西藏短时强降水灾害阈值研究

奚凤 卓玛 德吉白珍 旦增冉珍 余燕群

（西藏自治区气象台，西藏 拉萨 850000）

0 引言

目前西藏短临预报业务正在试运行，但是西藏地区的特殊地形地貌坏境使得现有布点的雷达信息资料有效应用还很不足，同时也因为短临预报相关业务与研究较少。开展短时降水灾害天气阈值研究，是短时临近预报的基础性研究工作，本项目研究并初步确定西藏各站短时降水量致灾阈值，结合各市、县灾情及实际反馈，确定短临预警预报业务指标。

统计分析西藏区域历史气象灾害数据和强降水量天气的发生情况，通过初步确立西藏39 个基本站1小时、2 小时、3 小时、6 小时降水致灾阈值，建立西藏气象灾害监视区、警戒区、责任区分级防御服务指标，为西藏基层气象灾害预警，特别是短时临近的预警提供了技术支撑，切合《西藏基层气象灾害预警服务能力建设方案》“一把尺”建设方案，通过对西藏灾情的分析，分析西藏强降水阈值，减少由强降水对西藏造成的损失，节省灾害防御成本，填补西藏预警信号发布技术标准中短时预警标准的分析空白。[1−6]

1 资料选取与方法

本文所用降水资料选用2007—2017 年夏季(6～9月)西藏自治区39 个国家基准、基本气象站的逐1 小时、2小时、3小时、6小时、12小时降水资料观测数据。根据气候特征，采用西藏气候中心杨勇等人的分区法，将西藏全区划分为5个区域，筛选降水量不等于零的数据，将每个站点降水资料由大到小降序排列成数列。使用python、visualbasic 编程软件进行降水数据处理和分析。筛选降水量不等于零的数据，将每个站点降水资料降序排列成数列，初步提取出夏季逐小时、2 小时、3 小时、6 小时阈值。灾害阈值定义为某个测站降水资料按照阈值分析方法得到的降水量值。极端降水量是各站点最大降水量组成的序列。此定义有一定的局限性，某些年份除去极大值的降雨量可能比其他年份极值更大。为了避免这一缺陷且西藏降水量和全国相比偏小，将各站的降雨极值取其二次90百分位（指标6），作为该站点的极端降水阈值，也就是指标6。设有n 个降雨极值，将其降序排列x1，x2，…，xm，…，xn，个值大于xm的概率[7−8]：

P=mn+1式中，m为xm的序号，n 为降雨极值个数。若xm=0.1，则x＞xm均为极端降水。

2 小时雨量极大值的时空分布特征

2.1 极端逐1小时、2小时、3小时最大降水量变化

极端降水有历时短，强度大的特点，往往造成区域性的洪涝灾害。为了研究西藏极端最大降水特征，从每个站点的降水系列中选取最大值进行分析。

由图1和图2可知，西藏自治区西部地区极端1小时、2 小时和3 小时降水量均最小，极端1 小时降水量平均在16mm 以下；极端2小时降水量平均在19mm 以下；极端3 小时降水量平均在24mm 以下；南部地区次之，极端1 小时降水量平均在15mm 以下；极端2 小时降水量平均在21mm 以下；极端3 小时降水量平均在24mm 以下；北部地区最大，极端1 小时降水量平均在23mm 以下；极端2 小时降水量平均在27mm 以下；极端3 小时降水量平均在31mm 以下；沿江一线地区和东部地区较大，沿江一线地区极端1 小时降水量平均在23mm 以下；极端2 小时降水量平均在24mm 以下；极端3小时降水量平均在27mm 以下；东部地区极端1小时降水量平均在18mm 以下；极端2 小时降水量平均在21mm 以下；极端3 小时降水量平均在26mm以下。

图1 小时降水量最大值

图2 小时极值分区平均值

2.2 不同年份极端最大逐1 小时、2 小时、3 小时降水变化

由西藏自治区从逐1 小时、2 小时、3 小时降水量最大值年份（图3）可知，各区域极端降水量除日喀则、波密、林芝、江孜外，21 世纪10 年代是一个降雨强度较大的的年代。夏季降水中，年最大小时降水量主要发生在7～8月份。

图3 小时降水量最大值年份与最大值月份

3 西藏自治区强降水灾害阈值分析

昼雨型有西部的帕里、普兰，南部的隆子、错那，北部的安多，东部的芒康；昼夜均匀型为东部的类乌齐、左贡、林芝、洛隆，沿江一线的浪卡子、琼结，北部的那曲、班戈；夜雨型中的上半夜型有沿江一线的墨竹工卡、泽当、尼木、贡嘎、拉孜、拉萨、日喀则、江孜、加查、定日，西部狮泉河，北部当雄、改则、嘉黎、丁青、申扎、比如、索县，东部八宿、昌都；夜雨型中的下半夜半夜或夜间均匀型为东部的波密、米林、察隅，南部的聂拉木，沿江一线的南木林。

根据百分位法计算西藏1 小时、2 小时、3 小时和6 小时强降水灾害指标（表7），比较各种指标的阈值，发现指标5 和指标6 的阈很相近，也就是一次99 百分率和二次90～90 百分率计算得出的结果相差不大。1小时阈值的指标5 比指标6 偏小在0.2mm 之内，偏差最大的是比如站；2 小时阈值的指标5 比指标6 偏小在0.7mm 之内，偏差最大的是察隅站；3 小时阈值的指标5 比指标6 偏小在0.32mm 之内，偏差最大的是察隅站；6 小时的指标5 比指标6 偏小在0.82mm 之内，偏差最大的是察隅站。且除了指标5 和指标6，指标1 至10 的阈值均以1 至3mm 增加。1 小时降水强度贡嘎最高，指标6 为8.6mm，平均值为8.3 mm；错那最小，指标6 为3.8mm，平均值为3.8mm。图4所示。

图4 西藏自治区1小时指标6和指标1至10平均值

3.1 初步强降水灾害阈值分析

如图5为西藏自治区夏季第90～90 百分位小时、2小时、3 小时、6 小时降水阈值的空间分布。由图可分析出：各个时次初步阈值具有一致性，沿江一线阈值较大，1小时和3小时最大是贡嘎，2小时是拉萨，6小时为墨竹工卡；最小的是西部地区，但是存在零星站点错那站阈值偏低。南部的错那、东部的波密、西部的帕里、聂拉木阈值较低，1小时低于5mm，低值中心位于波密县，为3.8 mm。东部的芒康，沿江一线的浪卡子墨竹工卡、日喀则、拉萨、贡嘎和北部的改则阈值较高，1小时高于7.2mm，其中贡嘎县的阈值高达8.64mm，为高值中心。

图5 初步阈值空间分布图

3.2 小时极端降水分型

由1 小时超初步阈值频次分区分布可知，西部小时极端降水频率明显少于其他区域，西部夜间频率为0.9次·a−1，占全天的67.5%,说明夜雨量多于昼雨量其中，下半夜最多，上半夜次之，下午略少，上午时段最少。北部、沿江一线和东部极端降水频次日变化呈现双峰一谷的特征，主峰值出现在22～00 时，次峰值在01～02 时。北部夜间夜间频率为2.5 次·a−1，占全天的60.4%；沿江一线夜间夜间频率为2.7次·a−1，占全天的73.0%；东部一线夜间夜间频率为2.2次·a−1，占全天的44.6%；三个区域均是上半夜最多，下半夜次之，下午比上半略少，上午时段最少，尤其是10 时～13 时。南部极端降水频次日变化具有双峰双谷特征，降水量日变化主峰值出现在17时，次峰值在4时，7、10、12时为低谷，北部夜间夜间频率为2.2 次·a−1，占全天的48.8%；由此可见昼夜雨量相差不大，其中，午后至傍晚最多，入夜后至凌晨的降水量也较多，上午时段最少。分为昼雨型和昼夜均匀型，总结西藏自治区5 个区域中除了南部地区为昼夜均匀型，其他区域均为夜雨型号，沿江一线夜雨偏多最多，尤其是上半夜时段；沿江一线和东部频率最高的为22 时，东部地区为23时,南部地区17时，西部23时。

3.3 阈值分布特征

分析图6 和表1，西藏强降水灾害阈值沿江一线的中东段最大，形成是自西向东递增的趋势，西部阿里地区阈值最低，1小时阈值低于6mm，最低为八宿和普兰，为3.75mm 和3.76mm；2 小时阈值低于7mm，最低为狮泉河和普兰，为6.2mm 和6.3mm；3 小时阈值低于9mm，最低为狮泉河7.6mm；6小时阈值低于14mm，最低为狮泉河12.67mm。沿江一线和东部1小时阈值多高于6mm，最高为贡嘎8.64mm；2 小时阈值多高于10mm，最高为拉萨14.1mm；3 小时阈值多高于13mm，芒康17.2mm；6 小时阈值多高于18mm，墨竹工卡24.21mm。

图6 阈值空间分布图（单位：mm）

表1 1小时、2小时、3小时、6小时阈值（单位：mm）

表1 （续）

4 小结

（1）西藏强降水1 小时、2 小时、3 小时、6 小时阈值，并分析其时空分布特征，灾害易发区。高值区主要位于沿江一线的中东段最大，西部阿里地区阈值最低，形成是自西向东递增的趋势，短时强降水可分为昼雨型和夜雨型。

（2）将致灾降水量超过初步阈值次数与灾情总数之比,称为贡献率。对比贡献率后确定短时强降水阈值。

（3）分析了小时极端降水特征，揭示了更细致的小时极端降水时空分布特征，对小时雨强进行分型，以期短时临近的预警提供了技术支撑，区域工农业生产和有关部门防灾减灾减灾提供参考。