三穗汛期強降水特征及地形影響分析

楊 平，楊再禹，謝佳豪

(貴州省三穗縣氣象局，貴州 三穗 556500)

0 引言

強降水是三穗汛期較常出現的一種強對流天氣現象，也是三穗較易發生的災害性天氣之一。在汛期，強降水常誘發局地山洪、滑坡、崩塌等地質災害，造成人民生命和財產的重大損失。卞赟、代瑞華、夏兆林等[1-3]對于不同災害易發區、大小流域區域和地質災害點的短時強降水分時間、分量級開展針對性氣象服務，都有較好的成效，所以對區域性強降水的分析和服務非常有必要。

三穗致災強降水的發生與當地特殊地形影響也有密切關系，特殊地形對強降水過程生成和發展的影響值得深入研究，許多氣象工作者在研究強降水時都不同程度地指出了地形對強降水的作用。從大的環流形式來看，夏季，貴州主要受西南季風環流控制及太平洋副高邊緣的東南風氣流影響[4]，這些天氣系統受到貴州復雜地形影響后，往往促發小的擾動，產生局地性較強的強降水。三穗區域面積較小，影響環流形式的大背景基本一致，單從大尺度天氣系統和大氣環境不能完全解釋為何會出現降水差異。研究表明強降水與地形存在著密切聯系[5-8]。三穗氣象工作者對三穗地區的降水研究[9-10]表明，三穗特殊的地理位置和地形特點有利于強降水天氣的形成和發展，汛期降水日數周期在11 d左右。特殊地理位置和地形特點使得三穗強降水存在較大差異。本文就三穗近11 a降水資料進行分析，旨在研究地形如何作用于區域性強降水，提高預報服務能力，一定程度上減少因強降水天氣而造成的各類損失。

1 資料與方法

三穗各鄉鎮自2009年5月起均建立了兩要素以上的氣象觀測站，故利用2010—2020年9個鄉鎮氣象觀測站降水資料。結合三穗地形特征，運用對比分析方法，對三穗汛期強降水天氣時空分布特征以及地形作用進行分析，找出它們之間的聯系。

2 三穗地形分布及站點分布

三穗位于云貴高原向湘西丘陵及廣西盆地過渡的斜坡面上，在108°32′～109°04′E、26°47′～27°04′N之間。縣境內地貌類型多樣，低山、丘陵、河谷交錯，呈四周高、中心低、南部高于北部的分布特征。最高峰南部老山坡(海拔1470 m)比北部坪茶大坡腳河流出境處(450 m)高1020 m。氣象觀測站最低高度為519 m，代表站桐林；最高高度為760 m，代表站良上，高差為251 m。三穗地形作用明顯，河谷地帶，向西開口呈現喇叭狀地形；南部老山坡等較高山有利于西南氣流輻合抬升，對自西向東移動的天氣系統有阻擋和抬升作用，使其在山脈西南側停滯時間較長，造成連續降水，對強降水有較明顯的增幅作用。

3 三穗近11 a強降水特征分析

3.1 時間分布特征

從圖1a可以看出，近11 a來，三穗降水豐沛，年平均降水量為1234 mm，其中2015年最多，達到1335 mm，2011年最少，僅890 mm；11 a間年降水量呈現小幅度波動變化，有逐漸增多的微弱趨勢，除個別鄉鎮降水量存在較大差異之外，大部分鄉鎮降水量表現出同增同減的一致性。通過統計分析11 a日降水量≥50 mm降水累計次數的月變化(圖1b)，強降水逐月分布次數呈雙峰狀，從4月開始發生，6月達到最大后開始逐漸減小，9月又出現次高峰，最晚出現在12月。其中11月—次年3月僅12月出現過2次強降水，說明冬季發生強降水的可能性較小。三穗強降水主要發生在4—10月，同時5—9月也是三穗的主汛期，占全年強降水發生總次數的86.7%。其中，6月最多，占總數的30.6%，主要是由于6月正值江淮梅雨期，副高波動北抬，三穗處于副熱帶高壓邊緣控制，高溫高濕，能量條件良好和水汽條件充沛，經常處于對流性不穩定層結中，當有冷空氣南下與南支槽暖濕氣流交匯于三穗附近時，將促使能量釋放，極易形成高強度的短時強降水天氣；其次是9月，占總數的20%。從24 h內各階段累計降水量及達到時間可以看出(圖1c)，三穗強降水多易出現在早晨前后以及午后至傍晚，一天中00—01時(北京時間，下同)、06—08時、14—15時及17—19 時發生強降水的頻率最高。整體上看，累計雨量30～50 mm次數有25次，占總數的25.7%；50～80 mm次數有49次，占總數的50.5%；80～100 mm次數有13次，占總數的13.4%；累計雨量≥100 mm次數有10次，占總數的10.4%；其中最大累計次數，出現在15時。從累計雨量分布來看，累計雨量≥50 mm的強降水多發生在早上、午后和傍晚，其他時段也偶有發生；而累計雨量≥100 mm強降水多出現在午后和凌晨，這也是強對流天氣的多發時段。

圖1 2010—2020年三穗各鄉鎮逐年降水量(a)、日降水量50 mm及以上累計次數月變化(b)、強降水不同時段出現次數(c)

3.2 空間分布特征

近11 a三穗降水資料可以看出，各鄉鎮年平均降水量均大于1200 mm(表1)。其中，滾馬鄉達到1449.2 mm為全縣最多；分析2010—2020年4—10月累計平均降水量、日最大降水量、日降水量≥25 mm的分布圖(圖略)可知，各鄉鎮日降水量≥25 mm的日數均大于120 d以上，且強降水主體多發生于縣南部；各鄉鎮日最大降水量均大于80 mm以上，最大為臺烈167.3 mm，其次為良上142 mm，均分布在縣南部；最小為城區93.1 mm，位于縣中北部。從表1可知，三穗年平均降水量大值、日降水最大值和日降水量≥25 mm日數等大值中心基本吻合。由此可見，三穗降水量較豐富且強降水主要集中在南部，高值主要集中在臺烈和良上2個鄉鎮，而且小雨量值分布和日雨量極值的分布與地形變化都呈現良好的對應關系，尤其暴雨日數分布差異明顯。偏西偏南氣流影響三穗時，西南部老山坡是迎風坡，造成強降水在西南部較北部停留時間長，證實了西南部地形較高對三穗降水產生較大增幅作用。

表1 三穗2010—2020年平均降水、4—10月累計平均降水量、日最大降水量、年平均日降水量≥0.1mm日數、≥25mm日數、≥50mm日數

綜上分析，三穗降水有以下特征：①三穗雨量充沛，年平均降水量1234 mm，但分布不均，強降水主要集中在南部；結合地形分布來看，南部地形較高與強降水大值區分布基本吻合，降水不同量級分布都呈現南部、西部較北部、東部偏多，降水分布與地形分布存在一致性，表明地形在一定程度上影響強降水的分布。②強降水主要集中在汛期(4—9月)時段，降水量具有夏多冬少的特點，以6月最多，總降水量趨于逐年微弱遞增的趨勢；無論年平均降水、4—10月歷史同期降水量或是一日最大降水量，西南部一帶都是大值區。年雨量大值中心在滾馬、臺烈、良上，雨日高達191.5 d、 187.7 d、188.6 d，均大于中部和東部，大雨和暴雨最大頻數中心也都在良上，年平均為 13.8 d和3.5 d。

4 地形對降水的作用

三穗地形復雜，尤其是南部高，四面環山，中部最低，非常有利于中小尺度擾動產生。在汛期，三穗大部分強降水主要由偏東偏北冷空氣，與來自西南的暖濕不穩定氣流自西向東移動時交匯產生，由于縣西南部較高，其中一部分氣流被迫抬升，產生上升運動，在迎風坡產生位勢不穩定層結，并在大尺度的運動系統中，疊加中小尺度擾動產生，容易產生局地強降水，使得降水分布中小尺度擾動產生不均。局部地形對降水的影響主要是強迫抬升阻擋停滯作用和輻合作用。

汛期影響三穗的冷空氣主要有3條路徑：西北路徑、偏北路徑、東北路徑。當冷空氣與西南的暖濕不穩定氣流自西向東移動相結合時，雨帶多從偏西北、偏西、西南等方向進入三穗，但地形的影響導致降水呈不同的分布。下面從降水強度和過程時長2個方面對降水不同路徑的特征展開分析。

①降水強度。西北方向：冷暖空氣交匯呈西北向，形成西北—東南向的雨帶，三穗最先受影響的是滾馬，如表1所示總降水量西部大于東部，北部大于南部，最強小時雨強出現在西部和北部；偏西方向：冷暖空氣交匯呈準南北方向，形成準南—北向的雨帶，從自西向東移動，最先受影響的是滾馬、臺烈，如表2所示總降水量西部大于東部，北部大于南部，最強小時雨強出現在西部；西南方向：冷暖空氣交匯呈西北—東南方向，形成西南—東北的雨帶，最先受影響的是臺烈—良上一線，如表3所示總降水量西南部最大，最強小時雨強出現在西南部，且出現的最大小時雨強和最大強降水總量都在良上—臺烈—滾馬一帶。

表2 降水路徑為偏西北方向時三穗降水情況(單位：mm)

表3 降水路徑為偏西方向時三穗降水情況(單位：mm)

表4 降水路徑為西南方向時三穗降水情況(單位：mm)

②過程時長。表2～4看出，不同路徑的降水分布確有明顯的不同，而且過程持續時間不論是短時降水還是8 h以上較長降水，均呈現出地勢偏高的臺烈、良上、滾馬持續時間較長。在偏西北路徑,短時降水和較長降水西部與中部過程時長分別最大差2 h；偏西路徑和偏西南路徑時長最大差均分別是2 h和4 h，同時不同路徑的過程時長最小時長差都是1 h左右。可見西部南部較中部過程持續多1～2 h以上，持續較長地區與小時雨量極值出現的落區也基本吻合, 明顯看出在地形的作用下，過程雨量、小時極值、時間都呈現出明顯差別。

綜上所述，不論冷空氣和西南空氣如何交匯，雨帶均是從縣西部進入并影響三穗。在表2～4中均可以看出，西南部較高，使得交匯氣流在西南部停留時間較長，導致西南部更容易出現強降水天氣過程，且降水量級往往更大。

5 小結

①三穗強降水存在日、月時間分布特征，4—10月是強降水高發期，同時5—9月也是三穗的主汛期，占全年強降水發生總次數的86.7%，其中，6月最多，占總數的30.6%；一天中00—01時、06—08時、14—15時及17—19時發生強降水的頻率最高，強降水多易出現在早晨前后以及午后、傍晚。

②從11 a三穗縣的降水資料可以看出，全縣雨量較豐富且強降水主要集中在南部，結合地形西部、南部較高來看，與降水日數大值區吻合，所以西部、南部較高地形在一定程度上影響強降水的分布。

③在汛期，當西北路徑、偏北路徑、東北路徑的冷空氣與西南的暖濕不穩定氣流自西向東移動相結合時，形成的雨帶多從偏西北、偏西、西南等方向進入三穗，加上西部南部較高地形影響，使得交匯氣流在西南部較中部過程多持續1～2 h以上，導致西南部更容易出現強降水天氣過程，且降水量往往更大。