辽宁地区可能最大24h降水分析

李晨涛

(辽宁省本溪水文局，辽宁 本溪 117000)

在现代气候条件及地理条件下，某一流域或某一地区上，一定历时内物理上有可能发生的近似上限降水，包括降水总量及其时空分布称为可能最大降水[1]。PMP估算的成果是否安全可靠，是水文工作者常遇到的一个问题[2]。可能最大降水的估算方法可为4种：一是暴雨物理因子放大法(包括暴雨模型)[3- 4]，即根据暴雨成因分析得出的物理因子或指标。例如，水汽入流指标，水汽辐合上升指标等，然后将这些因子加以放大。二是暴雨移置法[5- 7]，当设计流域有可供移置的暴雨时，但必须在气候地理一致区内应用。三是暴雨组合法[8- 9]，该方法适用于推求大面积、长历时的设计暴雨。四是数理统计法[10- 12]，影响水文现象的因素众多，各因素本身在时间上不断地发生变化，所以受其影响的水文现象也处于不断变化之中。它们在时程上和数量上的变化过程，伴随周期性出现的同时，也存在不重复的特点，这就是所谓随机性。因为影响未来水文情势的因素错综复杂，当我们不可能用成因分析法一一处理得当时，也可以用数理统计法作为估算可能最大降水的方法之一[13]。本文主要选用基于数量统计方法的雨湿比法，在辽宁地区历史暴雨普查的基础上，对其最大24h可能最大降水进行计算分析，研究成果对于辽宁地区最大可能降水计算提供重要参考。

1 研究方法与资料介绍

1.1 研究方法

本文采用雨湿比法对辽宁地区最大可能降水进行计算，其计算公式为：

(1)

(2)

式中，PM—可能最大降水量，mm；P—典型暴雨暴雨中心降水量，mm；WM—最大可降水量，mm；W—可降水量，mm；KM—最大雨湿比；K—雨湿比；WTd—典型暴雨持续12h代表性露点Td相应可能最大降水，mm；WH—典型暴雨中心相应高程H可降水，mm；WTd-WH—典型暴雨中心有效可降水，mm。从公式(1)可以看出，某地的可能最大降雨PM与最大雨湿比KM关系密切，是该地的“最大可降水”与“最大雨湿比”的乘积。雨湿比K的推求可选用24h暴雨量推求，则公式(2)可变为：

(3)

式中，P24h—24h雨量，mm；Td—暴雨代表性露点，mm；H—测站高程，m；其它参数意义同前。根据公式(1)可推导出24h最大可能降雨量，计算公式如下：

PMP24h=KM(WTdM-WMH)

(4)

式中，PMP24h—24h可能最大点雨量，mm；KM—采用的最大雨湿比；WTdM—计算地点持续12h历史最大露点；TdM—相应的可降水，mm；WMH—计算地点持续12h历史最大露点相应可降水高程修正值，mm；WTdM-WMH—计算地点最大有效可降水，mm。

1.2 资料选取与要素分析

(1)资料选取

在辽宁地区大暴雨调查的基础上，根据区域自然地理概况，大气环流形势和天气系统，以及暴雨洪水特点和分布规律，分区选用特大暴雨。选用场次大暴雨对应的持续12h最大露点Td12(℃)及高程H(m)资料。

(2)暴雨高值区选取

辽宁省有5个暴雨高值区，即丹东地区、辽东半岛地区、浑太地区、辽西沿海地区和清柴汎上游地区。特别是丹东地区和辽西沿海地区，由于分别地处千山、江南山和医巫闾山、松山、黑山的迎风坡，离海近，水汽来源充沛，且地形似喇叭口和逐渐抬高的地形作用，致使这两个地区暴雨频繁，雨量最大。

(3)暴雨天气系统出现次数、序位统计

按照选取的暴雨出现高值区，对选用暴雨天气系统出现次数、序位进行统计，结果见表1—2。

表1 天气系统出现次数

表2 辽宁地区暴雨序位

从表1—2可以看出，选取的辽宁省各暴雨高值区有的天气系统出现的次数虽多，但形成的降雨量并不太大。如千山山脉以南，冷锋出现次数最多，但产生大暴雨的天气系统却是低压冷锋、江淮气旋及静止锋。因此，在暴雨高值区内，主要选用量级大的暴雨及其相应的天气系统。

2 研究结果

2.1 露点及可降水分析

在推求可能最大降水时，常用可降水(W)表示水汽条件。可降水(W)是指垂直空气柱中的全部水汽在气柱底面上凝结后的深度，一般利用露点温度来推求可降水。当气压一定时，露点温度的高低与空气中水汽含量有关，水汽含量高，露点就高。由于高空资料比较缺乏，故推算暴雨时，假定气团整层是饱和的，湿度的垂直分布可以由当地露点(Td)按饱和假绝热直减率(假绝热直减率：在假绝热过程中，气温随高度降低的变化)随高度的递减来代表。此时，可降水量只是地面露点的单值函数，直接用露点推求可降水。

2.2 代表性露点Td的确定

所谓代表性露点，就是适当地点、适当时间内所确定的一个地面露点。它所对应的可降水能反映暴雨暖湿气团的水汽特征。表3给出辽宁省典型场次大暴雨代表性露点。

2.3 雨湿比K推求成果

根据实测或调查暴雨，选用表3 中的Td121000雨量站的平均值推求WTd，再用H求WH，最后用公式(2)计算得雨湿比(K)，计算结果见表4。

表3 辽宁省典型场次大暴雨代表性露点实例

表4 辽宁省主要大暴雨雨湿比计算成果

通常取历史露点最大值作为可能最大露点。按饱和假绝热直减率推求，即可求得200毫巴以下气柱内的水汽总含量，作为可降水的近似物理上限值。辽宁省特大暴雨多发生在7—8月份，故在7—8月内按选取暴雨代表性露点相同的原则，并考虑日降水量在0.1mm以上、总云量在50%以上的条件，选取持续12h最大露点的极值TdM。最大雨湿比采用的原则：若当地已发生高效暴雨，就选用当地实测的最大雨湿比；若当地没发生高效暴雨，就移用邻近地区天气系统能在本地发生的高效暴雨的雨湿比。各地区最大雨湿比确定结果如下：

千山山脉以南：根据本地区实测资料推算(“62.7”黒沟站天气系统低压冷锋雨湿比为11.3、“58.8”荒沟站江淮气旋雨湿比为10.2、“64.8”梨树沟站华北气旋雨湿比为8.8)，结合历史洪水(1888年为该地区多数的河流的第一位洪水)比较，参考海河“63.8”的雨湿比。在丹东附近经常出现暴雨中心的地点，最大雨湿比选13.5，其他地点按各站实测最大24h暴雨分布的趋势内插采用，最小雨湿比选用9.2。

辽东半岛：由实测资料推求该地区各站雨湿比采用8.2～7.5之间。

浑、太地区：本区暴雨有两个实测暴雨中心，最大的暴雨中心在丹东黒沟，天气系统冷锋雨湿比为7.4。但本溪地区也有一个暴雨中心，在暴雨中心地区的本溪附近最大雨湿比采用9.5，在降雨小的地方，最低雨湿比选用7.9。

清、柴、汎地区：根据我省实测最大24h雨量分布及24h暴雨均值、Cv的分布情况，在哈达岭及大黑山夹峙地带的西丰、凉水泉子均是暴雨中心。从天气系统来看，这个地区产生大暴雨的天气系统为低压冷锋及华北气旋，参照东部地区低压冷锋的雨湿比为11.3，华北气旋雨湿比为8.8，在西丰附近高值地区，雨湿比采用9.4，其它地点按实测24h降雨量分布趋势，并考虑平原地区的雨湿比，采用内插值。

中部平原：该区以华北气旋降雨为主，大连永记站华北气旋的雨湿比为8.8，辽西沿海永安堡华北气旋的雨湿比为6.2，中部平原取其中间值，雨湿比选用7.5。

辽西地区：辽西沿海是我省经常发生暴雨的地方。本区实测资料推算雨湿比为10.3，在该区暴雨中心处，参照河北省“63.8”的雨湿比而选用13.1，其他地点按本地区的暴雨分布情况最低雨湿比采用9.37，朝阳西北部局部雷暴雨天气系统经常发生，根据暴雨调查数据推算的雨湿比在5.2～10.5之间。

2.4 24h可能最大点降水(PMP24h)推算

各站确定了WTdM-WMH、KM值后，利用公式(4)，可以推算各站的PMP24h值。估算成果见表5。

表5 辽宁省雨湿比法估算可能最大点降水(PMP24h)

(续表)

2.5 成果验证

选取辽宁省24h暴雨超过300mm的部分站点进行可能最大降水计算的成果验证，各站点最大可能24h降水以及站点记录的最大24h雨量分别见表6。

表6 最大可能24h降水验证

表6中各站点24h雨量为有资料记录以来的最大雨量值，其中西丰站点为暴雨调查值，可能最大24h主要表示区域在极端天气条件下的24h内可能最大降水量估算值，其估算值应高于各站点记录的24h暴雨量才合理，从表6对比验证结果可看出，计算的各站点可能最大24h雨量值均远高于其对应雨量站点调查和记录的24h雨量值，可能最大24h降水估算结果总体较为合理。

3 结论

(1)辽宁地区各暴雨高值区有的天气系统出现的次数虽多，但形成的降雨量并不太大。如千山山脉以南，冷锋出现次数最多，但产生大暴雨的天气系统却是低压冷锋、江淮气旋及静止锋。因此，在暴雨高值区内，建议选用量级大的暴雨及其相应的天气系统进行可能最大降水分析。

(2)由于高空资料比较缺乏，故推算可能最大降水时，建议假定气团整层是饱和的，湿度的垂直分布可以由当地露点(Td)按饱和假绝热直减率(假绝热直减率：在假绝热过程中，气温随高度降低的变化)随高度的递减来代表。

(3)本文的研究成果和方法可以为辽宁及其他地区最大可能降水以及可能最大洪水计算提供重要的参考，在后期研究中还应结合历史调查的暴雨资料对可能最大降水计算成果进行相应的验证。