暴雨是山西省夏季常见的天气现象,也是最易造成洪灾的降水过程。特别是一些强度高、总量多的特大暴雨,带来山洪暴发,土壤流失,甚至水库垮坝,河堤决口,冲毁公路农田,淹没城镇村庄,中断交通、通信设施等一系列灾害。因此,对形成暴雨的各种天气系统和时空分布进行分析研究,了解掌握暴雨的成因和规律,为防洪减灾提供可靠的科学依据,具有非常重要的现实意义。
一、影响全省暴雨的主要天气系统
山西省受地理位置、地形地貌等自然条件的制约,夏季暴雨成因十分复杂。其中,天气系统的影响占主导地位。
据1954~1990年全省169场次大暴雨的影响系统统计分析,500hPa环流场以西太平洋副热带高压对山西暴雨起主要作用,占场次大暴雨的82.3%。700hPa系统对山西暴雨的影响主要是竖切变,其次是西北涡和横切变。地面形势对山西暴雨的影响主要是冷峰,约占场次暴雨总数的50%,其次为高压后部和倒槽。
二、暴雨的水汽输送途径
造成我国大暴雨以上量级的降水气团一般来自太平洋、南海或印度洋的热带海洋气团。这些最潮湿的气团抬升后,所具有的水汽全部凝结降落地面,降水量不过50mm左右,加上积雨云中水汽含量全部降落,也只有70mm左右。而实际出现的暴雨,往往一天就降100~200mm或更多。因此,要下一场大暴雨,不仅仅要求大气中水汽含量高,还必须有源源不断的水汽输送,将水汽从外围输入暴雨区,从云外输入云中,保持云体的水汽含量。
根据1954~1990年发生在全省的169场次暴雨统计,山西省暴雨的水汽来源主要从西南、南、东南、东四个方向输入,即从孟加拉湾、南海、太平洋、日本海等洋面上依靠空气的水平运动输入。
三、典型暴雨分析——1977年9月上旬平遥大暴雨
1.环流背景
平遥大暴雨发生在亚洲中纬度地带500hPa高度场纬向环流平直的形势下,西太平洋副热带高压呈带状伸向大陆内地,西风带锋区位于40°~45°N之间,山西处在副高北部和西风带锋区之间。700hPa高度场上,在40°N的高压脊同华北江淮流域的副高之间形成一个东西向的辐合区。系统演变过程中,辐合区越来越窄,最后在两高压间产生一条东北—西南间的切变线。这条切变线与副高西部的暖切变结合形成第一场降水。在结合点附近形成一个中尺度的低涡,且相叠在500hPa小槽之下、低涡前形成第二场降水,中心24h降水量达358mm。
2.暴雨影响系统
这次降水过程中第一时段降水是由300hPa、500hPa弱槽,700hPa、800hPa副高西部的暖切变线,地面的中尺度辐合线和低涡等系统上下叠置的结果;第二时段降水是300hPa、500hPa小浅槽,700hPa、850hPa副高西部的切变线,以及地面上的中尺度低槽或低涡之间共同作用的结果。
3.水汽输送
850hPa上空太行山中部经两湖盆地到广西有一支西风急流,中心最大风速达18m/s。此时,低层水汽输送的区域与这支急流位置一致。西风急流不仅造成辐合上升运动,还向雨区输送大量水汽。同时,本次过程的起始场上,山西位于700hPa、850hPa上副高的西北边缘,地面处在变性高压后部,暖湿气流不断沿副高西北边缘向山西境内输送,为这场大暴雨提供了充沛的水汽条件。
四、 暴雨的时空分布
根据1971~1980年统计资料,10年内山西省共发生暴雨370次,平均每年37次。从区域分布来看,晋南沿黄支流发生暴雨最多,共196次;其次是汾河流域,发生177次;第三为浊漳河、清漳河流域,发生148次;第四为晋西沿黄支流区,发生143次;第五为滹沱河上游,发生120次,最少的为北部永定河、大清河水系上游区,发生84次。因此,黄河流域暴雨发生的频次大于海河流域,南部大于北部。
从各县的暴雨统计分析,全省有40%的县(市)平均每年出现暴雨2次以上。暴雨量最多的陵川、沁源、阳城、高平4县,平均每年出现暴雨5次以上;晋城、壶关、长子、垣曲、和顺、榆社平均每年也出现4~5次,这10个县是山西暴雨多发县。
在此基础上,对大暴雨和特大暴雨进行统计分析,其结果为:1954年以来全省共发生特大暴雨34次,其中晋南沿黄支流区发生10次,浊漳河、清漳河流域发生9次,汾河流域发生6次,最少的是永定河、大清河上游区,发生1次。
山西的暴雨不仅在地区上存在差异,年内分配也相当不均匀。据370次暴雨统计,大部分发生在6~9月,其中85%以上发生在7、8两月,7月频次最高,占43.2%,且多数出现在7月下旬。暴雨最早出现在5月下旬,最晚南部11月上旬还有暴雨发生。
五、结 论
(1)山西暴雨成因十分复杂,有天气系统的因素,也有地形地貌的因素。天气系统所占的比例大些,往往一场暴雨从高空到地面,受多种气候因素的共同作用。
(2)暴雨的时空分布不均。北部发生暴雨的次数、强度较南部少、弱,从北部到南部呈递增趋势。暴雨主要发生在7、8两月,7月下旬发生次数最多。
(3)受地形影响,短历时、高强度的局部性特大暴雨多发生在太行山、吕梁山山区。这是由于地势陡峭,西南气流和东南气流输入过程中被高山阻挡,使气流抬升所致。
(4)暴雨是产生洪水的主要因素。虽然影响山西省暴雨的天气系统比较复杂,但气象部门还是可以根据探空资料和先进的设施对暴雨进行预报,以此进行洪水分析,确定洪水的范围,减少因此造成的损失。
(作者单位:山西省防汛抗旱指挥部办公室)
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