1、中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因 . .第 卷第 期 成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 年 月 .文章編號:? ? ? 中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因黃榮輝 , 陳 棟 , 劉 永.中國科學院大氣物理研究所季風系統研究中心,北京; .中國氣象局成都高原氣象研究所,四川 成都 摘要:主要綜述了最近關于中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生特征和成因的研究。表明:長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生頻率非常高,并給經濟造成了嚴重損失,長江流域洪澇災害發生不僅具有準兩年周期的年際變化,而且具有明顯的年代際變化,從 年之后,長江流域洪澇災害和持續性暴雨增多;并且,表

2、明了無論是長江中、下游地區或是長江上游的川東地區持續性暴雨都是在“鞍”型大尺度環流系統的配置下發生,這是由于這種大尺度環流系統的配置不僅利于水汽輸送到長江中、下游地區或上游的川東地區,而且利于在“鞍”型中心地區產生垂直對流不穩定,從而引起暴雨中尺度系統的發展。此外,還綜述了長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的成因的研究,這些研究表明了長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的年際和年代際變化是與大氣海洋一陸面耦合的東亞季風氣候系統的變異密切相關。關 鍵 詞:長江流域;洪澇災害;持續性暴雨;成因中圖分類號:文獻標志碼:引言中國地處東亞季風區,東臨太平洋,西有世界上最高的高原?青藏高原。受季風以及地理位置、

3、地形和地貌等因素影響,氣象災害不僅種類多,而且發生頻率高,是國際上氣象災害頻發的國家之一。氣象災害造成的經濟損失約占中國自然災害總損失的 %左右,據統計,氣象災害每年造成約× 的糧食損失和 億元以上的經濟損失 ,在 世紀 年代氣象災害造成的損失可占到國民經濟生產總值 的 % %,這當中約 %左右是洪澇災害所造成 。根據葉篤正和黃榮輝等 ,黃榮輝和郭其蘊等 以及黃榮輝等的研究,中國洪澇災害僅次于干旱災害,全國每年洪澇受災面積約 . . × . . 億畝左右。長江是中國第一大河,其流域西起青海,東到江蘇、浙江、上海,包括其支流涉及中國 個省市,約覆蓋了 的國土。長江中、下游地區

4、地理位置優越、雨量豐沛、資源豐富,不僅是中國工農業主要產地,而且也是經濟高速發展地區。然而,受東亞夏季風的影響,長江流域夏季經常發生持續性暴雨,受西太平洋副熱帶高壓的影響,來自孟加拉灣、南海和熱帶西太平洋暖濕季風氣流與來自北方冷空氣經常在長江流域匯合,從而引發長江中、下游地區容易在 月份發生持續性暴雨;并且,長江上游的四川盆地在夏季也經常出現強暴雨過程,目前比較一致的看法,這是與盆地內的低渦系統發展有直接關系 。四川盆地的低渦一般都出現在西部地區且初生時刻都為淺薄的低層系統,在一定的大尺度環流系統的配置下,它往往會受如高原渦東移或北部東移低槽等不穩定系統的作用或耦合,使其迅速強烈發展并東移,給

5、其經過的區域帶來災害性的持續性暴雨過程。引發洪澇災害,給此流域的經濟帶來嚴重損失。鑒于長江流域洪澇災害和持續性暴雨的嚴重性以及成因的復雜性,基于以前研究的基礎上,著重綜述了關于中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的嚴重性、發生特征及其成因的研究以及其它有關研究。中國長江流域洪澇災害的嚴重性及時空變化特征洪澇災害是指大范圍、長時間的降水偏多所造成江河河水泛濫、大片土地淹沒的災害。長江流域是中國洪澇災害發生頻率最高的區域之一。為此,本節著重討論長江流域洪澇災害發生的嚴重性及時空變化特征。收稿日期:?基金項目:國家重點基礎研究發展計 計劃 資助項目;國家公益性行業 氣象專項資助項目 ;海洋專項資助項目;

6、國家自然科學基金委員會重大國際合作基金資助項目 /成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 第 卷. 長江流域洪澇災害的嚴重性由于受東亞夏季風和青藏高原的影響,長江流域夏季經常發生暴雨,此流域的暴雨發生不僅具有頻發性,而且具有持續性。長江流域許多地區夏季降水量中約 %是日降水量大于 暴雨所產生 。由于東亞季風的變異及全球變暖,長江流域強對流天氣發生的頻率增大,導致洪澇災害和持續性暴雨發生頻率在增加,發生的地區在擴大。年夏季,長江全流域發生特大洪澇,汛期降水量將近常年的 . 倍,最大降水量達,是 年以來汛期降水量最多的一年,受災耕地面積達 . ×約 . 億畝 ,致使 萬多人死亡; 年夏季

7、,長江流域、嫩江和松花江流域發生了特大洪澇,汛期降水量將近常年的 倍,最大降水量達 左右,受災耕地面積高達 . ×約 . 億畝 左右,致使 多人死亡和 億元的經濟損失【 ; 年 月 日在長江流域川東地區發生了持續性降水, 月 日達州地區累計降水量達 以上; 年 月 午后至 日中午在長江上游的重慶城區發生特大暴雨,沙坪壩區的陳家橋鎮降雨量達到.,創該地區 以來有氣象記錄的最大值; 年 月 日長江下游地區的上海市發生了大暴雨, 小時強降水量達. ,創該市自 年有氣象記錄以來最大 小時降水量的記錄。 年是中國旱澇氣候災害頻發、造成經濟損失非常嚴重的一年。 年汛期 月下旬先在華南地區,后在江

8、南地區和長江、漢江流域發生嚴重洪澇災害,特別是 月 日在甘南地區舟曲縣發生了突發性暴雨,導致了特大山洪泥石流災害,造成了多人死亡和失蹤。據統計,截止到 年 月 日,中國年由各種天氣氣候災害造成了 多億元的經濟損失,以及致使 人的死亡和 人失蹤 根據 年 月 日人民政協報 。因此,年中國因各類天氣氣候災害造成的經濟損失和人員傷亡超過了 年的災害損失,為 年以來造成經濟損失和人員傷亡最嚴重的一年。. 長江流域洪澇災害發生的氣候學特征由于受東亞季風的影響,中國降水和氣溫變化不僅在空間分布存在著嚴重不均勻,而且發生時間也存在著嚴重不均勻,這就使得洪澇氣候災害出現的頻率隨季節和地理位置而變化。中國洪澇災

9、害空間分布特點是:東部多,西部少;沿海地區多,內陸地區少。洪澇災害在長江流域南部主要集中在 月份,在長江中下游、淮河流域主要集中在夏季月中旬。長江流域洪澇災害雖然主要發生在夏季,但春、秋季也時有發生,例如 年春季,長江流域南空間分布部地區降水量是常年的%,造成了嚴重洪澇災害, 年 月初,長江流域上游的川東地區和重慶的開縣一帶發生了 一遇的特大洪澇,帶來了嚴重的經濟損萎一 失和人員傷亡。一 . 長江流域洪澇災害的年際變化特征時間系數由于受東亞夏季風年際變化的影響,中國洪澇氣候災圖 中國東部夏季降水的分析第 主分量的空間害有明顯的年際變化 見圖 ,特別在長江流域,洪澇災害分布和時間系數實、虛線表示

10、正、負值,降水資料呈現準兩年的變化特征,即具有 周期。 取自/的 站降水資料集根據. 的研究,中國東部季風區夏季降水異常有兩種主模態:從南到北的經向三極子分布型和經向偶極子分布型。圖 是中國東部臺站實測 月份降水的分析第 主分量的空間函數分布和相應的時間系數序列。從圖 可以明顯看到,東部夏季降水在空問分布上存在著明顯的“一, ,一”或“ ,一, ”的經向三極子型分布特征,即三極子模態;并且,從圖 可以看到,中國夏季降水的年際變化在時間上存在著準兩年的周期振蕩,即 周期的振蕩,特別從 世紀 年代中后期起有顯著的準兩年周期的振蕩,這種振蕩在長江流域尤其明顯。第 期 黃榮輝等:中國長江流域洪澇災害和

11、持續性暴雨的發生特征及成因這種降水異常年際變化的三極子型分布特征很好地反映在中國旱澇氣候災害的經向分布上。圖 給出幾個在長江流域典型洪澇年份的中國夏季降水距平百分率的分布。從圖 可以看到,這些年份夏季中國降水異常明顯呈現經向三極子型分布,如圖所示,在、 、 年夏季,長江流域夏季風降水明顯偏多,發生嚴重的洪澇災害,而華南地區降水偏少,不同程度發生干旱,華北地區在這些年份降水明顯偏少,發生干旱。類似上述經向三極子型降水異常分布還有很多年的夏季,相比之下,中國發生全國性的洪澇災害的年份不多。年 年 年圖 在江淮流域典型澇年的夏季中國東部季風降水距平百分率分布實、虛線表示降水正、負距平圖 是中國臺站實

12、測月份降水的分析第 主分量的空間函數分布和相應的時間系數序列。從圖 可以明顯看到,它是與圖同的降水異常分布型,顯示出一個從南到北“一, ”經向偶極子分布型;并且,圖 顯示出中國東部夏季降水不僅具有年際變化,而且更顯示出中國東部夏季降水具有年代際變化。. 長江流域洪澇災害發生的年代際變化特征黃榮輝等 。 指出了東亞夏季氣候在 世紀 年代中后期有一個明顯的變化。從圖 還可以看到,中國夏季降水受東亞夏季風年代際變異的影響,洪澇災害發生面積從 世紀 年代中后期起明顯增加;并且,洪澇災害發生位置也有顯著的年代際變化,從 世紀 年代中后期到 年代末,洪澇災害主要位于長江流域和淮河流域。第 期 黃榮輝等:中

13、國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因 極子型變成偶極子型。因此,中國夏季風降水的這 次年代際變化呈現出夏季風降水主雨帶從北向南移的特征。長江流域持續性暴雨發生的環流和水汽輸送特征由于長江流域的洪澇災害是緊密與持續性暴雨的發生相聯系,因此,在討論洪澇的同時,就必須討論持續性暴雨的發生。根據陶詩言 以及鮑名的研究結果,長江流域暴雨發生具有局地持續強降水和流域移動性強降水特征。中國持續性暴雨災害發生不僅有明顯的年際變化,而且有顯著的年代際變化。由于持續性暴雨主要與東亞夏季風雨帶緊密相關,因此,持續性暴雨發生的年際和年代際變化基本上與在上一節所述的洪澇災害的年際和年代際變化基本一致 。長江流

14、域持續性暴雨一般 月容易在中、下游發生,而上游一般在 月容易發生持續性暴雨,它們發生的環流和水汽輸送條件也有所不同,故在本節劃分成長江流域中、下游和上游地區持續性暴雨來討論它們發生的環流和水汽輸送條件。. 年夏季長江流域特大洪澇和持續性暴雨發生的環流條件 年夏長江流域發生了僅次于 年名列第二的特大洪澇,在這一年的夏季,長江流域無論在中、下游或上游地區都發生了持續性暴雨。關于此次特大洪澇的特征、過程及成因已有較系統的論述。并且,黃榮輝等 詳細分析了 年夏季長江流域所發生的特大洪澇的發生特征。圖 是年夏季 月 中國降水距平分布圖。從圖 可以清楚看到, 年夏季中國降水距平有兩個超過 %大的正值區:一

15、個位于鄱陽湖、洞庭湖和湘江、資水、沅江、澧水流域;另一個位于嫩江、松花江流域。其中在鄱陽湖、洞庭湖和湘江、資水、沅江、澧水流域汛期總降水量達到 左右,相當于長江流域汛期降水正常值的 倍。 年夏季長江流域季風降水的特點是:長江流域分別從 月中旬到 月初以及從 月 到 月底發生了“二度梅”,這致使強季風降水先發生在長江中、下游地區,而后發生在中、上游地區,而且出現多次持續性暴雨。由于這些地區已發生了春澇,在 月中、下旬又發生了多次持續性強降水,澇上加澇,這樣在長江中、下游地區,特別是鄱陽湖、洞庭湖流域產生了嚴重洪澇。由于長江無論是干流還是支流在春季水位已很高,到了 月中旬,這些流域又發生了持續性強

16、降水,致使河水猛漲,洪水位異常高;從 月 日開始一直到 月底,在長江中、上游又發生了。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 多次持續性強降水,并且由于上游地區是高原和山區,降圖 年夏季 月 中國降水距平百分率分布水又是以持續性暴雨形式居多,致使從 月下旬起長江實、虛線表示正、負距平,陰影區表示正距平百分率中、上游河水猛漲;到了 月中、下旬,除長江中、上游持續大于 %,資料來源于國家氣候中心性暴雨外,漢江流域又發生了持續性暴雨,使中游地區再度發生嚴重洪澇,由于長江中、下游水位從 月中旬已異常高,加上上游異常來水,本區域又嚴重洪澇,這就產生了洪水遭遇,導致了長江連續產生 次洪峰。因此, 年長江中、

17、下游的持續暴雨應是 年夏季長江發生特大洪澇的主要原因之一。為了能夠使分析深入一步,根據鮑名 對持續性暴雨的定義,選定 年夏季 月 日在長江中、下游地區所發生的持續性暴雨作為長江中、下游地區持續性暴雨的一個典型例子,并以此為個例深入討論長江流域持續性暴雨發生的大尺度環流條件。首先看一看 年夏季 月 日長江流域持續性暴雨的發生過程,圖 分別是 月 日長江中、下游地區持續性暴雨的降水量演變圖:如圖 所示, 月 日在洞庭湖流域以及湘江、資水、沅江和澧水流域有 以上的暴雨發生;到了 月 日,如圖 所示,此暴雨帶往長江下游地區移動,在鄱陽湖流域發生了大暴雨,降水量達 以上;到了 月 日,如圖 所示,此暴雨

18、帶繼續在鄱陽湖和洞庭湖流域維持,降水量在 以上;到了 月 日,如圖 所示,從湖南中部經洞庭湖流域到江西鄱陽湖流域直到太湖流域仍然有暴雨帶維持,降水量也達 以上,此地區暴雨帶一直持續到 月日。到了 月 日,此暴雨帶才北抬到淮河流域,這次發生在長江中、下游地區的持續性暴雨才告結束。 成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 第 卷 月 日 月 日 月 日圖年長江流域降水量分布圖單位: ,陰影區表示降水量大于 趙思雄等詳細地分析了 年 月份長江中、上游持續性暴雨發生的大尺度環流特征,他指出:中緯度上空環流呈現兩脊一槽型的環流配置,而東亞夏季風偏弱,其前沿較長時間停留在長江流域并形成了東西向的切變線,從

19、而在長江中、上游發生了持續性暴雨。下面分析導致年 月下旬長江中、下游地區持續性暴雨發生的大尺度環流條件與中、上游地區持續性暴雨發生的大尺度環流型的配置有何異同。發生在 月下旬長江中、下游地區持續性暴雨的大尺度環流系統配置是:如圖 所示,在面上,烏拉爾地區和鄂霍茨克海上空分別有穩定的高壓脊,中國西北處于高壓脊控制,而在貝加爾湖周圍的上空有一穩定的寬槽,其槽線穩定在蒙古高原和內蒙、華北上空,這樣使冷空氣不斷沿中國東部南下到長江中、下游地區;并且,在東部,西太平洋副熱帶高壓偏強,并西伸到東南沿海,亞洲夏季風的前沿位于長江中、下游地區。此外,在印度半島有一氣旋性環流。這種環流系統的配置還是“鞍”型場的

20、環流配置,這種配置使得西南暖濕氣流從孟加拉灣沿西太平洋副熱帶高壓的西部輸送到長江中、下游地區,并與從內蒙、華北地區南下的冷空氣交匯,從而使得長江中、下游地區梅雨偏強,從而導致了持續性暴雨的發生。 月 日 月 日 成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 第 卷從上所述,造成 年 月 日長江中、下游地區持續性暴雨的大尺度環流配置是典型的“鞍”型場的環流配置,而長江中、下游地區正處于此“鞍”型場的“鞍心”地區。在“鞍心”區域有強的水汽輸送輻合,并且北邊低槽不斷有干冷空氣南侵,這使得長江中、下游有強的垂直對流不穩定,這利于中尺度暴雨系統的發展 ,從而導致持續性暴雨的發生。. 引發長江上游地區持續性暴雨

21、發生的大尺度環流條件 年 月 日長江上游川東地區發生了持續性暴雨,其過程累計降水量達到 以上,中心位于達州地區。這次持續性暴雨在 月 日就開始,如圖 所示,最大降水中心主要位于川東北和川陜交界的大巴山地區,而此時川東的達州地區已出現的 小時累計降水中心;到了 月 日,如圖 所示,最大降水中心從大巴山一帶向南進人四川盆地東北部的達州地區,在達州地區南部的廣安地區出現了 的 小時累計降水中心;到了 月 日,如圖所示,四川盆地東部形成狹長的西南一東北向的強降水帶,其最大降水中心位于達州地區,達州市 小時累計降水量達到 之多,另一個最大降水中心位于達州地區東北部,其值也達 ,達州市 日 日出現特大暴雨

22、,宣漢的峰城鎮、胡家鎮,萬源的舊院鎮 月 時 日的日降水量分別達到.、.、.; 月 日,如圖所示,狹長雨帶開始向東南移動并分裂減弱,但達州地區南部仍存在一個 的降水中心,這時四川廣安地區南部也出現了以上的 小時累計強降水中心;到了 月 日,雨帶基本上向東移出四川地區,盆地內降水過程基本結束。因此,這次暴雨大約持續了天多。 圖 年長江上游川東地區日降水量分布圖 單位: ,陰影區表示降水量大于由于西南低渦是引發長江上游地區持續性暴雨發生的重要環流系統,因此,討論西南低渦發展所必要的大尺度環流特征是研究引發長江上游地區持續性暴雨成因的重要一環 。為此,以 年 月日長江上游川東地區所發生的持續性暴雨為

23、長江上游持續性暴雨一個典型例子,并利用再分析資料來討論這次持續性暴雨過程發生的大尺度環流背景。第 期 黃榮輝等:中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因 由于長江上游位于高原東部,海拔高度較高,故用環流演變來討論這次川東地區持續性暴雨發生的大尺度環流條件。圖 分別是長江上游的川東地區 年 月 日持續性暴雨發生時 月 日四川盆地及其周圍高度場的演變。暴雨發生前的 月 日大尺度環流,在四川盆地的北部中高緯地區為穩定的兩槽一脊型的形勢,西部槽位于烏拉爾山地區,東部槽位于中國東北地區上空,此冷槽南伸到黃淮地區,由于受槽后西北氣流的影響,盆地的北部有弱小槽活動,而長波脊位于中亞和中國西北地區上空

24、,而在四川盆地的東部由于西太平洋副熱帶高壓西伸可影響到四川盆地東部, 線位于盆地的東側,并盆地的西南部有繞高原的西南氣流進入盆地;到了 月 ,正如圖 所示,由于中高緯長波槽脊向東移動,在高原東北部,盆地北部和東北部出現弱槽,而在東部西太平洋副熱帶高壓仍位于四川盆地東側,高原中部和四川盆地西部上空出現閉合高壓;在盆地的西南側,高原的東南部仍有強的西南風繞流,因此,這就形成了“鞍”型場的大尺度環流配置,在盆地的東北部暴雨過程就開始;并且,到了 月 日,正如圖 所示,位于中國東北上空長波槽東移,這利于位于高原的東北部的小槽加深東移,使四川盆地東北部出現短波槽,而原位于盆地東側的西太平洋副熱帶高壓東退

25、,在盆地的西側高原上空仍有一閉合高壓,而盆地西南側仍有西南氣流,這表明在四川盆地東部上空所出現的“鞍”型場環流配置更加明顯,利于西南低渦的發展,于是在川東地區引發了一場大暴雨。此外,從圖 可以看到:到了 月 日,位于川東上空的短波槽加深成為一深槽,使此“鞍”型場的環流配置更加典型,利于低渦更加發展,致使川東地區繼續出現特大暴雨。然而,到了 月 日 見圖 ,由于高原中部上空閉合高壓減弱,西太平洋副熱帶高壓東退到東南沿海,“鞍”型場環流配置減弱,使西南低渦減弱,從而導致暴雨減弱,之后這次持續性暴雨結束。 月 日月 日圖年長江上游的四川盆地及其周圍上空高度場的演變單位:,高度場資料取自 / 再分析資

26、料 從上所述大尺度環流的演變可以看到:在長江上游地區持續性暴雨無論發生前或是在發生時,川東地區及其四周上空存在著如圖 所示的“鞍”型大尺度環流系統配置,在此“鞍”型場的環流配置下,垂直對流不穩定的強烈發展致使西南低渦強烈發展,從而導致了川東地區持續性暴雨的發生。第 期 黃榮輝等:中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因受到青藏高原地形阻擋作用繞流到四川盆地南部,然后在強西南氣流的作用下向東北方向輸送,其大量水汽輸送到長江上游的四川盆地東部和東北部,并在此輻合這為川東地區持續性暴雨的發生提供水汽條件;并且,到了月 日,如圖所示,來自孟加拉灣的水汽爬越過高原東南部并與來自中緯度西風帶的水汽

27、在四川盆地東北部匯合后向東輸送,隨后,在長江上游的四川盆地北部受到強盛西南氣流作用而轉為向東北方向輸送,并在四川盆地形成氣旋性分布,并形成強的水汽輸送通量的輻合,從而引起了持續性強降水;到了 月 ,如圖 所示,由于強西南氣流所輸送的水汽向東移出四川盆地,因而川東地區持續性暴雨減弱,之后這次持續性暴雨就告結束。從上所述,引發這 年 月上旬川東地區持續性暴雨的水汽輸送情況可以看到,這次長江上游的川東持續性暴雨過程的水汽輸送主要有三支:一支是來自孟加拉灣的水汽輸送,其主要有二種輸送方式,即在對流層中層爬越高原由西風輸送進入四川盆地,以及在對流層低層繞流過云貴高原進入四川盆地東部;另一支是來自中印半島

28、和南海的水汽輸送,主要表現為低層偏南風輸送到盆地東部地區;第三支是中緯度西風帶的水汽輸送。來自西風帶水汽輸送在川東地區與從前兩個通道輸送而來的水汽匯合,最終在四川盆地東部形成強烈的水汽輻合帶見圖 ,從而為盆地東北部持續性暴雨過程提供充足的水汽來源。前面的分析結果表明:無論是長江中、下游地區或是長江上游的川東地區的持續性暴雨都是在“鞍”型大尺度環流系統的配置下發生的。在這種“鞍”型場配置下,從孟加拉灣、南海和熱帶西太平洋輸送而來的水汽與西風帶輸送而來的水汽匯合,使得大量暖濕空氣聚集在長江中、下游地區或長江上游的川東地區,在這些地區造成強的水汽輻合;并且,在這環流系統的配置下,這些地區低層大氣具有

29、強的暖濕平流和高層的干冷平流入侵,利于垂直對流不穩定發展。因此,水汽輻合配合垂直對流不穩定的發展,使得位于這些地區的暴雨中尺度系統的強烈發展,從而導致這些地區產生了持續性暴雨過程。中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的成因長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生是與東亞季風氣候系統的異常有關 。為此,本節綜述東亞季風氣候系統及各成員的變異對長江流域的洪澇災害和持續性暴雨發生的影響。. 東亞季風氣候系統 一 一 一竺 墊 墮罵塾里 塑 竺苧中國洪澇災害和持續性暴雨的發生是與東亞夏季風的變異 .廠? 正 而? .對中國降水囂的影響,之后:,涂長望和黃仕松;研究掌了祟東亞夏季囂風 亟竺至爆/廠:三一、遺妻

30、壹互一/的進退對中國雨帶的季節內變化的影響。這些研究開辟了關于 雨 型東亞夏季風及其對中國洪澇氣候災害影響的研究之路。繼他們 一 之后, ,和陳隆勛等 對東亞季風環流結 圖 。東亞季風氣候系統的示意圖構和特征做了系統的研究。特別是從環流觀點提出了東亞季風系統的概念,并指出東亞季風系統是有別于南亞季風系統,它是一個相對獨立的亞澳季風系統的子系統。近來的研究表明了季風系統不僅僅只是一個大氣環流系統,而是一個海一陸一氣相互作用的耦合系統。同樣,東亞季風系統也不僅僅只是一個東亞上空隨季節有明顯變化的環流系統,它也是受海洋、陸面、冰雪和高原影響的一個區域氣候系統 。正如圖 所示,這個系統包括以下幾個成員

31、:在大氣圈中有亞洲季風環流包括冬、夏季風 、西太平洋副熱帶高壓和中緯度擾動等; 在海洋圈中有熱帶西太平洋暖池和印度洋對季風的熱力作用、熱帶太平洋 循環等;在巖石圈中有青藏高原對季風的動力、熱力作用、歐亞積雪 特別是青藏高原積雪、干旱和半干旱區的地一氣溫差以及極冰等。東亞季風系統變化是直接與上述海一陸一氣耦合系統的變化密切相關,它們是互相作用的,是一個整體。我們把這個影響東亞季風系統變化的海一陸一氣耦合系統又稱為東亞季風氣候系統 。東亞季風氣候系統變異對中國洪澇災害有重要的影響,特別對長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生有嚴重的影 。從圖 可以看到,長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生成因是相當復雜

32、的。下面就東亞季風氣候系統主要成員的變異對長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的影響進行簡單討論。 成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 第 卷. 東亞夏季風環流異常對長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的影響長江流域的洪澇災害和持續性暴雨的發生直接與東亞夏季風的變異密切相關。首先指出亞洲夏季風最早在南海爆發。黃榮輝等 指出,南海季風爆發早晚對于長江流域的夏季風降水和洪澇災害有重要影響。黃榮輝等 以及 .基于在 世紀 年代所提出的 , 振蕩以及和黃榮輝和李維京所提出的東亞/太平洋型型 遙相關理論,并利用梁建茵和吳尚森關于南海夏季風爆發的定義以及再分析資料和熱帶西太平洋有關海溫資料系統地分析了亞洲夏季

33、風在南海地區的爆發即南海季風過程及其對中國洪澇災害影響和機理,指出了熱帶西太平洋熱力狀態及其上空對流活動對于南海季風的爆發早晚及長江、淮河流域洪澇災害有重要影響。研究結果表明:當南海夏季風爆發早,則長江流域夏季降水偏少,發生洪澇災害和持續性暴雨較少;相反,當南海夏季風爆發晚,則長江流域和江淮地區夏季風降水偏多,洪澇災害和持續性暴雨較多。黃榮輝等以及 . 進一步從環流系統分析研究了東亞夏季風在南海的爆發早晚的機理以及向北推進過程,結果表明:當春季熱帶西太平洋處于暖狀態,菲律賓周圍對流活動強,在這種情況下,西太平洋副熱帶高壓偏東,南海上空對流層下層存在著氣旋性距平環流,在 月下旬或 月上旬在熱帶印

34、度洋和蘇門答臘以西海域上空就出現氣旋對,這使得此海域盛行西風加強,于是在中印半島的南部對流活動在 月中旬就加強,從而使得南海夏季風爆發早;并且,在這種暖狀態下的夏季,西太平洋副熱帶高壓北進時,在 月中旬和 月初存在著明顯的二次北跳,從而使得東亞夏季風雨帶在 月中旬明顯由華南北跳到長江、淮河流域,并于 月初由江淮流域北跳到黃河流域、華北和東北地區。因此,如圖 所示,東亞夏季風雨帶在長江流域停滯時間很短,從而引起長江流域夏季風降水偏少,發生洪澇災害和持續性暴雨的可能性較小,并往往發生干旱;而在這種情況下,華南發生洪澇和持續性暴雨的可能性較大,并且黃河流域、華北和東北地區夏季降水正常或偏多。相反,當

35、春季熱帶西太平洋處于冷狀態,菲律賓周圍對流活動弱,在這種情況下,西太平洋副熱帶高壓偏南、偏西,致使南海上空和中印半島對流層下層存在著反氣旋性距平環流,在這種大尺度環流背景下,在 月上、中旬熱帶印度洋和蘇門答臘以西海域上空沒有出現氣旋對,相反,出現反氣旋距平對,只是到了 月下旬或 月初,西太平洋副熱帶高壓東撤,在孟加拉灣和熱帶東印度洋上空才出現氣旋對,這才使得西南風加強,從而使得南海季風爆發晚;并且,在這種冷狀態下的夏季,西太平洋副熱帶高壓北進時,在 月中旬或 月初向北突跳不明顯,而是以漸近式向北移動,從而使得東亞夏季風雨帶在華南和長江流域維持較長時間,經常引起華南和長江中、下游流域的持續性暴雨

36、,從而致使夏季風降水偏多見圖 ,并往往發生洪澇災害。 年東亞夏季風偏弱,這有利于從孟加拉灣、熱帶西太平洋和中國南海輸送來暖濕氣流與來自北方的氣流長期匯集在長江流域,從而引起年長江流域夏季發生多次持續性暴雨和特大洪澇災害。暖狀態圖 年熱帶西太平洋處于暖、冷狀態中國夏季降水距平百分率合成分布圖取 年中國夏季降水氣候平均值為正常值. 西太平洋副熱帶高壓異常對長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的影響東亞夏季風雨帶的北移是與西太平洋副熱帶高壓的北跳密切相關。研究表明:中國夏季在季風環流背景下,第 期 黃榮輝等:中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因在青藏高原的影響下,在西太平洋副熱帶高壓的西側與

37、北側,由東亞夏季風引發的暴雨具有突發性與持續性【 ,從而引起洪澇災害,因此,如圖 所示,西太平洋副熱帶高壓也是東亞季風氣候系統重要成員之一。葉篤正等等首先發現東亞夏季風環流和西太平洋副熱帶高壓在 月上、中旬存在著突變,并指出了正是這種行星尺度環流的突變才導致長江流域和江淮地區東亞夏季風的爆發。然而,的研究表明了西太平洋副熱帶高壓異常北跳、東亞夏季風環流的突變是與熱帶西太平洋熱狀態和菲律賓附近的對流活動密切相關。在熱帶西太平洋處于暖狀態,即在菲律賓附近對流活動強的夏季,西太平洋副熱帶高壓在 月上、中旬和 月上旬突然北跳明顯,這表明西太平洋副熱帶高壓在長江流域南部穩定的時間不長,它很快向北突跳,致

38、使西太平洋副熱帶高壓位置偏北,高度場在中國華北、東北地區和朝鮮半島及日本一帶有正的距平分布 見圖 ,這樣使得夏季風雨帶不能長時間穩定在長江流域,從而使得長江流域持續性暴雨發生不容易,洪澇災害也較少發生;相反,在熱帶西太平洋處于冷狀態,即在菲律賓附近對流活動弱的夏季,西太平洋副熱帶高壓突跳往往不明顯,致使它的位置偏南,高度場在中國華北、東北地區和朝鮮半島及日本一帶有負的距平分布 見圖 ,并長期停留在長江流域的南部,這致使夏季風雨帶能夠長期停滯在長江流域和江淮地區,從而引起此地區多次發生持續性暴雨并引發嚴重洪澇災害的發生。 和黃榮輝和李維京研究表明:西太平洋副熱帶高壓位置的南北振蕩與西太平洋,暖池

39、熱狀態及菲律賓周圍對流活動緊密相關;并且他們指出了北半球夏季環流異常存在著一遙相關型,即 振蕩或東亞/太平洋型遙相關型 也稱型 。這個遙相關型表明了夏季由菲律賓周圍對流活動形成的熱源所激發的行星尺度的波列在北半球能夠從東南亞通過東亞向北美西部沿岸傳播,它嚴重地影響著西太平洋副熱帶高壓位置的南北和東西振蕩,從而影響長江流域洪澇災害的發生。如 年春到夏熱帶太平洋熱容量偏低、菲律賓周圍對流活動弱,西太平洋副熱帶高壓位置長期偏南,這引起了來自孟加拉灣、南海和熱帶西太平洋水汽輸送到長江流域偏強,并與來自北方的水汽輸送長時間在此區域匯合,并引起此區域水汽輸送通量的輻合從而引發了此地區多次持續性暴雨的發生,

40、并造成了特大洪澇災害。 。 。 。 暖狀態 冷狀態圖 熱帶西太平洋處于暖、冷狀態夏季 高度距平分布圖單位: ,高度場資料取自 再分析資料 ,陰影區為超過 %的顯著性檢驗. 中緯度擾動對長江流域洪澇災害和持續性爆發的影響中緯度西風帶的擾動對于長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生有著重要影響,長江流域持續性暴雨的發生必須有頻繁的北方弱冷空氣活動 。一般當夏季在蒙古和中國華北上空有低壓槽長期維持,這樣就有不斷弱冷空氣南下到長江流域,與來自孟加拉灣、南海和熱帶西太平洋的暖濕氣流匯合,造成水汽在長江流域的強烈輻合,從而維持梅雨鋒長時間在長江流域維持,并使得梅雨鋒上中尺度系統不斷發展,引發長江流域發生持續性

41、暴雨和洪澇災害。西風帶的擾動活動與高空急流的位置有重要聯系。上述中國東部夏季風降水這 次年代際變化之所以呈現出季風降水主雨帶從北向南移的特征,這是與如圖 所示的東亞上空西風帶急流位置不斷南移有關。如圖 所示,在 世紀 年代中后期到 年代初夏季的西風急流處于中國北方,這使得西風帶擾動頻繁在華北上空活動,這使得弱冷空氣不斷從北方南下到長江流域,造成了冷暖氣流在長江流域交匯,從而導致 成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 第 卷了長江流域多持續性暴雨;而從 年代初之后,的西風異常南移,這使得西風帶擾動頻繁活動的位置南移,從而造成華南地區持續性暴雨和洪澇災害發生的增多。. 熱帶西太平洋的熱力異常對長

42、江流域持續性暴雨和洪澇災害發生的影響熱帶西太平洋是全球海洋溫度最高的海域,全球大約 %暖海水集中在這里,因此,此海域又稱為暖池 。在暖池上空,由于海表附近海一氣相互作用相當劇烈,并且此海域處于 環流的上 。 升支,大尺度的空氣和水汽的輻合產生了對流活動的 。 不斷加強和大量降水,此海域是全球大氣的主要潛熱源之一。因此,熱帶西太平洋的海溫和熱容量變化對全球和東亞氣候異常有很大的影響 。由于此海域暖狀態 冷狀態圖 熱帶西太平洋處于暖、冷狀態,東亞和西北太平洋上空水汽輸送通量距平矢量的分布單位:一 。,水汽和風場資料取自 / 再分析資料 。第 期 黃榮輝等:中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征

43、及成因.還研究了熱帶西太平洋熱力對南海夏季風爆發日期的影響,并且指出了南海夏季風爆發日期的早晚與菲律賓周圍春季的對流活動有很好的負相關,它們之間的相關系數可達一 . 。這表明:當春季菲律賓周圍對流活動強,則南海夏季風爆發早;相反,當春季菲律賓周圍對流活動弱,則南海夏季風爆發晚。并且,還指出南海季風暴雨早晚對于長江流域旱澇災害有很大影響,當南海季風爆發早,則長江流域發生洪澇災害少;相反,當南海季風爆發晚,則長江流域經常發生持續性暴雨和嚴重的洪澇災害。 年夏季整個熱帶西太平洋暖池海域的次表層海溫處于偏低狀態,菲律賓周圍的對流活動很弱,西太平洋副熱帶高壓偏南,從而造成夏季風雨帶較長時間穩定在長江流域

44、,使得長江流域發生了多次持續性暴雨,造成了此流域嚴重洪澇災害。. 厄爾尼諾和南方濤動簡稱 循環對長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的影響熱帶太平洋的 循環是引起北半球大氣環流異常的重要原因,也是引起東亞夏季風異常和長江流域洪澇災害發生的重要原因。陳文 以及黃榮輝和陳文 從觀測資料分析指出, 循環的不同階段對中國夏季,風異常和旱澇分布有著不同影響。如圖 所示,在 事件處于衰減階段或拉尼娜事件的發展階段時,也就是赤道中、東太平洋海溫處于下降階段,在該年夏季中國發生洪澇災害的區域與在 事件處于發展階段的洪澇分布有明顯的不同,在此階段的夏季,長江流域,特別在湘江、資水、沅江和澧水流域、往往發生洪澇災害和

45、多次持續性暴雨。 世紀長江流域三次特大洪澇均發生在赤道太平洋 事件的衰減期或拉尼娜 事件的發展期。如 年 月發生的 事件從年春季就開始衰減,這樣造成 年夏季長江流域,特別是洞庭湖、鄱陽湖以及湘江、資水、沅江、澧水流域發生了多次持續性暴雨,降水比常年降水增加了近%,發生了特大洪澇災害。最近, . 的研究表明了熱帶太平洋 事件有兩類:熱帶東太平洋增溫型 一般稱經典 事件 和熱帶中太平洋增溫型 一般又稱 。熱帶中太平洋增溫型所引起的降水異常分布與熱帶東太平洋增溫型所引起的降水異常分布型不同。在發展期,中國淮河流域夏季降水偏少;而在它的衰減期,如圖 所示,淮河流域夏季降水偏多,并在此流域往往發生持續性

46、暴雨和洪澇災害卜 。 和 年的夏季正是 的衰減期,故在淮河流域發生了持續性暴雨造成了此流域的嚴重洪澇災害。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 鷦。 。 。 塌。 。 。熱帶東太平洋增溫型經典事件 熱帶中太平洋增溫型 圖 熱帶太平洋兩類 事件衰減期的夏季月的中國降水距平合成分布圖實、虛表示正、負距平,陰影區表示正距平無論是經典的 事件或是事件對長江流域或淮河流域夏季持續性降水和洪澇災害發生的影響都是在 事件發生的第 年,那么為什么 事件對長江流域或淮河流域的氣候異常會產生延遲影響. ,張人禾和黃榮輝 的研究表明了在的衰減期,長江流域降水偏多是由于在這時期熱帶西北太平洋出現反氣旋異常環流

47、所致。研究表明:在 事件的成熟期以后,在熱帶西北太平洋上空有反氣旋距平環流,這個反氣旋距平環流可以從冬季一直維持到第二年春季。 . 研究了伴隨成 都 信 息 工 程 學 院 學 報 第 卷 事件發生的冬季到次年春季西北太平洋反氣旋異常形成機理,他們指出,伴隨著暖的 事件發生時, 環流減弱以及熱帶西太平洋負的海溫異常使得熱帶西太平洋的對流潛熱釋放減弱,從而激發冷的 波,這使得在熱帶西北太平洋上空對流層低層形成反氣旋異常環流;并且, .進一步指出,在冬季和初春西北太平洋上空低層風場的氣候態為東北風,反氣旋異常東邊的異常北風加大了海洋表面的蒸發,從而加強海表變冷,形成大氣與海洋相互作用的正反饋過程,

48、使得反氣旋異常能一直維持到次年春季。近年來的研究表明了熱帶印度洋海溫偏高可以使這個反氣旋環流異常維持到夏季 。這樣,在反氣旋距平環流的西邊是偏南氣流的異常,它加強了從孟加拉灣和南海上空水汽往北輸送,從而使得長江流域的梅雨得以維持較長時間,并導致長江流域夏季經常發生持續性暴雨和洪澇災害的發生。 . 指出:夏季西北太平洋反氣旋環流一方面使得長江、淮河流域梅雨鋒長時間維持,另一方面改變南北氣壓梯度,使得梅雨鋒鋒面系統更強。. 青藏高原上空的熱源異常對長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的影響葉篤正和高由禧 。指出:青藏高原陸面熱狀況對東亞夏季風和夏季氣候異常有著重要影響,特別是青藏高原的雪蓋面積大,深度

49、深,不僅本身是氣候災害之一,而且它對長江流域的洪澇氣候災害的發生也有重要作用。觀測資料分析的結果表明了青藏高原冬、春雪蓋與長江流域的汛期降水有明顯的正相關,若青藏高原冬、春雪蓋面積大,夏季洞庭湖、鄱陽湖流域和江南地區的梅雨強,容易引發持續性暴雨,并往往發生洪澇災害 。 年冬和 年春青藏高原降了歷史上罕見的大雪,這對 年夏季洞庭湖和鄱陽湖多次持續性暴雨和洪澇災害的發生有一定影響。. 熱帶印度洋熱力狀態對長江流域洪澇災害和持續性暴雨發生的影響印度洋海表面溫度異常對東亞夏季風和氣候變異也有重要影響 。他們指出:印度洋存在著滯后于熱帶中、東太平洋 個月的增溫現象,這種滯后于赤道中、東太平洋增溫對于長江

50、流域和江淮地區的洪澇災害發生有一定的影響。最近的研究表明:印度洋海溫對夏季西太平洋上空對流層低層的反氣旋距平環流的形成和維持起到重要作用。黃剛和胡開明研究表明了夏季西北太平洋反氣旋異常與熱帶北印度洋海溫有顯著的正相關,其相關系數通過了 %的信度檢驗,這表明了夏季北印度洋海溫異常增暖將引起西北太平洋反氣旋異常環流的加強。如圖所示,這個反氣旋異常環流通過遙相關將嚴重影響日本本州和北海道夏季降水,對于長江中、下游和江淮地區夏季洪澇災害和持續性暴雨的發生也有一定影響。結論和討論。綜述了中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因。表明:由于受東亞季風氣候系統變異的影響,長。江流域洪澇災害和持續性暴

51、雨不僅分布范圍廣,而且發生頻率高,造成了嚴重的經濟損失和重大人員傷亡。許多分析結果表明了長江流域洪澇災害具有明顯的年際和年代際變化, 。】 :抑從 年之后,長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生頻圖 熱帶印度洋夏季 。 。 , 。 。 區域率明顯增多;并且,分析表明了無論是長江中、下游地區或是平均的標準化海表溫度距平 即指數 與東亞和西北太平洋區域降水的同期相關系數以及與長江上游的川東地區持續性暴雨的發生都是在“鞍”型大尺風場的回歸 只給出超過 %檢驗的矢量分布度環流系統的配置下,這種環流系統的配置不僅利于水汽輸實、虛線表示正、負相關,陰影區表示超過 %信度檢驗的區域,降水資料取自 資料 送到長江中、下游地區或是上游的川東地區,而且利于在“鞍”型中心地區產生垂直對流不穩定。此外,許多研究還表明了東亞季風氣候系統的年際變異對長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生有重要影響,不僅東亞夏季風、西太平洋副熱帶高壓和中緯度西風帶擾動對長江流域的洪澇災害和持續性暴雨的發生具有重要影響,而且熱帶西太平洋熱力狀態、熱帶太平洋的 循環和熱帶北印度洋的熱力變異以及青藏高原的積雪對長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生有著重要影響。第 期 黃榮輝等:中國長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征及成因雖然,在長江流域洪澇災害和持續性暴雨的發生特征和成因的研究取得一定進展,但是,在中國洪