兰州中川机场 36年暴雨的气候特征 孙伟中(民航兰州空管中心气象台兰州高级工程师 730087)提要:本文统计了 1969—2004年兰州中川机场暴雨的气候特征。结果表明:中川暴 雨具有明显的季节变化和日变化;有前期先兆性降水、时间短、局地性强、低云底较高、 风速小、能见度好、雷暴持续时间短等特点。 关键词:暴雨;航空气候特征;前期天气。 1引言 中川机场位于黄土高原西部,南距兰州市直线距离 55.6km,座落在秦王 川盆地的马家山附近,周围环境植被稀少,36年平均年降水量为 240.9mm,属北冷温带干旱气候区。党的西部开发战略和 “引大入秦 ”工程使机场周围 80多万亩沙田变为水浇地,为当地提供了新的发展机遇;但偶尔出现的暴雨,引起大量地表径流沿西部坡沟地形下泻,汇集成局地洪水,携带泥沙,冲向机场,淹没跑道,迫使机场关闭,造成灾害性影响。本文利用最近 36年资料,对中川暴雨的年际、年、日变化和持续时间等气候特征,以及暴雨前的天气、气温、湿度变化和暴雨时的航空气象要素等进行统计分析。 2资料及统计说明本文利用 1968年 12月至 2004年 12月,中川机场逐日 24小时定时观测和特殊天气纪要栏记录的降水资料进行统计;该资料日雨量以北京时 24时为日界,绝大部分降水结束后有雨量记录;该资料有 6个月原始丢失,统计年降水量时,用早期统计的月降水量统计出年降水量。本文统计时将 1小时内雨量达 16.0mm或以上;或 24小时内的雨量为 50.0 mm或以上称为国家级暴雨。根据文献 [1],并结合中川机场防洪能力;将 1小时内的雨量达 8.0 mm或以上;或 24小时内的雨量达 25.0或以上称为西北级暴雨;另外,当降水持续时间在 24小时以上时,若每小时平均雨量在 1.0 mm以上,也记为西北级暴雨。为便于叙述,本文如无特别说明的,均为西北级暴雨。 3中川机场的国家级暴雨中川机场从 1968年 12月建场观测至 2004年 12月,共 36年间,总计发生国家级暴雨 6次,分别为:第一次发生在 1969年 8月 8日夜至 9日午后,持 续 18小时 17分钟,雨量高达 113.2 mm;这次大暴雨有两次暴雨云团过境造成, 最低能见度 400m,有远电,并伴有 21 m/s的短时偏北大风。其雨量约占当年总雨量的三分之一,比中川降水量最少年份全年的雨量还多 ,也比兰州市区有记录以来 72年间的最大暴雨值 96.8 mm还多,造成损失 130万元。第二次发生在 1973年 8月 23日傍晚的雷雨天气中,其间有 53分钟内的雨量高达 16.0 mm,最大阵风 14 m/s,最低能见度 1.0km。第三次为 1993年 8月 2日夜至 3日午后,持续 18小时以上的稳定性降水,雨量达 49.9mm。第四次出现在 1997年 7月 29日夜至 30日上午。降水持续 9小时 45分钟,并短时间内伴有冰雹,降水量 57.8 mm,造成损失约 600万。第五次为 1997年 8月 13日午夜,持续 4小时 13分钟,次降雨过程出现雷暴,其间在 2小时 3分钟内降雨量为 32.4 mm,总降水量达 34.7 mm。第六次为 2002年 7月 23日午后,一次雷雨过程两次降雹,1时 30分钟内,降雨量达 35.0 mm。 4. 中川机场暴雨的年际、年、日变化和持续时间特征
4. 1中川暴雨的年际变化
表 1所示,中川机场 36年间共有 41次暴雨过程,其中过程雨量 25.0 mm以上的 31次,占暴雨总数的 75.6%。年暴雨次数平均 1.2次,最多 5次,发生在 1999年,最少 0次,有三分之一多的年份无暴雨出现。暴雨的周期约 10年,七十年 表 1中川机场历年降水量和暴雨次数(1969—2004年) 年份 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 年降水量(mm) 333.0 255.6 288.9 153.0 313.1 234.8 255.0 239.7 213.0 412.9 317.6 110.0 年暴雨次数 2 2 1 0 3 2 0 1 1 2 1 0 年份 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 年降水量(mm) 165.4 116.0 234.4 206.2 317.6 160.9 123.0 244,8 195.0 174.6 150.1 334.8 年暴雨次数 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 2 年份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 年降水量(mm) 272.3 219.8 334.0 209.8 327.6 264.3 301.4 191.6 189.6 221.3 196.4 202.7 年暴雨次数 2 0 4 0 4 1 5 0 2 1 1 1
代为暴雨活跃期,年平均约 1. 5次;八十年代为暴雨较少期,年平均约 0.4次;九十年代,尤其是近年进入暴雨高发期,年平均约 1.8次。36年间,年降水量的 变率为 25. 5 %,保证率 80%的年降水量为 165mm;年雨量最大在 1978年,为 412. 9mm;最少在 1980年,为 110.0 mm。降水量的年际变化具有准 5年周期。进入九十年代后,年降水量有增加趋势,300 mm以上的年降水量间隔一年出现一次;即使在 1999年甘肃省经历 60年一遇的秋冬春三季干旱,160多天没有大范围雨雪时,中川机场年降水量仍高达 301. 4 mm。进入 2000年后的连续 5年,中川机场又处于干旱期,但年降水量仅略低于多年平均值,这种降水量的明显增加,与当地沙田改为水浇地后,植被增多,湿度增大,改变了局地下垫面性质有关,也与近十多年每年都有驻场飞机积极实施人工增雨有一定的关系。 4 .2中川暴雨的年变化表 2中川机场各月降水量及累计暴雨次数(1969——2004年) 月份项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年 年平均降水量(mm) 1.2 1.3 5.8 9.3 24.8 30.7 58.0 60.1 33.1 14.1 1.8 0.7 240.9 月最大降水量(mm) 4.3 6.7 20.8 29.6 73.8 65.4 131.9 158.4 82.3 44.8 9.0 3.0 412.9 累计暴雨次数 0 0 0 0 1 0 22 14 4 0 0 0 41
表 2所示,中川机场的年降水量 97.6%集中在 6—9月份;87.8%的暴雨集中在 7 —8月份。根据文献 [2],以年平均降水量除以 24为标准值,并与逐旬平均降水 量相比较确定雨季(表略)。中川机场的雨季开始于 5月下旬,结束于 9月中旬 ; 暴雨季节比雨季开始迟,结束早,延续时间短。 春季随着高原季风活跃,受高原东北侧季风雨带的影响,从 5月上旬开始, 降水量稳步增加,到 5月下旬进入第一降水高峰期;6月中上旬受青藏高原热力 作用和热低压发展影响,中川上空处于西北气流控制,进入春末夏初少雨期。从 7月上旬开始,随着江淮梅雨结束,副热带高压北上,中川进入真正的雨季,至 9月中旬,各旬平均降水量均在 110mm以上;其间,7月中旬至 8月中上旬,各 旬平均降水量均在 16.0mm以上,为中川第二降水高峰期;这一时期也为中川暴 雨高发期,在这 40天内出现的暴雨占总数的 75.7%。 4.3中川暴雨的持续时间 统计表明(表略),36年间,中川机场由对流性降水或对流性降水转稳定性降水造成的暴雨占暴雨总次数的 66.7%。持续时间在 1小时内短时暴雨共 4次, 占 10.8%;持续时间在 3小时内的短历时暴雨占 27.0%,且全部由对流性降水造 成;持续时间在 12小时内的暴雨占 56.8%,其中 89.5%由对流性降水或对流性降水转稳定性降水造成。中川暴雨过程,最长降水持续时间为 37小时 10分钟,其雨量为 53.9mm。36年间,最大雨强为 53分钟内的雨量 16.0mm。由稳定降水造成的暴雨,持续时间较长,过程雨量较大,稳定性暴雨的最短持续时间为 8小时 27分钟,其雨量达 41.8 mm。上述表明,中川暴雨具有对流性强、持续时间短的特点。 4.4中川暴雨的日变化 中川机场始发于白天(08—20时)的暴雨,占暴雨总次数的 41.7%;始发于夜间(20—08时)的暴雨,占暴雨总次数的 66.7%;过午夜的暴雨占 51.2%。逐时暴雨出现次数统计表明(表略),中川暴雨始发于 19:00—24:00时的最多,占暴雨总次数的 47.2%;这多由夜间锋面过境造成。始于 13:00—18:00时的次之,占暴雨总次数的 27.8%;这由午后局地强热对流云团造成,其中 60%的属于持续时间 3小时内的短历时暴雨。始于 01:00—08:00时的暴雨,占暴雨总次数的 25%;36年间没有出现始于 09:00—12:00时的暴雨。中川夜间暴雨高发期有两个中心,发生在 21:00的最多,占暴雨总次数的 19.4%;23:00次之,占 11.1%;午后高发期以气温最高的 17:00时最多,占总次数的 11.1%。上述表明,中川暴雨,尤其是大暴雨具有夜发性特点,36年间,共发生的 6次国家级暴雨,83.3%的始发于前半夜。稳定性暴雨的雨强分布极不均匀,具有夜间增强现象。 5中川暴雨的局地性 中川机场海拔 1947.2m,处于开阔的秦王川盆地之中,兰州海拔 1517.2m,处于东西走向狭窄的山谷盆地之间;两站相距 55.6km,受最高峰海拔 2288m的高山阻隔,分居黄河南北。受地形条件的影响;两站中,有一站出现暴雨时,另一站均有降水出现;但同时达到暴雨的只占 13.3%,甚至有时一站为 50mm以上的大暴雨时,另一站仅有微量降水。这与造成中川暴雨的云团多数情况不移过黄河有关,这也表明中川暴雨具有局地性强、尺度小的特点。 6中川暴雨的前期天气及要素特征 6.1中川暴雨前期的降水 在对暴雨前三日天气情况的统计中发现,暴雨前三日内,有 1日降水的占 41.7%,有 2日降水的占 38.9%,3日内每日都有降水的占 11.1%;暴雨前三日内曾有降水出现的高达 91.7%,有人称其为先兆性降水。这种降水以对流性为主,暴雨前三日出现过雷暴或阵雨的占暴雨总次数的 80.6%,其中雷暴占 55.6%;连续数日雷暴后出现的暴雨占 16.7%。前三日内最大日雨量在 0.1mm以上的占暴雨总次数的 67.7%,在 10.0mm以上的占 22.2%。这些有效降水蒸发,使近地层湿度增大,对干旱的中川而言,是形成暴雨的重要水汽来源之一。根据文献 [3],先兆性降水蒸发,使近地层湿度增大的同时,加强了因差动湿度平流所形成的不稳定层结,更有利于雨强增大,形成暴雨。
6. 2中川暴雨前期的气温
中川暴雨前期常出现高温天气,统计表明,暴雨前三日最高气温全部在 22.0 ℃以上,其中高于当月多年平均最高气温的占 80%;最高气温在 30℃以上的占 25. 7%,其中暴雨前一周内出现 3日以上最高气温超过 30℃的占 16.7%(中川机场极端最高气温 35.6℃,多年平均 30℃以上的日数为 9天,最多 24天,最少 0天)。
6. 3中川暴雨过程的湿度情况
中川地区气候干燥,土质为自重湿陷性三级大孔性黄土,地表极为干渴,降水极易渗透到地下,因此暴雨过程湿度相对较小。统计表明,暴雨过程最大相对湿度出现在暴雨开始几小时以后,其值在 73—100%之间,其中达到 100%的仅占暴雨总次数的 8.6%;暴雨过程最大绝对湿度在 11.7—20.4g/m3之间,其中 97.1%出现在暴雨开始以后。暴雨开始前 1小时的相对湿度在 29—90%之间,其中低于 60%的占暴雨总次数的 61.1%;绝对湿度在 7.5—19.1g/m3之间,其中 94.4%的在 11.0g/m3以上。中川机场多年平均相对湿度为 55%,这表明暴雨前期空气的饱和程度比较小,但水汽含量比较大。中川暴雨开始前 9小时内湿度的变化(表略)表明,暴雨前期绝对湿度升降频繁的占暴雨总次数的 88.9%;相对湿度因受气温日变化的影响较大,变化类型较多,并且出现一致降低时也会出现暴雨的情况。暴雨开始前 9小时内,绝对湿度的最小值 52.8%的出现在暴雨开始前 3小时内;暴雨开始前 3小时绝对湿度出现过降低的占暴雨总次数的 85.3%;这表明,中川暴雨开始前绝大多数情况有干冷空气的入侵。 6. 4风
统计(表略)表明,36年间伴有大风的暴雨仅出现 1次,占暴雨总数的 2.8%,发生在 1969年 8月 8日—9日夜间,为东北风 20m/s和北风 21m/s,分别持续 14分钟和 5分钟。暴雨过程中平均风速值 5m/s的占 42.9%,6-8m/s的占 40%;暴雨前后的风向变化以偏南风转偏北风为主,占 71.4%。
6. 5低云
统计表明,36年间的暴雨中,最低云底高为 146m,但仅维持了 1小时。云底高 300m的低云占总暴雨次数的 51.4%,其过程雨量较大,全部在 19.7mm以上;一般在暴雨开始后 3-10小时之间出现。低云的持续时间 77.8%的在 6小时以内,最长持续时间出现在一次稳定性降水过程中,长达 17小时。
6. 6低能见度
中川机场 36年间暴雨时的能见度统计表明,最低能见度在 0.5km以下的仅出现 1次,占暴雨总次数的 2.8%,持续时间为 2小时 36分钟。暴雨过程最低能见度在 2.0km以下的共出现 6次,占暴雨总次数的 16.7%,其持续时间 50%的在 20分钟以内,最长一次持续时间为 3小时 40分钟。暴雨时的最低能见度在 10.0km以上的占 25%,在 5.0km以上的占 50%,即中川暴雨时的能见度是较好的。
6. 7雷暴
36年间的暴雨统计表明,出现雷暴的暴雨占暴雨总次数的 48.6%,出现降雹的暴雨占暴雨总次数的 22.2%,这表明中川暴雨具有对流性强的特点。出现雷暴的暴雨中,61.1%的过程雨量少于 20.0mm,即中川雷暴暴雨具有总降水量小的特点。暴雨时雷暴的持续时间 26.3%的在 1小时内,73.6%的在 2小时以内,最长雷暴的持续时间为 4小时 50分钟。 7小结综上所述,中川机场暴雨具有如下气候特征: 7. 1盛夏是中川暴雨高发期,尤以 7月中旬至 8月中旬最多。
7. 2中川暴雨具有时间短、尺度小和对流性强的特点。其前期常有高温天气和先兆性降水出现。
7. 3中川暴雨过程低云底较高、风速小、能见度好、雷暴持续时间短;暴雨开始后有冷空气侵入时会出现阵风、低云和低能见度天气。
8存在问题及讨论
8. 1鉴于资料的限制和处理的难度,尤其是中川没有逐时雨量记录和早期资料遗失的影响,统计出的暴雨次数应比实际偏少。如果有降水自记资料,统计结果将更具有代表性。
8.2根据参考文献 [4]等,降落过程中,遇有阵性暴雨或大雨,应该等待或备降,昼间进近,暴雨条件,夜间进近大至暴雨,应主动复飞。若按降水速率统计大至暴雨 ,将得出更为有用的航空气候结论。
8. 3中川与兰州暴雨的比较,是统计 15次两地暴雨后得出的结论,若按旬逐次统计两地暴雨差异,将得出更为客观的结论,以提高地方气象兰州暴雨预报结论在机场中的使用价值。
8.4在 1999年甘肃省经历 60年一遇的秋冬春三季干旱,160多天没有大范围雨雪时,中川机场年降水量正距平高达 60.5 mm,占年平均降水量的 25.1%,暴雨次数也是 36年间最多的;根据参考文献 [5], 1997年建国以来少见的极端干旱事件中,春夏季干旱中心均在青藏高原东北部。但中川降水距平为 86.1 mm,占年平均降水量的 35.7%。这种气候差异的环流及中川暴雨与北方涛动的关系有待进一步分析。
8. 5 应进一步分析中川暴雨的天气气候特点,以提高短时暴雨的预报。参考文献
[1]白肇烨等,中国西北天气,气象出版社,1988.3,P204。
[2]钱林清,黄土高原气候,气象出版社,1991. 4,P 11,P 58。
[3]《西北暴雨》编写组,西北暴雨,气象出版社,1992. 6,P 58。
[4]中国民航总局航空安全办公室,《航空安全手册》(二),1995,12,P36。
[5]宋连春,西北干旱气候变化及其影响,“气候对西部经济社会发展的影响和对策高级研修班 ”讲稿,2005年 10月
Climatic Characteriscs of rain gush Weather at Lanzhou Zhong Area Sun Weizhong ( lanzhou meteorological center of CAAC, Gansu 730087) Abstract: By using the historically situ — observed
during 1968 — 2004, the climatical gush weather and weather phenomena. Key words : lanzhouzhongchuan, climatic characters rain gush of we rain ather 初稿时间:2005年 12月 5日 04:23
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