流致災雨量閾值，張連成等[19]基于FloodArea模型研究新疆山洪淹沒模擬及致災臨界雨量閾值的思路和方法，對該領域的研究具有較好的借鑒意義。

玉屏縣屬中亞熱帶季風濕潤氣候，地形以山地為主。暴雨是貴州省玉屏縣主要災害性天氣之一，時常引起山洪暴發、城市內澇、山體滑坡等災害。吳麗華等[20]利用玉屏國家氣象站 1959—2015 年逐日降水資料及鄉鎮區域自動氣象站2010—2015年逐日降水資料對玉屏縣暴雨氣候特征及日最大降雨量進行分析，指出玉屏縣暴雨日數年變化呈略上升趨勢，暴雨發生在夜間的概率較大。為進一步了解玉屏縣暴雨短時強降水情況和檢驗“三個叫應”閾值，本文擬通過對玉屏縣暴雨及致災暴雨特征進行統計，為開展暴雨短時臨近預警及“三個叫應”服務提供一些基礎依據。

1 資料和方法

選用貴州省玉屏縣國家站及鄉鎮考核站點2014—2020年日降水、逐小時降水資料及災情數據。采用常規統計分析方法，時間統一為北京時。災情數據由當地民政局和應急管理局提供。

本文規定，在玉屏縣境內，如果一個及以上的考核站點出現暴雨，即可定義為一次暴雨天氣過程，如果暴雨導致災情，則定義為致災暴雨。

2 暴雨天氣過程頻次變化特征

2014—2020年玉屏縣共出現52次暴雨天氣過程，從圖1a可知，2014年和2019年暴雨次數最多，2017年和2018年暴雨次數最少。在暴雨天氣過程中，只要鄉鎮出現了暴雨量級，就記錄該鄉鎮出現了1次暴雨天氣過程。新店鎮每年出現的暴雨次數為2～4次之間，逐年變化幅度不大，而田坪鎮變化幅度最大，暴雨最少年份為0次，最多年份為7次，朱家場鎮次之。統計6 a中逐月出現暴雨天氣過程合計次數，由圖1b可知，全縣在5—7月出現暴雨的頻次較高，6月達到峰值，8月開始減少，而朱家場鎮出現暴雨次數的峰值出現在7月，與其他鄉鎮均出現在6月有所差異。

圖1 2014—2020年玉屏縣各鄉鎮逐年(a)、逐月(b)出現暴雨頻次Fig.1 From 2014 to 2020 the frequency of rainstorm occurred in various towns in Yuping annually (a) and monthly (b)

3 暴雨天氣過程小時雨強變化特征

如表1，在玉屏縣所有暴雨天氣過程中，所有站點小時雨強在0.1～9.9 mm之間的占大多數，達到了90.1%，出現暴雨的站點則是86.96%，雨強在50～59.9 mm之間的最少，暴雨站點出現雨強在50～59.9 mm之間的僅為0.21%。

表1 玉屏縣暴雨天氣過程各階段小時雨強出現概率百分比(單位：%)Tab.1 Percentage of the occurrence probability of hourly rain intensity at each stage of the Yuping regional rainstorm weather process (unit∶ %)

在逐小時出現降水或短時強降水量分布圖中(圖2a)，逐小時出現降水的頻率呈現倒“V”字型，坡度較為平緩，在09時達到峰值，而短時強降水的變幅較大，在23時及00時達到峰值，22時、05時、08時出現短時降水的頻率次之。

對小時雨強≥20 mm的短時強降水作分級劃分統計(圖2b)，劃分為20～29.9、30～39.9、40～49.9、50～59.9 mm，由圖2b可知，在00時、05時出現小時雨強20～29.9 mm的頻率最大(0.32%)，22時、23時、08時出現小時雨強30～39.9 mm的頻率次之，小時雨強40～49.9 mm多出現在23時、02—04時、10時、17—18時，小時雨強50～59.9 mm多出現在22—次日07時。

圖2 玉屏縣暴雨天氣過程逐小時出現降水、短時強降水頻率(a)及分等級雨強頻率(b)Fig.2 During the regional rainstorm weather process in Yuping， precipitation occurs hour by hour， the frequency of short-term heavy precipitation (a) and the frequency of graded rain intensity (b)

同理，對各鄉鎮暴雨天氣過程逐小時出現分階段雨強進行分析：①亞魚鄉小時雨強20～29.9 mm主要出現在22—00時、04—09時，小時雨強30～39.9 mm主要出現在23時、07—08時，40～49.9 mm主要出現在22時、02—03時，50～59.9 mm主要在06時；②田坪鎮小時雨強20～29.9 mm主要出現在04—05時、08—09時、12時、15時、18—19時，小時雨強30～39.9 mm主要出現在22—23時、07時，40～49.9 mm主要出現在14時、17—18時，50～59.9 mm主要出現在23時、05時；③朱家場鎮小時雨強20～29.9 mm主要出現在00—06時、08時、19時，小時雨強30～39.9 mm主要出現在22—00時，40～49.9 mm主要出現在23—04時，50～59.9 mm主要出現在02時；④大龍經開區小時雨強20～29.9 mm主要出現在23—01時、05—07時、13—15時，小時雨強30～39.9 mm主要出現在23時、10時，沒有出現小時雨強大于40 mm以上降水；⑤城區小時雨強20～29.9 mm主要出現在22—01時、05時，小時雨強30～39.9 mm主要出現在01—04時、08時，40～49.9 mm主要出現在10時，沒有出現小時雨強50 mm以上降水；⑥新店鎮相對來說從夜間到白天均有短時強降水出現，小時雨強20～29.9 mm主要出現在06時、10—13時、18時，小時雨強30～39.9 mm主要出現在21時、01—04時、08時、17時，40～49.9 mm主要出現在02時，沒有出現小時雨強50 mm以上降水。

4 致災暴雨過程特征及影響

根據雨強統計結果，可以進行以下分類：連續降水導致災情、暴雨疊加致災、短時強降水致災。

4.1 持續性降水或平緩降水致災

4.1.1 持續性降水致災(天數) 2014年7月13—18日，玉屏縣出現了持續性降水過程，過程累計降雨量大于100 mm的有田坪鎮、朱家場鎮、亞魚鄉，以朱家場鎮151.9 mm為最大。田坪鎮、朱家場鎮、亞魚鄉累計雨量大，城區、大龍經開區、新店鎮累計雨量較小，本次降水天氣過程，最大小時雨強為朱家場鎮17.5 mm，3 h最大累計雨量為朱家場鎮38.8 mm，雨強較小，但是連續5 d均出現降水，各鄉鎮5 d累計降水量在74～151.9 mm之間，導致氵舞陽河水位上漲致災。對各鄉鎮1 h、3 h、6 h、12 h最大降水量取平均值，分別為14 mm、14 mm、14 mm、40 mm。

4.1.2 平緩降水致災(時數) 2014年8月18日，城區最大小時雨強僅14.5 mm(表2)，3 h最大累計降水量36.4 mm，6 h達到63.8 mm，9 h達到80.1 mm，田坪鎮、朱家場鎮、亞魚鄉與城區一樣，以10 mm·h-1左右持續降水導致災情發生，持續降水致災閾值為10 mm·h-1左右持續降水5～9 h。對以上鄉鎮1h、3 h、6 h、12 h最大降水量取平均值，分別為14 mm、31 mm、60 mm、78 mm。

圖3 2014年7月13—18日降水致災最大累計雨量Fig.3 Maximum cumulative rainfall of disaster-causing precipitation from July 13 to 18， 2014

表2 玉屏縣2014年8月18日致災暴雨過程累計雨量(單位：mm)Tab.2 The Accumulated rainfall of the disaster-causing rainstorm in Yuping on August 18,2014(unit∶ mm)

4.2 暴雨疊加致災

4.2.1 暴雨時間疊加 2015年6月8—10日，玉屏全縣出現了持續性大范圍暴雨天氣過程，8日全縣暴雨，最大降水出現在氵舞陽河流域，10日玉屏縣中南部暴雨，兩次暴雨疊加導致暴雨洪澇災情。由于2015年6月8—10日小時雨強較強(圖4)，兩次過程中，城區最大小時雨強達到45.2 mm，大龍經開區35.6 mm次之，3 h最大累計雨量達到39.0～61.6 mm之間，6 h最大累計雨量達到43.8～69.5 mm之間，隨著時間的累加，12 h最大累計雨量達到57.1～84.6 mm之間，24 h累計雨量就達到61.5 mm～94.5 mm之間，2 d累計雨量達到82.5～168 mm之間(圖4a)。

圖4 2015年6月8日(a)、10日(b)雨強分布特征Fig.4 Rain intensity distribution characteristics on June 8 (a)and 10(b), 2015

經過2014—2020年所有暴雨疊加過程的篩選和對比，2019年5月17日及19日2次強降水天氣疊加過程與2015年6月8—10日出現的災情過程相似(圖5)，2019年5月17日及19日大龍經開區出現2 d的暴雨疊加，城區及朱家場鎮出現大雨及暴雨疊加，田坪鎮、新店鎮、亞魚鄉沒有出現大雨以上的降水疊加，累計降水量在22.2～146.1 mm之間，總體比2015年6月8—10日的累計降水小，未出現災情。

圖5 2015年6月8日、10日及2 d累計降水量(a)、2019年5月17日、19日及2 d累計降水量(b)Fig.5 Cumulative precipitation on June 8, 10 and of both, 2015(a)、Cumulative precipitation on May 17, 19 and two days (b)

4.2.2 暴雨空間疊加 2020年6月9日，新店最大小時雨強29.7 mm，3 h達到50.6 mm，6 h 53.8 mm，9 h 55.2 mm，12 h 75.8 mm，城區最大小時雨強22.4 mm，3 h達到33.7 mm，6 h 34.5 mm，9 h 47.7 mm，12 h 57.5 mm，災情主要是由于城區及新店上游岑鞏普降暴雨局地大暴雨疊加本地暴雨過程，導致本地河流水位上漲，為區域暴雨疊加致災。區域性暴雨疊加為上游出現暴雨天氣過程，本地9 h累計降水量50 mm左右。

4.3 短時強降水致災

如圖6，2014—2020年短時強降水導致田坪鎮、朱家場鎮各出現2次災情，城區、新店鎮、亞魚鄉、大龍經開區各出現1次災情。

圖6 玉屏各鄉鎮致災短時強降水及最大累計雨量Fig.6 Disaster-causing short-term heavy rainfall and maximum cumulative rainfall in Yuping towns

亞魚鄉2016年7月4日出現的災情最為嚴重，最大小時雨強達到49.1 mm，3 h最大累計雨量達到93.1 mm，6 h最大累計雨量就達到144.1 mm，造成一起山體滑坡，2死2傷，直接經濟損失1846.5萬元。

田坪鎮2020年6月9日最大小時雨強達到50.9 mm，3 h最大累計雨量達到62.4 mm，6～12 h最大累計雨量均為62.8 mm，不再增加，為短時強降水導致的災情；2020年7月2日最大小時雨強為35.7 mm，3 h最大累計雨量達75.0 mm，也為短時強降水致災。

朱家場鎮2019年6月9日最大小時雨強達到44.5 mm，3 h最大累計雨量達到104.7 mm；2020年7月9日最大小時雨強達到32.9 mm，3 h最大累計雨量達到73.7 mm，12 h最大累計雨量為113.9 mm。均為短時強降水致災，之后累計雨強增加較少。

大龍經開區短時強降水致災的只有2014年8月18日的暴雨過程，2014年8月18日最大小時雨強為20.6 mm，3 h最大累計雨量45.5 mm，6 h最大累計雨量達到74.6 mm，9 h最大累計雨量達到99.1 mm，12 h以后降水趨于結束。

城區2018年7月1日最大小時雨強達到32.0 mm，3～12 h最大累計雨量均為56.0 mm。

新店鎮2014年8月18日最大小時雨強達到20.8 mm，3 h、9 h最大累計雨量分別為46.8 mm、77.6 mm，12 h最大累計雨量為100.1 mm。

綜合上文所述，各鄉鎮短時強降水致災，最大小時雨強在20.6～50.9 mm之間，3 h最大累計降水在45.5～104.7 mm之間，6 h最大累計降水在56.0～144.1 mm之間，12 h最大累計降水在56.0～160.1 mm。

5 玉屏縣外部“三個叫應”標準檢驗及鄉鎮“三個叫應”閾值的確定

5.1 玉屏縣外部“三個叫應”標準檢驗對比

玉屏目前外部“三個叫應”標準：本縣區域內有氣象站點監測到3h內降雨量即將達到50 mm及以上且降雨可能持續時；本縣區域內有氣象站點監測到6 h內降雨量即將達到80 mm及以上時；本縣區域內有氣象站點監測到6 h內降雨量即將達到100 mm及以上有可能導致較大或重大災害時；本縣區域內有氣象站點監測到12 h內降雨量即將達到150 mm及以上有可能導致較大或重大災害時。

結合前文對致災暴雨的分析，持續性降水及暴雨疊加也會導致災情，“三個叫應”僅僅對短時強降水進行叫應，缺少其他降水類型的叫應標準。致災短時強降水情況3 h最大累計雨量最小值為大龍經開區45.5 mm，最大值為朱家場鎮104.7 mm，與規定的50 mm有一定差距，6 h最大累計雨量最小值為城區56 mm，最大值為亞魚鄉144.1 mm，與規定的80 mm有一定誤差，12 h內降雨量達到150 mm及以上只有亞魚鄉160.1 mm，出現的頻率最少，說明該標準定得太高。對比本地外部“三個叫應”閾值和鄉鎮致災雨強，說明各鄉鎮的致災雨強并不統一。

5.2 分鄉鎮“三個叫應”閾值的確定

5.2.1 持續性降水致災 ①持續天數：根據2014年7月13—18日災情數據及降水實況，當全縣出現降水連續4 d以上且累計雨量達到100 mm左右，將可能出現災情；②持續小時：根據2014年8月18日全縣出現災情情況，每小時10 mm左右持續降水5～9 h，將可能出現災情。平緩降水或持續降水小時雨強均為14 mm左右，3 h最大累計雨量為14～31 mm之間，雨強不強。

5.2.2 暴雨疊加致災 ①時間疊加：根據2015年6月8—10日2次暴雨疊加數據，如果本轄區2次暴雨間隔時間過短，目前確定間隔為1 d，雨量疊加，土壤水份飽和，將極易引發相關災害；②空間疊加：玉屏中南部鄉鎮3 h出現50 mm降水疊加上游岑鞏出現暴雨，玉屏中南部鄉鎮將可能出現災情。

5.2.3 短時強降水致災 統計致災暴雨和沒有致災的暴雨1 h、3 h、6 h、9 h、12 h、24 h最大累計降水量并從小到大進行排序(表3)，查找鄉鎮致災暴雨鄰近前的暴雨天氣過程，取平均值，初步判定為短時強降水致災的叫應閾值。

2018年7月1日為城區致災暴雨天氣過程，城區最大小時雨強32 mm，3 h累計降雨量達到56 mm。鄰近而未出現災情的暴雨天氣過程為2018年5月12日，小時雨強30 mm左右，3 h累計降雨量50 mm左右，結合致災暴雨取中間值，因此確定城區短時強降水的致災閾值為小時雨強30 mm以上，3 h累計降水量50 mm以上。

同理，根據表3確定田坪鎮短時強降水的致災閾值為小時雨強40 mm，3 h累計降雨量60 mm。朱家場鎮短時強降水的致災閾值為小時雨強23 mm以上，3 h累計降雨量50 mm左右，6 h累計降雨量65 mm。亞魚鄉短時強降水的致災閾值為小時雨強30 mm以上，3 h累計降雨量50 mm以上。大龍經開區短時強降水的致災閾值為小時雨強20 mm以上，3 h累計降雨量40 mm左右，6 h累計降雨量63 mm左右且降水持續，12 h降水110 mm。新店短時強降水的致災閾值為小時雨強20 mm以上，3 h累計降雨量40 mm左右，12 h降水100 mm。

表3 2014—2020年玉屏縣暴雨過程及致災暴雨累計雨量(單位： mm) Tab.3 The rainstorm process and the cumulative rainfall of the disaster-causing rainstorm in Yuping from 2014 to 2020 (unit∶ mm)

5.2.4 玉屏縣致災暴雨類型及閾值一覽表 因各鄉鎮的“三個叫應”閾值應該要低于上文確定的致災閾值，在雨量達致災閾值之前提前叫應。假設提前10～20 mm進行叫應，那么城區、朱家場鎮、亞魚鄉3 h雨量的叫應閾值為30～40 mm，田坪鎮3 h雨量的叫應閾值為40～50 mm，大龍經開區、新店鎮3 h雨量的叫應閾值為20～30 mm，6 h雨量的叫應閾值為40～50 mm。玉屏縣致災暴雨類型及閾值一覽表如表4。

表4 玉屏縣致災暴雨類型及閾值一覽表(單位：mm)Tab.4 List of disaster-causing rainstorm types and thresholds in Yuping (unit∶ mm)

6 結論

①新店鎮每年出現的暴雨次數在2～4次之間，逐年變化幅度不大，而田坪鎮變化幅度最大，暴雨最少年份為0次，最多年份為7次，朱家場鎮次之。

②全縣在5—7月出現暴雨的頻次較高，6月達到峰值，8月開始減少，而朱家場鎮出現暴雨次數的峰值則是出現在7月，與其他鄉鎮均出現在6月有所差異。

③在所有暴雨天氣過程中，小時雨強在0.1～9.9 mm之間所占百分比為86.96%，雨強在50～59.9 mm之間的最少，且短時強降水多出現在夜間。

④在致災暴雨過程累計雨量中，分為持續性降水或平緩降水致災、暴雨疊加致災、短時強降水致災。持續性降水致災：當玉屏縣境內出現連續4 d以上降水且累計雨量達到100 mm左右，或每小時10 mm左右持續降水5～9 h，將可能出現災情。暴雨疊加分為空間疊加及時間疊加，如果本轄區2次暴雨間隔時間過短，目前確定間隔為1 d，將極易引發相關災害；空間疊加為玉屏縣中南部3 h出現50 mm降水疊加岑鞏上游出現暴雨到大暴雨，玉屏縣中南部將可能出現災情。短時強降水致災1 h閾值為20～40 mm，3 h閾值為40～60 mm。