邱 輝，熊 瑩，邢 雯 慧，王 樂

(長江水利委員會 水文局，湖北 武漢 430010)

2020年主汛期(6～8月)，長江流域發(fā)生流域性暴雨洪水過程。其中，6～7月，強(qiáng)降水主要集中在長江中下游，長江中下游累積面雨量達(dá)615 mm，較多年同期均值偏多6成，自1961年以來排名第1位，特別是中下游干流地區(qū)降水較同期均值偏多1倍以上；8月，暴雨區(qū)移至長江上游，嘉岷流域月面雨量達(dá)290 mm左右，較多年同期均值偏多近1倍，特別是支流涪江和沱江月面雨量分別達(dá)529和477 mm，1961年以來均排名同期第1位。

受強(qiáng)降水影響，7～8月，長江干流發(fā)生5次編號洪水。7月，長江中下游蓮花塘至大通江段洪峰水位為有實(shí)測記錄以來的第2～5位，馬鞍山至鎮(zhèn)江江段潮位超歷史，鄱陽湖發(fā)生流域性超歷史大洪水；8月，長江上游支流岷江發(fā)生超歷史洪水，支流沱江、涪江、嘉陵江以及干流朱沱至寸灘江段發(fā)生超保證洪水，三峽水庫出現(xiàn)建庫以來最大入庫流量75 000 m3/s。在極端暴雨洪水的影響下，我國遭受了巨大的社會經(jīng)濟(jì)損失。

長江流域由于受其特殊地形和氣候條件的影響，暴雨頻發(fā)，流域幾乎每年都會發(fā)生或大或小的洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重威脅沿岸社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生命安全[1-5]。陶詩言和徐淑英[6]指出，長江流域梅雨期暴雨洪澇，與大氣環(huán)流的反?，F(xiàn)象有密切聯(lián)系，尤其表現(xiàn)在中緯度和副熱帶地區(qū)的流型有很大的穩(wěn)定性。為更好地認(rèn)識2020 年主汛期長江流域的暴雨特性，本文從暴雨過程、特征及成因等方面進(jìn)行分析和總結(jié)，為今后長江流域防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論基礎(chǔ)。

1 資料和方法

本文使用的資料為國家氣象局提供的長江流域701個(gè)國家氣象觀測站當(dāng)日8∶00至次日8∶00(北京時(shí)間，下同)日降水資料和常規(guī)探空資料、美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)提供的2.5°×2.5°逐日全球再分析資料。

長江流域按照水系分布分為11個(gè)大分區(qū)，見圖1(a)；同時(shí)考慮暴雨洪水特性、水文水庫節(jié)點(diǎn)，并兼顧水文預(yù)報(bào)體系分區(qū)等，將流域分為39個(gè)小分區(qū)統(tǒng)計(jì)面雨量，見圖1(b)。面雨量計(jì)算采用動態(tài)泰森多邊形算法。

根據(jù)GB/T 20486-2006《江河流域面雨量等級》中對面雨量強(qiáng)度及等級的劃分和定義，日面雨量超過30 mm的降水為暴雨。參照《2016年長江暴雨洪水》[7]定義的標(biāo)準(zhǔn)，將長江流域39個(gè)分區(qū)中，有3個(gè)及以上分區(qū)日面雨量超過30 mm的降雨過程暫定為一次暴雨過程。

圖1 長江流域分區(qū)示意Fig.1 Distribution of subareas in the Yangtze River Basin

2 流域降水概況

利用長江流域6～8月11個(gè)大分區(qū)旬雨量資料分析了流域降水的時(shí)空分布特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)明顯的降水時(shí)段、3個(gè)降水中心。

第一個(gè)降水集中時(shí)段為6月中旬至7月中旬，降水主要集中在長江中下游干流和鄱陽湖水系，降水持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大、范圍廣，見圖2(a)。其中又以7月上旬降水最為集中，長江中游干流和鄱陽湖水系偏多2倍以上，見圖2(b)。

第二個(gè)降水集中時(shí)段為8月中旬，降水中心在嘉岷流域，中心雨量較常年同期偏多2倍以上，見圖2。

2020年6～8月，流域共發(fā)生14次暴雨級別降水過程，其中6～7月發(fā)生10次暴雨過程，中心主要位于長江中下游干流附近及兩湖水系北部，累計(jì)雨量在600 mm以上。武漢、澧水、饒河、青弋水陽江累計(jì)面雨量在800 mm以上，最大為饒河1 206 mm，降水過程基本無間歇(見圖3與表1)；8月，流域共發(fā)生4次暴雨過程，降水極端性強(qiáng)，強(qiáng)降水區(qū)域集中于長江上游嘉岷流域，嘉岷流域支流涪江面雨量達(dá)529 mm，沱江為477 mm(見圖4與表1)。

圖2 2020年6～8月長江流域分區(qū)逐旬雨量及降水距平百分率Fig.2 Ten-days precipitation and its anomalies in the Yangtze River Basin from June to August in 2020

3 暴雨特征

2020年主汛期，長江流域具有入梅早、出梅晚、梅雨量大，暴雨強(qiáng)度大、范圍廣、極端性強(qiáng)，暴雨階段性分布明顯、各階段強(qiáng)雨區(qū)重疊度高等特征。

圖3 2020年6～7月長江流域降水實(shí)況及降水距平百分率Fig.3 The distribution of precipitation and percentage of precipitation anomaly in the Yangtze River Basin from June to July 2020

圖4 2020年8月長江流域降水實(shí)況及降水距平百分率Fig.4 The distribution of precipitation and percentage of precipitation anomaly in the Yangtze River Basin in August 2020

3.1 入梅早、出梅晚、梅雨量大

監(jiān)測結(jié)果顯示：2020年江淮地區(qū)于6月1日入梅，8月2日出梅，入梅偏早、出梅偏晚，梅雨季持續(xù)時(shí)間為62 d，較常年偏長22 d，與2015年并列為1961年以來歷史最長。梅雨季降水量759.2 mm，僅次于1954年，較常年偏多1.2倍，為1961年以來歷史最多。3個(gè)梅雨分區(qū)均入梅偏早、出梅偏晚、梅雨量偏大，長江中下游干流附近降水異常偏多，導(dǎo)致長江中下游干流沙市以下江段全線超警。

3.2 暴雨強(qiáng)度大、范圍廣、極端性強(qiáng)

2020年6～8月，日雨量50 mm以上籠罩面積≥5萬km2的天數(shù)有32 d，籠罩面積≥10萬km2的天數(shù)共有9 d，其中7月7日50mm以上籠罩面積達(dá)17.5萬km2，100 mm以上籠罩面積達(dá)6.0萬km2。7月上旬，鄱陽湖水系10 d累計(jì)雨量250 mm，較同期均值偏多3.1倍，較7月多年均值雨量偏多6成，暴雨強(qiáng)度大。

2020年6～8月，長江流域大部雨量超過500 mm，500 mm以上降水籠罩面積約116萬km2，800 mm以上降水籠罩面積約39萬km2，1 200 mm以上降水籠罩面積約4萬km2，強(qiáng)降水范圍廣。

表1 長江流域2020年6～8月暴雨過程統(tǒng)計(jì)Tab.1 Rainstorm process in Yangtze River Basin from June to August in 2020

四川省蘆山(日雨量425 mm)、湖北省建始(日雨量262.2 mm)、安徽省銅陵(日雨量209.1 mm)等20縣(市)日雨量突破當(dāng)?shù)貧v史極值。其中，四川省蘆山3 h雨量達(dá)324 mm(8月10日23∶00至8月11日1∶00)，湖北省建始3 h雨量159.8 mm(7月26日6∶00～8∶00)、6 h雨量237.0 mm(7月26日6∶00～11∶00)。此外，江西省鄱陽縣蓮花山日雨量達(dá)538 mm(7月7日)，湖北省洪湖市燕窩達(dá)501 mm(7月5日)，降水極端性強(qiáng)。

3.3 暴雨階段性分布明顯、各階段強(qiáng)雨區(qū)重疊度高

2020年6～7月，長江中下游暴雨過程頻繁、雨區(qū)重疊度高、累積雨量大。在發(fā)生的10次暴雨過程中，有9次強(qiáng)雨區(qū)位于長江中下游干流附近，尤其是6月26日至7月20日的4次降水過程，主雨帶在長江中下游干流附近南北擺動。雨區(qū)高度重疊導(dǎo)致6～7月中下游干流附近各分區(qū)累計(jì)面雨量普遍超過600 mm，其中饒河1 206 mm、青弋江與水陽江1 000 mm。

2020年7月31日至8月10日，長江流域強(qiáng)降水出現(xiàn)間歇，其中7月31日至8月4日流域基本無雨。8月5～10日長江流域自西北向東南有一次移動性的降水過程，過程移動速度快，雨區(qū)較為分散，僅在漢江、洞庭湖區(qū)、長江下游干流附近有零散分布的降水。

2020年8月中下旬，強(qiáng)雨區(qū)移至長江上游，具有持續(xù)時(shí)間長、累計(jì)雨量大、降水集中等特點(diǎn)。8月11～17日，長江上游及漢江上游出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水過程，強(qiáng)雨區(qū)穩(wěn)定在嘉岷流域，7 d累積雨量涪江390 mm、沱江313 mm、嘉陵江148 mm、岷江140 mm、漢江石泉以上109 mm，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間及累計(jì)雨量均超1981年7月9～14日。

4 暴雨成因分析

4.1 氣候背景

(1) 厄爾尼諾事件。2019年11月至2020年4月，赤道中東太平洋發(fā)生了一次弱的中部型厄爾尼諾事件，隨后海溫轉(zhuǎn)為冷位相并向冷事件發(fā)展，2020年8月，赤道中東太平洋海溫已進(jìn)入拉尼娜狀態(tài)，預(yù)計(jì)秋冬季將維持拉尼娜狀態(tài)。

(2) 青藏高原積雪。2019，2020年冬季，歐亞積雪日數(shù)和面積偏少，而中國和青藏高原積雪面積和日數(shù)都異常偏多，熱力異常，反映在2020年主汛期特點(diǎn)為夏季風(fēng)偏弱，有利于長江流域降水偏多[8-9]。

(3) 夏季風(fēng)。2020年南海夏季風(fēng)于5月第4候暴發(fā)，暴發(fā)偏早，季節(jié)轉(zhuǎn)換偏早；夏季風(fēng)偏弱，東北冷渦偏強(qiáng)、東亞大槽加深，槽后冷空氣向南輸送偏強(qiáng)，抑制了夏季風(fēng)的北跳。

4.2 6～7月暴雨成因分析

2020年6～7月主要為長江中下游梅雨期，暴雨主要集中在長江中下游，從大氣環(huán)流背景來看梅雨期暴雨成因主要有以下3個(gè)方面。

4.2.1高空環(huán)流形勢穩(wěn)定

長時(shí)間持續(xù)的強(qiáng)降水與有利的大尺度環(huán)流條件密切相關(guān)。梅雨期期間，歐亞中高緯度環(huán)流形勢穩(wěn)定，期間阻塞高壓的位置和強(qiáng)度有所變化，但兩脊一槽的雙阻型態(tài)十分明顯，在50°N～70°N高緯度地區(qū)，有2個(gè)強(qiáng)大而穩(wěn)定的阻塞高壓或高壓脊維持，起到對大范圍系統(tǒng)環(huán)流穩(wěn)定的錨定作用，也是造成夏季我國東部持續(xù)性降水的主要條件之一[10]。

西太平洋副熱帶高壓脊線位置長時(shí)間持續(xù)異常，6月中旬有一次小幅北跳又南撤，但之后至7月底副高主體穩(wěn)定，沒有明顯北跳，尤其是6月下旬至7月上旬脊線基本穩(wěn)定在23°N～25°N(見圖5)。副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、西伸脊點(diǎn)偏西，加上臺風(fēng)活動罕見偏少，副高帶狀形態(tài)保持完好，導(dǎo)致切變線和梅雨鋒在長江干流沿線南北擺動，長江干流沿線尤其是中下游干流一帶暴雨頻繁。

4.2.2中低層西南暖濕氣流異常強(qiáng)盛

2020年梅雨期間，低空急流頻繁出現(xiàn)，西南暖濕氣流強(qiáng)盛，水汽條件充足。梅雨期間的暴雨過程在850 hPa或700 hPa上均存在大于12 m/s或16 m/s的西南急流。如7月4～10日的暴雨過程，700 hPa和850 hPa每天都有急流出現(xiàn)，850 hPa連續(xù)6 d出現(xiàn)大于20 m/s的風(fēng)速，急流強(qiáng)度異常強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長。2020年6～7月水汽輸送見圖6，從圖中可以看出：期間長江流域的水汽輸送主要來自南海及太平洋上的東南氣流在副高西脊點(diǎn)附近轉(zhuǎn)向西南氣流的貢獻(xiàn)，且暖濕氣流異常強(qiáng)盛，而來自孟加拉灣的西南暖濕氣流偏弱。

圖6 6～7月對流層(1000～300hPa)整層積分水汽輸送平均場及氣候態(tài)場(單位：kg·s-1·m-1)Fig.6 Mean field of integral water vapor transport and climatic state field in the troposphere (1 000～300 hPa) from June to July

4.2.3極地冷渦活躍，中高緯度經(jīng)向環(huán)流發(fā)展，高空冷槽活動頻繁

2020年6～7月北極環(huán)流異常變化的影響是長江中下游持續(xù)性降水的一個(gè)新因素。北極環(huán)流(極地冷渦)受上游亞洲高壓暖空氣向北輸送的影響，導(dǎo)致極地冷空氣由新地島-巴倫支海輸送到東亞蒙古-東北/華北地區(qū)，形成冷渦或冷槽，東路冷空氣異?；钴S，導(dǎo)致西路冷空氣東移南下速度減緩，多次在三峽區(qū)間附近形成暴雨，兩路冷空氣最終在長江中下游交匯，造成中下游降水偏多。6～7月13次降水過程均有冷空氣影響，其中有11次受到東北/華北冷渦的影響。如7月14～20日的強(qiáng)降水過程，同時(shí)受到東、西路冷空氣影響，前4d強(qiáng)雨區(qū)在上游干流附近和下游干流北部維持，三峽區(qū)間出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)降水，18日兩路冷空氣匯合，中下游干流附近降水加強(qiáng)，隨后雨帶南壓。

4.3 8月長江上游暴雨成因分析

2020年8月份長江流域暴雨主要集中在嘉岷流域，其中又以8月11～17日最強(qiáng)，此次暴雨強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長、降水落區(qū)穩(wěn)定少動，從大氣環(huán)流上看，此次暴雨過程的成因主要有以下4個(gè)方面。

4.3.1穩(wěn)定的高空環(huán)流形勢

2020年8月中旬，歐亞中高緯度維持兩槽一脊的環(huán)流形勢，強(qiáng)勢而穩(wěn)定的副熱帶高壓西進(jìn)，四川盆地附近正處于副熱帶高壓邊緣，副高異常偏北、偏強(qiáng)，南撤偏晚，脊線位置11～14日穩(wěn)定在30°N左右，15～17日略北抬至32°N～33°N之間，如圖7所示。西伸脊點(diǎn)12～14日穩(wěn)定在105°E左右，15～17日略東退至110°E附近，副高外圍充沛的水汽輸入，導(dǎo)致了該次暴雨過程持續(xù)時(shí)間長、位置相對穩(wěn)定。

4.3.2前期高溫的能量累積和多輪強(qiáng)冷空氣影響

此次強(qiáng)降水來臨前，2020年8月9～10日四川盆地連續(xù)出現(xiàn)高溫天氣，盆地大部最高氣溫超過35℃，累積起頗為可觀的能量。中高緯度冷空氣較強(qiáng)，極地冷空氣經(jīng)過東歐平原-貝加爾湖從中路輸送至四川盆地北部。8月11日，在貝加爾湖南部有一個(gè)中心氣壓為1 010 hPa的冷高壓主體，逐步向南推進(jìn)。暴雨過程期間15日還有一次西路冷空氣的補(bǔ)充：15日，在我國新疆西北部、貝加爾湖西南部有兩個(gè)冷高壓中心分別向四川盆地移動，合并加強(qiáng)從西路影響四川盆地，導(dǎo)致該次暴雨過程強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長。

4.3.3西南渦的主導(dǎo)作用、暖濕氣流偏強(qiáng)

西南渦是該次暴雨過程的一個(gè)重要影響因素。西南渦是僅次于臺風(fēng)的第二大暴雨天氣系統(tǒng)，穩(wěn)定的西南渦切變?yōu)楸┯晏峁┝顺掷m(xù)的輻合上升運(yùn)動[11]。從850 hPa環(huán)流形勢場(圖8)中可以看到：8月11，15日均有西南渦東移，此次暴雨云團(tuán)形成后，正好遇到西南渦在四川盆地西部生成，二者互相加持能量，共同發(fā)展壯大起來。同時(shí)，低空急流持續(xù)加強(qiáng)，從圖9可以看到：來自孟加拉灣和南海的暖濕氣流偏強(qiáng)，700 hPa和850 hPa高度場上11～17日均有大于12 m/s的低空急流出現(xiàn)，不僅給四川盆地帶來了充足的水汽，同時(shí)也促進(jìn)了低空輻合的長時(shí)間維持[12]。

圖7 2020年8月11，15日500 hPa高空場環(huán)流形勢Fig.7 Circulation pattern of 500 hPa on August 11 and 15 in 2020

圖8 2020年8月11，15日850hPa高度場分析Fig.8 Circulation pattern of 850 hPa on August 11 and 15 in 2020

4.3.4地形的影響顯著和臺風(fēng)的助力作用

2020年8月11～17日的強(qiáng)雨帶主要位于四川盆地西部和北部沿山地區(qū)，這與地形密切相關(guān)。由于四川盆地西部和北部山體的陡然升高，使得低空急流和從高原下來的冷空氣在此匯聚，再加上受地形抬升作用輻合明顯，強(qiáng)降水發(fā)生概率大。8月11～17日的降水過程中，偏南的暖濕氣流和西南暖濕氣流在西部和北部山脈聚集，山地地形對氣流起到抬升作用，持續(xù)在高空形成充足的降水條件，使得該地區(qū)降水強(qiáng)度大。

注：圖中箭頭為整層積分水汽輸送距平，kg/(s·m)；彩色部分為水汽輸送輻合輻散距平場，×10-5kg/(s·m-2)。圖9 2020年8月11～17日對流層(1000～300hPa)整層積分水汽輸送距平及水汽輸送輻合輻散距平場Fig.9 The integral vapor transport anomaly and convergence divergence anomaly field in the troposphere (1 000～300 hPa) from August 11 to 17 in 2020

臺風(fēng)是該次降水過程穩(wěn)定少動的另一個(gè)重要原因。6號臺風(fēng)“米克拉”恰好于8月11日早上在福建省漳浦縣沿海登陸(見圖10)，登陸后繼續(xù)向偏北方向移動，加強(qiáng)了暖濕氣流的向北輸送，一定程度上加強(qiáng)了此次暴雨量級[13]。

圖10 2020年8月11日8∶00海平面氣壓分析Fig.10 The distribution of sea level pressure at 8∶00 on August 11 in 2020

5 結(jié)論與展望

2020年主汛期，長江流域具有入梅早、出梅晚、梅雨量大，暴雨強(qiáng)度大、范圍廣、極端性強(qiáng)，暴雨階段性分布明顯、各階段強(qiáng)雨區(qū)重疊度高等特征。本文對主汛期流域強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征及持續(xù)性強(qiáng)降水成因進(jìn)行了初步探討，得出如下結(jié)論：

(1) 2020年主汛期長江流域有兩個(gè)明顯的降水時(shí)段和3個(gè)降水中心，分別為6月中旬至7月中旬、8月中旬和長江中下游干流、鄱陽湖水系、嘉岷流域。

(2) 2020年6～7月、8月中旬長江流域持續(xù)性強(qiáng)降水在大尺度環(huán)流形勢上有2個(gè)共同特征：歐亞中高緯度的槽脊相對穩(wěn)定，來自熱帶洋面的水汽通道偏強(qiáng)。其中，6～7月，歐亞中高緯度呈現(xiàn)穩(wěn)定的兩脊一槽雙阻型態(tài)，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)、西伸脊點(diǎn)偏西，脊線位置長時(shí)間持續(xù)異常，多次北跳未成，6月下旬至7月上旬基本穩(wěn)定在23°N～25°N，且?guī)钚螒B(tài)保持完好，導(dǎo)致切變線和梅雨鋒長時(shí)間維持在長江干流沿線附近；來自南海及太平洋上的東南氣流異常強(qiáng)盛，加上極地冷渦活躍、高空冷槽活動頻繁，導(dǎo)致了長江中下游暴雨頻繁。8月中旬，歐亞中高緯度轉(zhuǎn)換為兩槽一脊的環(huán)流形勢，副高異常偏北、偏強(qiáng)、偏西，四川盆地附近正處于副熱帶高壓邊緣，來自孟加拉灣和南海的暖濕氣流偏強(qiáng)，受多個(gè)西南渦及多輪冷空氣的影響，加上地形和臺風(fēng)的助力作用，為嘉岷流域暴雨提供了有利的動力、熱力和水汽條件。

本文主要分析2020年主汛期長江流域的暴雨特點(diǎn)及主要成因，從暴雨成因的共性上進(jìn)行了整體分析，但并未針對每次降水過程進(jìn)行個(gè)例分析，后續(xù)可對極端性降水過程進(jìn)行個(gè)別討論，找出每次過程的差異。

說 明

本文2020年水文要素的統(tǒng)計(jì)分析源自報(bào)汛數(shù)據(jù)。