石阡县近10 a暴雨天气特征和“三个叫应”阈值研究

安承德，郎贵英，杜小玲，兰世敏

(1.贵州省石阡县气象局,贵州 石阡 555100；2.贵州省思南县气象局,贵州 思南 565100；3.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002)

0 引言

石阡县位于贵州省东北部，铜仁市西南部，地处湘西丘陵向云贵高原过渡的梯级大斜坡地带，武陵山脉西南缘。由于地形地貌复杂，高差较大，特殊地形使得暴雨洪涝频繁，常常对工农业生产、基础设施和人民群众生命财产造成不同程度的损害。特别是2014年6月3日、2015年6月2日石阡县2场特大暴雨，造成县城大街小巷出现严重积水，低洼地带出现严重内涝，据县民政局统计，仅上述2次强降雨天气就造成直接经济损失高达30余亿元，给石阡县经济的可持续发展造成了严重影响。

研究暴雨天气特征和致灾阈值，能有效提升气象服务能力、降低暴雨灾害损失。林建等[1]研究表明21世纪以来南方地区暴雨过程明显增多，以短持续性强降水过程为主。姚莉等[2]指出，雨强的日变化具有明显的地区差异,其中西南和华南地区日变化最为明显。彭芳等[3]通过分析贵州省汛期短时降水时空特征发现，小时降水量的阈值分布有西南部和东北部2个相对强的阈值中心，最强中心为望谟，西北部阈值最低。杨群等[4]对石阡罕见的大暴雨天气过程进行分析得出，石阡暴雨集中出现在地形低洼地带及迎风坡站点；低层偏东风、中高层偏西南风的垂直分布，形成近地面低层辐合、边界层辐散的垂直环流结构，这是造成石阡局地暴雨增强的重要原因；在遵义北部或西部生成的低涡切变线是造成石阡暴雨的主要影响系统。代瑞华等[5]、夏兆林等[6]、杨平会等[7]分别对印江县、余庆县、荔波县暴雨致灾阈值进行了研究，得到适合本地的“三个叫应”服务指标。然而，目前还无人对石阡县暴雨致灾阈值进行研究，为此，利用石阡国家站和乡镇(街道)自动气象站近10 a的降水资料，分析石阡县暴雨天气特征，结合暴雨灾情信息，探讨暴雨致灾阈值，以期为石阡县气象服务提供一些基础依据。

1 资料和方法

降雨资料来自经贵州省气象信息中心质控后的石阡国家气象站和(街道)自动气象站2011—2020年逐日小时降雨量A文件。主要采用统计分析方法进行研究；利用百分位方法研究暴雨致灾阈值，并制定“三个叫应”划分标准。县城(汤山街道、泉都街道)降水量为石阡国家站资料，其余乡镇(街道)降水量为其集镇附近以该乡镇(街道)命名的站点资料。

定义：1个暴雨日为国家站和乡镇(街道)自动气象站中任意一个及以上台站24 h(20时—次日20时)累计降雨量≥50 mm；夜间暴雨指出现在夜间(20时—次日08时)累计雨量≥50 mm；白天暴雨指出现在白天(08—20时)累计雨量≥50 mm。

2 暴雨时间变化特征

2.1 暴雨年分布特征

统计近10 a各年暴雨情况，共出现暴雨114 d 515站，平均每年51.5站暴雨，平均每年暴雨日数11.4 d。从暴雨站次来看(图1a)，2014年出现的站数最多，达119站，2011年最少，仅28站，其余年份出现的站数集中在31～63站之间。从暴雨日数来看(图1a)，最多出现在2015年，达23 d，其次是2014年的21 d，最少出现在2011年仅6 d，大多在7～13 d之间。另外，从昼夜出现的暴雨来看(图1b)，除2017年白天暴雨偏多外，其余年份夜间暴雨明显高于白天暴雨，夜间暴雨占比达44.66%，白天暴雨为14.95%，夜间和白天同时出现暴雨比例仅为3.11%，还有超过1/3的暴雨则是由1 d内累计降水达到50 mm以上造成的，占比达到37.28%。

图1 石阡县近10 a各年暴雨分布Fig.1 Annual rainstorm distribution in Shiqian County in last 10 years

2.2 暴雨月分布特征

近10年石阡县暴雨主要出现在5—9月(见图2a)，但3—4月以及10—11月也有暴雨出现，出现最早时间为2016年3月9日坪山站57.3 mm，最晚时间为2014年11月24日国荣站64.4 mm。月暴雨日数呈单峰型分布，峰顶在5月为27 d，占比23.68%，6月次之为23 d，占比20.18%。暴雨站次呈弱双峰型，6月暴雨站次最多为128站，占比24.85%，7月次之108站，占比20.97%。不同月份夜间暴雨和白天暴雨的比例不同(见图2b)，5月夜间暴雨占绝对优势，占比达76.29%；6月白天暴雨明显增加，比例接近夜间暴雨；7月夜间暴雨和白天暴雨均明显减少，但24 h内降水量达到暴雨的则显著增加；8月暴雨站次是主汛期中最少的月份；9月夜间暴雨和白天暴雨的站次已经明显降低，但24 h内累计降水出现暴雨的站次或比例与7月一致同样较大。7月和9月分别有50%和60%的暴雨是由于雨强偏弱但持续时间较长的降水引起的。

图2 石阡县近10 a各月暴雨分布Fig.2 Distribution of monthly rainstorm in Shiqian County in last 10 years

2.3 暴雨天气集中降水时段特征

图3统计了石阡县近10 a暴雨天气中雨强≥20 mm·h-1的短时强降水的日变化特征及最大雨强分布，短时强降水主要出现在21时—次日09时之间，达81.95%，特别是05—07时出现的次数最明显，达31.95%；10—20时短时强降水明显偏少，各时次均在10次以下。最大雨强逐时变化显示，除08—09时、11时、13时、19时未出现过50 mm·h-1雨强外，其他时次最大雨强普遍为50～80 mm·h-1，最大雨强出现在2014年6月4日02—03时龙井站为110.5 mm·h-1。

图3 石阡县近10 a各时次暴雨集中降水时段分布Fig.3 Distribution of concentrated precipitation time of each rainstorm in Shiqian County in last 10 years

3 暴雨时空分布特征

3.1 暴雨及伴随短时强降水天数时空分布

从图4a可看出，石阡县各地近10 a暴雨天数存在时空分布不均，东部明显大于西部。暴雨天数高值区主要分布在花桥、石固、青阳、国荣、甘溪和龙塘，均在32 d以上，花桥天数最多为36 d；而西部河坝、本庄分别仅为17 d、19 d。近10 a石阡县各地伴随短时强降水的暴雨天数也呈东部明显大于西部的特点，主要分布在国荣、县城、枫香、花桥、石固和龙塘，均在18 d以上，国荣、石固天数最多达22 d；而西部本庄、河坝分别仅为9 d、10 d(图4b)。

图4 石阡县各地近10 a暴雨天数(a)及其伴随短时强降水天数(b)分布Fig.4 Distribution of rainstorm days and days associated with short-term heavy precipitation in Shiqian County in last 10 years

3.2 暴雨天气最大日降水量和小时雨强时空分布

从图5a可看出，石阡县各地近10 a均出现过100 mm以上的日降水，南部小于北部，日最大降水量高值区在白沙、县城、花桥、枫香，均超过200 mm，2014年6月4日县城294.6 mm日降水量为近10 a该县各地之最。从图5b可知，石阡县各地近10 a最大小时雨强均在45 mm以上，高值区主要分布在白沙、龙井、县城、花桥、枫香一带，均超过80 mm，2014年6月4日02—03时龙井站最大小时雨强达110.5 mm。

图5 石阡县各地近10 a暴雨天气最大日降雨量(a)和最大小时雨强(b)分布Fig.5 Distribution of maximum daily rainfall and maximum hourly rainfall in Shiqian County in last 10 years

4 “三个叫应”阈值研究和标准划分

根据石阡县民政局和应急管理局提供的2011—2020年灾情资料，近10 a因降雨引发的洪涝灾害达18次，且每次灾害性天气过程的日降雨量均达暴雨级别以上，出现在3月、5—8月，6月最多达8次，占洪涝灾害总次数的44.44%，与月最大暴雨日数略有不同，但与月最多暴雨站次一致。从灾害出现的主要降雨时段看，持续2 d及以上暴雨引发的灾害仅4次，其余均为单日出现暴雨造成的洪涝灾害，且均为局地性暴雨或大范围暴雨造成的灾害，无单站暴雨诱发灾害情况。

4.1 “三个叫应”阈值研究

分析石阡县近10 a暴雨天气特点和发生的18次洪涝灾情信息可知，该县出现暴雨时不一定有灾情发生，而因降雨引发灾情时降雨量则均达到暴雨量级以上，找出每次出灾暴雨天气过程时1 h、3 h、6 h和12 h的最大雨量并进行研究，能更好地发挥“三个叫应”气象服务作用。从低到高分别对1 h、3 h、6 h和12 h不同时段的最大雨量进行排列，运用百分位数方法，按照通常25%、75%和90%分位数的划分标准统计致灾雨量，以此作为探讨“三个叫应”不同叫应级别的参考雨量，即得到25%分位1 h、3 h、6 h、12 h累计降雨量分别为35.6 mm、69.2 mm、90.5 mm、103.8 mm；75%分位1 h、3 h、6 h、12 h累计降雨量分别为58.2 mm、111.2 mm、138.7 mm、160.1 mm；90%分位1 h、3 h、6 h、12 h累计降雨量分别为79.7 mm、151.1 mm、194.1 mm、200.7 mm，其箱线图见图6。

图6 石阡县近10 a暴雨灾害性天气过程雨量特征Fig.6 Rainfall characteristics in the process of rainstorm disaster in Shiqian County in last 10 years

4.2 “三个叫应”标准划分

根据上述百分位分析结果，将25%、75%及90%分位的统计结果去对应3个不同级别的叫应级别。按照暴雨可能引发的灾害轻重程度，由轻到重将叫应级别划分为3级，即可能出现灾害时为较低级别(Ⅲ)、可能出现较大灾害时为较高级别(Ⅱ)和可能出现重大及以上灾害时为重大级别(Ⅰ)。当灾害为Ⅲ级时，选用25%分位1 h、3 h、6 h致灾雨量作为叫应阈值；当灾害为Ⅱ级时，选用75%分位1 h、3 h、6 h致灾雨量作为叫应阈值；当灾害为Ⅰ级时，选用90%分位1 h、3 h、6 h致灾雨量作为叫应阈值，具体“三个叫应”标准划分如下：

较低级别(Ⅲ)叫应标准：当辖区内自动站雨量1 h达35 mm、3 h达70 mm、6 h达90 mm，且降雨可能持续时，值班人员应电话叫应县应急管理、自然资源、水务等重点责任单位及降水发生地乡镇(街道)政府值班室。

较高级别(Ⅱ)叫应标准：当辖区内自动站雨量1 h达60 mm、3 h达110 mm、6 h达140 mm，且降雨可能持续时，值班领导应电话叫应县应急管理、自然资源、水务等重点责任单位及降水发生地乡镇(街道)政府值班领导。

重大级别(Ⅰ)叫应标准：当辖区内自动站雨量1 h达80 mm、3 h达150 mm、6 h达195 mm，且降雨可能持续时，值班领导应电话叫应县应急管理、自然资源、水务等重点责任单位及降水发生地乡镇(街道)政府主要领导，主要领导向县政府分管领导、县长和县委书记报告。

5 结论

①石阡县近10 a年均暴雨站次51.5站，年均暴雨日数11.4 d，暴雨最多年出现在2014年为23 d，最少年在2011年仅6 d。暴雨主要出现在5—9月，但3—4月以及10—11月也有暴雨出现，最早为2016年3月9日坪山站57.3 mm，最晚为2014年11月24日国荣站64.4 mm。月暴雨日数呈单峰型分布，峰顶在5月为27 d，6月次之为23 d。暴雨站次呈弱双峰型，6月暴雨站次最多为128站，7月次之108站。5月夜间暴雨占绝对优势，占比达76.29%，6月白天暴雨明显增加，比例接近夜间暴雨，7月夜间暴雨和白天暴雨均明显减少，但24 h内降水量达到暴雨的则显著增加，8月暴雨站次是主汛期中最少的月份，9月夜间暴雨和白天暴雨的站数已经明显降低，但24 h内累计降水出现暴雨的站次或比例与7月一致同样较大。短时强降水时段多发生在21—次日09时达81.95%，特别是05—07时出现的次数最明显达31.95%，11—14时不易出现短时强降水。

②暴雨及伴随短时强降水日数均存在时空分布不均的特点，东部明显大于西部；最大日降雨量高值区主要在县城、枫香、花桥一带和白沙，均超过200 mm，最大雨强均在45 mm·h-1以上，高值区主要分布在白沙、龙井、县城、花桥、枫香一带，与最大日降雨量高值区大体一致。

③暴雨洪涝灾害多发生在暴雨集中期的5—8月，当辖区内自动站雨量1 h达35 mm、3 h达70 mm或6 h达90 mm及以上，且降雨可能持续时，可能发生灾害，须及时开展“三个叫应”气象服务工作。