尚潇瑛，曲 艳，辛 琛，刘 俊

（1.陕西省河流工程技术研究中心,陕西 西安 710018；2.陕西省江河水库工作中心,陕西 西安 710018）

华西地区除了夏季降水外,其秋季降水现象最为典型,称为“华西秋雨”。华西秋雨是我国从春季到秋季6 个重要区域性雨季中的最后一个[1],也是我国西部地区秋季多雨的特殊天气现象,以连阴雨天气为主。2021 年9 月16 日到10 月8 日渭河中下游接连出现的3 次连阴雨过程,24 d 中暴雨日达14 d,降雨间隔最短仅2 天,渭河秋汛连阴雨过程降水强度高,累计降水量为1961 年以来历史最多,发生1935 年有实测资料以来同期最大洪水,来水分别为同期多年平均值的2 倍；2021 年汛期特别是8 月中下旬以来,黄河发生新中国成立以来最严重秋汛,黄河中下游干支流接连发生多场洪水过程,来水严重偏多。渭河作为黄河最大支流,其降雨量多少直接影响黄河的防汛安全,因此开展渭河秋汛降雨与气象背景研究对保障黄河、渭河及三门峡库区安澜起到至关重要的作用。

1 2021 年渭河秋汛降雨特征

1.1 2021 年渭河秋汛降雨特征分析

2021 年9 月16 日～9 月20 日,泾、渭、洛河流域出现第一次大范围持续暴雨过程,连续降雨时间5 d,大范围日雨量10 mm 以上的天数达3 d,最大日降雨量集中在9 月19 日。降雨期间日降雨量大于50 mm 的有106 站,次降雨量大于100 mm 的有117 站。暴雨中心位于陕西眉县、鄠邑区秦岭北麓一带至华阴南山支流、泾河泾阳到泾川、石川河富平至铜川大部分地区,暴雨区呈不规则的块状东西排列。

2021 年9 月23 日～9 月29 日,泾、渭、洛河流域出现第二次范围大、持续时间长的暴雨过程,连续降雨时间7 d,大范围日雨量10 mm 以上的天数达5 d,最大日降雨量集中在9 月25 日、26 日。降雨期间日降雨量大于100 mm 的有4 站,次降雨量大于200 mm 的有26 站。暴雨中心位于雨区由天水向东经宝鸡、咸阳、渭南至华阴长涧河以南秦岭北麓区域、向北经甘肃庄浪、庆阳、至甘泉、富县、黄龙再向西到宜君、白水、大荔一带区域,暴雨区呈东西排列。

2021 年10 月3 日～8 日,泾、渭、洛河流域出现第三次范围大、持续时间长的暴雨过程,连续降雨时间6 d,大范围日雨量10 mm 以上的天数达4 d；最大日降雨量集中在10 月4 日,降雨期间日降雨量大于100 mm 的有10 站,次降雨量大于150 mm 的有63 站、大于200 mm 的有17 站。暴雨区呈西南－东北向带状分布,暴雨中心位于雨区由天水社棠向东经宝鸡陈仓,向东北经宝鸡陇县、甘肃泾川、庆阳至志丹、向南经甘泉、富县、黄龙再向西到宜君、旬邑、彬县、甘肃灵台到陈仓一带区域。

总体来看,2021 年秋汛降雨过程每次持续时间5 d～7 d,降雨历时不长,但秋汛期连续降雨过程发生3 次,且降雨过程间隔较短,最短间隔仅2 d。本次秋汛连阴雨过程降水强度高,累计降水量为1961 年以来历史最多。

1.2 秋汛强连阴雨过程分析

连阴雨一般指连续3 d～5 d 以上的阴雨天气现象,根据陕西省降水特征,一般将连续4 天及以上测站日降水量大于或等于0.1 mm,持续时间在5 d 或5 d 以上（期间允许有1 d 的微量降水或无降水间隔）的降水天气过程定义为一次连阴雨过程,将其达到一定量级标准的命名为强连阴雨过程。

统计1960 年～2021 年华县站具有连续7 d 洪水过程的场次洪水,分析其降雨量资料,共筛选出35 次秋汛强连阴雨过程进行分析,以降雨时长为依据,分为短、中、长期强连阴雨,其中降雨持续5 d～7 d,为短期强连阴雨（10 次,1973 年、2021 年等）；持续8 d～15 d,为中期强连阴雨（16 次,1961 年、1970 年等）；降水多于15 d 为长期强连阴雨（9 次,1962 年、1968 年等）。渭河中下游典型秋汛强连阴雨降雨时长统计见表1,从表中看出,1961 年、1964 年、1975 年、1976 年、1983 年、1984 年、2003 年、2005 年及2021 年秋汛期期间多次出现强连阴雨过程,强连阴雨次数较常年偏多。

表1 渭河中下游典型秋汛强连阴雨降雨时长统计

针对渭河连阴雨过程特点,以主要雨区的形状和落区位置为标准[2],又可分成纬向类和斜向类两类[2],主要特征见表2。2021 年9 月16 日～20 日、9 月23 日～29 日、1981 年9 月1日～15 日以及1968 年9 月6 日～27 日为纬向类典型实例；2021 年10 月3 日～8 日、1964 年9 月2 日～14 日为斜向类典型实例。

表2 强连阴雨过程分型标准

2 渭河秋汛洪水气象背景

2.1 环流形势

2021 年大气环流形势稳定,有利于冷空气频繁影响北方地区。从环流形势来看,2021 年8 月下旬以来,欧亚大陆中高纬度环流呈西低东高的异常分布,贝加尔湖高压脊偏强,西南地区低涡稳定维持,为强降水提供了较好的动力条件。

同时2021 年还受拉尼娜现象的影响,太平洋赤道东侧的海域水温持续偏低,从而导致太平洋赤道东侧上空易形成高压气团,压迫西太平洋副热带高压（以下简称“副高”）,造成了副高的偏北。2021 年秋汛期副高异常偏强偏西偏北,副高先西伸北抬后稳定维持在黄淮地区,与西风带低值系统在陕西形成稳定的东高西低的环流形势。副高偏强外界的气流就难以涌入,所以造成气流沿着副高的边缘移动,陕西、山西、河南就位于2021 年副高的西北部边缘。副热带高压西侧的偏南气流和低层西南急流将南海和孟加拉湾的水汽向北经过西南地区源源不断地输送到渭河中下游地区,加上印缅槽活跃,冷空气活动频繁,北方南下的冷空气和西南暖湿气流在渭河中下游持续、猛烈交汇,为强降水提供了有利的水汽条件,形成了特殊的极为罕见的秋雨。

从2021 年各时段降雨气象背景来看,9 月16 日～20 日,9 月23 日～29 日、10 月3 日～8 日降雨期间,850 hPa～200 hPa 上一直存在着低涡、切变线。另外9 月16 日～10 月8 日期间,地面上不断有冷高压存在,渭河中下游地区处于地面冷锋后部,地面上的高压环流、倒槽等系统为降雨提供了冷空气和动力条件。

图1 是2021 年9 月16 日～20 日500 hPa 位势高度及850 hPa～200 hPa 风切变平均值图,图2 是2021 年9 月10 日～25 日的 500 hPa 层面距平图,可见大部分地区位势距平为正,5860 线明显比往年偏北。

图1 2021 年9 月16 日～20 日500hPa 位势高度及850 hPa～200 hPa 风切变平均值图

图2 2021 年9 月10 日～25 日 500 hPa 层面距平图

9 月23 日～29 日降雨最强时段集中在9 月25 日～26 日两天,强降雨极端指数达到0.85 及以上,图3 是2021 年9 月23 日～29 日500 hPa 位势高度及850 hPa～200 hPa 风切变平均值图,图4、图5 分别为2021 年9 月24 日、25 日的850 hPa风场与500 hPa 位势高度图,可以看出,导致强降雨的天气系统又是低涡切变线。

图3 2021 年9 月23 日～29 日500 hPa 位势高度及850 hPa～200 hPa 风切变平均值图

图4 2021 年9 月24 日850 hPa 风场与500 hPa位势高度图

图5 2021 年9 月25 日850 hPa 风场与500 hPa位势高度图

9 月29 日受短波槽东移和台风蒲公英的影响,副高南退（2021 年9 月29 日～10 月3 日850 hPa 温度、风场与500 hPa位势高度见图6）,9 月29 日～10 月3 日东北有一冷空气,激发出了明显的气旋,2021 年9 月29 日～10 月3 日850 hPa 风与平均海平面气压见图7。9 月29 日～10 月4 日期间,位于中西伯利亚的暖脊东移发展,使得副高再次北抬加强,中心位势超过5940,2021 年9 月29 日～10 月4 日期间500 hPa 位势高度对比情况见图8,850hPa 温度、风场与500 hPa 位势高度见图9；同时在哈萨克斯坦以北有一切断低涡,并有大量的偏南风灌入黄土高原,导致10 月3 日～8 日期间又形成一次明显的降水过程。2021 年10 月3 日～8 日降雨期间500 hPa 位势高度及850 hPa～200 hPa 风切变平均值图分别见图10。

图6 2021 年9 月29 日～10 月3 日850 hPa 温度,风场与500 hPa 位势高度图

图7 2021 年9 月29 日～10 月3 日850 hPa 风与平均海平面气压图

图8 2021 年9 月29 日～10 月4 日500 hPa位势高度异常情况

图9 2021 年9 月29 日～10 月4 日850 hPa 温度,风场与500 hPa 位势高度图

图10 2021 年10 月3 日～8 日500 hPa 位势高度及850 hPa～200 hPa 风切变平均值图

总体来看,渭河秋汛洪水的发生,不仅与东亚地区环流形势有关,而且与亚欧以至更大范围的环流形势有关；西太平洋副高的进退、维持和强度变化,同降雨关系最为密切,它直接影响降雨带走向、位置、范围和强度等；本次副高呈东西向带状分布,有利于渭河中下游一带的纬向与斜向类连阴雨。

2.2 暴雨影响系统

形成渭河2021 秋汛降雨过程的天气系统主要有低涡、切变线、西南风急流、地面冷锋以及地面冷高压等,主要降雨区分布在副热带高压西北侧。

2021 年高纬西风带异常,在乌拉尔山呈现明显的槽位,副高偏北,500 hPa 上不断有短波槽影响,渭河中下游处于贝加尔湖低压槽的底部,该低压槽的稳定少动使渭河中下游地区不断受西风带低值系统的影响,冷暖空气在渭河中下游上空频繁交织,造成降雨持续。

各层降雨天气系统的有利配置和持续存在是形成本次渭河秋季连阴雨过程的主要气象原因。从本次渭河秋汛降雨主要天气系统的配置情况可以看出,850 hPa～200 hPa 上存在低涡切变线,西太平洋副高位置偏西偏北,渭河中下游地区位于西风带槽前和西太平洋副高西北部的西南气流里；同时渭河中下游处于切变线的强辐合区内,该地区受地面冷高压控制,有良好的冷空气条件,这种配置为渭河中下游连续出现间隔较短的强连阴雨过程提供了有利的冷暖空气输送及有利的动力、热力条件。

3 结论与建议

3.1 结论

2021 年9 月16 日～9 月20 日、9 月23 日～9 月29 日、10 月3 日～8 日渭河流域出现3 次明显的秋汛连阴雨过程。按连续降雨5 d～7 d、8 d～15 d、15 d 以上的短期、中期、长期连阴雨划分标准,三次降雨均为短期强连阴雨；依据雨区的形状和范围,2021 年9 月16 日～9 月20 日、9 月23 日～9 月29 日属于纬向类连阴雨,10 月3 日～8 日暴雨过程为斜向类连阴雨。三次连阴雨的环流特征是由于欧亚大陆中高纬度环流呈西低东高的异常分布,贝加尔湖高压脊偏强,西南地区低涡稳定维持,同时契合了拉尼娜的特点,副热带高压位置较常年偏北偏强；印缅槽活跃,渭河中下游地区位于西风带槽前和西太平洋副高西北部的西南气流里,并处于切变线的强辐合区内,该地区受地面冷高压控制,有良好的冷空气条件,这种配置为降雨提供了有利的冷暖空气输送及有利的动力、热力条件,形成了三次秋汛连阴雨过程。

3.2 建议

渭河下游历史洪涝灾害,尤其是特大洪水灾害频繁发生,近年来气候变化影响,流域水文亦发生变化,应参考极端降雨过程,并结合降雨气象背景,对洪水演进模拟参数和方法进行进一步校核及修正,提高洪水预报精度,以气象背景为先导,开展有针对性的防洪调度和救灾工作。