不同天气系统下海河流域汛期暴雨落区及时程分布规律

发布于:2021-07-21 15:35:32

第 $- 卷第 $ 期 ."!! 年 / 月

河 海 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 ) (L5JE;56 >7*9,79+) CDE;,56 DF GD85* H,*I9;+*JK

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不同天气系统下海河流域汛期暴雨落区及时程分布规律

. . . 鸣!, , 吴永祥!, , 王高旭!, , 曹

飞$ , 李利番<
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(! # 南京水利科学研究院水文水资源研究所, 江苏 南京 江苏 南京 $ # 河海大学水文水资源学院,

江苏 南京 . # 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,

江苏 南京 .!""-%;< # 南京大学地理与海洋科学学院,

摘要:以 !-//—.""& 年海河流域降雨资料为基础, 结合暴雨时的天气系统, 利用 1=> 技术和统计方 法分析了海河流域汛期暴雨落区及时程分布规律 # 结果表明: 区域性或流域性暴雨中心位于滦河水 系最多, 永定河水系暴雨中心最少, 且多伴随暴雨遭遇, 又以相邻流域间暴雨遭遇为主; 气旋是引起 海河流域区域性暴雨或流域性暴雨最多的一种天气系统; 天气系统对各水系间及流域内的暴雨遭 遇没有明显影响; 次暴雨过程以前、 中期型为主, 切变线、 高空槽、 蒙古气旋、 东北气旋、 黄河气旋天 气系统的暴雨均是前期型最多, 台风和江淮气旋天气系统的暴雨为中期型最多 # 关键词:海河流域; 汛期; 暴雨; 时空分布; 天气系统 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: (."!!) ?$$$ # . @ !"""! !-%" "$ !".$&!"/ 海河流域属半干旱、 半湿润过渡带, 土地资源丰富、 灌溉发达而水量不匹配, 随着社会经济发展, 缺水状 况严重 # 水资源过度利用导致河川经常断流甚至干涸, 地下水超采造成地面沉降、 海水入侵等严重的生态问 [! .] ! 年降水量中 题 # 解决海河流域的缺水问题是改善该区域生态的首要条件 # 海河流域降水年内分配不均, [$ <] ! 而且往往集中在 &—% 月的几次降雨过程 水资源利用已无潜力可 &/A B %/A 集中在 ’—- 月, # 在非汛期, 挖, 合理利用汛期洪水资源是缓解水资源紧缺和改善水环境的重要举措与现实选择 # 降雨是海河流域水资源的直接输入量, 汛期暴雨的时空分布影响着流域防洪和雨洪资源利用的总体格 局 # 本文采用长系列水文资料, 利用 1=> 技术和统计方法研究不同天气系统下海河流域汛期暴雨落区及时程 分布规律, 可为流域防洪调度和雨洪资源利用提供依据 #

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不同天气系统下海河流域汛期暴雨落区及其遭遇规律
暴雨落区分布 按我国气象部门规定, 暴雨为 .< 8 雨量大于或等于 /" 44 的降

雨, 若流域内某一雨量站的日降雨量大于或等于 /" 44 即为暴雨 [/] 日 # 流域内仅有小于 < 个雨量站点的降雨量大于或等于 /" 44, 且 仅有一个暴雨中心时为局部暴雨; 流域内有大于或等于 < 个雨量站 点的降雨量大于 (或等于) /" 44 的降雨为区域性暴雨或流域性暴 雨 # 局部暴雨发生在小范围内, 产水总量小, 其产水在本地基本被完 全利用 # 区域性暴雨发生在流域的一定区域内, 而流域其他区域未 降雨或降小雨, 暴雨区域水量过剩, 未降暴雨区域缺水, 可通过合理 调度或其他手段利用其洪水资源 # 流域性暴雨因流域上下游均降暴 雨, 易产生洪涝灾害, 利用流域性暴雨洪水资源风险较大 # 因此, 出 于利用雨洪资源的目的, 区域性暴雨或流域性暴雨更值得关注 # 海河流域可分为滦河、 北三河、 永定河、 大清河、 子牙河、 漳卫南
[!] 运河和徒骇马颊河 & 个水系, 如图 ! 所示 #

图$ %&’( $

海河流域水系分布

!&)*+&,-*&./ .0 12*3+ )4)*35) &/ 62&73 8&93+ :2)&/

收稿日期:."!"!"&!"/ 基金项目:水利部公益性行业科研专项 (.""&"!""/) ; 水利部科技推广计划 (01!""’) 作者简介:陈鸣 (!-/& —) , 男, 江苏南京人, 高级工程师, 主要从事水质与水量预报研究 # 2345*6: 4789,: ,8;* # 7,

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采用 !"# 技术绘制 $%&&—’(() 年间共 )*’ 日区域性暴雨或流域性暴雨等值线, 表明有 $ $() 个暴雨中心 暴雨中心位于滦河水系最多, 共 ’$) 个, 占 $%,*- , 大清河 (一些暴雨日有多于 $ 个的暴雨中心) + ) 个水系中, 水系其次, 占 $),)$- , 永定河水系暴雨中心最少, 为 ). 个, 仅占 *,*/- + 总体上, 海河流域南系 (大清 $%* 个, 河、 子牙河、 漳卫南运河和徒骇马颊河) 的暴雨中心 *’/ 个, 占 &*,)0- , 多于北系 (滦河、 北三河和永定河) 的 占 .0,’)- + .)% 个, 造成海河流域暴雨的天气系统类型主要有切变线、 高空槽 (伴有冷锋) 、 气旋 (气旋依据发生地不同可进
[*] 一步分成蒙古气旋、 东北气旋、 黄河气旋、 江淮气旋) 和台风 + 各种天气系统暴雨中心落区统计如表 $ 所示 +

表! "#$%& !
水 滦 系 河 切变线 ./ &$ $* &) *0 &* ’. 0$&

各种天气系统暴雨落区统计

’(#()*()+* ,- .#)/*(,.0 +&/(&.* 1/2&. 3#.),1* 4)/2* ,- 5&#(6&. *7*(&0*
高空槽 ’) $% $( $’ ) $* $’ $(0 蒙古气旋 )0 &% $% *’ .0 ./ 0’ 00* 东北气旋 $% $) / $’ $$ $0 $( %( 黄河气旋 0% 0’ $/ .’ ’. ’0 $& $%0 江淮气旋 $ $ ( ’ ’ ( ( * 台风 $( % 0 % $& $$ ) *. 总落次 ’$) $// ). $%* $*& $*) $(( $ $()

北三河 永定河 大清河 子牙河 漳卫南运河 徒骇马颊河 总落次

气旋是引起海河流域区域性暴雨或流域性暴雨最多的一种天气系统, 统计的 $ $() 个暴雨中心中, 共有 占总数的 &*,.*- + 蒙古气旋又是气旋类中引起海河流域暴雨最多的一种天气系统, *’& 个气旋型暴雨中心, 在统计的 *’& 个气旋型暴雨中心中, 单独或主要由蒙古气旋引起的暴雨中心 00* 个, 占 &0,)*- + 蒙古气旋型 其次是大清河水系, 有 *’ 个; 永定河水系最少, 为 $% 个 + 东北气 暴雨多发生在滦河水系, 有 )0 个暴雨中心; 旋引起的暴雨中心共 %( 个, 和蒙古气旋类似, 多发生在滦河水系, 有 $% 个; 永定河水系最少, 仅有 / 个, 占 一类黄河气旋产生在黄河中游, 沿黄河流域移动, 从山东半岛出海, 引起河南、 /,/%- + 黄河气旋可分为两类:
[)] 河北、 山东暴雨; 另一类产生在河北、 山东交界黄河北岸 最多出现在 + 黄河气旋引起的暴雨中心共 $%0 个,

大清河水系, 共 .’ 个, 占 ’$,)*- ; 其次是滦河水系, 有 0% 个; 徒骇马颊河流域的黄河气旋型暴雨中心最少, 为 $& 个, 仅占 ),))- + 江淮气旋在海河流域产生暴雨概率较小, 仅统计到 * 个江淮气旋型的暴雨中心 + 高空槽 (伴有冷锋) 天气系统受副热带高压位置、 冷空气的途径和强度以及环流形势的影响, 产生的降雨 但当副热带高压位置偏北且稳定少动, 南方或西南 量级有很大差异 + 通常冷锋型天气系统产生的降雨较小; 方有大量暖湿气流沿副高西侧北上, 若此时西风带有冷槽东移, 冷*流受副高阻挡形成静止切变且稳定滞留 时, 常形成大暴雨 + 如果西风槽偏北, 暴雨区主要出现在燕山地区, 如果位置偏南, 可能造成太行山或海河南
[/] 系的暴雨 仅有 $(0 个暴雨中心, 占 %,0.- + 在滦河水系、 北 + 高空槽引发区域性或全流域暴雨的概率较小,

三河水系出现的机会较多, 其中滦河水系 ’) 个暴雨中心, 占 ’*,’$- , 北三河 $% 个暴雨中心, 占 $/,.&- + 切变线是造成海河流域夏季暴雨的又一重要天气系统 + 切变线一般产生于山东或江淮地区, 以后随着南 侧偏南气流的加强向北移动, 这时切变线上的雨区也北抬 + 这类切变线暴雨主要出现在太行山以东地区, 当
[%] 切变线移到北京以北时, 由于偏南气流与燕山山脉的明显作用, 可在燕山山脉迎风坡造成强暴雨 + 共统计

到 0$& 个切变线型暴雨中心 + 切变线型暴雨主要发生在海河流域南系, 共出现 ’(( 个暴雨中心, 占切变线型 其中子牙河水系最多, 有 *0 个, 大清河水系次之, 有 &) 个 + 暴雨总数的 *0,.%- ; 台风是海河流域最强的暴雨天气系统, 许多极端暴雨都与台风活动有关 + 台风影响海河流域的方式主要 有 0 种: 一是台风直接登陆或减弱成的热带风暴、 热带低气压直接影响海河流域; 二是台风减弱的热带风暴 或热带低气压与气旋、 冷锋等其他天气系统配合影响海河流域; 三是台风在没有到达之前就消失, 但给海河
[$(] 流域带来大量暖湿气流, 为其他天气系统降雨提供充沛的水汽条件 + 在海河流域台风型暴雨发生的概率

较小, 共统计到 *. 个台风型暴雨中心, 仅占 &,)/- + 台风对子牙河水系影响最大, 有 $& 个暴雨中心, 占 对永定河水系影响最少, 仅有 0 个暴雨中心 + ’0,..- , !+8 不同天气系统下汛期暴雨遭遇 区域性或流域性暴雨在同一水系内有多个暴雨中心认为是流域内发生暴雨遭遇, 若两相邻水系内均有

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鸣, 等

不同天气系统下海河流域汛期暴雨落区及时程分布规律

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暴雨中心存在认为是流域间暴雨遭遇 ! 在统计的 "#$$—%&&’ 年间 ’(% 个暴雨日中, 发生流域内和相邻流域间 占 (()$*+ , 即发生区域性或流域性暴雨时多伴随暴雨遭遇 ! 其中流域内暴雨遭遇 ,# 次, 暴雨遭遇共 $&’ 次, 占 "’)$$+ , 流域间暴雨遭遇 *", 次, 占 ,%)*$+ , 可见暴雨遭遇中又以相邻流域间暴雨遭遇为主 ! 具体暴雨遭 遇情况统计见表 % !
表! "#$%& !
暴雨中心位置 滦 河 滦河—北三河 北三河 北三河—永定河 北三河—大清河 永定河 永定河—大清河 永定河—子牙河 大清河 大清河—子牙河 大清河—漳卫南运河 子牙河 子牙河—漳卫南运河 漳卫南运河 漳卫南运河—徒骇马颊河 徒骇马颊河 总落次 切变线 "( "% & # "& %& "’ %& $ "" & "-$ 高空槽 & $ & % " & % & % " % & " & * & %&

暴雨遭遇情况统计

’(#()*()+* ,- +,)-+).&-+&* ,/ 0#)-*(,01*
蒙古气旋 % %# # $ %* % # $ ( %& "% % "’ " %& " "(* 东北气旋 & ( " * " & % " & " & $ & -& 黄河气旋 * "’ , ( "% & "" $ ’ "( # "% % "" & "%江淮气旋 & & & & & & & & & % & & & & & & % 台风 & " & % " & % % & ’ $ ( % % & -总落次 # ’* %" %% $-"’ %, (’ *% "’ $’ "& $" $&’

由表 % 可以看出, 天气系统对各水系间及流域内的暴雨遭遇没有明显影响, 即暴雨遭遇的多少基本上与 天气系统出现的多少一致 ! 例如: 蒙古气旋型暴雨出现最多共 "(* 次, 其暴雨中心在滦河—北三河、 北三河— 大清河、 大清河—子牙河、 漳卫南运河—徒骇马颊河间的遭遇分别为 %# 次、 均比其他天气 %* 次、 %& 次、 %& 次, 系统暴雨中心出现在上述区域为多 !

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暴雨过程分类
[""] 由于河海流域内天气系统具有相对稳定的规律 , 其形成的暴雨洪水也具有一定的规律, 因此依据流

域内形成暴雨洪水的天气系统类型, 将流域暴雨过程分类是可行的 ! 在判定流域天气系统及各种天气系统影 响降雨的逐日分配比例的前提下, 可提前估计流域暴雨过程, 推断洪水规律, 从而提高流域防洪能力和洪水 资源利用率 ! 考虑到对洪水调度决策的影响, 可将海河流域暴雨过程概括为: ( .) 前期型, 降雨集中在降雨开 始前的 " / % 0 内, 降雨量占整场次降雨量的 (&+ 以上; ( 1) 中期型, 降雨峰值出现在降雨发生的第 - 或第 * 日; ( 2) 后期型, 降雨峰值出现在降雨过程的后期; ( 0) 双峰型, 降雨过程中有 % 次降雨峰出现 ! 在一次时间连续的暴雨过程中, 会出现不同 类型的天气系统相互转换、 渗透
["% "-] !

表2 "#$%& 2

各种天气系统暴雨过程类型统计 6#0),5* 7&#(8&0 *3*(&1*

, 在确定场

’(#()*()+* ,/ (34&* ,/ 0#)-*(,01 40,+&**&* 5-.&0
蒙古 气旋 -$ ", %" "东北 气旋 "* ’ # % 黄河 气旋 "# $ $ 江淮 气旋 " % " &

次暴雨相对应的天气系统时, 首先考虑冷 (暖) 气 团的来源, 其次考虑暴雨峰值时的天气系统 ! 各种 天气系统暴雨过程类型统计如表 - 所示 ! 在统计的 "#$$—%&&’ 年间 -"& 场暴雨中, 前 期型暴雨场次最多, 共 "%" 场, 占 -#)&-+ ; 中期型
类型 前期 中期 后期 双峰 切变线 *& -# %’ ’

高空槽 "% , "

台风 ( ’ %

合计 "%" #& (# -&

次之, 为 #& 场, 占 %#)&-+ ; 后期型暴雨为 (# 场, 占 %%)%(+ ; 双峰型暴雨场次最少, 为 -& 场, 占 #)(,+ ! 可以认为海河流域暴雨以前、 中期型为主, 共 %"" 场, 占 (,)&(+ ! 切变线、 高空槽、 蒙古气旋、 东北气旋、 黄河气旋天气系统的暴雨均是前期型最多, 台风和江淮气旋天气 系统的暴雨则为中期型最多, 但在海河流域这两种天气系统独立引起暴雨概率较小 ! 在统计的 "#$$—%&&’

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年间 !"# 场暴雨中, 台风型和江淮气旋型暴雨共 $$ 场, 仅占 %&"’ ( 降雨过程主要是前期型和中期型, 分别为 *# 场 ! " 切变线型暴雨 ( 海河流域切变线暴雨历时 ! ) 左右, (占 !+&*’ ) 和 !, 场 (占 !*&+"’ ) ( 水汽不足, 因此降 #" 蒙古气旋型暴雨 ( 蒙古气旋内的暖空气多来自青藏高原的东北部和河西走廊一带, ["!] 水量不大 ( 受副热带高压影响, 蒙古气旋型暴雨多发生在 % 月末到 - 月初 ( 暴雨过程较短, 一般不超过 ! ), 降雨量多集中在降雨过程的前期, 共 !+ 场, 占 *#&$!’ (
["!] 暴雨降雨量通常较小 , *均场 $ " 东北气旋型暴雨 ( 东北气旋型暴雨一般集中在低压北方冷气团内, 次暴雨降雨量 "*- ..( 东北气旋型暴降雨历时 $ / * ), 降雨量集中在前期的为 "* 场, 占 *!&%+’ , 最大 $* 0 降

雨量占总降雨量的 +#’ 以上 ( 个别暴雨达 $## .. 以上, 降雨持续时间一般在 %" 黄河气旋型暴雨 ( 黄河气旋型暴雨量在 +# / "+# .., 左右, 有时可持续 降雨集中在前期和中期的概率均较大, 分别为 和 ") $ / ! )( *#&1!’ $-&"!’ ( 产生的暴雨量级通常不大, & " 江淮气旋型暴雨 ( 江淮气旋在向东北移动进入海河流域过程中水汽衰减, *均降雨量 "!$&$ .., 降雨历时 " / * ), 中期型暴雨过程偏多, 占 +#’ ( (伴有冷锋) 型天气系统降雨历时多为 ! ) ( %—- 月由西面过来的高空槽一般很少造成 "## / ’ " 高空槽 但如果高空槽加深, 并移动缓慢, 可以产生大于 $## .. 的暴雨 ( 降雨主要集中在第 " 天 (前 $## .. 的暴雨, 期) , 共 "$ 场, 占 +#’ ( 降雨历时 $ / ! ), 最大日降雨量约占总降雨量的 ( " 台风型天气系统暴雨特点是降雨集中且强度大, 多出现在降雨的第 $ 天 ( +#’ ,

)





北三河、 永定河、 大清河、 子牙河、 漳卫南运河及徒骇马颊河 % 个水系中, 暴雨中心位于滦河 ! " 在滦河、 水系最多, 大清河水系其次, 永定河水系暴雨中心最少 ( 发生区域性或流域性暴雨时多伴随暴雨遭遇 ( 暴雨遭 遇中又以相邻流域间暴雨遭遇为主 ( 切变线、 高空槽和台风, 其中, 气旋是引起海河流域区域 #" 影响海河流域暴雨的天气系统主要有气旋、 性暴雨或流域性暴雨最多的一种天气系统 ( 天气系统对各水系间及流域内的暴雨遭遇没有明显影响 ( 高空槽、 蒙古气旋、 东北气旋、 东北气旋、 黄河气 $ " 海河流域暴雨过程以前期型和中期型为主 ( 切变线、 旋天气系统的暴雨均是前期型最多, 台风和江淮气旋天气系统的暴雨则为中期型最多 ( 参考文献:
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鸣, 等

不同天气系统下海河流域汛期暴雨落区及时程分布规律

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