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

（大興安嶺地區氣象局，黑龍江 加格達奇 165000）

1 引言

隨著全球氣候變暖，大興安嶺地區極端災害性天氣頻發， 如暴雨洪澇等， 1998 年和2021 年夏季大興安嶺地區經歷了自1966 年開發建設以來的兩年夏季特大洪水。 1998 年和2021 年均為全區性大洪水，洪峰流量高，洪水來的早、歷時長、范圍廣，歷史上罕見。

異常的氣候特點是雨季來的早， 均在5 月19 日前后開始； 連續性降水時間長，1998 年6 月4-27 日連續降水日數多達24 d,2021 年5 月19 日-6 月3 日多達17 d，均比較少有，兩年中5-6 月累計降水量特多，1998 年和2021 年多數臺站分別高出歷年值58.8%-140%、81.9%-270%， 降水峰值月多數臺站由原來的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 年多數臺站偏多或特多， 多條河流反復出現大洪水， 洪峰流量高，2021年多數河流洪水均位于歷史第一位或第二位，1998 年多數河流洪水均位于歷史第二位或第三位。 洪水歷時長，1998 年前后大小河流洪水累計2 個月有余， 最后一次洪水時間為8 月19 日，2021 年洪水累計近1 個半月，最后一次洪水時間為7 月29 日。 受災損失嚴重，為了今后能夠更科學精準做好洪澇災害預報預測服務，充分發揮防災減災第一道防線作用。 本文從氣象、水文、外強迫信號、太陽黑子等諸多方面進行背景對比分析。

2 資料的來源與研究方法

降水、氣溫、積雪深度、凍土深度等常規資料來自大興安嶺地區六個國家氣象站，太陽黑子相對數來自黑龍江省氣候中心， 海溫資料來自國家局氣候中心網站，水文資料來源于大興安嶺地區水務局， 時間段取1974-2021 年。 方法采用對比分析，結合統計分析。

3 背景對比分析

3.1 前期氣候背景對比

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。

3.1.2 冬季氣溫及凍土

大興安嶺地區小氣候（凍土層存在時間長）影響及1997 年和2020 年冬季多數地區經歷了持續極寒天氣，冬季氣溫低（表1），尤其是1 月氣溫特低，1998 年全區月平均氣溫-29.5 ℃，較歷年偏低了4.1 ℃，2021 年全區月平均氣溫-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 年大興安嶺地區冬季氣溫及距平（℃）

表2 1998 年和2021 年大興安嶺地區各站凍土深度（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 年多數臺站均較常年同期略多或偏多； 積雪深度1997 年各站均深，2020 年北部地區積雪深度深（表3-4）。

表3 大興安嶺地區10 月-翌年2 月 降水量及距平（mm）

表4 大興安嶺地區2020 年和1997 年最大積雪深度（cm）

3.1.4 春季回暖

統計表明：2021 年春季回暖早，4 月21 日全區最高氣溫突破零上20.0 ℃，快速且劇烈的強升溫，導致深厚的積雪快速融化，而此時地表融化層淺薄，融化的雪水無法下滲，形成地表徑流；1998 年亦是如此，4 月上旬有強升溫，全區最高氣溫均達到15.0 ℃以上（表5）。

表5 大興安嶺地區春季強升溫（℃）

3.1.5 5 月降水量

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

表6 大興安嶺地區2021 年和1998 年5 月降水量及距平（mm）

3.2 夏季大氣環流對比

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

2021 年夏季， 副熱帶高壓異常偏北，7 月13 日20時副熱帶高壓588 線呈拇指狀北伸至黑龍江撫遠一帶，14 日20 時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，將海上充沛水汽源源不斷輸送到大興安嶺上空。

2021 年春季到夏季多個冷渦的影響帶來較強降水，最為典型的是6 月15-17 日大興安嶺全境區域暴雨，加之前期的降水疊加， 導致截止到6 月16 日大興安嶺全區降水異常偏多（圖1），7 月副熱帶高壓異常北跳， 帶來7 月13-14 日和7 月31 日-8 月1 日的大到暴雨， 導致多數臺站7 月降水量偏多或特多，洪水連續不斷發生。

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

3.3 上游來水的影響

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

表7 阿里河2021 年3-6 月 降水量及距平（mm）

第二，從氣象衛星監測的6 月26 日及6 月13 日水體演變圖中可見(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岸結雅河（出現超警戒水位）來水影響，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 日水體面積對比專題圖（部分）

3.4 太陽黑子活動的影響

1998 和2021 年均處在太陽黑子谷值年第二年的上升期， 根據統計，1974-2021 年48 a 中共經歷了5 個太陽黑子活動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， 對應大興安嶺地區夏季降水量分別是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黑子相對數在到達谷值后的上升期有關，因此需要特別關注它對應的第二年夏季降水，尤其是夏季降水處在豐水期時(圖3)。

圖3 1974-2021 年夏季降水量與太陽黑子相對數

3.5 外強迫信號-中等強度拉尼娜的影響

1998 年和2021 年都是中等強度拉尼娜年，1974-2021 年間發生中等強度的拉尼娜年有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）。 由于中等強度的拉尼娜發生在夏末8 月，對夏季影響只一個月，這里忽略 （2007 年）， 因此對夏季降水產生影響的是1975年、1998 年、2010 年和2021 年，這4 a 對應的夏季降水分別是314.5 mm、 385.8 mm、 360.3 mm 、 456.4 mm，與常年同期值（317.3 mm）相比，多數是偏多的，可見中等強度拉尼娜發生在7 月之前，對應當年大興安嶺夏季降水是值得關注的。

另外， 從夏季降水自身演變情況來看，1998 年和2021 年大興安嶺地區均處在豐水期內（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，有達到15 ℃以上快速升溫，夏季大氣環流背景上，副熱帶高壓偏北，鄂霍次克海高壓偏強且穩定少動，形成阻塞形勢?？驼緛硭?；均處在太陽黑子谷值年第二年的上升期；外強迫信號均受中等強度的拉尼娜影響。 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

通過以上背景對比分析，1998 年和2021 年特大洪水是以下多個背景因素綜合作用的結果:

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

（2）夏季大氣環流異常，鄂霍次克海高壓偏強，且穩定少動，東北冷渦活躍，受東阻影響在大興安嶺地區附近移動緩慢，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，造成大興安嶺地區夏季降水量特多。

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

（4）太陽黑子活動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。