平塘县城市内涝天气形势简析

谢亚玲，罗红波，罗 红，钱家松，周亮萍

(1.贵州省平塘县气象局，贵州 平塘 558300;2.贵州省平塘县民族中学，贵州 平塘 558300;3.贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000;4.海南省三亚市民航三亚空管站，海南 三亚 572000)

1 引言

城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。城市内涝一旦发生就会造成城市交通、网络、水、电等设施中断，社会经济活动受到极大影响，严重时可危及人的生命，造成巨大危害。

平塘县地形复杂，海拔落差大，河谷切割深，城镇和主要居民点一般都沿河道或河道出口处的坪坝地带分布，易受洪水、滑坡及泥石流等灾害的威胁。平塘县老县城也主要是围绕平舟河河道的坪坝而建，平舟河属于平塘县境内较大河流六硐河的一段。根据平塘县山洪灾害防治试点基础信息调查表，在1979—2012年间由于强降水引发城市内涝共11次。最近的一次发生在2012年7月16日，由于平舟河上游都匀市凯口、墨冲等出现强降水，下游水位暴涨，很快超过警戒水位，县城1/3进水被淹，造成巨大的经济损失。

2 洪涝灾害简述

平塘县县城的地理环境决定平塘县县城汛期易受洪涝灾害侵袭，据平塘县山洪灾害防治试点基础信息调查，在1979—2012年平塘县由于强降水引发城市内涝共11次，其时间分布如表1。

表1 1979—2012年平塘城市内涝时间表

平塘县城区上游无防洪水库，城区防洪堤为1996—2003年修建，且防洪堤高度较低，普遍防洪标准只有5—10 a一遇［1］，平塘县县城防洪能力弱，一旦出现城市内涝，其灾害严重。如2007年7月25—26日六硐河流域普降大—特大暴雨，河水陡涨，县城水位站洪峰水位为705.92 m，洪峰流量为3 070 m3/s，估算为100 a一遇特大洪灾，大部分电力、网络、通讯设施损毁严重，直接造成经济损失5.821亿元。

3 洪涝灾害天气分析

3.1 资料和方法

根据平塘县水利部门提供的全国山洪灾害情况统计表所记载平塘县历史山洪灾害情况，具体记录1979—2012年平塘县出现城市内涝的年份和日期，根据其记录平塘县共有11次由于强降水造成城市内涝。利用ECMWF逐日6 h再分析资料，利用grads等绘图软件对历史上出现洪涝灾害的过程进行分析并归类，然后从各类型中选取天气过程较明显的物理量分析，其中以平塘气象站(25°50'N，107°19'E)的物理量变化分析为主，其距离平舟河最近距离为1 km左右，而且在这个时段未迁址，具有较好的代表性。

3.2 低层天气形势分类

暴雨是各种尺度的天气系统共同作用的产物，有利的大尺度环流是产生暴雨的背景，而中尺度系统是暴雨的直接制造者和组织者［2］，本文利用ECMWF逐日6 h资料绘制1979—2012年11次发生强降水的天气形势图，首先从低层形势场分析中尺度系统，可分为西南低涡型、急流型、冷暖空气交汇型和切变型4类如表2所示，其中冷暖空气交汇型有4次，占总数的36%，切变型27%，西南低涡和急流型为19%。

表2 11次强降水过程分类

图1为各类型典型个例低层形势场，其中图1a为西南低涡型，其显著特点为850 hPa西南地区存在明显的气旋性闭合环流;图1b中为西南急流型，在西南地区东部存在较强的急流;图1c中所示在我国西南地区有南下的干冷空气与暖湿空气交汇;图1d在西南地区存在明显的风切变。

图1 各类典型天气低层天气图

3.3 典型个例分析

3.3.1 西南低涡型 此类型主要特征是低层存在西南低涡。如图1a所示2012年7月16日08时850 hPa形势场可以得到在西南地区存在气旋性的低涡环流，即西南低涡，在700 hPa表现为切变线。高层图2a为16日08时500 hPa形势图可以看到中高纬为两槽一脊型，在新疆西北部为低槽，内蒙古东北部为脊，我国东北部为槽，东北低槽向西南方向加深，高原东部存在弱的槽，有研究表明［3］:当低涡上空存在低槽，有利于低涡的维持和发展，槽前的正涡度平流有利于低层减压，有利于西南低涡的形成。

从图2b、2c区域平均涡度和散度图可以分析在15日夜间—16日凌晨低层涡度为正值，强中心位于700 hPa附近，散度垂直分布呈低层辐合高层辐散形式，辐合层在700 hPa以下，这种下层辐合上层辐散的形式有利于垂直上升运动，有利于低涡的维持。从垂直速度图2d中也可以得到从14日夜间—16日凌晨500 hPa以下均有速度负值区如深色部分，表明低层存在较长时间的上升运动。

图2 a.为2012年7月16日08时500 hPa高度场;b.为25～26°N，107～108°E区域平均涡度时间变化图;

西南低涡型的强降水主要特点为低层850 hPa有明显的气旋性环流，700 hPa表现为低涡或切变线，在低涡上空500 hPa存在弱的低槽，有利于低涡的发展，上升速度加强，有利于强降水的发生。

3.3.2 西南急流型 2007年7月22日08时500 hPa环流形势图(图略)可以看出在我国新疆北部有个弱脊，脊前存在明显的槽，而槽前是较强的副热带高压控制，23日槽发展成为低涡，24—25日低涡继续发展加深且略微向东南方向移动，同时副热带高压也在增强西伸，26日低涡与副热带高压对峙控制我国中东部地区如图3a所示。低层700 hPa形势场与500 hPa相近，沿着副热带高压西侧，存在强劲的西南气流如图1b所示。这股强劲的气流来自菲律宾以东的洋面，最大风达到16 m/s，为贵州省南部带来充足的水汽，图3b平塘站水汽通量散度随时间变化图可以得到从25日白天开始平塘站低层存在较强水汽的辐合，且辐合中心逐渐上升，范围加大，为强降水提供充足的水汽。同时在图3c中可以看到平塘站的垂直速度在不断加强，且最大上升速度中心向上扩展，有利于这次强降水的发生。

此类型的主要特点为700 hPa形势场上贵州东南部存在较为强劲的西南气流，这股强劲的气流有时来自孟加拉湾，有时来自副热带高压西侧的菲律宾以东的洋面，它不仅促进水汽的输送，而且对不稳定能量的积累，以及强对流的发展也起着加强作用，有利于强降水的发生。

3.3.3 冷暖空气相互作用型 1996年7月16日08时500 hPa形势图如图4a，中高纬为明显的两槽一脊型，低槽分别位于巴尔喀什湖和我国中东部地区，脊区位于新疆和内蒙古交界地区，我国中东部地区受深厚的槽控制，副热带高压东退到海上。在陕西、四川东部、贵州等地受深厚的低槽控制，槽后脊前的西北气流有利于冷空气南下，低层700 hPa形势图1c与500 hPa形势相似，在贵州东南部存在风切变，为南下的西北气流和西南气流切变。分析16日08时500 hPa温度平流图4b虚线为冷平流，实线为暖平流，从图中也可以得到在贵州的中东部地区存在一个冷平流和暖平流中心，说明冷暖平流在此交汇，对流加强。图4c平塘站垂直速度图中可以得到在15日夜间到16日凌晨存在较强的上升运动，分析此时段的水汽通量散度图(图略)可以得到在西南气流控制下平塘站存在较强的水汽通量散度辐合，有利于此次强降水的发生。

图3 a.为2007年7月26日08时500 hPa高度场;

此类型的特点为高层500 hPa形势场中我国中东部地区为明显的槽，槽后脊前的西北气流有利于冷空气南下，在贵州省中东部有冷平流中心，冷暖空气在此交汇，有利于形成较强的上升运动，此外暖湿气流还带来较丰富的水汽为强降水带来水汽条件，形成强降水。

3.3.4 切变型 此类型的主要特点为在700 hPa形势场中可以看到西南地区东部存在明显的风切变，如图1d中1990年5月13日08时700 hPa形势场所示。中高层500 hPa高度场图5a所示我国中东部地区为低槽控制，低槽不断加深且缓慢东移，槽后脊前的偏北气流引导冷空气分散南下。低层700 hPa风场在西南地区存在明显的风切变，850 hPa也能分析出在西南地区有弱的切变存在，切变线两侧的气流辐合为降水提供动力抬升是此类降水的共同特征［6］。从物理量场图5b、5c中分析得到其动力条件涡度以及垂直速度在平塘站有明显的正涡度，及较强的上升速度，分析平塘站水汽通量散度图可以得到在低层存在较强的水汽辐合中心，为降水提供充足的水汽条件。

图4 a.为1996年7月16日08时500 hPa形势图;

此类型的主要特点为在低层700 hPa在西南地区存在明显风切变，而在切变线的高层存在槽线，这有助于切变线的维持，切变线两侧的辐合气流为降水提供动力的抬升作用，有助于上升运动以及涡旋运动的发生发展，一旦存在较大的水汽通量辐合时有利于强降水的发生。

4 结论

①平塘县遇到强降水容易发生洪涝灾害主要原因:首先由于较大的六硐河主干河流穿城而过，且有较多的支流汇入其中，一旦发生强降水支流汇入县城中的主干河流，河水水位上涨迅速。其次平塘县防洪设施落后，防洪能力弱，平塘县城区上游无防洪水库，城区段防洪堤为1996—2003年之间修建，防洪堤高程较低，普遍防洪标准只有5～10 a一遇。

②利用ECMWF逐日6 h全球再分析资料，分析平塘县在1979—2013年内11次城市内涝的强降水天气形势，根据低层形势的主要影响系统，可分为4类，即为西南低涡型、急流型、冷暖空气交汇型以及切变型。西南低涡存在且高层有弱的槽存在时能促进低涡的发展，有利于强降水的发生;当西南地区存在明显的急流带时，不仅为强降水带来丰富的水汽，还不断地积累不稳定能量，有利于强降水的发生;当从高低层天气形势分析出有冷空气南下与暖空气交汇时能促进气流的上升运动，有利于强降水的发生;切变线两边的辐合气流为降水提供动力的抬升作用，加强上升运动以及涡旋运动的发生发展，为强降水提供动力条件，促进强降水的发生。

图5 a.为1990年5月13日08时500 hPa高度场;

③预防洪涝灾害首先加强宣传力度，帮助大众认识洪涝灾害的危害性，其次有关部门应加强合作，做好洪涝灾害的监测、预测，制定山洪灾害防御预案和躲避方案。另外应加大资金的投入，加强河道的疏通、防堤的建设。气象部门一旦预报会出现强降水天气时，应加强值班，严格按照“三个叫应”的服务政策准确、及时和广泛地为大众做好服务。

［1］张中杰，柳恒，王化鑫，等.平塘县城2007年暴雨洪水分析［J］.东北水利水电，2008，26(292)39-40.

［2］丁一汇.高等天气学［M］.北京:气象出版社，1991.

［3］王作述，汪迎辉，梁益国.一次西南低涡的数值实验研究［C］.暴雨科学、业务实验和天气动力学理论的研究［A］.北京:气象出版社，1996.257-267.

［4］许美玲，段旭，孙绩华，等.与低空气流相伴的暴雨天气诊断分析［J］.云南大学学报:自然科学版，2004，26(4):320-324.

［5］陈艳，丁一汇.2004年7月冷空气活动及其对西南地区强降水的影响［J］.气象学报，2006.64(6):755.

［6］李华宏，曹杰，杞明辉.云南2次川滇切变线强降水过程对比分析［J］.云南大学学报，2012.32(S2):205-212.