2020年淮河上游暴雨對(duì)王家壩水位影響預(yù)估分析

趙培娟，張 霞，鄭世林，邵宇翔

(1.中國氣象局·河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003；2.河南省氣象臺(tái)，鄭州 450003；3.河南省氣象局，鄭州 450003)

引 言

淮河發(fā)源于河南桐柏山區(qū)，由西向東，流經(jīng)河南、安徽、江蘇3個(gè)省，流域面積27萬km2。河南境內(nèi)的淮河流域包括河南中東部和東南部廣大區(qū)域，流域面積為8.83萬km2，約占淮河流域總面積的1/3，占河南總面積的52.9%。為表述方便，本文將河南省的淮河流域統(tǒng)稱為淮河上游。該區(qū)域也是河南省年降水量最大、暴雨日數(shù)最多、暴雨強(qiáng)度最強(qiáng)的區(qū)域?；春尤L1000 km、總落差200 m，上游長360 km、落差174 m，占淮河流域總落差的89%，中游及下游落差分別為16 m和6 m。王家壩地處河南與安徽2省3縣3河交匯處，是淮河蒙洼蓄洪區(qū)的主要控制工程?；春由嫌蔚膹?qiáng)降水，將使王家壩面臨巨大洪澇風(fēng)險(xiǎn)。王家壩達(dá)到警戒水位，就標(biāo)志著淮河出現(xiàn)了汛情。

淮河流域暴雨成因已有較多研究成果[1-15]，主要集中在對(duì)暴雨機(jī)理、梅雨鋒暴雨中尺度研究、地形對(duì)暴雨影響研究等方面。另外，暴雨的洪水特征、致災(zāi)臨界值、流域面雨量預(yù)報(bào)技術(shù)等方面也有一些研究成果[16-20]。而淮河上游暴雨對(duì)于王家壩水位的影響、特別是暴雨對(duì)王家壩水位定量變化的研究成果較少。張霞等[21]基于淮河上游致洪暴雨對(duì)王家壩水位影響的特征分析，給出了淮河上游致洪暴雨指標(biāo)、淮河上游暴雨及面雨量與王家壩水位的關(guān)系和臨界預(yù)警指標(biāo)，建立了基于面雨量的王家壩水位增幅預(yù)估模型，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別技術(shù)和相似性分析、相關(guān)性分析等數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品、歷史個(gè)例要素場(chǎng)數(shù)據(jù)庫資料和王家壩水位增幅預(yù)估模型，研發(fā)了淮河流域面雨量預(yù)報(bào)及王家壩水位漲幅預(yù)估系統(tǒng)，相關(guān)成果在2020年淮河流域決策服務(wù)中發(fā)揮了較好的技術(shù)支撐作用。

本文利用張霞等[21]研究的 “淮河上游面雨量預(yù)報(bào)及王家壩水位漲幅預(yù)估系統(tǒng)”，并基于智能化網(wǎng)格氣象要素預(yù)報(bào)，在分析2020年淮河上游降水集中時(shí)段暴雨與王家壩水位變化特征的基礎(chǔ)上，對(duì)2020年6-7月梅汛期淮河上游面雨量進(jìn)行預(yù)報(bào)及對(duì)王家壩水位進(jìn)行預(yù)估，并對(duì)其效果做評(píng)估。另外，普查淮河上游歷史雨情、水情，篩選出與2020年相似的年份，對(duì)降水集中期氣候特征進(jìn)行對(duì)比，為今后淮河上游致洪暴雨的決策氣象服務(wù)提供技術(shù)支撐。

1 2020年淮河上游降水概況與王家壩水位變化

2020年6月中旬河南進(jìn)入多雨時(shí)段，導(dǎo)致明顯旱澇急轉(zhuǎn)。6月12日-7月22日40天內(nèi)，淮河上游相繼出現(xiàn)11次區(qū)域暴雨過程(表1)，主要集中在6月中旬到7月中旬，淮河上游平均降水量達(dá)424 mm，較常年同期偏多93%，為2008年以來同期最多值。集中期降水具有以下特征：暴雨落區(qū)多位于河南省的東南部，其中信陽大部累計(jì)降水量超歷史同期1倍以上，為建站以來同期最多值；暴雨中心強(qiáng)度大，11次暴雨過程有7次暴雨中心降水量超過100 mm。據(jù)分析，降水集中期淮河上游暴雨與王家壩水位演變分為3個(gè)主要階段：第一階段為6月10-27日，旱澇急轉(zhuǎn)，為王家壩水位緩慢升高再回落徘徊期；第二階段為7月11-15日，連續(xù)降水致王家壩水位明顯上升，接近警戒水位期；第三階段為7月16-22日，降水持續(xù)，為王家壩超保證水位、流域水庫超汛限水位期。7月16-19日的連續(xù)暴雨過程,使王家壩18、19日出現(xiàn)超警戒洪水；7月21-22日淮河上游又出現(xiàn)近20年以來最強(qiáng)(日雨量≥100 mm站點(diǎn)最多)、范圍最大的大暴雨過程，致使20、21日王家壩水位分別達(dá)29.56 m、29.51 m(超保證水位0.26、0.21 m)，淮河上游的11座水庫超汛限水位，淮干、史灌河流域出現(xiàn)了嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。高分衛(wèi)星合成資料對(duì)信陽及王家壩區(qū)域水體變化監(jiān)測(cè)顯示(圖略)，信陽地區(qū)及蒙洼蓄洪區(qū)周邊河道水體顯著增多。

表1 2020年6月10日-7月22日淮河上游降水集中期暴雨概況

因此暴雨頻發(fā)、落區(qū)重疊、降水中心強(qiáng)度大且降水具有連續(xù)性是2020年淮河上游致洪暴雨的重要特征之一。

2 淮河上游降水與王家壩超警戒水位的關(guān)系

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1980-2020年王家壩有21年出現(xiàn)了52次超警戒水位的洪水過程，其中44次(84.6%)發(fā)生在主汛期(6-8月)[21]。

2.1 淮河上游區(qū)域暴雨日數(shù)與王家壩超警戒水位的關(guān)系

圖1為1980-2020年河南省年區(qū)域暴雨日數(shù)和同年主汛期(6-8月)淮河上游區(qū)域暴雨日數(shù)，6-8月淮河上游區(qū)域暴雨年均8天。淮河流域致洪年(即王家壩出現(xiàn)超警戒水位27.5 m的年份)共有21年，其中有17年主汛期淮河上游區(qū)域暴雨的日數(shù)大于年均日數(shù)(占總致洪年的81%)；王家壩出現(xiàn)超保證水位(29.3 m)年份有5年(1982、1983、1991、2007和2020年)，有4年主汛期內(nèi)淮河上游區(qū)域暴雨日數(shù)均多于年平均日數(shù)。這5年全省區(qū)域暴雨日數(shù)均在17～18日，也遠(yuǎn)超年平均日數(shù)(12.59日/年)。

圖1 1980-2020年河南省年區(qū)域暴雨日數(shù)和同年主汛期6-8月淮河上游區(qū)域暴雨日數(shù)分布

2020年主汛期淮河上游發(fā)生區(qū)域暴雨12日，超出年平均值4日。其中有11次區(qū)域暴雨發(fā)生在前述的降水集中期(6月10日-7月22日，表1)，且多個(gè)例出現(xiàn)日降水量超過100 mm的降水中心，連續(xù)性強(qiáng)降水是2020年導(dǎo)致河南省淮河流域發(fā)生超警戒洪水、王家壩開閘泄洪的主要原因。

2.2 連續(xù)性暴雨及落區(qū)對(duì)淮河上游超警戒洪水的影響

統(tǒng)計(jì)顯示[21]：1980-2020年有21年中6-8月王家壩發(fā)生超警戒水位洪水44次，其中2/3的洪水過程發(fā)生前5天，淮河上游有連續(xù)2天以上的暴雨出現(xiàn)，且多位于淮河干流片的信陽地區(qū)。

表2給出了1980-2020年淮河上游連續(xù)暴雨起止日期和王家壩開閘泄洪日期。由表2可看出，在王家壩開閘泄洪前，淮河上游均出現(xiàn)連續(xù)2天以上的區(qū)域暴雨或大暴雨過程。

表2 1980-2020年淮河上游連續(xù)暴雨起止日期和王家壩開閘泄洪日期

2020年7月16-19日淮河上游連續(xù)3天出現(xiàn)區(qū)域暴雨，暴雨落區(qū)均位于淮河干流片的信陽地區(qū)，導(dǎo)致19日淮河上游出現(xiàn)超警戒洪水，11座水庫超汛限水位，20日王家壩水位漲至29.56 m、超保證水位0.26 m。

2.3 暴雨強(qiáng)度對(duì)王家壩維持超警戒高水位的影響

經(jīng)分析，歷年來王家壩維持超警戒高水位的主要特征之一是淮河上游尤其是淮河干流片的信陽地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域大暴雨。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)顯示，王家壩開閘泄洪后3天，若淮河上游再次出現(xiàn)區(qū)域大暴雨，超警戒水位仍可持續(xù)5～9天。

表3 1980-2020年王家壩開閘泄洪日期、淮河上游區(qū)域大暴雨日期及站數(shù)出現(xiàn)超警戒水位(≥27.5 m)起止日期

以2020年7月21-22日為例，7月20日王家壩開閘泄洪，21-22日淮河上游出現(xiàn)了大暴雨，降水強(qiáng)度大、范圍廣，34個(gè)國家氣象觀測(cè)站日雨量超過100 mm、暴雨中心最大降水量為247.6 mm(西華)，是1980年以來全省日降水量超100 mm站數(shù)第二多的大暴雨過程，為近20年以來最強(qiáng)的區(qū)域大暴雨(圖2)。此次強(qiáng)降水主要集中在淮河上游的汝河、沙潁河和渦河3片(淮河上游分片示意見圖3)。根據(jù)圖3，汝河流域降水匯入王家壩以上支流，沙潁河和渦河流域的降水主要流入王家壩下游。由于強(qiáng)降水對(duì)王家壩上、下游同時(shí)有流量補(bǔ)充，致使王家壩水位居高不下，所以28日前王家壩水位都處于超警戒水位以上，其中21-25日水位高達(dá)28.34～29.97 m，史灌河上游的梅山水庫長時(shí)間處于險(xiǎn)情中，洪澇災(zāi)害加重。

2.4 淮河上游面雨量與王家壩超警戒洪水的關(guān)系

按淮河水系分布，淮河上游劃分為淮河干流、汝河、沙潁河和渦河4片(圖3)。經(jīng)研究，淮河干流片降水對(duì)王家壩水位增長有直接影響，汝河片降水也匯入王家壩以上支流，對(duì)王家壩水位增長及維持有一定作用；因沙潁河和渦河片降水多流入王家壩以下，故對(duì)王家壩水位增長基本沒有影響。

圖3 河南省淮河流域分片示意

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，有58.1%的洪水過程中，當(dāng)淮河干流片連續(xù)5天累積面雨量≥100 mm時(shí)，王家壩將出現(xiàn)超警戒洪水。此外，汝河片面雨量對(duì)王家壩水位影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，當(dāng)汝河片單日面雨量≥50 mm，且淮河干流片的單日面雨量<30 mm時(shí)，王家壩水位的最大增量為0.9～2.1 m。由此可見，淮河干流片面雨量與王家壩水位增長關(guān)系最為密切，尤其是連續(xù)5天累積面雨量≥100 mm時(shí)將出現(xiàn)超警戒水位洪水，而汝河片即使降水明顯，也遠(yuǎn)不及淮河干流片降水對(duì)王家壩水位增長所起的作用。

3 2020年淮河上游面雨量對(duì)王家壩水位影響分析

流域面雨量的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)是洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度的重要參數(shù)，也是各級(jí)政府指揮防汛抗洪的重要決策依據(jù)。下面分析2020年淮河上游面雨量對(duì)王家壩水位的影響。

3.1 淮河干流片面雨量與王家壩水位的關(guān)系

圖4為2020年6月10日-7月28日王家壩水位與淮河干流片面雨量的演變圖。由圖4可看出，王家壩水位變化可分為3個(gè)階段。

圖4 2020年6月10日-7月28日王家壩水位與淮河干流片面雨量演變圖

第一階段：王家壩水位緩慢徘徊升高期。

6月10-27日淮河上游出現(xiàn)5次區(qū)域暴雨過程(表1)，對(duì)應(yīng)淮河干流片面雨量的3個(gè)峰值。12-13日，淮河干流片單日面雨量分別達(dá)59.6和31.6 mm，由于前期持續(xù)干旱少雨，土壤滲流明顯，對(duì)王家壩水位上漲影響不大，15日和16日水位最大增幅分別為0.75、1.09 m。16-17日，淮河干流片出現(xiàn)了43.3和32.5 mm的面雨量，其單日面雨量小于11-13日面雨量，但王家壩水位從21.11 m升至23.11 m，漲幅達(dá)2 m，水位上漲明顯，表明之前連續(xù)降雨已使土壤趨于飽和，滲流少，徑流開始加大。6月27-28日，淮河上游出現(xiàn)暴雨、大暴雨(9個(gè)國家氣象觀測(cè)站日雨量≥100 mm)，淮河干流片單日面雨量最大達(dá)90.4 mm，王家壩水位從27日的22.68 m上升至30日的26.55 m，漲幅為3.87 m。之后，6月29日-7月10日，淮河上游基本無降水，王家壩水位緩慢回落至21.74 m。因此6月中下旬是王家壩水位緩慢升高期。

第二階段：王家壩水位接近警戒水位期。

7月10-11日和14-15日，淮河上游出現(xiàn)2次較強(qiáng)的區(qū)域暴雨。其中，10-11日淮河干流片有21個(gè)國家氣象觀測(cè)站日雨量≥50 mm，4站日雨量≥100 mm，11-12日淮河干流片面雨量達(dá)80.3 mm和41.6 mm，致使13日王家壩水位快速上升至25.96 m，14日繼續(xù)上升至26.76 m，較9-11日最低水位21.48 m上漲了5.28 m。與第一階段相比，淮河干流片面雨量最大值為80.3 mm，略小于第一階段的最大值(90.4 mm)，但水位漲幅卻大于第一階段的3.87 m，表明該時(shí)段的滲流明顯減小。14-15日淮河干流片再次出現(xiàn)區(qū)域暴雨，7個(gè)國家氣象觀測(cè)站日雨量≥50 mm，面雨量為50.4 mm，導(dǎo)致17日王家壩水位漲至27.12 m，接近27.5 m的警戒水位。因此7月中旬前期是王家壩水位明顯上升，接近警戒水位期。

第三階段：王家壩開閘泄洪期。

7月16-19日淮河上游連降暴雨、大暴雨，尤其是17-18日，淮河上游有10個(gè)國家氣象觀測(cè)站日雨量≥50 mm，其中6站日雨量≥100 mm；18日淮河干流片面雨量達(dá)86.4 mm，19日王家壩水位上升至28.64 m，超警戒水位1.14 m，流域11座水庫超汛限水位。20日08時(shí)00分和32分王家壩水位上升至29.56 m、29.75 m，最高時(shí)超保證水位0.45 m，王家壩開閘泄洪。21日08時(shí)王家壩水位29.51 m，較之前稍有回落，但仍超保證水位0.21 m。水位最高時(shí)較15日的26.37 m上漲了3.38 m。

3.2 汝河片面雨量對(duì)王家壩超警戒水位維持影響分析

3.2.1 汝河片面雨量對(duì)王家壩水位增幅的影響

淮河干流片出現(xiàn)暴雨后，一般1～3天開始對(duì)王家壩水位產(chǎn)生影響，但如果暴雨出現(xiàn)在淮河的源頭桐柏時(shí)，由于落差大，24 h內(nèi)即可導(dǎo)致王家壩水位猛漲；若淮河干流片降水不明顯，淮河上游的汝河片有強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，數(shù)天后王家壩水位會(huì)有小幅的上升。

1980-2020年出現(xiàn)了7次汝河片單日面雨量≥50 mm且淮河干流片單日面雨量<30 mm的情況，排除人為調(diào)控影響，王家壩水位最大增量為0.25～2.15 m，水位最大漲幅時(shí)間均滯后降水4～5天(表4)。以1985年5月12日為例，降水致汝河片面雨量達(dá)80.2 mm，淮河干流片面雨量為15.5 mm，12日王家壩水位24.7 m，17日上升至26.5 m，增幅為1.8 m。2020年6月17日淮河干流片面雨量為12.1 mm，汝河片面雨量為52.9 mm，之后淮河干流片無降水發(fā)生，4天后(21日)王家壩水位較17日上漲0.45 m。說明汝河片面雨量對(duì)王家壩水位的影響力遠(yuǎn)不如淮河干流片的影響力。

表4 1980-2020年汝河片單日面雨量≥50 mm且淮河干流片單日面雨量<30 mm的日期、面雨量值、當(dāng)日王家壩水位、最高水位及出現(xiàn)日期和水位最大增幅

3.2.2 汝河片面雨量對(duì)王家壩維持高水位運(yùn)行的影響

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),1980-2020年當(dāng)王家壩處于較高水位(高于24 m)時(shí)，若汝河片面雨量≥50 mm，則未來6天王家壩水位緩慢上升或基本維持(表5)。

表5 1980-2020年汝河片單日面雨量≥50 mm的日期、面雨量值和王家壩連續(xù)6日水位變化

2020年7月20日王家壩開閘泄洪，7月21-22日淮河上游出現(xiàn)近20年以來最強(qiáng)的區(qū)域大暴雨，暴雨中心位于沙潁河、汝河和渦河片。22日汝河片面雨量達(dá)73.6 mm，而淮河干流面雨量最大時(shí)為25.7 mm，淮河干流片和汝河片降水匯入王家壩上游，沙潁河和渦河片降水匯入王家壩下游，兩者共同作用致使7月22-28日王家壩水位始終保持28.87～27.97 m的超警戒水位(前期有泄洪、水位增幅未計(jì)算)，造成淮河干流片的梅山水庫長時(shí)間處于險(xiǎn)情中，洪澇災(zāi)害加重。

3.3 淮河上游面雨量預(yù)報(bào)與王家壩水位漲幅預(yù)估系統(tǒng)應(yīng)用

基于業(yè)務(wù)服務(wù)需求研發(fā)的“淮河上游面雨量預(yù)報(bào)及王家壩水位漲幅預(yù)估系統(tǒng)”，在2020年主汛期業(yè)務(wù)中試運(yùn)行。圖5是2020年6月15日-7月21日應(yīng)用該系統(tǒng)基于智能化網(wǎng)格預(yù)報(bào)面雨量對(duì)24-48 h內(nèi)王家壩水位最大漲幅的預(yù)估結(jié)果與實(shí)況水位對(duì)比。可以看出70%預(yù)估值比實(shí)況略偏大，55%預(yù)估誤差小于0.5 m，最大誤差約1.0 m，業(yè)務(wù)中具有較好的參考價(jià)值。

2020年7月15日預(yù)報(bào):17-18日淮河上游面雨量達(dá)50 mm以上，且累積面雨量將超過100 mm，預(yù)估20、21日王家壩水位較15日增幅4.6～5.4 m。16日下午依據(jù)該預(yù)報(bào)提出以下決策建議：未來10天淮河上游累積雨量大，特別是17-18日暴雨集中在淮河上游，20-21日王家壩超保證水位的風(fēng)險(xiǎn)極高。

7月15日20時(shí)、16日08時(shí)連續(xù)兩個(gè)時(shí)次預(yù)報(bào)17日08時(shí)-18日08時(shí)淮河干流片面雨量達(dá)到84.8 mm和75.0 mm(實(shí)況為86.4 mm)；汝河片面雨量實(shí)況均小于10.0 mm(預(yù)報(bào)略偏大)。根據(jù)面雨量預(yù)報(bào)估測(cè),7月19、20日王家壩水位漲幅分別為2.0 m和4.6 m(圖5)，19日08時(shí)和20日08時(shí)王家壩水位實(shí)際漲幅分別為2.27 m和3.19 m,預(yù)報(bào)與實(shí)況基本吻合。

圖5 2020年6月15日-7月21日王家壩水位預(yù)估結(jié)果與實(shí)況水位對(duì)比

4 王家壩超保證水位的暴雨預(yù)估指標(biāo)及大氣環(huán)流特征

普查1980年以來淮河上游暴雨次數(shù)偏多且降水時(shí)段較為集中的年份，發(fā)現(xiàn)2005、2007與2020年全省年暴雨總次數(shù)均超17次，其中淮河流域暴雨次數(shù)依次達(dá)到17、14和12次。2005年淮河流域暴雨集中出現(xiàn)在6月底到7月中旬、7月中旬前期和7月下旬到8月。而2007和2020年淮河上游降水集中期都在6月中下旬到7月中旬，故2007和2020年最為相似。

4.1 致王家壩超保證水位的暴雨預(yù)估指標(biāo)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1954-2020年67年中王家壩出現(xiàn)超保證水位(泄洪16次)有13年，平均5年一次。1980年以來，王家壩超保證水位6年，其中1982、1991年和2003年均泄洪2次，2007和2020年王家壩水位最高，分別達(dá)到29.48和29.56 m，超保證水位0.18和0.26 m(見表6)。通過分析1980年以來王家壩出現(xiàn)超保證水位時(shí)，淮河上游出現(xiàn)暴雨的集中時(shí)段和暴雨發(fā)生頻次等，總結(jié)提煉出王家壩超保證水位的暴雨預(yù)估指標(biāo)：(1)淮河干流片至少出現(xiàn)一次連續(xù)2天的區(qū)域大暴雨或2次連續(xù)2天的區(qū)域暴雨；(2)10天內(nèi)淮河上游出現(xiàn)6次以上區(qū)域性暴雨；(3)26～41天內(nèi)淮河上游出現(xiàn)9～11次區(qū)域性暴雨。

表6 1980-2020年王家壩泄洪年份、日期、水位、淮河上游暴雨集中時(shí)段和次數(shù)

4.2 歷史相似年份暴雨分析

如前所述，2007年和2020年互為最相似年。2007年7月1-20日淮河上游連續(xù)出現(xiàn)8次區(qū)域暴雨(表7)。其中，7月1日信陽中心城區(qū)降水達(dá)216 mm，相當(dāng)于全年總雨量的1/5，為該站有氣象記錄以來日雨量的次多值(最多值為2005年7月10日的276.2 mm)，7月10日王家壩開閘泄洪。13-14日淮河流域再次出現(xiàn)區(qū)域大暴雨過程，28個(gè)國家氣象觀測(cè)站日雨量達(dá)到暴雨，16站達(dá)大暴雨。受連續(xù)強(qiáng)降水影響，7月上中旬淮河上游發(fā)生了自1954年以來的最大洪水，遭受了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

2020年7月11-22日淮河上游出現(xiàn)了6個(gè)區(qū)域暴雨日(表7)，降水落區(qū)集中出現(xiàn)在淮河干流的信陽地區(qū)。信陽大部累計(jì)降水量超歷史同期1倍以上，為建站以來同期最多值，導(dǎo)致7月20日王家壩開閘泄洪。之后21-22日淮河流域再次出現(xiàn)區(qū)域大暴雨過程，49個(gè)國家氣象觀測(cè)站達(dá)暴雨，34站達(dá)大暴雨，進(jìn)一步加重了洪澇災(zāi)害。

表7 2007年和2020年淮河上游降水集中時(shí)段內(nèi)暴雨、大暴雨、連續(xù)性暴雨次數(shù)和王家壩開閘日期、開閘后大暴雨日期及超警戒水位維持時(shí)間

4.3 2007年和2020年淮河上游暴雨集中期的環(huán)流及環(huán)境特征

對(duì)2007年和2020年淮河上游降水集中期的環(huán)流形勢(shì)和水汽條件等進(jìn)行分析，擬尋找淮河流域致洪暴雨延伸期時(shí)段的預(yù)報(bào)特征。

2020年6月10日-7月22日，500 hPa高度距平場(chǎng)顯示(圖6a),我國東北到俄羅斯遠(yuǎn)東阻高建立、新疆穩(wěn)定低壓槽維持是河南轉(zhuǎn)入多雨的典型天氣模型。由烏拉爾山低壓分裂低槽并攜帶冷空氣不斷補(bǔ)充至新疆地區(qū)，新疆地區(qū)建立深厚的低槽區(qū)并長時(shí)間維持，不斷分裂的短波槽沿35°N以南的平直西風(fēng)環(huán)流東移，與副高邊緣的西西南氣流在江淮地區(qū)匯合，致使該時(shí)段內(nèi)降水集中、降水頻繁。同時(shí)該時(shí)段內(nèi)，對(duì)流層(1000-300 hPa)整層積分水汽輸送及輻合、輻散場(chǎng)表明(圖6b)：該時(shí)段內(nèi)沿云貴高原和副熱帶高壓北部為信號(hào)異常大的水汽輸送區(qū)；整層水汽通量散度距平場(chǎng)≤-4×10-5kg·s-1·m-2的強(qiáng)輻合區(qū)區(qū)域位于四川盆地到陜南、江淮中下游地區(qū)。因此，整層水汽輸送及水汽的輻合輻散場(chǎng)表明，6月10日-7月22日，江淮中下游水汽異常充沛并聚集，有利于降水強(qiáng)度的加大。

2007年6月10日-7月20日環(huán)流形勢(shì)(圖6c)與2020年同期的對(duì)比顯示：高緯地區(qū)一槽一脊分布完全相反，我國中高緯盛行西北氣流；低緯地區(qū)副熱帶高壓西伸位置基本接近常年同期，其5860 gpm線與2020年的5880 gpm線西伸位置接近，而印度半島到孟加拉灣一帶為一寬廣的低值區(qū),表明2007年南支系統(tǒng)較活躍，來自孟加拉灣的水汽條件也較充沛。明顯不同的是5860 gpm線的西部邊緣經(jīng)向度更大，表明副高邊緣偏南風(fēng)分量大，更有利于水汽向北輸送。由圖6(d)可知：我國西南地區(qū)到江淮地區(qū)為信號(hào)異常大的水汽輸送區(qū)，整層水汽通量散度距平≤-3×10-5kg·s-1·m-2的輻合區(qū)位于長江以北到華北南部，與2020年相比，水汽輸送位置更偏北、輻合強(qiáng)度偏弱。從2007年和2020年降水集中時(shí)段的累計(jì)降水量圖(圖7a、7b)中可以看出，2007年500 mm以上的降水范圍明顯大于2020年的降水范圍，但2020年700 mm以上的降水區(qū)范圍更大、更偏南。

圖6 2020年6月10日-7月22日和2007年6月10日-7月20日500 hPa高度平均和距平(a、c)及1000-300 hPa整層水汽通量積分及水汽通量散度距平(b、d)

圖7 2020年6月12日-7月22日(a)和2007年6月19日-7月20日(b)河南省降水量實(shí)況分布圖單位：mm

對(duì)比2007年和2020年淮河流域王家壩2次泄洪事件發(fā)生的環(huán)流形勢(shì)特征發(fā)現(xiàn)：一類是新疆深厚低壓槽建立，其不斷分裂短波槽沿平直的西風(fēng)帶環(huán)流東移，一次次與異常強(qiáng)大的副熱帶高壓邊緣的西南暖濕氣流交匯于江淮地區(qū)，產(chǎn)生強(qiáng)降水；另一類則是穩(wěn)定寬廣的南支槽前西南氣流與經(jīng)向度較大的副高共同作用，西南暖濕氣流輸送范圍更廣(北界至黃河)，故降水區(qū)范圍更大。上述兩種形勢(shì)有一個(gè)共同點(diǎn)，即副熱帶高壓脊線均到達(dá)25°N，是引導(dǎo)其邊緣水汽向北輸送至江淮地區(qū)的重要指示特征。

5 結(jié)論與討論

本文對(duì)2020年導(dǎo)致王家壩水位演變的淮河上游降水特征、分區(qū)面雨量特征、王家壩水位演變及歷史上淮河致洪相似年大尺度環(huán)境條件等進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

(1)暴雨頻發(fā)、降水落區(qū)重疊、降水中心強(qiáng)度大且降水具有連續(xù)性是導(dǎo)致2020年淮河洪水、王家壩開閘泄洪的重要原因。

(2)2020年汛期淮河上游暴雨致王家壩水位演變出現(xiàn)3個(gè)關(guān)鍵階段：旱澇急轉(zhuǎn)階段，王家壩水位緩慢升高再回落徘徊期；連續(xù)性暴雨階段，王家壩水位接近警戒水位期；大暴雨階段，王家壩開閘泄洪期。

(3)通過對(duì)1980年以來淮河流域致洪年份的降水特征、淮河上游分片面雨量與王家壩水位增幅的關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)淮河干流片面雨量對(duì)王家壩水位變化起決定作用，汝河片面雨量增大對(duì)王家壩水位增幅作用小，但對(duì)王家壩下游高水位維持作用明顯。

(4)科研成果 “淮河流域面雨量及王家壩水位漲幅預(yù)估系統(tǒng)”在2020年汛期的應(yīng)用中表現(xiàn)出預(yù)報(bào)誤差小、可較好地應(yīng)用于業(yè)務(wù)服務(wù)的特征，特別是基于智能網(wǎng)格降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品準(zhǔn)確預(yù)估出“17-18日淮河上游面雨量超過50 mm，王家壩水位漲幅可達(dá)4.6-5.4 m，出現(xiàn)超警戒和超保證水位風(fēng)險(xiǎn)極高”，為決策服務(wù)提供了有力的技術(shù)支撐。

(5)以淮河上游致洪暴雨集中期為相似確定2007和2020年互為最相似年份，歸納出王家壩出現(xiàn)超警戒水位時(shí)淮河干流片至少出現(xiàn)一次連續(xù)2天的區(qū)域大暴雨或2次連續(xù)2天的區(qū)域暴雨、集中時(shí)段內(nèi)區(qū)域暴雨頻次等暴雨預(yù)估指標(biāo)；總結(jié)了淮河致洪暴雨產(chǎn)生的兩類環(huán)流背景特征和環(huán)境條件，為進(jìn)一步提升淮河流域防汛抗洪提供科學(xué)依據(jù)。

隨著數(shù)值模式預(yù)報(bào)能力的提升，天氣預(yù)報(bào)客觀化、精細(xì)化程度及預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不斷提高。為更好地做好決策服務(wù)工作，在重點(diǎn)關(guān)注暴雨、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害天氣特征及形成機(jī)理等方面研究的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)災(zāi)害天氣影響和氣象服務(wù)能力方面的分析和研究。本文對(duì)2020年淮河上游降水集中時(shí)段暴雨與淮河流域王家壩水位變化預(yù)估、相關(guān)科研成果及預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)在2020年淮河梅汛期的應(yīng)用效果等方面進(jìn)行了嘗試性分析和預(yù)估，為今后進(jìn)一步做好氣象服務(wù)工作提供了有益參考。

致謝：感謝河南省氣候中心吳璐高工對(duì)本文提供的幫助。