山西縣地震災害天氣分析

山西縣地震災害天氣分析

1縣天氣雷達概況洪水是指由風暴引起的山間溪流中的洪水。它具有流速大、沖刷力大、破壞力大、暴漲暴落、歷時短暫等特點,常造成局部洪災,給人民生命財產帶來重大損失。多年來,科技工作者在對山洪災害的預警、防御和防治上做了大量研究,本文側重從天氣雷達回波上及早發(fā)現暴雨落區(qū),為山洪預警爭取預見期方面進行探討。天氣雷達是當前監(jiān)測暴雨、強對流等災害性天氣最有效的工具之一,它具有很高的時間和空間分辨率,這使其在中小尺度天氣系統研究中具有其他觀測資料無可比擬的優(yōu)越性。隰縣境內河流均屬黃河水系,為昕水河的支流,境內主要有城川河、東川河、刁家峪河和朱家峪河4條河,基本為季節(jié)性河流。隰縣位于呂梁山南麓,山西省西南部,為臨汾市西部山區(qū)的次級中心城鎮(zhèn),地形東北高西南低。2010年5月隰縣安裝X波段TWR01A型雷達,主要用于人工影響天氣預警指揮作業(yè)。經過兩年監(jiān)測運行,發(fā)現TWR01A型雷達能夠快捷、高效監(jiān)測區(qū)域暴雨天氣,通過預報員分析判斷,提前約30min進行山洪預警,利于發(fā)揮山洪災害非工程措施的作用,提高防御山洪災害的能力,減少人員傷亡及財產損失。2區(qū)泥石流災害非工程措施建設2.1流域自身特點結合山洪災害的形成特點、歷史山洪災害發(fā)生頻次、歷史最高洪水線,隰縣共劃分出17個小流域,根據每個流域自身的特點,加以防治。防治區(qū)總面積1135.5km2,總人口66304人,危險區(qū)總面積865.3km2,涉及8個鄉(xiāng)鎮(zhèn),83個行政村,173個自然村。17個小流域共有180個危險點,其中有173個自然村、3個企業(yè)、1所學校、1座林場、2處在洪永(洪洞到永和)線。2.2建設自動站和預警平臺(1)雨量站網。新建21處自動雨量站,59處簡易雨量站,共享氣象部門已建的13個自動雨量站。由此組成雨情監(jiān)測站網。(2)水文監(jiān)測系統。在城南鄉(xiāng)員家莊、黃土鎮(zhèn)南合新建2個簡易水位站,在城南鄉(xiāng)騫家莊、下李鄉(xiāng)的石馬溝水庫、龍泉鎮(zhèn)白家岔、黃土鎮(zhèn)下紫峪新建4個自動雨量水位觀測站。(3)通信系統。自動站利用移動、電信等網絡設施實時發(fā)出雨水情信息,簡易站利用手機、固定電話和人工預警方式進行信息發(fā)布。其中自動站采集器5min采集一次,正點向縣預警中心自動傳輸一次報文。(4)預警系統。在縣級預警中心架構集網絡、數據庫、地理信息技術于一體的監(jiān)測預警平臺。建設無線報警接收站1處,無線報警發(fā)送站27處。組成從預警平臺到重點防治區(qū)域的報警體系。在全縣所轄8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立網絡、傳真?zhèn)鬏斚到y,可實現文件、通知的群發(fā)群收,提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)與縣防汛指揮部門之間文件、通知、預警信息的時效性、可靠性。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村安裝無線廣播報警系統,向災害可能威脅區(qū)域發(fā)送警報,在受險威脅村莊增配手搖報警器等防汛設施。在縣預警中心建立短信預警發(fā)布系統、Web發(fā)布系統、會商系統。3氣象服務觀測系統(1)對局地強對流天氣(如積雨云、冰雹云),在云、雨移來時的分布中心及前沿進行探測。以其投入成本低、靈活方便等優(yōu)勢在氣象應急保障業(yè)務中廣泛應用,以其體積小、重量輕、機動性好、集成化程度高而得到縣級氣象部門的青睞。(2)最大探測距離120km,遇大雨衰減為72km。其量程設置為7.5km、15km時,顯示器地理信息分辨率可達鄉(xiāng)村,便于和強回波中心覆蓋村的氣象信息員聯系,開展氣象精細化服務和山洪災害預警。(3)觀測的數據可以保存為位圖和數據兩種方式。位圖圖像由信號處理終端手動控制來完成;數據文件由二次產品終端來完成。(4)TWR01A型天氣雷達是小型數字化雷達,具備地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)功能,可適應移動式、固定式的增雨防雹作業(yè)指揮和氣象保障服務。4區(qū)域性暴雨降水特性區(qū)域性暴雨是引發(fā)隰縣各小流域山洪爆發(fā)的主要原因,區(qū)域性暴雨是一種強對流性降水。相關研究表明,它主要由雨強大小和降水持續(xù)時間兩個要素確定,通常最強的雨強持續(xù)最長的時間導致最大的暴雨。4.1區(qū)域暴雨降水預測統計2011年5～10月68次降水過程和2012年5～10月65次降水過程,每小時自記降水量對應雷達回波強度和維持時間。形成隰縣TWR01A型雷達回波強度為40dBz、45dBz和50dBz維持1h的降水量,如表1所示。使用表1預測區(qū)域暴雨降水量時以強回波中心的移向和面積為主要因素,兼顧考慮回波頂高等其他因素。其中當強回波中心由西北向東南移動時取上限值,當強回波中心由東南向西北移動時取下限值。當強回波中心由西南向東北移動時取下限到中值,當強回波中心由東北向西南移動時取中值到上限值。4.1.1積雨云發(fā)生極端天氣的天氣背景和天氣成因分析(1)如圖1(a)中PPI(plainpositionimage)顯示2012年5月8日中午15時15分在陽頭升鄉(xiāng)上游有8個回波中心達45dBz,即最少出現8塊積雨云單體。RHI(rangeheightindicator)顯示云體底部受干冷西北氣流推動,云體上部受暖濕東南氣流推動。通過連續(xù)觀測和動畫演示回波帶由西北向東南移動,其中位于雷達左側兩塊回波中心已碰并加強開始降水,移動速度明顯小于后部的回波。陽頭升垣面和下崖底村的河道海拔差300m,當積雨云從垣面移動到河道時,受山谷風影響發(fā)展增強。下崖底、寨子河、棗莊3個村莊地形呈喇叭口狀,地形條件利于產生靜止的中小尺度輻合區(qū),造成強降雨。15時15分在隰縣陽頭升鄉(xiāng)衛(wèi)家峪流域出現區(qū)域雷暴、暴雨和少量冰雹,陽頭升自動雨量站15～16時1h降水量62.8mm。15時40分陽頭升鄉(xiāng)氣象信息員電話報告陽頭升出現暴雨,自家院子里平地起水。16時下崖底村氣象信息員報告,隰縣陽頭升鄉(xiāng)下崖底、寨子河、棗莊3個村莊的河道,即城川河二級支流爆發(fā)山洪出現災情。(2)天氣成因分析。5月8日隰縣上空中低層出現高度范圍大于6km的東南風,遇干冷空氣侵入觸發(fā)強對流天氣發(fā)展,積雨云在西北氣流推動下發(fā)生碰并加強,加之地形影響,形成區(qū)域暴雨。(3)山洪預警。2012年5月隰縣山洪災害非工程措施項目正在建設中,天氣預報員分析積雨云出現暴雨的經驗不足,這次區(qū)域暴雨落區(qū)沒有成功預報出來,也沒有實現提前預警。16時10分和陽頭升鄉(xiāng)政府和縣防汛辦聯系通報雨量和災情,8日18時氣象局配合鄉(xiāng)政府、民政和水利開展災情調查。通過總結分析這次極端天氣過程的強回波移動過程和區(qū)域暴雨出現的落區(qū),發(fā)現這次暴雨時間短、雨強大,引發(fā)的山洪匯集時間不足30min,具有流速大、沖刷力大、破壞力大、暴漲暴落、歷時短暫等特點。若僅靠自動雨量站正點報回的雨量值進行山洪預警,存在大于30min的滯后。配合TWR01型天氣雷達連續(xù)監(jiān)測大于40dBz強回波中心可以提前山洪預警時效。4.1.2地面和夏日天氣分析(1)如圖1(b)中PPI顯示2012年7月13日16時21分位于縣城北的強回波中心在西北氣流的推動下向東南移動,位于陽頭升鄉(xiāng)西故鄉(xiāng)村的強回波中心在西南氣流的推動下向東北移動,兩者在縣城碰并加強,出現55dBz強回波中心,縣城中的縣政府自動雨量站16～17時1h雨量為46.4mm。17時20分社區(qū)氣象信息員報告,縣城低洼地葦子坪出現山洪災情。(2)天氣成因分析。7月13日隰縣上空中低層出現西南風氣流,遇干冷空氣侵入觸發(fā)強對流天氣發(fā)展,積雨云在西北氣流推動下發(fā)生碰并加強,在碰并加強區(qū)形成區(qū)域暴雨。(3)山洪預警。2012年7月13日16時天氣預報員通過TWR01型天氣雷達連續(xù)監(jiān)測發(fā)現縣域四周出現大于40dBz強回波中心向縣城輻合,通過電話向縣防汛辦匯報,縣防汛辦通過縣級預警中心向縣政府和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)送暴雨預警信息。16時21分天氣預報員發(fā)現55dBz強回波中心,判斷縣城可能出現山洪,再次通過電話向縣防汛辦匯報?？h防汛辦通過縣級預警中心向縣政府和龍泉鎮(zhèn)、城南鄉(xiāng)、午城鎮(zhèn)發(fā)送山洪預警信息。由于預警及時,縣政府救災得力未出現人員傷亡。4.2縣強回波帶分析判斷是否會出現對流性暴雨的另一個要素是降水的持續(xù)時間。高降雨率的區(qū)域越大,降水系統移動越慢,則持續(xù)時間越長。(1)2012年9月6日凌晨3時區(qū)域暴雨。如圖1(c)中看出一條雨帶橫跨永和、隰縣、交口、汾西和霍州4縣,長約96km。該雨帶在9月5日17時11分形成準靜止于隰縣北部下李鄉(xiāng)和城南鄉(xiāng)。一直持續(xù)到9月6日3時,下李鄉(xiāng)降水量11.4mm和城南鄉(xiāng)南唐戶村降水量17.1mm,土壤已接近飽和,地表松動。2012年9月6日3時在永和境內出現“人字型”區(qū)域強回波帶,正沿著雨帶分布的位置向隰縣境內移動,移速為48km/h,強回波帶在東移過程中受沿途溝壑影響跳躍增強。其中2～3時永和縣坡頭鄉(xiāng)自動雨量站降水量37.0mm,3時30分隰縣城南鄉(xiāng)南唐戶村、上友村、七里腳一帶城川河上游發(fā)生區(qū)域性雷暴、暴雨和冰雹,3～4時南唐戶自動雨量站降水量39.6mm。4時30分七里腳村氣象信息員匯報告該村遭受雹災,隰縣城川河同時爆發(fā)山洪。(2)天氣成因分析。副熱帶高壓東退,蒙古低槽東移引導冷空氣南下,與中低層的西南低空急流相互作用,不斷激發(fā)對流系統,促成了本次暴雨過程的維持和發(fā)展。(3)山洪預警。2012年9月5日23時天氣預報員通過TWR01型天氣雷達連續(xù)監(jiān)測發(fā)現這條雨帶穩(wěn)定維持在隰縣城南鄉(xiāng)和下李鄉(xiāng)已6h。通過電話向縣防汛辦匯報,縣防汛辦通過縣級預警中心向縣政府和城南鄉(xiāng)和下李鄉(xiāng)發(fā)送暴雨預警信息。凌晨3時天氣預報員發(fā)現45dBz強回波中心由永和坡頭鄉(xiāng)正在向隰縣境內移動,根據2～3時永和縣坡頭鄉(xiāng)自動雨量站降水量37.0mm,判斷城南鄉(xiāng)、下李鄉(xiāng)和縣城可能出現暴雨引發(fā)山洪,再次通過電話向縣防汛辦匯報。縣防汛辦通過縣級預警中心向縣政府和龍泉鎮(zhèn)、城南鄉(xiāng)、下李鄉(xiāng)發(fā)送山洪預警信息。5區(qū)域暴雨的預報本文針對2012年出現在隰縣的3次山洪災害,利用TWR01A型天氣雷達實時監(jiān)測圖像資料和自動雨量站資料,分析3次引發(fā)山洪災害暴雨的成因,得到以下結論