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摘要
利用水文、气象资料和NCEP格点资料，对2012年9月澧水上游罕见秋汛致洪暴雨过程特征作分析的同时，并展开了对澧水上游致洪暴雨特征规律的分析。结果表明，澧水上游发生致洪暴雨的面雨量临界值为121.4 mm；此次致洪暴雨过程的500 hPa环流形势为典型的“两槽一脊”型分布，中尺度影响系统为深厚的西南涡系统，西南涡前有支较强的暖湿急流为致洪暴雨提供充足水汽，水汽源地为南海、孟加拉湾，这一环流形势特点是澧水上游致洪暴雨普遍性规律特征；副高的位置与澧水上游致洪暴雨的强度和持续时间有关；低层辐合高层辐散的散度特征、中低层的正涡度特征和深厚的垂直上升运动特征为此次致洪暴雨的发生提供了动力条件，长时间>35 ℃的K指数为致洪暴雨提供充足的不稳定能量。
关键词澧水上游；致洪暴雨；面雨量；环流特征；物理量诊断
中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-12991-04
2012年9月中旬澧水上游暴发了历史同期罕见的秋汛，澧水张家界段洪峰达到了50年一遇，9月澧水上游桑植降雨总量也创了历史新高，全市遭受了严重的洪涝灾害，直接经济损失达4 270万元。大的洪涝灾害对国家和人民生命财产构成了严重威胁。为了弄清暴雨与洪水的关系，许多学者对此进行过研究。历史上对澧水流域暴雨分析的文献较多[1-4]，但对澧水上游致洪暴雨的分析较少。笔者在此利用水文、气象资料和NCEP格点资料对2012年9月中旬澧水上游罕见秋汛致洪暴雨过程进行分析，以期得出一些有意义的结论。
1致洪暴雨特征分析
1.1致洪暴雨的定义
为了便于后续的表述与分析，首先给出致洪暴雨的定义。致洪暴雨是指能造成江河水位明显上涨且达到警戒水位以上的暴雨。“七五”长江三峡致洪暴雨攻关研究曾给致洪暴雨一个比较确切的定义式[5]，即
FTR=∫S∫LIstdSdt+BQ，
式中，FTR表示致洪暴雨强度的量；Ist、dS和dt分别表示强降水的强度、面积和历时，三者的综合效果，描述了致洪暴雨的气象成因，所以是致洪暴雨重要的气象参数； BQ 笼统地表示前期基础降水量，它是一个复杂的函数，可认为是与前期江河底水或起涨流量、流域内土壤湿润状况、下垫面特征、水库分布、地表径流和流域汇流特性以及下
游
顶托效应等多种水文和地理因素有关，从而给致洪暴雨的确定带来颇大困难。此外，某一地域洪涝灾害出现与否，除了上述自然因素之外，还涉及水库调度、防洪能力等人为因素。
1.2致洪暴雨过程水文、气象特征分析
2012年9月澧水上游（河源至桑植为澧水上游，在此主要分析桑植县境内）有2次大暴雨过程，分别是9日和12日。9日桑植站降雨量达132.9 mm，创历史同期桑植降雨量最高记录；12日桑植站降雨量为106.4 mm，为历史同期第三位。12日桑植县的大暴雨使得澧水上游支流和干流洪水暴涨，桑植水文站最高水位为259.24 m，超出警戒水位2.74 m，最大洪峰流量为6 100 m3/s，位于历史第三位。然而处于历史同期第一位的9日大暴雨并未造成桑植水文站超警戒水位。可见单站暴雨或大暴雨很难描述致洪暴雨特征。对比分析2次过程降雨量实况分布（图1）可以发现，9日桑植县中部一带普降暴雨局部大暴雨，大暴雨主要集中桑植县城附近一带，12日桑植全县境内普降暴雨到大暴雨，表明澧水上游致洪暴雨与其面上的降雨量情况有关，面雨量能更好地描述致洪暴雨特征。因此，笔者利用面雨量来定义致洪暴雨和描述致洪暴雨特征。
面雨量是指某一时段内一定面积上的平均雨量。面雨量可表示为：
P=1A∫APdA，
式中，P为面雨量，A为特定区域的面积，P为有限元dA上的雨量。面雨量的计算方法很多，主要有泰森多边形法、逐步订正格点法、三角形法、算术平均法、格点法、等雨量线法等。方慈安等指出在流域雨量站点相同的条件下，不同计算方法所得到的面雨量计算结果在湖南省差异不大[6]。因此，在此采用简单易行的算术平均法来计算面雨量。利用气象自动站资料分别计算出9日澧水上游面雨量为72.5 mm，12日为148.2 mm。计算结果解释了9日桑植单站降雨量创同期历史新高而未出现超警戒水位的情况，同时也表明澧水上游要产生致洪暴雨其面雨量需达到一定的临界值。
为了找到澧水上游发生致洪暴雨的临界面雨量值，在此统计了桑植水文站历史上超过警戒水位的暴雨过程及其降雨量情况。因1998年贺龙电站的投入使用和桑植水文站的迁站，在此仅统计1998年以来的超过警戒水位的暴雨过程。由表1可知，1998年以来澧水上游共出现5次致洪暴雨过程，分别是1998年7月22日、2003年7月8日、2008年8月15日、2012年9月12日和2013年6月6日（以下分别简称为“98.722”，“03.708”，“08.815”，“12.912”和“13.606”）， “98.722”最高水位最高，为266.27 m，超出警戒水位9.77 m，为1998来以来最严重的致洪暴雨过程；“03.708”最高水位是259.58 m，超出警戒水位3.08 m，处于1998年以来历史第二位；“12.912” 最高水位是259.24 m，超出警戒水位2.74 m，处于1998年以来历史第三位。由水文雨量资料统计的5次致洪暴雨降雨量情况（表2）可见，5次致洪暴雨过程中“98.722”面雨量最大， “03.708”面雨量次之， “12.912”面雨量再次，“08.815”面雨量最小，为121.4 mm。由最高水位与面雨量分析表明，最高水位与面雨量有一定的正相关性。笔者暂时把最小的面雨量121.4 mm作为澧水上游发生致洪暴雨的临界面雨量值。对这5次过程的前5日雨量进行了统计分析，发现“98.722”、“08.815”和“12.912”3次过程前5日有暴雨过程（上述8个雨量站中至少有一站次暴雨），“03.708”和“13.606”2次过程前5日无中雨以上降水过程或无降水。分析表明澧水上游致洪暴雨的发生与前期是否有降水相关不大，主要与致洪当日的大暴雨强度呈正相关性。
利用水文、气象资料和NCEP格点资料，对2012年9月澧水上游罕见秋汛致洪暴雨过程特征作分析的同时，并展开了对澧水上游致洪暴雨特征规律的分析。结果表明，澧水上游发生致洪暴雨的面雨量临界值为121.4 mm；此次致洪暴雨过程的500 hPa环流形势为典型的“两槽一脊”型分布，中尺度影响系统为深厚的西南涡系统，西南涡前有支较强的暖湿急流为致洪暴雨提供充足水汽，水汽源地为南海、孟加拉湾，这一环流形势特点是澧水上游致洪暴雨普遍性规律特征；副高的位置与澧水上游致洪暴雨的强度和持续时间有关；低层辐合高层辐散的散度特征、中低层的正涡度特征和深厚的垂直上升运动特征为此次致洪暴雨的发生提供了动力条件，长时间>35 ℃的K指数为致洪暴雨提供充足的不稳定能量。
关键词澧水上游；致洪暴雨；面雨量；环流特征；物理量诊断
中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-12991-04
2012年9月中旬澧水上游暴发了历史同期罕见的秋汛，澧水张家界段洪峰达到了50年一遇，9月澧水上游桑植降雨总量也创了历史新高，全市遭受了严重的洪涝灾害，直接经济损失达4 270万元。大的洪涝灾害对国家和人民生命财产构成了严重威胁。为了弄清暴雨与洪水的关系，许多学者对此进行过研究。历史上对澧水流域暴雨分析的文献较多[1-4]，但对澧水上游致洪暴雨的分析较少。笔者在此利用水文、气象资料和NCEP格点资料对2012年9月中旬澧水上游罕见秋汛致洪暴雨过程进行分析，以期得出一些有意义的结论。
1致洪暴雨特征分析
1.1致洪暴雨的定义
为了便于后续的表述与分析，首先给出致洪暴雨的定义。致洪暴雨是指能造成江河水位明显上涨且达到警戒水位以上的暴雨。“七五”长江三峡致洪暴雨攻关研究曾给致洪暴雨一个比较确切的定义式[5]，即
FTR=∫S∫LIstdSdt+BQ，
式中，FTR表示致洪暴雨强度的量；Ist、dS和dt分别表示强降水的强度、面积和历时，三者的综合效果，描述了致洪暴雨的气象成因，所以是致洪暴雨重要的气象参数； BQ 笼统地表示前期基础降水量，它是一个复杂的函数，可认为是与前期江河底水或起涨流量、流域内土壤湿润状况、下垫面特征、水库分布、地表径流和流域汇流特性以及下
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顶托效应等多种水文和地理因素有关，从而给致洪暴雨的确定带来颇大困难。此外，某一地域洪涝灾害出现与否，除了上述自然因素之外，还涉及水库调度、防洪能力等人为因素。
1.2致洪暴雨过程水文、气象特征分析
2012年9月澧水上游（河源至桑植为澧水上游，在此主要分析桑植县境内）有2次大暴雨过程，分别是9日和12日。9日桑植站降雨量达132.9 mm，创历史同期桑植降雨量最高记录；12日桑植站降雨量为106.4 mm，为历史同期第三位。12日桑植县的大暴雨使得澧水上游支流和干流洪水暴涨，桑植水文站最高水位为259.24 m，超出警戒水位2.74 m，最大洪峰流量为6 100 m3/s，位于历史第三位。然而处于历史同期第一位的9日大暴雨并未造成桑植水文站超警戒水位。可见单站暴雨或大暴雨很难描述致洪暴雨特征。对比分析2次过程降雨量实况分布（图1）可以发现，9日桑植县中部一带普降暴雨局部大暴雨，大暴雨主要集中桑植县城附近一带，12日桑植全县境内普降暴雨到大暴雨，表明澧水上游致洪暴雨与其面上的降雨量情况有关，面雨量能更好地描述致洪暴雨特征。因此，笔者利用面雨量来定义致洪暴雨和描述致洪暴雨特征。
面雨量是指某一时段内一定面积上的平均雨量。面雨量可表示为：
P=1A∫APdA，
式中，P为面雨量，A为特定区域的面积，P为有限元dA上的雨量。面雨量的计算方法很多，主要有泰森多边形法、逐步订正格点法、三角形法、算术平均法、格点法、等雨量线法等。方慈安等指出在流域雨量站点相同的条件下，不同计算方法所得到的面雨量计算结果在湖南省差异不大[6]。因此，在此采用简单易行的算术平均法来计算面雨量。利用气象自动站资料分别计算出9日澧水上游面雨量为72.5 mm，12日为148.2 mm。计算结果解释了9日桑植单站降雨量创同期历史新高而未出现超警戒水位的情况，同时也表明澧水上游要产生致洪暴雨其面雨量需达到一定的临界值。
为了找到澧水上游发生致洪暴雨的临界面雨量值，在此统计了桑植水文站历史上超过警戒水位的暴雨过程及其降雨量情况。因1998年贺龙电站的投入使用和桑植水文站的迁站，在此仅统计1998年以来的超过警戒水位的暴雨过程。由表1可知，1998年以来澧水上游共出现5次致洪暴雨过程，分别是1998年7月22日、2003年7月8日、2008年8月15日、2012年9月12日和2013年6月6日（以下分别简称为“98.722”，“03.708”，“08.815”，“12.912”和“13.606”）， “98.722”最高水位最高，为266.27 m，超出警戒水位9.77 m，为1998来以来最严重的致洪暴雨过程；“03.708”最高水位是259.58 m，超出警戒水位3.08 m，处于1998年以来历史第二位；“12.912” 最高水位是259.24 m，超出警戒水位2.74 m，处于1998年以来历史第三位。由水文雨量资料统计的5次致洪暴雨降雨量情况（表2）可见，5次致洪暴雨过程中“98.722”面雨量最大， “03.708”面雨量次之， “12.912”面雨量再次，“08.815”面雨量最小，为121.4 mm。由最高水位与面雨量分析表明，最高水位与面雨量有一定的正相关性。笔者暂时把最小的面雨量121.4 mm作为澧水上游发生致洪暴雨的临界面雨量值。对这5次过程的前5日雨量进行了统计分析，发现“98.722”、“08.815”和“12.912”3次过程前5日有暴雨过程（上述8个雨量站中至少有一站次暴雨），“03.708”和“13.606”2次过程前5日无中雨以上降水过程或无降水。分析表明澧水上游致洪暴雨的发生与前期是否有降水相关不大，主要与致洪当日的大暴雨强度呈正相关性。