金沙江下游天气气候特征及强降水成因分析

二、金沙江下游天气气候特征及强降水成因分析

利用历史气象资料对金沙江下游地区的气候特点、强降水特点和环流形势进行分析，以期为金沙江下游的强降水预报提供科学依据，并找出金沙江下游山洪、泥石流等地质灾害的主要气象原因。

1.气候特点分析

金沙江下游纬度在24°28′～29°34′，因大气环流和地形条件的制约，冬春季节（11～4月）为干季，主要受干燥而强劲的西风气候的影响；夏秋季节（5～10月）为雨季，为潮湿而多雨的西南季风所控制，干湿季分明，这就意味着该区域不仅仅会常受到冷空气的影响，同时还受到各种热带和副热带天气系统的共同影响，从而使得该区域的天气影响系统复杂化及天气气候特征的多样性。干季多晴天、风速大、蒸发强、湿度小，降水稀少，同时流域东部地区由于经常受北方冷空气的影响常有西南风或偏西风转为偏东风或东北风，而流域西北地区的偏东风和偏北风出现的几率相对小、维持的时间则也短；雨季湿度加大、雨量充沛、降水集中、雨日数增加，年降水量达600～1100mm，平均年降水量为977mm，其中雨季集中了年降雨量的83％～91％（图9.1），且多大雨和暴雨，流域内的气流有偏西气流转为西南气流或偏南气流，风速的偏南分量加大。在地形条件影响下，垂直气候明显，常形成一种控制面积小、历时短、强度大的局部性暴雨。地区内气候的另一影响因素是气温的时空变化大，冬季是西风带冷空气容易影响的地带和高海拔地区强烈的辐射降温作用，因而具有明显的高原高寒气候特征，高山寒冷，多阴冷雨雪天气，最低温度低至－25℃；而夏季在强烈的太阳辐射加热作用下，河谷地区干燥炎热，最高温度可达45℃，这样两者的差距在70℃。并且气温的日较差大，日变差可达15℃以上。

2.金沙江流域下游的强降水概况

（1）强降水的历史统计

所研究的金沙江流域下游共涉及81个气象站，选取1960年至2004年的45年的历史日降水资料，共有1330425站。具体统计每日20时至次日20时的日降水资料，分9个等级进行统计（见表9.1）。针对流域内81个站中日降水量≥30.0mm的区域强降水过程进行研究，因为一旦出现这样的强降水过程，更加容易诱发该流域的洪水、滑坡和泥石流等灾害，如果全流域出现15站以上日降水量≥30.0mm，就称为一次区域强降水过程。

图9.1　金沙江下游各月降水占年降水量的百分率合成图

全流域共有618146站次降水量≥0.0mm，雨日占总站次的46.5％，即流域内将近有一半左右的时间出现降水。30028站次降水量≥25.0mm，占总站次的2.26％，即出现大雨以上降水的概率为2.26％。20381站次降水量≥30.0mm，占总站次的1.52％。5346站次降水量≥50.0mm，占总站次的0.4％，即出现暴雨以上降水的概率为0.4％。而出现日降水量在100mm、150mm、200mm、250mm以上可能性很小，分别为374站次，53站次，13站次和1站次，最大日降水量出现在1984年7月6日的宜宾，日降水量275mm。由此可以看出，流域内出现大雨以上强降水的可能性小，属于小概率事件，但造成该流域的洪水、滑坡和泥石流等的灾害危害却很大，严重威胁流域电站等的安全运行，是该流域预报的重点和难点。

1960年至2004年45年中15站以上日降水量≥30.0mm的区域强降水过程共出现了132次，每年流域内强降水过程出现的次数差异较大，1967年、1976年和1977年没有发生过这样的强降水过程，其他年份流域内都有的强降水过程出现，平均在3次左右，最多年份可达6次，共有4年，分别为1966、1997、1998和2001年。在区域性强降水过程中，其中5月出现了8次，占6.1％，6月出现了33次，占25.0％，7月出现了44次，占33.3％，8月出现了34次，占25.8％，9月出现了12次，占9.1％，10月出现了1次，占0.8％；20站日降水量≥30.0mm的区域强降水过程共出现了34次，由此可见，强降水过程主要出现在汛期（5～10月），尤其6、7、8月三月出现强降水过程概率较高，共出现111次，达总强降水过程的84.1％，成为该流域的主汛期，而7月出现强降水过程概率最高，45年中出现了44次，1966年仅一年流域内7月就出现了4次这样的强降水过程，每年7月就成为该流域的主要强降水过程的出现月。

表9.1　　　　金沙江流域下游81个代表站点平均出现各类型降水的概率

（2）流域内面雨量分析

由于金沙江流域下游地形地貌特征的显著差异和海拔高低悬殊大，使得流域内各气象站的气候特征不尽相同，降水量差异较大，而流域内强的平均面雨量容易诱发山洪、地质等各种灾害，对电站及其相关电力设施的危害更加严重。

一般流域内强降水过程出现时，流域内的平均面雨量往往也较大。就15站以上日降水量≥30.0mm的132次区域强降水过程而言，出现这样的强降水过程时，流域内132次区域强降水过程81个站的平均面雨量为18.3mm，流域内81个站的平均面雨量最小为10mm，在1961年9月22日，此次过程正好出现15个站≥30.0mm的强降水；平均面雨量在10～15mm有24次强降水过程，占18.2％，在15.1～20.0mm有74次过程，占56.1％，20.1～25.0mm有25次过程，占18.9％，25mm以上的有9次过程，占6.8％；流域内发生这样的强降水过程时，81个站的平均面雨量最大为32.6mm，在1989年7月27日，出现30个站日降水量≥30.0mm的强降水，这也是出现30mm以上降水站数较多的过程之一；出现30mm以上降水站数最多的一次过程是1975年6月15日，总共出现了34个站，平均面雨量为26.7mm；次多的是2002年8月9日，总共出现了33个站，平均面雨量为26.4mm。

由此可以看出，流域内这样的强降水过程发生时，81个站平均面雨量在15.1～20.0mm的可能性较大，在一半以上；出现平均面雨量在25mm以上的强降水过程的可能不大，仅占6.8％，但这样的强降水过程更加容易引起山洪、泥石流等地质灾害，往往流域内伴随有22个站以上出现30.0mm以上的强降水。这几次过程分别出现在1961年8月18日，有32站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为28.9mm；1963年8月23日，有25站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为25.2mm；1966年8月26日，有28站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为25.1mm；1974年6月29日，有23站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为28.9mm；1975年6月15日，有34站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为26.7mm；1983年7月31日，有29站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为27.2mm；1989年7月27日，有30站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为32.6mm；1991年8月9日，有22站日降水量≥25.9mm，平均面雨量为26.7mm；2002年8月9日，有33站日降水量≥30.0mm，平均面雨量为26.4mm。

3.金沙江流域下游大范围强降水过程主要概念模型

从金沙江下游主干流的洪水变化特征及其形成的原因分析，绝大多数洪水的形成均与该流域面上的强降水过程有关，首先必须做好流域内的大范围强降水天气过程的预报；而做好强降水天气过程预报的前提条件是对产生强降水天气过程的各种天气系统及其天气形势的准确预报，并且建立各类典型天气系统的概念模型。

这里对1986～2004年多年来全流域出现15站以上日降水量≥30.0mm的强降水过程所对应的各种天气形势进行聚类分析，将天气形势比较相似、天气气候特征比较接近和主要一些系统基本一致的各种有关天气个例做合成处理后形成基本可以代表该种类型的典型环流形势，再用这些典型环流形势与各次强降水过程做相关性检验，证明流域内大多数的强降水天气过程基本可以用这些典型天气形势来概括，总共归类为4种典型的天气环流形势，分别为低槽切变线型、两高辐合性、孟加拉湾低槽（风暴）型和西南涡型。

（1）低槽切变线型降水系统

图9.2　500hPa（a）、700hPa（b）低槽切变线型和1986年7月16日金沙江流域降水量分布（c）（单位：mm）

图9.2a和图9.2b分别为低槽切变型强降水的500hPa和700hPa环流形势合成图。在中高层500hPa等压面上，往往在中高纬度地区为明显的两槽一脊环流形势，欧亚大陆范围内常表现为明显的经向型环流特征，低气压槽分别位于贝加尔湖以东地区和乌拉尔山附近（图中乌拉尔山附近低槽未显示），而在贝加尔湖至巴尔喀什湖之间为高压脊区，在中低纬度地区在青藏高原的东部到川西北之间为低压槽（或横切变）区，即在兰州、吉迈、玉树、拉萨附近，往往会与贝加尔湖以东地区的低槽相连，在低压槽（或横切变）后部有较强冷平流随槽后的西北气流南下与西南暖湿气流在流域及其附近交汇。低槽切变型在中低层等压面（700hPa等压面和850hPa等压面）上往往表现为青藏高原至四川盆地北部一带为高压环流，700hPa上切变线一般在武都、甘孜到巴塘附近，一般超前于500hPa的低槽或切变，具有前倾的特性，后部高压环流往往在新疆、甘肃、青海到四川西北部，贵州、广西至中南半岛为副热带高压外围的西南气流，切变线的西北侧有一定势力的冷平流南下。低槽切变线型在地面天气图上常常伴有冷锋，冷锋从流域北部进入，东南移，到达流域东南部后再转向西南移，流域内大范围的强降水过程随即出现．随着高空500hPa低槽的东移，流域上空转为西北气流或偏北气流控制；中低层（一般指700hPa和850hPa）的切变线进一步南压或填塞减弱，流域转为高压控制或偏西气流控制；地面冷锋逐渐移出流域或减弱锋消后，流域的强降水过程也随之结束。

低槽切变型影响金沙江流域下游强降水出现概率最高，大约占强降水的66％左右，这是与金沙江流域下游的特殊地形和地理位置，易受北方冷空气的影响有关，因此汛期各月金沙江流域下游都会有低槽切变型强降水发生。而且低槽切变线影响型降水系统的天气形势几乎全年都会出现，但是在干季（每年的11月份到次年的4月），切变线型降水系统所引起的降水一般较弱，一般都不易形成大的洪水过程。

1986年7月16日受低槽切变的影响金沙江流域下游出现了一次强降水天气过程，图9.2c给出了7月15日20时～16日20时日降水量分布。由图9.2c可见，1986年7月16日共出现了4站暴雨和20站大雨，最大日降水量出现在西昌，为85.1mm，大雨以上强降水主要出现在流域的中部和东部。

（2）两高辐合型降水系统

两高辐合型是影响金沙江下游产生大范围大雨暴雨强降水过程的另一重要天气系统，是主汛期（6～8月）的重要影响天气尺度的降水系统，辐合区的位置可从青藏高原东南部一直向东延伸到四川大部地区，向南则可延伸到云南北部。产生的强降水天气过程一般从青藏高原东南部开始自西北向东南发展，过程降水面积大、量级相对均匀，持续可达1～2天，占统计资料强降水的16.67％。

两高辐合型造成金沙江流域下游强降水，通常出现在盛夏季节。在盛夏季节，随着西风带系统的减弱和北缩，热带及副热带系统逐渐加强西伸北抬。当东部的西太平洋副热带西伸北抬时，其588位势什米的西极点伸到105°E附近，同时西部的伊朗高压也加强东伸到了青藏高原上，或在青藏高原上形成单个的高压环流时，金沙江流域下游正好处于西部的青藏高压与西太平洋副热带高压间的辐合区内，图9.3为两高辐合型降水形势500hPa、700hPa环流形势合成图，两高辐合线通常在高原东南侧，即西宁、吉迈、玉树、黑河附近，随着青藏高压东南移，两高辐合自西北向东南影响金沙江流域下游。

图9.3　500hPa（a）、700hPa（b）两高辐合型和1989年7月26日金沙江流域降水量分布（c）（单位：mm）

对多次两高辐合型降水过程的水汽输送分析看，其水汽主要是通过西太平洋副热带高压西南侧的东南气流形成的南海一带的水汽输送带和中南半岛到孟加拉湾东部的偏南气流形成的孟加拉湾及中南半岛的水汽输送带。与其他类型相比较，两高压辐合型降水系统影响流域时，南海及中南半岛的水汽输送显得极为重要，它甚至超过了孟加拉湾地区的水汽输送。

在一般情况下，流域受两高辐合型影响时所产生的强降水天气过程可以在36小时内结束，但在较为稳定的两高辐合切变型环流形势下，西风带在青藏高原的北侧有低气压槽形成并东移或东南移，使高压东南部的东北气流加强，在冷平流的作用下，对流层中低层的切变辐合随之加强时，流域内可连续2～3天出现大范围的大雨暴雨天气，金沙江干流下游地段随后就会出现持续性的洪峰或高水位状况。当青藏高压东南移并与西太平洋副热带高压合并在一起，或西太平洋副热带高压进一步加强西伸与青藏高压合并时，流域大部地区转为高压环流控制，两高压间的辐合区消失后，流域绝大部分地区的降水过程随之结束。有些特殊的情况下两个高压合并后又断开，再次在流域形成新的辐合区，使流域内又一次出现大范围强降水过程，经常导致水情观测站观测到双洪峰型洪水．也有些情况是西太平洋副热带高压和青藏高压都比较强大，产生辐合区后尚未形成大范围的强降水过程就已经两高合并，辐合区消失，这一情况下流域内往往只产生一些类阵雨天气或局部的大雨暴雨，不容易产生较大的洪水。

1989年7月26日～27日受两高辐合的影响，金沙江流域下游出现了一次连续两天的大雨暴雨天气过程。大雨以上强降水区域逐渐由金沙江北部向南部移动，这与两高辐合区是一个东南移影响金沙江下游的过程相一致的，其中6月26日出现了3个站大暴雨、7个站暴雨和7个站大雨，大暴雨主要分布在流域的东北部，宜宾日降水量达177.7mm、沐川日降水量达121.0mm、马边日降水量达106.0mm。图9.3c给出了1989年7月26日20时～27日20时日降水量分布，6月27日出现了3个站大暴雨，18个站暴雨和17个站大雨，强降水区主要分布在金沙江下游西南部，强降水区域南移，大暴雨分别为永胜日降水量达115.8mm、丽江日降水量达106.0mm、武定日降水量达100.7mm，这是金沙江下游较强的降水过程之一，面雨量达最大，为32.6mm。

（3）西南涡型降水系统

图9.4为西南涡型降水形势的500hPa和700hPa环流合成图，西南涡型是影响金沙江流域下游产生大范围大雨暴雨强降水过程的重要天气系统之一。西南涡一般是指夏季发生在我国西部，700hPa上的具有气旋性环流的闭合小低压，其直径一般在300～400km左右。当气流流经青藏高原，由于高原阻挡，西风气流从高原的南北侧绕过，由于地形摩擦作用而产生气旋性涡旋，常见于对流层中下层，高空为高压脊，形成后，其上空也有低涡或低槽配合与低涡叠加，低涡会随高空气流东移或沿辐合区南移，当高空槽前有正涡度平流移到低涡前，高空槽后的冷平流侵袭低涡后，低涡冷平流进一步加强。西南涡型降水系统出现时，对流高低层等压面上往往没有统一的环流配置。有时从对流中高层的500hPa到中低层的700hPa等压面上在西藏、青海和四川都有明显的低涡，由金沙江流域下游的西北部地区或北部地区逐渐向流域的南部或东南部地区推进，降水的区域随着低涡的南或东南移而逐渐自西北向东南或自北向南影响金沙江流域下游地区。

图9.4　500hPa（a）、700hPa（b）西南涡型和1992年7月13日金沙江流域降水量分布（c）（单位：mm）

与冷锋切变型和两高辐合型相比较，中低层西南涡型降水过程出现的概率较小，约占流域大雨暴雨过程的5.6％左右。这一类型的降水持续时间比较短，一般在24小时以内。但该类型降水发生时由于其降水强度大、大雨暴雨区域比较集中等明显的强对流特征，极容易造成局地性的洪涝灾害。

1992年7月13日受西南涡的影响，金沙江下游出现了一次大雨暴雨天气过程，图9.4c给出了1992年7月13日金沙江下游的降水量分布。由图9.4c可见，暴雨区主要分布在金沙江流域下游的东部地区，共出现了1个站特大暴雨、1个站大暴雨、7个站暴雨和15个站大雨，其中彝良降特大暴雨，日降水量为253.4mm，金阳降大暴雨，日降水量为101.9mm。

（4）孟加拉湾风暴（低槽）型降水系统

孟加拉湾风暴（低槽）型也是影响金沙江流域下游产生大范围大雨、暴雨强降水过程的重要天气系统之一，占金沙江下游强降水的11％。

对影响流域的多个孟加拉湾风暴个例进行综合统计研究表明，仅仅依靠单纯的孟加拉湾风暴影响金沙江流域下游并造成流域内大范围大雨暴雨等强降水天气的情况并不存在，只有当西风带在青藏高原北侧有低气压槽或弱冷空气南下与孟加拉湾风暴低压环流相配合时，不仅容易在流域内产生大范围的大雨、暴雨，而且特别容易出现持续时间较长的大雨、暴雨等持续性强降水过程，从而导致金沙江干流出现双峰型或多峰型的洪水。

图9.5　500hPa（a）、700hPa（b）孟加拉湾风暴型和2001年5月31日金沙江流域降水量分布（c）（单位：mm）

对多年来金沙江下游的孟加拉湾气旋（风暴）系统的天气形势进行合成分析结果表明，该类型的降水往往在比较好的天气环流形势配置下才有利于风暴向东北方向移动并在整个流域产生大雨暴雨。图9.5为孟加拉湾风暴型降水形势的500hPa和700hPa环流合成图，在高层在中高层500hPa等压面上印度半岛北部常有短波槽分裂东移，使孟加拉湾地区维持低压环流区，其北部为低气压槽区，槽前的西南气流对孟加拉湾风暴向东北方向移动起很好的引导作用，同时在孟加拉湾地区大约（90°E，25°N）附近为低压系统控制，西太平洋副热带高压具有一定的强度，其588位势什米线的西极点到105°～110°E附近，而副热带高压西侧的西南气流对孟加拉湾风暴的低气压环流具有加强和引导作用，同时较强的西太平洋副热带高压外围的偏南或西南气流对水汽的连续输送是流域产生持续性大雨暴雨的重要水汽通道。在中低层（700hPa等压面和850等压面），孟加拉湾地区大约（90°E，25°N）附近为低压系统控制，青藏高原东部往往有高压单体及低压切变系统活动，中南半岛一带有较强的东南或偏南气流将大量的水汽带入到流域地区。

孟湾风暴型降水一般是在孟加拉湾风暴向北移或向东北移动并登陆，风暴云系迅速扩散后，与西太平洋副热带高压外围的云系结合时开始的，并在西风带东移的冷空气南下与之相结合时降水量达到高峰时期。随着孟加拉湾风暴低压环流的减弱填塞，其降水云系随之减弱或者北方有强冷空气南下，青藏高原到流域转为偏北气流控制时，该类型的降雨过程随之结束。

2001年5月31日～6月1日受孟加拉湾低压系统和低槽切变的共同影响，金沙江流域下游出现了连续两天的大雨暴雨天气过程。其中图9.5c给出了2001年5月31日金沙江流域下游的降水量分布，5月31日共出现了5个站暴雨和14站大雨，最大日降水量在南华县，为78.2mm；6月1日共出现2个站暴雨和17站大雨，最大日降水量仍然在南华县69.3mm，大雨以上的降水主要分布在流域的南部地区。

4.小　结

（1）金沙江下游具有明显的季风气候特征，干湿季分明，这就意味着该区域不仅仅会常受到冷空气的影响，同时还受到各种热带和副热带天气系统的共同影响，从而使得该区域的天气影响系统复杂化及天气气候特征的多样性。

（2）金沙江流域下游强降水过程主要出现在汛期（5～10月），尤其6、7、8月三月出现强降水过程的概率较高，占强降水过程总概率的84.1％，成为该流域的主汛期，而7月出现强降水过程的概率最高，每年7月就成为该流域的主要强降水过程的出现月。

（3）金沙江下游强降水过程发生时往往会造成流域内出现较大的面雨量，容易引起山洪、泥石流等地质灾害，对电站及其相关电力设施的危害更加严重。

（4）低槽切变线型、两高辐合型、西南涡型和孟加拉湾风暴（低槽）型是造成金沙江下游强降水的主要天气系统，是引起金沙江流域下游山洪、泥石流等地质灾害的主要气象原因。