大興安嶺兩次夏季特大洪水背景初探

趙玉潔,徐艷華,許 磊,李 瑤,栗艷杰,王 英,左宇明

（大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江 加格達(dá)奇 165000）

1 引言

隨著全球氣候變暖，大興安嶺地區(qū)極端災(zāi)害性天氣頻發(fā)， 如暴雨洪澇等， 1998 年和2021 年夏季大興安嶺地區(qū)經(jīng)歷了自1966 年開(kāi)發(fā)建設(shè)以來(lái)的兩年夏季特大洪水。 1998 年和2021 年均為全區(qū)性大洪水，洪峰流量高，洪水來(lái)的早、歷時(shí)長(zhǎng)、范圍廣，歷史上罕見(jiàn)。

異常的氣候特點(diǎn)是雨季來(lái)的早， 均在5 月19 日前后開(kāi)始； 連續(xù)性降水時(shí)間長(zhǎng)，1998 年6 月4-27 日連續(xù)降水日數(shù)多達(dá)24 d,2021 年5 月19 日-6 月3 日多達(dá)17 d，均比較少有，兩年中5-6 月累計(jì)降水量特多，1998 年和2021 年多數(shù)臺(tái)站分別高出歷年值58.8%-140%、81.9%-270%， 降水峰值月多數(shù)臺(tái)站由原來(lái)的7 月提前到6 月，1998 年首次洪峰在6 月12 日，2021 年在6 月18 日。7 月各站降水量1998 年和2021 年多數(shù)臺(tái)站偏多或特多， 多條河流反復(fù)出現(xiàn)大洪水， 洪峰流量高，2021年多數(shù)河流洪水均位于歷史第一位或第二位，1998 年多數(shù)河流洪水均位于歷史第二位或第三位。 洪水歷時(shí)長(zhǎng)，1998 年前后大小河流洪水累計(jì)2 個(gè)月有余， 最后一次洪水時(shí)間為8 月19 日，2021 年洪水累計(jì)近1 個(gè)半月，最后一次洪水時(shí)間為7 月29 日。 受災(zāi)損失嚴(yán)重，為了今后能夠更科學(xué)精準(zhǔn)做好洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)服務(wù)，充分發(fā)揮防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用。 本文從氣象、水文、外強(qiáng)迫信號(hào)、太陽(yáng)黑子等諸多方面進(jìn)行背景對(duì)比分析。

2 資料的來(lái)源與研究方法

降水、氣溫、積雪深度、凍土深度等常規(guī)資料來(lái)自大興安嶺地區(qū)六個(gè)國(guó)家氣象站，太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)來(lái)自黑龍江省氣候中心， 海溫資料來(lái)自國(guó)家局氣候中心網(wǎng)站，水文資料來(lái)源于大興安嶺地區(qū)水務(wù)局， 時(shí)間段取1974-2021 年。 方法采用對(duì)比分析，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析。

3 背景對(duì)比分析

3.1 前期氣候背景對(duì)比

3.1.1 秋季9-10 月降水

1997 年和2020 年兩年秋季9-10 月降水特多，降水量分別為35.9 mm、38.4 mm，較歷年同期均值分別增加53%和64%，且雨封地，地表含水量大，兩年11 月8日的土壤測(cè)熵 （1997 年：10 cm，81%；20 cm，88%；30 cm，86%；40 cm，91%；50 cm，91%，60 cm，90%;70 cm，91%;80 cm,91%；90 cm，86%；100 cm，100%； 2020 年：10 cm，96%；20 cm，87%；30 cm，88%；40 cm，94%；50 cm，98%，60 cm，98%;70 cm，101%；80 cm,101%；90 cm，101%；100 cm，98% ）充分證明了這一點(diǎn)。

3.1.2 冬季氣溫及凍土

大興安嶺地區(qū)小氣候（凍土層存在時(shí)間長(zhǎng)）影響及1997 年和2020 年冬季多數(shù)地區(qū)經(jīng)歷了持續(xù)極寒天氣，冬季氣溫低（表1），尤其是1 月氣溫特低，1998 年全區(qū)月平均氣溫-29.5 ℃，較歷年偏低了4.1 ℃，2021 年全區(qū)月平均氣溫-29.8 ℃，較歷年偏低-4.5 ℃，保證了凍土層的深度（表2）。

表1 1997 年和2020 年大興安嶺地區(qū)冬季氣溫及距平（℃）

表2 1998 年和2021 年大興安嶺地區(qū)各站凍土深度（cm）

3.1.3 10 月-翌年2 月降水量及冬季積雪深度

10 月-翌年2 月降水量，1997 年和2020 年多數(shù)臺(tái)站均較常年同期略多或偏多； 積雪深度1997 年各站均深，2020 年北部地區(qū)積雪深度深（表3-4）。

表3 大興安嶺地區(qū)10 月-翌年2 月 降水量及距平（mm）

表4 大興安嶺地區(qū)2020 年和1997 年最大積雪深度（cm）

3.1.4 春季回暖

統(tǒng)計(jì)表明：2021 年春季回暖早，4 月21 日全區(qū)最高氣溫突破零上20.0 ℃，快速且劇烈的強(qiáng)升溫，導(dǎo)致深厚的積雪快速融化，而此時(shí)地表融化層淺薄，融化的雪水無(wú)法下滲，形成地表徑流；1998 年亦是如此，4 月上旬有強(qiáng)升溫，全區(qū)最高氣溫均達(dá)到15.0 ℃以上（表5）。

表5 大興安嶺地區(qū)春季強(qiáng)升溫（℃）

3.1.5 5 月降水量

春季5 月降水量1998 年和2021 年多數(shù)臺(tái)站均偏多，尤其是2021 年偏多明顯（表6）。

表6 大興安嶺地區(qū)2021 年和1998 年5 月降水量及距平（mm）

3.2 夏季大氣環(huán)流對(duì)比

1998 年夏季大氣環(huán)流異常， 鄂霍次克海高壓偏強(qiáng)且穩(wěn)定少動(dòng)，形成阻塞形勢(shì)，副熱帶高壓偏北，將副熱帶氣流源源不斷向北輸送，保證了強(qiáng)降水天氣的充沛水汽供應(yīng)。

2021 年夏季， 副熱帶高壓異常偏北，7 月13 日20時(shí)副熱帶高壓588 線呈拇指狀北伸至黑龍江撫遠(yuǎn)一帶，14 日20 時(shí)588 線北伸到50°N， 以后逐漸北抬，7 月20日北跳到52°N，直接影響大興安嶺地區(qū)，將海上充沛水汽源源不斷輸送到大興安嶺上空。

2021 年春季到夏季多個(gè)冷渦的影響帶來(lái)較強(qiáng)降水，最為典型的是6 月15-17 日大興安嶺全境區(qū)域暴雨，加之前期的降水疊加， 導(dǎo)致截止到6 月16 日大興安嶺全區(qū)降水異常偏多（圖1），7 月副熱帶高壓異常北跳， 帶來(lái)7 月13-14 日和7 月31 日-8 月1 日的大到暴雨， 導(dǎo)致多數(shù)臺(tái)站7 月降水量偏多或特多，洪水連續(xù)不斷發(fā)生。

圖1 2021 年4 月1 日20 時(shí)-6 月16 日20 時(shí)降水距平百分率（%）

3.3 上游來(lái)水的影響

第一，1998 年和2021 年甘河上游阿里河3-6 月累計(jì)降水量均較常年同期偏多139.1 mm， 合成距平百分率偏多85% ， 導(dǎo)致大興安嶺地區(qū)南部客站來(lái)水量大，加重了甘河等河流的汛情， 同樣也加重了嫩江的洪災(zāi)（表7）。

表7 阿里河2021 年3-6 月 降水量及距平（mm）

第二，從氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的6 月26 日及6 月13 日水體演變圖中可見(jiàn)(圖2)，黑龍江大興安嶺江段的水體顯著增大，主要受黑龍江上游對(duì)岸結(jié)雅河（出現(xiàn)超警戒水位）來(lái)水影響，加重了黑龍江大興安嶺江段汛情。

圖2 2021 年6 月26 日與2021 年6 月13 日水體面積對(duì)比專(zhuān)題圖（部分）

3.4 太陽(yáng)黑子活動(dòng)的影響

1998 和2021 年均處在太陽(yáng)黑子谷值年第二年的上升期， 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，1974-2021 年48 a 中共經(jīng)歷了5 個(gè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)谷值年后的第二年上升期，這5 a 分別為1978 年、1988 年，1998 年、2010 年、2021 年， 對(duì)應(yīng)大興安嶺地區(qū)夏季降水量分別是305.9 mm、311.9 mm、385.8 mm、360.3 mm、456.4 mm，多數(shù)年份（80%）降水量高于歷史平均值，不難看出1998 年和2021 年在太陽(yáng)黑子影響上是一致的， 其中1998 年多21.6%，2021 年多43.8%，偏多更為明顯，可能是大興安嶺夏季降水與太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)在到達(dá)谷值后的上升期有關(guān)，因此需要特別關(guān)注它對(duì)應(yīng)的第二年夏季降水，尤其是夏季降水處在豐水期時(shí)(圖3)。

圖3 1974-2021 年夏季降水量與太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)

3.5 外強(qiáng)迫信號(hào)-中等強(qiáng)度拉尼娜的影響

1998 年和2021 年都是中等強(qiáng)度拉尼娜年，1974-2021 年間發(fā)生中等強(qiáng)度的拉尼娜年有1975 年（4 月）、1998 年（07 月）-2000 年（6 月）、2007 年（8 月）、2010 年（6 月），2020 年（8 月）-2021 年（03 月）。 由于中等強(qiáng)度的拉尼娜發(fā)生在夏末8 月，對(duì)夏季影響只一個(gè)月，這里忽略 （2007 年）， 因此對(duì)夏季降水產(chǎn)生影響的是1975年、1998 年、2010 年和2021 年，這4 a 對(duì)應(yīng)的夏季降水分別是314.5 mm、 385.8 mm、 360.3 mm 、 456.4 mm，與常年同期值（317.3 mm）相比，多數(shù)是偏多的，可見(jiàn)中等強(qiáng)度拉尼娜發(fā)生在7 月之前，對(duì)應(yīng)當(dāng)年大興安嶺夏季降水是值得關(guān)注的。

另外， 從夏季降水自身演變情況來(lái)看，1998 年和2021 年大興安嶺地區(qū)均處在豐水期內(nèi)（圖4）。

圖4 1974-2021 年夏季降水量變化圖

綜合上述分析：1998 年和2021 年兩年的洪水背景幾乎一致，氣候背景上，1997 年和2020 年9-10 月累計(jì)降水量多，雨封地，冬季氣溫偏低，凍土層深厚，降雪量多，積雪深度深，春季回暖早，有達(dá)到15 ℃以上快速升溫，夏季大氣環(huán)流背景上，副熱帶高壓偏北，鄂霍次克海高壓偏強(qiáng)且穩(wěn)定少動(dòng)，形成阻塞形勢(shì)?？驼緛?lái)水多；均處在太陽(yáng)黑子谷值年第二年的上升期；外強(qiáng)迫信號(hào)均受中等強(qiáng)度的拉尼娜影響。 所不同的是1998 年副熱帶高壓588 線在50°N 以南，而2021 年北跳到了52°N。

4 小結(jié)

通過(guò)以上背景對(duì)比分析，1998 年和2021 年特大洪水是以下多個(gè)背景因素綜合作用的結(jié)果:

（1）前一年秋季9-10 月降水多，且雨封地，地表含水量大；冬季出現(xiàn)降雪多，且持續(xù)極寒天氣，凍土層較常年深厚，春季回暖早，快速升溫使積雪融化無(wú)法下滲；當(dāng)年5 月持續(xù)連陰雨，降水量特多，積雪融化與降水共同產(chǎn)生地表徑流，匯入江河；

（2）夏季大氣環(huán)流異常，鄂霍次克海高壓偏強(qiáng)，且穩(wěn)定少動(dòng)，東北冷渦活躍，受東阻影響在大興安嶺地區(qū)附近移動(dòng)緩慢，配合偏北的副熱帶高壓外圍充沛的水汽源源不斷輸送到大興安嶺，造成大興安嶺地區(qū)夏季降水量特多。

（3）甘河上游、結(jié)雅河春季到初夏降水量多，導(dǎo)致大興安嶺地區(qū)客站水量大，加重了甘河及黑龍江的汛情；

（4）太陽(yáng)黑子活動(dòng)與拉尼娜影響可能也是造成大興安嶺夏季降水是偏多的原因。