2012—2018西藏“雨窝”降水特征及其成因分析

旺杰 德庆央宗 旦增 汪英 德吉白玛 陈宫燕 田云杰

(1 西藏林芝市气象局，林芝 860000； 2 广东省气象局气象台，广州 510000)

引言

青藏高原是世界上隆起最晚、海拔最高的高原，被视为南极、北极之外的“地球第三极”。西藏位于青藏高原西南部，平均海拔在4000 m以上，素有“世界屋脊”之称。西藏的气候独特而且复杂多样，总体上具有西北严寒干燥，东南温暖湿润的特点[1-5]。墨脱位于西藏东南部，地处喜马拉雅山东侧，雅鲁藏布江下游，是青藏高原海拔最低的地方，属亚热带湿润气候区[6]，受印度洋海洋性西南季风的影响，气候温和湿润，雨量充沛[7-8]。这里随着海拔高度的降低，印度洋的湿润气流沿河谷长驱直入，使墨脱产生了年平均降雨量为2071.8 mm的多雨中心，也是极端强降水最集中的地方，降水量堪比同纬度的内地沿海城市，超过厦门市(1315 mm)和广州市(1738 mm)，是全国年平均降水量(632 mm)的3.2倍。处于低纬地区的广东，由于地形和气候因素影响，在部分区域极端强降水频发，故提出形象的“雨窝”概念以期引起预报预警的重视和对其成因的深入研究。高登义等的研究分析[9-12]得出藏东南地区是整个青藏高原受印度洋水汽影响最为明显的地区。

墨脱处在雅鲁藏布江下游河谷地区，所以其降水季节、强度等与我国东部季风区也有相似之处[13]。虽然专家学者对雅鲁藏布江的降水有过初步的探索和研究，但介于以前没有气象站点的数据支撑，其研究往往停留在初探阶段。本文调用2012年之后日渐增多的气象站点数据，分析整个区域的降水时空分布，再用墨脱的降水数据进行了详细的论证。墨脱是青藏高原主要的水汽来源，作为青藏高原气候系统中的一个典型单元，它对高原气候变化的响应具有敏感性和强烈性，故在此引入广东的“雨窝”[14-16]概念对西藏强降水频发区域进行研究。分析西藏“雨窝”降水特征及其成因，不仅可以填补墨脱降水研究的空白，而且为墨脱降水的监测与预报预警累积经验。

1 “雨窝”的定义和资料方法

1.1 “雨窝”的定义

雨窝[17]是指因地理位置、地形作用和水汽输送等综合因素，在某一区域形成唯一降水中心且频繁发生极端强降水的区域。

极端强降水条件可分为：1 h降雨量≥25 mm，日降雨量≥90 mm，年平均中雨日数在35 d以上，年平均大雨日数在15 d以上，年平均暴雨日数在1 d 以上。

1.2 资料选取

本文选取2012—2018年西藏全区74个气象站的降水资料对“雨窝”的普查与气候统计进行分析，选取墨脱站的小时、日、月、季、年的降水资料，对墨脱站降水日数、累计降水量、强降水的时间分布进行分析。

利用NCEP 1°×1°再分析资料对500～400 hPa的相对湿度、高度场、风场资料进行分析，找出强降水的落区及产生雨窝的原因。

1.3 资料说明

本文中累计降水量是西藏74个气象站2012年1月1日至2018年12月31日降水量的累计值，林芝历年平均降水量是利用林芝全市39个站2012—2018年近7年年降水量的平均。冬季是指12月—次年2月，春季是指3—5月，夏季是指6—8月，秋季是指9—11月。

2 西藏“雨窝”的地域特征分析

2.1 从降水的空间分布分析“雨窝”的位置

从图1可以看出,西藏大部分地区的降水日数较少, 2012—2018年的合计日数不足750 d，东部的昌都及山南大部地区的合计降水日数在760 d以上，而林芝大部地区合计降水日数在1000 d以上，特别是林芝东南部的墨脱一带的降水日数在1600 d以上。墨脱平均每年有229 d是雨天，全年近2/3的时间都出现了降雨。

图1 2012—2018年西藏全区降水累计日数

从图2可以看出，西藏大部地区的累计降水量在2500 mm以下，而林芝市除朗县外的大部地区的累计降水量在4000 mm以上。其中林芝东南部地区的累计降水量在7000 mm以上，墨脱的累计降水量最高，超过14000 mm。

图2 2012—2018年西藏全区累计降水量

从图3可以看出，林芝市39个站点中，朗县及波密北部地区的年平均降水量在400 mm以下，工布江达、巴宜、米林、波密大部地区的年平均降水量在600～1000 mm之间，只有察隅、墨脱及波密西南部地区的年平均降水量在1200 mm以上。其中墨脱、察隅大部地区的年平均降水量在1500 mm以上，最高的墨脱年平均降水量高达2071 mm，降水量呈沿雅鲁藏布江河谷向下游递增的趋势。

图3 2012—2018年林芝市年平均降水量

2.2 从降水的强度分析“雨窝”的位置

从表1中可以看出，在2012—2018年之间,墨脱的中雨累计日数高达268 d，大雨累计日数达109 d，暴雨累计日数为13 d。从极端降水量分析， 墨脱极端日最大降水量达到了99.1 mm，小时最大降水量达25.2 mm，且大于等于10 mm的次数达到33次，其极端降水强度明显大于其他地区，可见墨脱是林芝强降水出现频次和概率最高的地方。

表1 2012—2018年林芝各区县中雨、大雨、暴雨累计日数

综上所述，墨脱是西藏降水日数最多、降水量最大的地方，也是中雨、大雨、暴雨出现日数最多，小时、日、月、年降水量最大的地方，因此墨脱是西藏地区的“雨窝”。

3 西藏“雨窝”的降水特征

3.1 降水的年际变化、季节变化与月动态

从图4a看出，墨脱年平均降水量为2071.8 mm，最高为2017年的2243.6 mm，最低为2018年的1774.7 mm，近7年内墨脱只出现了2次年降水量小于2000 mm。由图4b可以看出，墨脱的降水整体呈现双峰特征，峰值分别出现在6月和9月， 9月平均降水量达到371.4 mm，是月平均降水量最高值。6—9月月平均降水量均超过300 mm，占全年降水量的60%。11月开始月平均降水量出现突降，降水量减少幅度达到100 mm以上。

图4 墨脱2012—2018年降水量(a)和月平均降水量(b)变化

从2012—2018年墨脱四季降水变化(表2)特征分析，墨脱冬季降水量最少，不足100 mm，春秋相近，为500 mm左右，夏季降水量最大，达到915 mm。而从各季对全年降水贡献情况分析，夏季的贡献最大，达到45%，其次秋季26%，春季24%，冬季最小只有5%。

表2 墨脱2012—2018年各季降水量 mm

本文选取降水偏多年份(降水量在>2000 mm)和降水偏少年份(降水量在≤2000 mm)，与近8年的月平均降水量对比后发现(图5)，当9月的降水出现偏多或偏少时会出现整年降水偏多或偏少现象，即9月的降水跟整年降水偏多或偏少有很好的相关性，其次是6月。

图5 降水偏多、偏少年的月降水量与近8年的 平均月降水量比较

3.2 日降水特征分析

2012—2018年墨脱日降水量大于10 mm的强降水日数达391 d，其中中雨日数为268 d，占强降水日数的68%；大雨日数为109 d，占强降水日数的28%；暴雨日数为13 d，占强降水日数的4%(图6a)。从各月的降水分布来看(图6b)，墨脱在 6—9月出现10 mm以上的强降水天气达50 d以上，大雨也在这4个月出现次数最多。

图6 墨脱中雨、大雨、暴雨出现频次(a)和各月出现10 mm以上的强降水次数分布(b)

从表3可以看出，5、8、9月出现暴雨次数最多，其中5月的暴雨日数突增，与8、9月的暴雨日数相当，是因为5月当印度季风在缅甸和印度东部盛行的时候，西南季风及其中的水汽沿雅鲁藏布江逆流而上，当有南下的冷空气配合时往往容易出现暴雨。

3.3 降水的昼夜分布特点

3.3.1 “雨窝”降水量的昼夜分布

墨脱地处西藏东南部，局地气候特征明显，白天为较强的谷风，夜间为较强的山风。山谷风的作用，加之下垫面多为砂砾石组成，是形成夜雨的优越条件[18]。从墨脱2012—2018年历年小时数据统计出夜雨百分率RN(北京时20:00至次日08:00的降水为夜雨)达到71.4%，因为垂直速度存在着气候性的日变化，使得墨脱夜雨特别多。从图7分析，降水主要集中在凌晨01:00—09:00，其中03:00—07:00出现降雨的概率达到50%以上。

3.3.2 强降水时段逐小时降雨量分析

选取205次24 h降水量R24≥20 mm以上的强降水日，通过小时降雨量统计出夜雨百分率RN为70.2%。为了更好地分析强降水出现时段，将2012—2018年的所有小时雨量按Rh≥2.4 mm(即这个雨强的降水一天累积量可达到暴雨)统计出频数，由图8可以看出，强降水主要集中在00:00—06:00，其中03:00达峰值，谷值出现在14:00—17:00。

图8 2012—2018年小时降水量Rh≥2.4 mm概水概率分布

4 西藏“雨窝”的成因

4.1 地形影响

从西藏东南部地形图(图9)可以看出，墨脱地势北高南低，北、东、西3面高山相环，形成了一个“八”字形的褶皱区域。北部山势陡峭，河谷深切，相对高差达3000～4000 m，南部中低山坡度较缓，地势渐次开阔，相对高差500～1000 m，海拔落差较大，地形抬升明显，有利于水汽的强迫抬升。另外“八”字形的喇叭口地形也有利于印度洋湿润气流进入该地，为墨脱的水汽源提供条件。这样顺雅鲁藏布江而上的印度洋暖流与北方寒流在雅鲁藏布下游墨脱一带会合驻留，受地形抬升影响引起气流辐合上升，产生局部热力对流，使得墨脱成为西藏最大的降水中心。

图9 西藏东南部地形图

4.2 水汽输送通道

降水的成因受很多因素的影响[19-23]，但从降水的机制来分析，某一地区降水的形成，大致有充足的水汽供应、气流上升达到过饱和状态、足够的凝结核3个过程[24]。西藏“雨窝”的成因我们首先分析其水汽条件。为验证水汽输送对西藏“雨窝”的贡献，本文选取了3个强降水个例进行分析。

过程个例分析分别选取2012年6月24日(6·24)墨脱92.8 mm、2013年9月4日(9·4)墨脱99.1 mm及2015年8月19日(8·19)墨脱53.7 mm的暴雨天气过程。由图10a、10b、10c均能看出在84°～96°E有一条明显的水汽输送带，从水汽输送方向分析，阿拉伯海的水汽自西南向东北方向输送，而孟湾的水汽则自南向北输送，最后两支水汽通道汇合后沿布拉马普特拉河流向西藏林芝的东南部，这个明显又深厚的水汽通道为墨脱的暴雨提供了丰富的水汽来源。同时从图10a和图10b可以分析，降水量级和水汽的辐合程度呈正相关关系。

图10 “6·24”(a)、“9·4”(b)、“8·9”(c)墨脱暴雨整层积分水汽输送及辐合辐散场

4.3 高低空配置

为深入分析西藏“雨窝”的成因，本文选取以上3个个例进行了中尺度天气分析。从图11上可以看出，地面辐合明显，700 hPa上存在暖式切变(图11c)，切变两侧风速较强(图略)，其垂直分布看，3次强降雨过程均有从700 hPa的切变线到400 hPa的高空槽出现，且伸展高度很高，表明系统深厚。3次过程均有高低空急流的配合，有利于维持气流的上升运动。强的低空急流配合地面的湿区，又为强降水提供了很好的动力条件和水汽条件。

通过以上个例分析，西藏“雨窝”的水汽输送通道是阿拉伯海和孟湾北部形成的热带风暴外围云系先沿布拉马普特拉河向东北方输送，后沿雅鲁藏布江下游向北输送(图12)到林芝东部及墨脱一带。西藏“雨窝”的水汽来源往往跟阿拉伯海和孟湾的水汽汇合程度存在很大关系。墨脱巨大的海拔落差为气流的抬升机制提供了动力条件。故丰富的水汽条件和深厚的天气系统及有利的地形造就了西藏“雨窝”。

杨逸涛、高登义等文献研究结果也表明整个青藏高原四周向高原的水汽输送以沿布拉马普特拉河—雅鲁藏布江溯江而上方向为最大，达500～1000 g·cm-1·s-1。这个输送量与夏季自长江流域以南向长江以北的水汽输送量相近。而从青藏高原四周其它诸站资料可知，向高原的水汽输送仅有100～400 g·cm-1·s-1，约为沿雅鲁藏布江河谷向高原水汽输送的1/5，以沿布拉马普特拉河—雅鲁藏布江溯江而上的水汽输送是青藏高原四周向高原水汽输送之冠，即最主要的水汽输送通道[25]。

图11 “6·24”(a)、“9·4”(b)、“8·19”(c)墨脱暴雨中尺度分析

图12 雅鲁藏布江下游流域水汽通道分布

5 结论和讨论

(1)墨脱是西藏降水日数最多、降水量最大的地方，也是中雨、大雨、暴雨出现日数最多，小时、日、月、年降水量最大的地方，墨脱堪称是西藏地区的“雨窝”。

(2)从月降水分布分析，整体呈现双峰特征，峰值分别出现在6月和9月，其中9月的降水跟整年降水偏多或偏少有很好的相关性。

(3)墨脱出现暴雨次数最多的是5、8、9月，其中5月的暴雨日数突增，与8、9月的暴雨日数相当，是因为5月印度季风在缅甸和印度东部开始活跃。

(4)从墨脱历年小时降水量频数分布分析，墨脱夜雨特别多，夜雨率达到71.4%，强降水主要集中在00:00—06:00。

(4)墨脱地势北高南低，形成了一个“八”字形的褶皱区域，巨大的海拔落差为气流的抬升机制提供了动力条件，造就了西藏“雨窝”。

(5)西藏“雨窝”的水汽输送通道是由孟湾、印度半岛北部形成的热带风暴外围云系先沿布拉马普特拉河向东北方发展输送，后沿雅鲁藏布江下游向北发展输送。

墨脱由于墨脱境内气象站点少，无法分析墨脱降水的空间分布特征。同时因资料年限短，“雨窝”形成机理尚不明确，“雨窝”形成机理和预警预报技术是暴雨领域研究的热点和难点，需要开展大量的外场观测与试验，并采用新的分析技术方法，才能进一步深入研究“雨窝”的形成机理。“雨窝”的精细化预警预报能力也有待进一步提高。