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暴雨特性分析在《水文分析计算与水资源评价》中的应用

2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】：图3.2长江三峡库区代表站年暴雨日数的月分配率暴雨的时深分布就是分析一次暴雨的总历时以及最强一阵降雨的历时。

我国各地定义暴雨的标准不完全一致，在长江流域以日降水量≥50mm为暴雨标准，日降水量在100～200mm的为大暴雨，日降水量≥200mm为特大暴雨。暴雨特性分析主要包括暴雨天气系统、暴雨的时空分布、移动变化和历史暴雨分析等。

3.1.2.1　形成暴雨的天气系统

暴雨天气系统包括造成较大洪水的暴雨的环流形势、天气系统、热带气旋影响程度、主要水汽来源、特大暴雨天气情况等。暴雨是各种尺度天气系统相互作用的产物，特大暴雨或持续性暴雨多由几种尺度的天气系统（行星尺度、天气尺度、中尺度和小尺度）强烈相互作用而形成。

环流形势是降水天气系统发生、发展的背景，也是决定冷暖空气活动和水汽输送的基本条件。暴雨环流形势分析，主要是依据天气图及卫星云图资料，分析西风带、副热带和热带环流形势特征及它们之间的相互作用。

西风带环流以长波系统和阻塞系统为主，这类系统移动慢、变化较小，要注意分析它们的位置以及稳定和演变情况。

副热带环流以西太平洋副热带高压、青藏高压及孟加拉湾低压槽为主，应分析它们的位置、强度及活动特点。西太平洋副热带高压的进退、维持和强度变化与我国暴雨关系最为密切，是分析的重点。

热带环流是暴雨水汽的主要输送者，主要分析南亚和西太平洋辐合区的位置变化情况及西太平洋热带系统和孟加拉湾风暴等的活动。

我国大暴雨的环流形势可分为稳定经向型、稳定纬向型和过渡型三类。稳定经向型环流的特征是西风带以经向环流为主，常伴有阻塞形势，长波系统移动缓慢或停滞少动，副热带高压也比较稳定，中低纬系统易相互作用，冷暖空气南北交换强烈，暴雨带多呈南北向分布。稳定纬向型环流的特征是西风带短波槽活动频繁，副热带高压呈东西向带状且比较稳定，大气中低层多切变线活动，暴雨多呈东西向带状且持续时间较长，降雨强度逊于经向型。过渡型环流的主要特征是副热带高压位置多变，暴雨过程中副热带高压常发生明显进退，天气系统移动速率快，降雨时间短，强度不如上述两种大。此外，还应着重分析不同环流条件下，暴雨系统的路径、移速、持续时间、出现次数和演变规律、冷暖气团的移动路径与活动程度等。尤其需要研究特大暴雨期间的环流异常现象，如副热带高压与西风带槽脊的位置和强度，以及它们之间的相互关系等是否属于准常态，或是否与正常年份有显著不同。

产生暴雨的天气系统，有天气尺度系统，如锋面、温带气旋、高空低槽、切变线和台风等；中间尺度系统，如西南涡、西北涡等；中尺度系统，如中尺度辐合线、中高压、低压等。应重点分析形成大暴雨有哪些重要的天气尺度系统和中间尺度系统，分析它们的相互作用，温压场的结构和强度以及系统的移动速度、方向、路径和强度变化等。此外，还应分析低空急流的渐变和突变位置、强度及其与暴雨的关系等。我国常见的暴雨天气系统有冷锋低槽、梅雨锋、低涡、切变线和台风等。

3.1.2.2　暴雨的时空分布特性

（1）暴雨的时间分布。暴雨的时间分布包括暴雨发生起讫时间，暴雨的年内、年际变化，暴雨的时深关系等。

暴雨出现的起讫时间可在分析地区均匀选定若干站，统计各站各年开始出现暴雨的时间以及最后出现暴雨的时间，据此进行统计分析。一般而言，分析地区越大，暴雨起讫时间差别也越大，就长江流域而言，一般暴雨开始月自流域东南向西北推迟，流域东南部2～3月就开始出现暴雨，而西北的雅砻江中游及大渡河流域7月、8月才有暴雨出现（金沙江中上段雅砻江和岷江上游基本无暴雨）；暴雨结束月则与开始月相反，自流域西北向东南推迟，长江上游与汉江大多于9～10月结束，而中下游南岸大多结束于11月，个别地区甚至延到12月。

暴雨的年内变化主要包括出现暴雨最多月份，根据测站各月出现的暴雨日数进行统计，然后计算各月暴雨数占全年暴雨日的百分数，图3.2即为长江三峡库区代表站年暴雨日数的月分布图；暴雨的年际变化主要统计各站年出现暴雨日，一般年暴雨日的年际变化比年降水量的年际变化大得多。

图3.2　长江三峡库区代表站年暴雨日数的月分配率

暴雨的时深分布就是分析一次暴雨的总历时以及最强一阵降雨的历时。对部分测站制作同频率各历时暴雨的雨深与历时的关系，或绘制多种标准历时雨量统计参数等值线图，有时也分析多次大暴雨中心的同次暴雨雨深历时关系。对多次大暴雨绘制雨强柱状图及分析暴雨的时程雨型。

（2）暴雨的空间分布。暴雨的空间分布主要包括暴雨的地区分布、暴雨的面深关系等。

暴雨的地区分布是分析一次暴雨或某一个标准历时暴雨的多年统计特征的地域分布。可绘制某个历时年最大点雨量均值、变差系统等值线图、实测和调查最大点雨量分布图，或点绘超过一种或几种标准雨深（如50mm、100mm）暴雨中心位置分布图，标明雨深和出现年月，以了解一般暴雨的地区分布状况和特大暴雨的分布规律，反映流域内主要大暴雨的发生地区、出现年份和范围。

图3.3　长江上游“81.7”暴雨时面深曲线

暴雨的面深关系就是分析主要大暴雨的等雨深线图，量算各等雨深线的最大包围面积，制作暴雨的时面深关系，并分析地区综合的暴雨时面深关系参见图3.3。分析暴雨等值线图的形状，量算雨带的走向和等雨深线概化椭圆长短轴的长度，并计算其形状比率（长短轴长度之比）。在分析连续几个时段等雨深图的基础上，研究暴雨的移动规律，并探讨其与天气系统演变趋势的关系。

3.1.2.3　历史暴雨分析

历史暴雨特性分析主要根据暴雨洪水调查和文献记载进行整理和分析，弄清历史特大暴雨的雨区范围、量级、时空分布、移动规律、暴雨类型和发生几率等。

图3.4　1935年7月3～7日雨量等值线图（mm）

如在分析长江流域1935年7月3～7日在鄂西、湘西北发生的特大暴雨，通过搜集1935年6～7月北半球地面天气资料，分析天气形势，认为1935年7月暴雨是在经向大气环流背景下，由两次连续缓慢东移的低涡天气系统和湘西、鄂北的大地形对东南暖湿气流的抬升共同影响下形成的。根据各地暴雨情况描述，从7月3日开始，特大暴雨持续了5d，包括湖南、湖北和河南3省约50个县市均有反应，20mm等雨量线包围面积达12万km2，参见图3.4。经调查分析，暴雨在长江干流南北两岸各有一个暴雨中心，南部中心在清江、澧水分水岭南侧山坡地带，实测值以五峰1281.8mm为最大；北部中心位于香溪、黄柏河、沮河等中心，湖北兴山站的实测值为1084mm。400mm等雨量线包围面积呈南北长、东西短的哑铃形。这场暴雨以范围广、强度大、雨区位置少动、降水总量特大为主要特点。

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