柯怡明,孫學(xué)軍,孫元,吳翠紅,田剛,劉敏,郭廣芬
(長江流域氣象中心,武漢430074)
作為長江最大支流,漢江流經(jīng)陜西、湖北兩省,其流域涉及鄂、陜、豫、川、渝、甘6省市,全長1 577 km,全流域面積約15.9 萬km2;該流域地處我國中緯度腹心地帶,人口稠密,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),在全國總體發(fā)展戰(zhàn)略布局中具有顯著的區(qū)位和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。然而,漢江流域處于氣候變化脆弱地帶,影響其全年降水量的環(huán)流因子較多,其降水量年際變化較大、年內(nèi)分配不均,使得漢江成為長江各大支流中流量變化最大的河流,從而造成該流域旱澇災(zāi)害多發(fā)。同時,漢江又是一條雨洪河流,丹江口水庫上游的承雨面積近10萬km2,具有匯流快的突出特點(diǎn),從而決定了漢江洪水來得快、漲得快(孫又欣等,2011)。上述不利因素決定了對該流域開展降水氣候預(yù)測和保障氣象服務(wù)難度很大。
2021 年,華西秋雨較常年偏早,自8 月中下旬開始,漢江流域遭遇多輪強(qiáng)降雨,出現(xiàn)明顯秋汛,丹江口水庫發(fā)生7 次10 000 m3·s-1以上量級入庫洪水過程,3次洪水入庫洪峰均超20 000 m3·s-1,最大入庫洪峰達(dá)到24 900 m3·s-1,為2011 年以來最大,其重現(xiàn)期超過20 a 一遇。漢江中游的白河發(fā)生特大洪水,鴨河口水庫入庫洪峰超歷史極值,致使?jié)h江汛情嚴(yán)峻,其上下游和左右岸地區(qū)紛紛告急,給沿岸人民群眾生命財產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅。因此,及時對2021年漢江秋汛天氣氣候特點(diǎn)及氣象保障服務(wù)進(jìn)行復(fù)盤總結(jié)具有重要的現(xiàn)實意義。以往國內(nèi)氣象工作者曾對漢江秋汛期天氣和洪水過程有過研究,但主要集中在氣象水文特征、大氣環(huán)流特征、氣候特征、洪水特性等方面(劉明寬等,1997;崔講學(xué)等,2007;蔡新玲等,2013;肖鶯等,2013;李玉榮等,2017;邢雯慧等,2019),而對如何做好秋汛期氣象保障服務(wù)工作則缺乏總結(jié)性探討。本文通過對2021 年漢江異常秋汛水雨情特征的總結(jié)及氣象保障服務(wù)過程的回顧,指出漢江秋汛期氣象保障服務(wù)工作中存在的若干問題,并著重對其相關(guān)風(fēng)險管理機(jī)制進(jìn)行了探討,期望能為今后不斷提高漢江秋汛氣象保障服務(wù)質(zhì)量和效率提供科學(xué)依據(jù)。
2021 年漢江秋汛期始于8 月21 日,到10 月16 日結(jié)束,具有如下雨情特征。
(1)秋汛早,持續(xù)時間長。始于8 月21 日的秋汛,較常年偏早19 d,持續(xù)近60 d。此期間共出現(xiàn)4 個集中降水期(即8 月21 日—9 月6 日、9 月15—19 日、9 月22—28日、10月3—6日)和9次較強(qiáng)降雨過程。其中,8月21日—9月6日降雨持續(xù)時間最長,期間出現(xiàn)5次較強(qiáng)降雨過程,有9 d日面雨量大于10 mm。
(2)雨量大,突破歷史記錄。從2021 年8 月20 日—10 月16 日秋汛期漢江流域累計降水量及其距平百分率分布圖上可見(圖1),該流域平均降雨量達(dá)421.7 mm,較常年同期偏多1.3倍,排位居歷史同期第1。其中,上游(安康至丹江口區(qū)間)、中游(丹江口至皇莊區(qū)間)秋汛期總雨量分別為達(dá)593.3 mm和286.1 mm,分別較常年同期偏多1.7倍和8成,上游秋汛期總雨量位居歷史同期第1。當(dāng)年該流域秋汛期共出現(xiàn)暴雨120站次、大暴雨15站次,其中,勉縣、鎮(zhèn)安、城固國家氣象觀測站日降水量均突破該站有水文氣象記錄以來日雨量極值。
圖1 2021年8月20日—10月16日秋汛期漢江流域累計降水量(a,單位:mm)及其距平百分率(b,單位:%)分布Fig.1 Spatial distributions of(a)accumulated precipitation(unit:mm)and(b)its anomaly(unit:%)in the Hanjiang River Basin from 20 August to 16 October in 2021
(3) 雨區(qū)重疊,致洪風(fēng)險大。2021 年漢江秋汛期發(fā)生的9次降雨過程中,有7次過程出現(xiàn)在漢江上游,其中就包括9 月3—5 日、17—19 日、23—27 日的強(qiáng)降雨過程,其累計面雨量分別達(dá)到76.3 mm、87.5 mm 和104.8 mm,降水集中匯入丹江口水庫,快速形成洪峰,造成較高致洪風(fēng)險。
另外,從2021 年漢江秋汛期的汛情與災(zāi)情看,其特征也較為明顯:(1)上游來水量大。因其上游來水量大,造成丹江口水庫秋汛期累計來水量約340×108m3,較常年同期偏多約4倍,突破1969年丹江口建庫以來秋汛期累計來水量歷史極值,入庫流量超10 000 m3·s-1的過程多達(dá)7次(圖2),9月29日03時(北京時,下同)丹江口水庫出現(xiàn)自2011年大壩加高以來最大入庫流量,達(dá)24 900 m3·s-1,自10月10日開始維持建庫以來最高運(yùn)行水位,持續(xù)約20 天。(2)中下游汛情嚴(yán)峻。由于漢江全流域出現(xiàn)較大降水,加上上游來水較多,致使其中下游汛情嚴(yán)峻。特別是漢江中游支流唐白河發(fā)生了較大漲水過程,南陽鴨河口水庫出現(xiàn)了超歷史特大洪水,9月25日入庫洪峰流量達(dá)到18 200 m3·s-1,最高庫水位達(dá)到179.91 m,超出設(shè)計洪水位0.07 m。此外,8月31日—9月13日、9月26日—10月5日漢江中下游干流還發(fā)生了2 次超警洪水過程,超警最大幅度在0.29~1.56 m。
圖2 2021年8月1日—10月18日丹江口水庫入庫、出庫流量(單位:m3·s-1)時間變化圖(來源漢江集團(tuán)水庫調(diào)度中心)Fig.2 Temporal variations of inbound and outbound flow(unit:m3·s-1)at the Danjiangkou Reservoir from 1 August to 18 October in 2021(adapted from the Reservoir control center of Hanjiang group)
針對2021年漢江秋汛期天氣,長江流域氣象中心在不同時段,根據(jù)防汛形勢和服務(wù)需求,開展了多種形式的氣象保障服務(wù)(圖3)。在服務(wù)過程中,通過采取如下措施來妥善處理氣象服務(wù)過程與水雨情變化的關(guān)系。
圖3 2021年8月1日—10月18日漢江流域面雨量(單位:mm)時間變化及主要服務(wù)過程Fig.3 Temporal variations of areal precipitation(unit:mm)over the Hanjiang River Basin and the major meteorological support service processes from 1 August to 18 October in 2021
(1)盡早研判,引導(dǎo)流域防汛提前部署。8月中旬組織召開了秋汛氣候趨勢聯(lián)合會商,發(fā)布《漢江流域和湖北省秋汛期氣候趨勢預(yù)測》,提出漢江流域可能發(fā)生較為嚴(yán)重的秋汛。為應(yīng)對2021 年秋汛期可能出現(xiàn)的重大災(zāi)害性天氣過程及其對國民經(jīng)濟(jì)和相關(guān)行業(yè)造成的影響,長江流域氣象中心將面向各級黨委政府和重要企事業(yè)單位的決策氣象服務(wù)作為氣象保障服務(wù)的重中之重。8 月20 日—9 月30 日期間,面向湖北省委、省政府、長江水利委員會(以下簡稱長江委)、三峽集團(tuán)以及流域各省市氣象局,密集發(fā)布《長江流域重要?dú)庀髨蟾妗?期,提前準(zhǔn)確預(yù)報出每次降雨過程的量級與落區(qū)。湖北省政府領(lǐng)導(dǎo)均做出批示和指示,并專題召開漢江防汛部署工作會議,有力地支撐了各級政府部門提前應(yīng)對和及時防范。9月8日向漢江集團(tuán)提供《漢江流域1983 年和2021 年秋季氣候背景對比分析》報告,指出2021年10月上中旬出現(xiàn)類似1983年的極端降水可能性不大,為丹江口水庫安全渡秋汛、首次成功蓄水到170 m提供了科學(xué)依據(jù)。
(2)準(zhǔn)確預(yù)報,促進(jìn)防災(zāi)避災(zāi)有效應(yīng)對。8月21日漢江秋汛開始,8月22日漢江流域出現(xiàn)入汛后的第一個面雨量超過35 mm的峰值,長江流域氣象中心啟動長江防汛應(yīng)急響應(yīng),并一直維持到10月9日。其間長江流域氣象中心通過制作加密長江流域應(yīng)急專題氣象服務(wù)材料,加強(qiáng)對長江委、三峽集團(tuán)、漢江集團(tuán)等部門和單位的跟蹤服務(wù),滾動發(fā)布《長江流域天氣公報》《長江防汛抗旱應(yīng)急專題氣象服務(wù)》等服務(wù)材料189期。特別是在漢江上游安康段、中游唐白河支流突發(fā)超歷史洪水期間,該中心及時為長江委水文局提供了準(zhǔn)確的中小流域面雨量短時臨近預(yù)報。根據(jù)天氣形勢變化,長江流域氣象中心針對強(qiáng)降雨過程,先后組織10 次遠(yuǎn)程視頻會商,分別與三峽集團(tuán)、漢江集團(tuán)以及四川等省(市)氣象部門共同分析研判流域天氣趨勢,并保持每日與長江委、漢江集團(tuán)、三峽集團(tuán)梯調(diào)中心電話會商,特別是指導(dǎo)十堰市氣象局開展鄂坪水庫險情處置氣象保障服務(wù),圓滿完成保障任務(wù)。
(3)上下聯(lián)動,確保氣象服務(wù)及時高效。8月28日漢江流域出現(xiàn)入汛后的第二個面雨量超過35 mm 的峰值,8月29日丹江口水庫入庫流量23 400 m3·s-1,在2021 年漢江防汛最吃緊的關(guān)鍵時刻,9 月2 日下午中國氣象局副局長余勇與湖北省副省長柯俊及時視頻連線,同中央氣象臺及相關(guān)省市氣象臺共商漢江流域雨情水情,指導(dǎo)漢江防汛。國家氣象中心、國家氣候中心針對秋汛期每次強(qiáng)降水過程及漢江秋汛趨勢給予及時、有效指導(dǎo),長江流域氣象中心每天將流域預(yù)報產(chǎn)品發(fā)送到相關(guān)各省氣象臺站,為確保氣象服務(wù)及時高效提供了強(qiáng)大技術(shù)合力與支撐。鄂坪水庫發(fā)生險情后,長江流域氣象中心加強(qiáng)對下業(yè)務(wù)技術(shù)指導(dǎo),選派業(yè)務(wù)骨干赴水利廳及相關(guān)市州氣象局進(jìn)行氣象預(yù)報指導(dǎo)和現(xiàn)場服務(wù)。
(4)科技支撐,助力防洪科學(xué)調(diào)度。2021年漢江秋汛氣象保障服務(wù)中,有關(guān)氣象科學(xué)研究成果發(fā)揮了重要作用。如,以水文氣象科研成果為支撐,提前預(yù)判長江上游和漢江上游洪水疊加風(fēng)險,將其及時向長江委、三峽集團(tuán)以及湖北省防汛抗旱指揮部通報,為長江上游和漢江上游攔洪削峰錯峰水利調(diào)度提供了重要決策依據(jù),有效降低了漢江中下游干流河道水位1.5~3.5 m,縮短漢江中下游超警天數(shù)8~14 d,避免了丹江口以下河段超保證水位和杜家臺蓄滯洪區(qū)分洪運(yùn)用。
(5) 統(tǒng)籌謀劃,兼顧防洪與水資源利用。2021 年漢江秋汛期氣象保障服務(wù),重點(diǎn)關(guān)注的是漢江流域降雨過程預(yù)報,同時著眼于丹江口水庫汛后的蓄水需求,做好延伸期重要天氣過程與氣候趨勢預(yù)測,為長江委實施水庫調(diào)度提供全方位氣象服務(wù),以此確保丹江口水庫汛后水位蓄至170 m,從而實現(xiàn)漢江秋汛防御與汛后蓄水兩不誤,為保障南水北調(diào)中線工程和漢江中下游供水提供科學(xué)依據(jù)。
在2021年漢江秋汛氣象保障服務(wù)工作中,長江流域氣象中心按照國家和省防汛指揮部門的決策需求和搶險救援現(xiàn)場處置工作的需要,及時提供保障服務(wù),成效顯著;但與國家和省防汛指揮部門以及社會公眾對氣象保障服務(wù)的要求相比,仍然存在一些有待改進(jìn)或完善的問題,主要包括:
(1)部門聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制有待完善。目前,氣象部門與相關(guān)部門水、雨情信息共享較為有限,氣象部門獲取水文信息主要通過互聯(lián)網(wǎng)等公開渠道抓取,因數(shù)據(jù)量有限,從而一定程度上影響到了漢江秋汛氣象保障服務(wù)的質(zhì)量或效率。從2021 年漢江秋汛氣象保障服務(wù)工作實踐看到,氣象和水文部門在資源共享、服務(wù)聯(lián)動等方面,相關(guān)工作機(jī)制尚不完善,兩部門技術(shù)合作深度和層級還不能滿足政府部門和有關(guān)行業(yè)對氣象保障服務(wù)的需求,進(jìn)一步厘清氣象、水文部門的服務(wù)責(zé)任邊界刻不容緩。
(2)監(jiān)測共享水平有待提升。一方面,氣象監(jiān)測站點(diǎn)一般按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)域設(shè)置,并未按照漢江流域氣象服務(wù)需求在江河沿岸布設(shè),因此造成氣象監(jiān)測站點(diǎn)難以滿足精細(xì)化面雨量預(yù)報需求;另一方面,氣象部門對水文氣象資料的共享程度還不能完全滿足不斷發(fā)展的氣象預(yù)報業(yè)務(wù)服務(wù)的需求,尤其是跨省管理的流域,亟需實現(xiàn)水文、氣象信息跨省共享,如氣象部門缺乏跨省流域邊界、水庫匯水區(qū)邊界等信息,必然會影響面雨量預(yù)報的準(zhǔn)確率。
(3) 降水關(guān)鍵預(yù)測預(yù)報技術(shù)研發(fā)有待加強(qiáng)。從2021年漢江秋汛氣象保障服務(wù)工作明顯看到,因受制于降水關(guān)鍵預(yù)測預(yù)報技術(shù)不足,保障服務(wù)難以達(dá)到最好的效果。尤其是漢江上游處于東亞季風(fēng)邊緣區(qū),東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)對該地區(qū)降水影響較大,其同時又受中高緯度西風(fēng)帶環(huán)流影響,降水形成的機(jī)理非常復(fù)雜,為了給漢江秋汛氣象保障服務(wù)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐,迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)漢江流域降水異常的預(yù)測預(yù)報機(jī)理以及流域精細(xì)化格點(diǎn)、面雨量預(yù)測預(yù)報技術(shù)研究。
(4)氣象風(fēng)險預(yù)警支撐技術(shù)尚待加強(qiáng)。在2021年漢江秋汛氣象保障服務(wù)工作中,由于氣象風(fēng)險預(yù)警支撐技術(shù)不夠先進(jìn),進(jìn)而影響到秋汛氣象保障服務(wù)效果。其主要原因在于氣象與水文信息的融合度不高,面向防洪調(diào)度的產(chǎn)品供給不足,造成對雨洪產(chǎn)生機(jī)制、致災(zāi)臨界雨量計算、風(fēng)險等級評估等工作跟不上,難以提供更加直觀可靠的水文調(diào)度氣象輔助決策產(chǎn)品。
(5)漢江流域預(yù)報服務(wù)平臺支撐能力有限。迄今,漢江流域各省氣象部門還未建成全流域信息共享預(yù)報服務(wù)業(yè)務(wù)平臺,不僅各省各地服務(wù)產(chǎn)品規(guī)范不一,且缺乏有效的防洪決策支持系統(tǒng)或洪水預(yù)報系統(tǒng),使得對秋汛氣象保障服務(wù)(特別是對各省中小流域、水庫個性化服務(wù))的支撐能力跟不上。
針對2021 年漢江秋汛氣象保障服務(wù)工作中存在的若干問題,結(jié)合多種服務(wù)類型和采取了主要服務(wù)措施,提出今后不斷提高漢江秋汛氣象保障服務(wù)質(zhì)量和效率的風(fēng)險管理機(jī)制。
(1)建立健全漢江流域防汛減災(zāi)聯(lián)防機(jī)制。漢江流域防汛減災(zāi)聯(lián)防機(jī)制是做好漢江秋汛氣象保障服務(wù)的重要保證。但當(dāng)前該機(jī)制尚不健全,需要進(jìn)一步完善。為此,一方面,要在氣象-水文數(shù)據(jù)共享共用、水旱災(zāi)害聯(lián)防聯(lián)動等方面,進(jìn)一步深化與漢江流域防汛、水利、水文部門的合作,實現(xiàn)降水預(yù)報、洪水預(yù)報、防汛調(diào)度緊密銜接,構(gòu)建災(zāi)前風(fēng)險預(yù)估、災(zāi)中精細(xì)服務(wù)、災(zāi)后風(fēng)險評估的氣象服務(wù)全鏈條運(yùn)作。此外,通過完善漢江流域氣象部門聯(lián)合會商和區(qū)域聯(lián)防聯(lián)動機(jī)制,建立流域內(nèi)上下游、左右岸內(nèi)部“叫應(yīng)”服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和工作流程,提升跨行政區(qū)域災(zāi)害聯(lián)防效率。構(gòu)建集約高效的漢江流域綜合業(yè)務(wù)共享平臺,實時共享流域內(nèi)多源氣象觀測資料,河流水庫水文信息,流域面雨量實況和預(yù)報,延伸期預(yù)報,關(guān)鍵期/季、月預(yù)測等數(shù)據(jù),實現(xiàn)流域各省氣象重點(diǎn)服務(wù)產(chǎn)品的匯集與共享,加強(qiáng)基于水文氣象耦合、中小河流域動態(tài)臨界面雨量閾值的氣象風(fēng)險預(yù)警等核心技術(shù)的共享應(yīng)用。組建流域級水文氣象創(chuàng)新團(tuán)隊,聚焦流域氣象服務(wù)一體化,聯(lián)合開展流域氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及項目申報。開展局企科研項目合作申報與實施,加強(qiáng)漢江流域降水異常機(jī)理研究,加大氣象氣候模式產(chǎn)品本地化應(yīng)用與檢驗,推進(jìn)關(guān)鍵預(yù)測預(yù)報技術(shù)研發(fā)。建立有效的人才培養(yǎng)與交流機(jī)制,流域內(nèi)各單位互派水文氣象人員開展業(yè)務(wù)學(xué)術(shù)交流、學(xué)習(xí)培訓(xùn)等。
(2)提升漢江流域降水和洪水監(jiān)測預(yù)報能力。漢江秋汛氣象保障服務(wù)質(zhì)量的提升,在很大程度上依賴于漢江流域降水和洪水監(jiān)測預(yù)報能力的提升。特別是當(dāng)前漢江流域短期洪水預(yù)報雖然較為準(zhǔn)確,可為水庫調(diào)度及流域防洪調(diào)度提供重要的決策支撐信息,但其中長期預(yù)報仍存在較大誤差,短期入庫洪峰流量及現(xiàn)峰時間預(yù)報也難以滿足精細(xì)化調(diào)度的需求(尚全民等,2018)。因此,提升其降水和洪水監(jiān)測預(yù)報能力的重點(diǎn)包括:研發(fā)基于多源觀測資料的分鐘級格點(diǎn)降水融合產(chǎn)品,開展基于高分遙感數(shù)據(jù)的水體面積監(jiān)測、流域洪澇、水環(huán)境等遙感監(jiān)測資料共享;開展流域降水形成機(jī)理及天氣形勢研究;研發(fā)無縫隙流域降水預(yù)報關(guān)鍵技術(shù);開展流域智能網(wǎng)格訂正技術(shù)及降水檢驗分析;開展氣候預(yù)測客觀化方法研究;開展流域及支流分級洪水風(fēng)險預(yù)報及評估研究。
(3) 提升漢江流域水旱災(zāi)害防御氣象服務(wù)能力。漢江秋汛氣象保障服務(wù)不僅要聚集在強(qiáng)降水和洪水的預(yù)報服務(wù)上,還要向水旱災(zāi)害防御氣象服務(wù)聚焦。這方面所要做的工作主要包括兩個方面:一是提高氣象預(yù)報在水文調(diào)度中的應(yīng)用時效,加強(qiáng)水文-氣象預(yù)報相互結(jié)合印證,不斷提高預(yù)報的精細(xì)化水平,實現(xiàn)降水預(yù)報與水文預(yù)報在預(yù)報區(qū)域、預(yù)報時效上的匹配,從而便于制作中小流域致洪降水預(yù)報,為流域各大水庫開展精細(xì)化綜合調(diào)度與分析提供技術(shù)支撐;二是開展氣象預(yù)報在水文預(yù)報中的可用性分析,盡量提高氣象預(yù)報在水庫調(diào)度中的可用時效和實用精度,為水庫提前調(diào)度實現(xiàn)雨洪資源充分利用提供技術(shù)支撐。
(4)提升漢江流域氣象風(fēng)險管理能力。做好漢江秋汛氣象保障服務(wù),離不開漢江流域氣象風(fēng)險管理能力的提升。為此,要以第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查為契機(jī),獲取流域孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體數(shù)據(jù),研究確定中小河流洪水、山洪等致災(zāi)閾值,編制漢江流域洪澇風(fēng)險區(qū)劃圖,以便于各級防汛指揮部門指揮調(diào)度。
本文基于對當(dāng)年漢江異常秋汛水雨情特征的總結(jié)及其氣象保障服務(wù)過程的回顧,指出當(dāng)年漢江秋汛氣象保障服務(wù)工作中存在的若干問題,探討了其中的若干風(fēng)險管理機(jī)制,期望能為今后不斷提高漢江秋汛氣象保障服務(wù)質(zhì)量和效率提供科學(xué)依據(jù)。值此國務(wù)院新近印發(fā)《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要(2022—2035年)》并要求加快推進(jìn)氣象現(xiàn)代化建設(shè),努力構(gòu)建科技領(lǐng)先、監(jiān)測精密、預(yù)報精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)、人民滿意的現(xiàn)代氣象體系之際,及時總結(jié)2021年漢江秋汛期氣象保障服務(wù)工作經(jīng)驗并著眼存在問題進(jìn)行風(fēng)險管理機(jī)制探討具有重要意義:一方面,通過總結(jié),可以進(jìn)一步了解漢江秋汛期天氣發(fā)生發(fā)展演變規(guī)律,認(rèn)識致洪天氣形成的物理本質(zhì)和原因(趙玉春和王仁喬,2008);另一方面,可從總結(jié)中提煉出強(qiáng)降水短期預(yù)報、延伸期預(yù)報以及流域面雨量預(yù)報的思路和著眼點(diǎn),為更好地做好該流域秋汛期強(qiáng)降水和大洪水風(fēng)險管控提供技術(shù)支撐;同時,還可加深預(yù)報員對漢江秋汛期各種天氣的理解,促使其業(yè)務(wù)素質(zhì)和服務(wù)技能不斷提升。這也正是本文的目的所在。