汉江流域2021年伏秋连汛降水季内差异特征及成因分析

汉江流域是中国重要的调水水源区,研究其降水特征对防涝抗旱具有重要意义。基于汉江流域62个国家气象站降水资料及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(National Center for Envi⁃ronmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)再分析资料,通过百分位数、相关分析和T-N波作用通量,探讨了2021年伏秋(8—10月)连汛期间汉江降水的季内差异特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:2021年伏秋期间,汉江上游流域出现破纪录降水,极端性强、总量大。降水在伏夏和秋季两个时段均偏多,但秋季的多雨区位置更偏北。伏夏期间,北大西洋经西伯利亚向东频散的Rossby波使得欧亚上空维持“两槽两脊”,冷空气较强,同时西太平洋副热带高压(简称“副高”)强势西伸,通过西南和偏东两支通道向北输送暖湿水汽;冷暖空气在高空急流南侧对峙并辐合上升,导致降水异常偏多。秋季,北太平洋频散的Rossby波使得欧亚上空维持“两槽一脊”,冷空气较弱;副高断裂导致水汽通道偏南,高空急流北抬使冷暖空气辐合上升位置偏北,造成雨区偏北。2021年汉江流域伏夏降水异常受热带东大西洋海温正异常影响,秋季受赤道中太平洋冷海温影响。

基于HEC-HMS水文模型的潼三段流域2021年秋汛洪水模拟

水库精细化调度是确保防洪安全与提高水库综合效益的主要措施。以三门峡库区潼关至三门峡大坝间流域(潼三段流域)无测控区为研究区域,基于土壤、土地利用、降水、径流等数据,构建HEC-HMS水文模型,对2021年潼三段流域整个秋汛洪水过程进行模拟,分析区间各支流洪水叠加过程与径流量变化。采用径流系数法(算术平均法和泰森多边形法)计算潼三段流域径流总量并与实测值对比,验证HEC-HMS水文模型模拟结果的准确性。结果表明:HEC-HMS水文模型在潼三段流域表现出良好的适用性与可靠性,径流总量模拟值与实测值仅相差2.33%,模拟效果显著优于径流系数法。

黄河秋汛洪水防御实践与思考

黄河秋汛洪水相比夏汛洪水,具有洪峰低、持续时间长、含沙量低的特点。2021年黄河发生严重秋汛,干支流、中下游汛情多区域交织,多场次叠加,洪量之大、历时之长,历史罕见。文章以2021年黄河秋汛洪水为例,从水库群精细联合调度、洪水防御工作部署、防洪调度成效等方面回顾了秋汛洪水防御工作,总结了此次洪水防御过程中的技术支撑及组织保障经验,展望了新形势下秋汛洪水防御工作重点,为今后秋汛洪水防御工作提供借鉴参考。

渭河秋汛洪水特征与防洪调度分析

为保障渭河安澜和促进秋汛洪水利用,分析总结了渭河秋汛洪水特征及2021年水库防洪调度效果,分析结果表明:华县站(1935-2022年系列)年最大洪水出现在处暑后秋汛洪水的经验频率为43.8%;秋汛强连阴雨可分为短期、中期和长期3类,雨区分布包括2类6型:斜向类的四边型、三角型和对角型,纬向类的纬北型、纬中型和纬南型;2021年秋汛洪水历时836.5小时、洪量55.82亿m^(3),仅小于“64·9”洪水和“03·8”洪水;冯家山水库和黑河金盆水库对2021年秋汛洪水分别削减洪峰40.2%~94.2%和28.3%~44.9%。总结秋汛洪水防御经验启示,提出了补工程短板、注重洪水资源利用、改善河道条件等措施建议。

三峡水库秋汛期水沙特点及秋汛洪水对库区冲淤的影响

长江上游秋汛洪水是三峡水库重要水沙事件,对三峡库区冲淤特性有直接影响。基于1954-2022年实测资料分析表明,近70年来长江上游秋汛期来水量变化不大,来沙量均值在2013年前后减幅达到87%。2013年以后,三峡库区秋汛洪水的来沙高度集中于嘉陵江流域,占寸滩沙量的70%以上,秋汛洪水通过影响嘉陵江的水沙条件,进而间接影响三峡水库秋汛期的入库水沙条件。与汛期洪水相比,秋汛洪水的泥沙90%以上在库区淤积,且库尾淤积更加突出。实测资料分析结果表明,秋汛洪水期间适时加大水库下泄流量,可显著增大排沙量,减轻库区淤积。研究成果对加深三峡水库淤积特性认识、优化三峡水库秋汛洪水调度具有重要意义。

海南岛秋汛期降水的时空分布特点及其环流特征分析

利用国家气象信息中心整编的海南岛18个市县测站的日降水资料和美国NCEP/NCAR的再分析资料,分析了1981—2010年海南岛秋汛期降水的异常及其环流特征。研究结果表明:海南岛汛期降水分布形态与华南其他各区存在差异性,双峰结构不明显,随着暴雨级别的提高,暴雨日分布形态的单峰现象愈加显著,峰值出现在秋汛期内。秋汛期降水在时间分布上存在差异性,尤其是10月上半月内,不同级别的降水逐候分布均出现了急剧变化。在空间分布上也存在显著差异,降水高值区出现在海南岛中-东部,整体均呈一致的自东向西逐渐减弱的分布态势。9月中旬后,华南至南海北部地区处冬夏季风交替时期,天气尺度冷暖系统交汇激烈,高低空天气系统的有利配置导致区域性强降水频频出现在这一时期。其中,南海北部低空风场的走向和风速的差异,及南亚高压的位置变化是10月上半月内降水出现急剧变化的主要原因。低空偏东强风带在南海北部的出现和逐候加强是秋汛期内最显著的环流特征。多个极端降水个例的环流分析也显示,强劲的低空急流是秋汛期特大暴雨的天气学特征中最显著的强信号,急流的存在为暴雨过程提供了充沛的水汽输入和辐合抬升条件,是触发秋汛期极端降水的关键原因。秋汛期南海地区的水汽输送通量值随季节的推进经历了偏南单中心-南北双中心-偏北单中心的演变。输送水汽的气流来自印度洋的西南季风支流,澳大利亚-印尼一带的偏南越赤道气流,大陆冷高压东南侧的东北气流和副高南侧的偏东气流。此外研究结果还表明,特大暴雨发生期间,南亚高压的主体多位于南海北部,相对气候平均态而言,东亚西风槽偏强,副高偏北偏强,偏东低空急流强劲,造成暴雨增幅的水汽主要来自大陆冷高压东南侧的东北气流,副高南侧的偏东气流和印度洋的西南季风支流的输送。

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压(副高)偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。

2003年黄河流域雨水情特点分析

2003年上半年,黄河流域主要来水区(站)来水量较常年偏少40%～70%,为有资料记录以来的最小值。进入汛期以后,黄河流域大部分地区降水量持续偏多,其中泾河、渭河和三门峡—花园口区间7～10月降水量较常年偏多60%～70%;9～11月渭河华县站、洛河黑石关站和沁河武陟站来水量较常年偏多1～6倍。7月30日北干流府谷站发生该站有实测资料记载以来最大洪水;8月下旬到10月上旬,渭河连续发生6次洪水,咸阳、临潼、华县等站出现历史最高洪水位;洛河部分站也出现有实测资料记载以来最大洪水。黄河下游小浪底—利津河段全年约冲刷泥沙2.55亿t。

2011年渭河和汉江上游秋汛期环流特征及暴雨致洪成因

利用气候统计和天气分析方法,结合气象和水文资料,对2011年9月华西秋雨的时空分布特点、大尺度环流形势及相关流域的洪水与秋雨关系进行了分析。结果显示,2011年华西秋雨主雨区位于渭河、汉江上游及渠江流域,雨区集中和强降水时段集中是2011年华西秋雨的主要特点。分析大尺度环流表明,欧亚中高纬度地区位势高度距平场从西北到东南呈现"+-+"的典型波列分布,副热带高压的东西摆动和稳定维持直接影响雨带位置变化,西风槽与高原槽的叠加导致了大范围的强降水。渭河和汉江上游流域水位变化与流域强降水过程有很好的对应关系。与秋汛期历年洪涝年比较,2011年渭河和汉江上游流域秋汛期总降水量低于2003年,但暴雨过程集中、强度大导致该流域出现自1983年以来最大洪水。

长江流域华西秋雨多发区“11·9”暴雨洪水分析

2011年9月上中旬,受西北强冷空气和西南暖湿气流的共同影响,长江流域"华西秋雨"多发区的四川东北部、陕西西南部等地连续出现了3次强降雨过程,致使嘉陵江支流渠江发生100年一遇超历史实测记录的特大洪水,汉江上游发生20年一遇的大洪水。依据报汛资料分析了此次暴雨洪水的特性,以及水利工程在抵御洪水中的作用,并与"03.9"、"05.10"洪水进行了对比分析,可为华西秋雨多发区今后的洪水灾害防御提供参考。

2003年天气气候异常灾害机理的定量分析Ⅱ——黄淮秋汛

利用NCEP/NCAR再分析资料和局地经向环流线性诊断模式,定量分析导致2003年黄淮秋汛的主要物理过程,并结合天气形势来确立(1～3天)短期预报的着眼点。数值诊断结果表明:(1)预报降水的开始和发展趋势可参考贝加尔湖-新疆低槽及其分裂西风小槽的槽前暖平流与长江流域副热带高压脊西北侧的西南风暖平流的叠加过程。这两股暖平流在黄淮流域所驱动的经向环流上升支占总体上升运动的23.1%,且主要出现在强降水前3天内,强度达到-0.015 Pa/s。(2)预报降水的强度和持续时间可参考高空西风急流在黄河流域北侧的建立和维持。与该急流有关的平均西风动量平流在黄淮流域所驱动的上升支占总体上升运动的28.8%,且主要出现在强降水后4天内,强度达到-0.02 Pa/s。此外,与强降水同步发生且起正反馈作用的潜热加热所驱动的上升支占总体上升运动的44.2%,在强降水期间达到-0.03 Pa/s。(3)预报秋汛结束可参考对流层中上层冷平流侵入黄淮流域以及高空西风急流南压到长江流域北侧,迫使南亚高压脊和副热带高压脊撤出长江流域的一系列过程。与该过程有关的平均温度平流、平均西风动量平流及平均热量垂直输送所驱动的下沉支控制黄淮流域,会导致黄淮秋汛结束。

基于OSR-BP神经网络的丹江口秋汛期径流长期预报研究

针对丹江口流域秋汛期(9、10月)径流长期预报,为了消除网络输入的复共线性与网络训练的过拟合现象,将最优子集回归(OSR)和BP神经网络进行耦合,综合考虑训练误差和检验误差,来确定网络训练的最佳训练次数和终止条件,在此基础上提出基于OSR-BP神经网络的径流长期预报技术,并对丹江口秋汛期入库径流量进行了模拟和试报,结果表明:建立的模型稳定性良好,不论模拟还是试报精度均令人满意,特别是对预报年份中的丰枯特征均具有较好的体现。

致洪暴雨预报模型应用研究

通过普查、分析黄河花园口站洪峰流量大于等于4000m3/s的黄河中游8次洪水过程,着重分析了洪水过程中小花间区域致洪暴雨发生前的天气学特征,归纳出造成小花间洪水过程的天气形势主要有鞍型场和台风倒槽两大类型,并建立了相应的500、700hPa高度场模型和热力、水汽条件诊断模型及动力条件物理量诊断模型,并采用相似离度进行入型判别。该预报模型在2003年预报业务试验中,对黄河秋汛期间发生在小花间区域的致洪暴雨过程进行了较为成功的预报。

对黄河1662年洪水及特大洪水分型的再认识

关于黄河1662年洪水，有大量的历史文献记载，但经多次调查均未发现其洪水痕迹。王涌泉认为该次洪水由台风暴雨形成，并以地方志记载的雨情为基础估算出陕县站1662年洪水的洪峰流量为47 600～58 600 m^3/s，该估算结果因其太大而令人难以置信。本次研究认为该年洪水由典型的特大华西秋雨形成，遂以之为指导并以清代时任河道总督朱之锡所著《河防疏略》及有关县志记载的雨情、水情、灾情为基础，估算黄河1662年洪水陕县和花园口的洪峰流量分别为25 000 m^3/s和28 000 m3/s，花园口流量超过10 000 m^3/s的历时长达40多d，致使其超万洪量比以往规划设计采用的按万年一遇洪水所求的超万洪量大出约58%。以往对黄河特大洪水的分型，只考虑了发生在伏汛期的上大型、下大型和上下较大型这三种类型，没有考虑秋汛期洪水，根据本次对黄河1662年洪水的估算结果，认为黄河下游特大洪水的分型应增加华西秋雨造成的上大型洪水，使黄河下游洪水分型更为合理，并有助于促进黄河治河方略和防洪工程布局的完善，确保黄河长治久安。

副高脊线的月内振荡对汉江上游秋汛的影响

利用1951—2014年中国台站逐日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,通过突变检验、周期分析等方法,研究了秋季9—10月副高脊线的年代际变化和月内振荡特征及其与汉江上游秋季降水存在的可能关联。结果表明:秋季副高脊线位置在1997年前后发生了突变,这与秋季副高强度的突变时间存在着较为明显的差异。秋季副高脊线位置发生突变后,与1997年之前相比明显偏北,且偏北日数增多,同时月内振荡也较脊线突变前偏强,与之对应的华西秋雨的降水量也随之增多。当其准双周周期较强时,汉江上游9—10月容易降水偏多;而相反地,脊线准双周周期弱时,则更易发生少雨。

2017年长江汉江秋汛防御实践

2017年9—10月,受持续降雨影响,长江上游三峡区间、汉江发生了明显的秋季洪水过程。通过对秋汛过程分析,总结了组织领导、应急值守、水库调度、巡查防守、转移避险等防御工作举措,针对存在问题提出了下一步工作建议。

海南岛不同强弱秋汛期暴雨的环流形势和动力特征分析

基于天气学诊断分析方法,对2000年10月11—14日、2010年10月1—8日和2003年10月4—5日、2005年10月10-11日4次不同降水强度的秋汛期暴雨过程进行了对比分析,研究结果表明:不同强度秋汛期暴雨过程的降水分布和高低层天气系统配置具有相似性,导致秋汛期暴雨出现强度差别的主要原因是天气系统强度、位置的差异。秋汛期暴雨强个例中,南亚高压中心位于海南岛上空,辐散强度是弱个例的2~3倍,南海热带低值系统相对更强,位置偏北,副高偏弱主体退缩至海上。南海中北部出现偏东风低空急流是秋汛期暴雨过程中最显著的环流特征。在不同强度的降水个例中,急流的分布形态、强度存在明显差别。强个例中低空急流的急流核强度、长度、厚度,以及急流核上方的风速梯度均远大于弱个例,且水平风随高度顺时针旋转现象十分显著,出现强的暖平流。此外,最强降水日中强个例的低空急流核位于海南岛东部近海上空,在水平方向上稳定少动,垂直方向和风速上则脉动剧烈。弱个例的急流核在水平方向上东西振荡明显,在垂直高度和风速上变化很小。秋汛期暴雨强个例的水汽主要由偏南风、偏东风和东北风3支气流输送而来,既有经向输送也有纬向输送,弱个例的水汽以经向输送为主,多为偏东气流所致。

2011年黄河秋汛洪水调度分析

2011年黄河发生多年罕见秋汛,支流渭河出现自1981年以来最大洪水过程,伊洛河发生超警戒以上洪水,干流潼关站出现1998年以来最大洪水。通过实时调整小浪底、故县、陆浑、三门峡等干支流骨干水库运用方式,拦蓄洪水错峰削峰,有效减轻了下游地区防洪压力,实现了防洪减灾和蓄水兴利多赢的目标。针对防洪调度中发现的问题,提出了加强洪水风险调度管理与洪水资源化实践和研究、强化河道治理、提高防洪保障能力、不断提升水文预报和决策支撑技术等建议。

2021年黄河秋汛洪水特点及预报实践

2021年黄河中下游出现了罕见的秋季洪水,防汛形势极为严峻。此次秋汛共计6次主要洪水过程,来水主要集中在泾渭河、伊洛河、沁河等支流,多站洪水突破历史同期极值。在秋汛防御中,水利部黄河水利委员会强化洪水预测预报,科学部署,实现了水工程精细化调度,为取得秋汛防御全面胜利提供了强力支撑。

2021年黄河秋汛洪水处理策略与实践

受罕见华西秋雨影响,2021年黄河中下游发生了严重的秋汛洪水。面对汛情,黄河水利委员会按照“系统、统筹、科学、安全”的原则,以全面均衡洪水蓄泄空间、合理共担洪水风险为调度理念,通过精细化调度水工程,将花园口站2次流量在10 000 m^(3)/s以上的洪水削减至4 800 m^(3)/s左右,成功抗御了此次秋汛洪水。秋汛期间没有发生重大险情、重大灾情、人员伤亡,保证了洪水安澜入海,避免了下游滩区140万人转移和26.6万hm^(2)耕地受淹,保障了下游滩区人民群众生命财产安全。通过简述2021年黄河秋汛洪水调度情况,总结了此次洪水处理策略,提出了对于做好秋汛洪水调度防御的认识。