東平湖流域洪澇災(zāi)害氣象成因分析

鄒大偉 劉潔

摘要 針對(duì)東平湖流域的致災(zāi)過(guò)程，篩選了典型的洪澇災(zāi)害個(gè)例，在保證資料完整的前提下，篩選出2007—2013年?yáng)|平湖流域12個(gè)致災(zāi)天氣過(guò)程，從整層形勢(shì)場(chǎng)的平均場(chǎng)，結(jié)合12個(gè)單獨(dú)個(gè)例進(jìn)行分析，得出了以下結(jié)論：（1）副高邊緣500 hPa短波槽的移動(dòng)是造成夏季易誘發(fā)洪澇的暴雨天氣的背景場(chǎng)，增強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定；（2）850 hPa切變線(xiàn)或切變線(xiàn)發(fā)展出的低渦系統(tǒng)是造成災(zāi)害的主要影響系統(tǒng)；地面場(chǎng)受850 hPa暖脊的影響，一般表現(xiàn)為倒槽或倒槽發(fā)展而成的氣旋系統(tǒng)的影響。

關(guān)鍵詞 洪澇災(zāi)害；平均場(chǎng)；對(duì)流不穩(wěn)定

中圖分類(lèi)號(hào)：P333.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）07–0192-03

東平湖流域自古以來(lái)就是一個(gè)洪澇災(zāi)害多發(fā)區(qū)域，2001、2021年，由于連降暴雨，東平湖流域金山壩出現(xiàn)險(xiǎn)情，威脅湖區(qū)近10萬(wàn)群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，東平湖又在南水北調(diào)工程中扮演了較為重要的角色，因此，確保東平湖區(qū)的安全是保證當(dāng)?shù)貐^(qū)域平穩(wěn)發(fā)展的前提。湖區(qū)洪澇災(zāi)害的發(fā)生往往是整個(gè)流域諸多成災(zāi)因子綜合作用的結(jié)果，尤其是在日益增多的人類(lèi)活動(dòng)的影響下，洪澇災(zāi)害的氣象成災(zāi)因子變得更為復(fù)雜[1-3]。氣象條件是洪澇的演變趨勢(shì)最重要的條件之一，有必要全面探討東平湖流域洪澇災(zāi)害上下游的氣象成災(zāi)因子特點(diǎn)及其演變趨勢(shì)，揭示其洪澇災(zāi)害的氣象成災(zāi)機(jī)理，從而為該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料來(lái)源與研究方法

針對(duì)致災(zāi)過(guò)程，篩選典型的東平湖流域洪澇災(zāi)害個(gè)例，建立洪澇發(fā)生的氣象概念模型，統(tǒng)計(jì)分析洪澇預(yù)報(bào)發(fā)生的天氣系統(tǒng)閾值。在篩選洪澇致災(zāi)的過(guò)程中，挑選水文數(shù)據(jù)與區(qū)域自動(dòng)站雨量均比較齊全的過(guò)程進(jìn)行分析，篩選出2007—2013年?yáng)|平湖流域12個(gè)致災(zāi)天氣過(guò)程（表1）。采用天氣分型的方式，對(duì)東平湖流域洪澇災(zāi)害的天氣形勢(shì)進(jìn)行歸類(lèi)總結(jié)，提煉主要的天氣學(xué)特征，以期獲得可用的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)指標(biāo)。

上述12個(gè)降水過(guò)程是2007—2013年?yáng)|平湖流域有災(zāi)情記錄的天氣過(guò)程。從時(shí)間分布來(lái)看，災(zāi)情主要發(fā)生在主汛期，其中，12次過(guò)程有11次發(fā)生在7、8月份主汛期，只有2013年的災(zāi)情發(fā)生在5月底。

具體分析2013年的氣候特征（圖1），泰安2013年降水量時(shí)空分布不均，5月較常年偏多104.4%，屬降水異常偏多月份；7月較常年偏多64.8%，屬降水顯著偏多月份，8月較常年偏少56.8%，可以明顯看出整個(gè)降水期提前，降水主要集中在5—7月，因此從此種意義來(lái)說(shuō)，災(zāi)害發(fā)生在了主要降水時(shí)段。

2 洪澇災(zāi)害天氣過(guò)程的系統(tǒng)分析

2.1 低槽冷鋒類(lèi)個(gè)例

2007年7月19日與2010年7月1日的洪澇個(gè)例類(lèi)似，從影響系統(tǒng)來(lái)看，為一次較為典型的低槽冷鋒天氣過(guò)程，高低空配置有明顯的前傾結(jié)構(gòu)，850 hPa的徑向切變自西向東劃過(guò)東平湖流域，造成短時(shí)強(qiáng)降水天氣。500 hPa有階梯槽結(jié)構(gòu)，為低層提供部分的冷空氣，使冷暖空氣交匯更加劇烈，有利于對(duì)流天氣的觸發(fā)。2007年8月10日與2010年8月5日洪澇個(gè)例類(lèi)似（圖2），均為后傾槽的低槽冷鋒，過(guò)程同樣發(fā)生在副高邊緣，為暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽條件。此外，在500 hPa，影響東平湖流域的低槽北部同樣存在階梯槽的結(jié)構(gòu)，為過(guò)程的發(fā)生輸送了冷空氣。

2.2 切變線(xiàn)類(lèi)個(gè)例

2007年8月17日與2011年9月13日的個(gè)例類(lèi)似，副高呈緯向分布，副高脊線(xiàn)在我國(guó)江淮地區(qū)，徑向切變線(xiàn)劃過(guò)東平湖流域，配合500 hPa低槽，造成東平湖流域明顯降水，地面場(chǎng)上無(wú)明顯天氣系統(tǒng)，為鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)[4-6]。2011年9月15日（圖3）與2012年7月8日的洪澇個(gè)例與前面2個(gè)個(gè)例基本相同，副高位置略微偏南，北部冷空氣的影響明顯增強(qiáng)。此外，從地面來(lái)看，有明顯的地面倒槽影響東平湖流域，冷暖空氣交匯使降水進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.3 氣旋類(lèi)個(gè)例

2009年7月8日、2012年7月9日和2013年5月26日（圖4）是3個(gè)典型的受氣旋影響的洪澇個(gè)例，地面均有閉合的氣旋中心，大降水的時(shí)段符合氣旋發(fā)生的特點(diǎn)，在氣旋移動(dòng)路徑的東北方向。850 hPa對(duì)應(yīng)有低渦生成，500 hPa有短波槽劃過(guò)，為氣旋的發(fā)生發(fā)展提供背景場(chǎng)[7]。

3 洪澇災(zāi)害的氣象概念模型

3.1 天氣個(gè)例平均場(chǎng)特征分析

通過(guò)分析災(zāi)情個(gè)例發(fā)現(xiàn)，其切變線(xiàn)與氣旋類(lèi)個(gè)例有許多相近的特征。因此，可以對(duì)12個(gè)天氣過(guò)程的高度場(chǎng)進(jìn)行分析，找出影響系統(tǒng)的特點(diǎn)，再結(jié)合各自特點(diǎn)，總結(jié)得出泰安地區(qū)易發(fā)生洪澇災(zāi)害的氣象概念模型。

將12個(gè)天氣個(gè)例過(guò)程的500、700、850 hPa高度場(chǎng)，850 hPa溫度場(chǎng)及地面場(chǎng)進(jìn)行平均。從500 hPa平均場(chǎng)（圖5）來(lái)看，副高脊線(xiàn)位置略有偏差，但均處于略為偏南的地區(qū)，500 hPa均受短波槽影響（均在10個(gè)緯距之內(nèi)），在夏季緯向環(huán)流的背景場(chǎng)下，容易造成暴雨天氣的500 hPa環(huán)流形式并不是深厚寬廣、移動(dòng)緩慢的長(zhǎng)波槽，而是相對(duì)移動(dòng)較快，較為淺薄的短波槽。700 hPa和850 hPa的平均場(chǎng)特征與500 hPa基本相同，也有明顯的短波槽結(jié)構(gòu)影響東平湖流域（圖6）。

12個(gè)天氣過(guò)程的溫度場(chǎng)平均場(chǎng)特點(diǎn)基本相同，在洪澇天氣過(guò)程發(fā)生前，均受暖脊控制，有明顯的地面增溫作用。由于12個(gè)天氣過(guò)程均發(fā)生在夏季，冷槽明顯偏北。這與500 hPa受短波槽影響、長(zhǎng)波槽槽區(qū)明顯偏北的高空形勢(shì)基本一致。

3.2 泰安洪澇概念模型

從整層形式場(chǎng)的平均場(chǎng)，結(jié)合12個(gè)單獨(dú)天氣個(gè)例進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)發(fā)生洪澇災(zāi)害過(guò)程時(shí)，500 hPa受短波槽（10個(gè)緯距之內(nèi)）影響，副高位置偏南且穩(wěn)定少動(dòng)，為暴雨的產(chǎn)生提供環(huán)流背景。850 hPa位于副高邊緣低壓帶，即風(fēng)向切變的地區(qū)，當(dāng)500 hPa槽移動(dòng)較快時(shí)，容易與850 hPa切變形成前傾結(jié)構(gòu)，激發(fā)對(duì)流性天氣；當(dāng)500 hPa槽移動(dòng)較為緩慢，正渦度平流增大，會(huì)導(dǎo)致低壓帶渦度增大，形成明顯的切變或低渦結(jié)構(gòu)，是造成洪澇災(zāi)害的直接影響系統(tǒng)。700 hPa天氣系統(tǒng)受500 hPa、850 hPa的共同影響，當(dāng)500 hPa短波槽相對(duì)深厚時(shí)，700 hPa具有與500 hPa

同樣的短波槽結(jié)構(gòu)；當(dāng)850 hPa形成明顯的低渦結(jié)構(gòu)時(shí)，700 hPa具有與850 hPa同樣的低渦結(jié)構(gòu)。此外，地面系統(tǒng)與高層系統(tǒng)匹配，表現(xiàn)為均壓場(chǎng)結(jié)構(gòu)，或表現(xiàn)為倒槽結(jié)構(gòu)。當(dāng)850 hPa低渦發(fā)展較好時(shí)，地面隨著正渦度平流的增大，可能也會(huì)表現(xiàn)為閉合的氣旋結(jié)構(gòu)[7-10]。

4 結(jié)論與討論

針對(duì)東平湖流域洪澇災(zāi)害個(gè)例，篩選出12個(gè)致災(zāi)天氣過(guò)程。從時(shí)間分布來(lái)看，災(zāi)情主要發(fā)生在主汛期。從整層形勢(shì)場(chǎng)的平均場(chǎng)結(jié)合個(gè)例單獨(dú)分析，得出以下結(jié)論：

（1）副高邊緣500 hPa短波槽的移動(dòng)是造成夏季易誘發(fā)洪澇的暴雨天氣的背景場(chǎng)，一般北方寬廣的槽區(qū)與短波槽形成階梯槽結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定。

（2）850 hPa切變線(xiàn)或切變線(xiàn)發(fā)展出的低渦系統(tǒng)影響，850 hPa溫度場(chǎng)配合暖脊系統(tǒng)的影響。

（3）地面場(chǎng)受850 hPa暖脊的影響，表現(xiàn)為倒槽或倒槽發(fā)展為氣旋系統(tǒng)影響。

參考文獻(xiàn)

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Analysis of Meteorological Causes of Flood Disaster in Dongping Lake Basin

Zou Da-wei et al（Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong Province， Jinan， Shandong 250031）

Abstract Typical flood disaster cases were selected according to the disaster causing process of Dongping Lake basin. On the premise of ensuring the integrity of the data， 12 disaster causing weather processes in Dongping Lake basin from 2007 to 2013 were selected. From the average field of the whole layer form field， combined with 12 individual cases， the following preliminary conclusions are formed： （1）The movement of 500 hPa short wave trough at the edge of subtropical high is the background field of rainstorm weather that is prone to cause floods in summer， Enhanced convective instability.（2）The low vortex system developed by the 850 hPa shear line or shear line is the main impact system causing disasters; In addition， the surface field is affected by the 850 hPa warm ridge， which generally manifests as the influence of the inverted trough or the cyclone system developed by the inverted trough.

Key words Flood disaster; Mean field; Convective instability