黑龙江省西部地区内涝的气候成因研究

申延美，孙砳石，刘志欣

（齐齐哈尔市气象局，黑龙江齐齐哈尔 161006）

黑龙江省西部地区内涝的气候成因研究

申延美，孙砳石，刘志欣

（齐齐哈尔市气象局，黑龙江齐齐哈尔 161006）

内涝耕地是中低产耕地中的主要组成部分，分析内涝成因是中低产田改造过程中的必要方法。本研究针对内涝耕地产生的地理、气候成因、变化特点进行了分析，利用历史上总结的技术经验，分析了导致洪涝的气象成因和预报方法，对制定防御措施和为农田水利工程改造提供科学依据，具有十分重要的意义。

内涝；气候；环流背景

1 引言

黑龙江省西部地区的粮食产量占全省总产量的四分之一，是全省的重要粮食基地。随着全球变暖的趋势日益明显，极端气候事件的频发性日益显现，对粮食生产安全的影响日益严重。其中洪涝和内涝是黑龙江省西部地区的主要的农业灾害之一，尤其是20世纪90年代以来趋于严重的持续性内涝的不断发生，给农业生产造成极大危害。近些年来，顾红、高永刚等[1]利用聚类分析方法将全省划分成5个种植带，分析了黑龙江省积温、降水的气候变化特征及对粮食产量的影响；娄德君、李治民等[2]利用极端气候指数方法分析了齐齐哈尔市极端气候事件，指出极端气温和降水指数均存在阶段性特征和突变特征；刘艳、孙砳石等[3]利用旱涝指数分析了黑龙江省西部地区春季到初夏的干旱成因及对粮食产量的影响，指出这一阶段易发生干旱是由于降水量与蒸发量的不对称引起的。这些工作都为解决黑龙江省西部地区的耕作技术，水利建设提供了很好的技术支持。

本文针对黑龙江省西部地区发生洪涝、内涝的地理、气候成因，分析了该区域洪涝和内涝形成原因，变化特点，利用以往总结的洪涝和内涝发生的经验，分析导致洪涝的原因和天气形势，为制定防御措施和水利工程改造提供科学依据，具有十分重要的意义。

2 资料与方法

资料：本研究所使用的资料为1951～2009年4～6月份齐齐哈尔市月平均降雨量、月平均气温及历史天气图。

方法：运用国家气候中心业务化的干旱指数[4]分析旱涝演变，其单站干旱指数：

Z为某时段标准化降水指数；T某时段气温；óT气温标准差；α为气温权重系数，取0.2。

3 洪涝成因探讨

洪涝分为两种情况，一是降水时空分布不均匀，长时间持续多雨而形成的内涝；二是上游地区出现集中强降雨，产生大范围径流，形成洪水。

3.1 地形因素

齐齐哈尔市地势东北高，西南低，东北部为小兴安岭向松嫩平原过渡地带，是多丘陵漫岗的高平原，西部边缘是大兴安岭相连的丘陵，中部和南部平坦开阔，属松嫩平原的组成部分，幅员内有一江九河，水源比较充沛，易发生洪涝。

从其耕地的土壤结构看，东北部以黑钙土为主，夹杂有部分草甸土，西南部以沙壤土为主，另有小部分盐碱土。从其农业自然灾害看，具有耕地有岗有洼、有碱有沙、常年旱涝并存、旱涝灾害频发的特点。据统计年均因水旱灾害粮食减产在15%～20%，水旱灾害成为这一地区发展现代农业的“瓶颈”。

3.2 自然地理因素

齐齐哈尔市的主要耕地集中在平原地区，这一区域坡降在0.07～0.46 m/km，地势非常平坦。在其区域内的江河，每逢发生大洪水时，在地转偏向力的作用下，往往对江河的右侧堤岸形成明显的冲刷，造成江河向右侧改道，其旧有河道淤塞后，逐渐演化成耕地，形成易涝耕地。

根据对内涝耕地的实际踏查，在腐殖质层下，往往是由厚层粘壤质草甸土组成的淀积层和母质层，使土壤中的积水不宜渗透，形成浅表层积水内涝。

3.3 构成洪涝的气象因子分析

3.3.1 旱涝变化特征

根据齐齐哈尔市的气温和降水年际变化规律，内涝的气候成因有以下几方面。

春涝。即在4月中旬末，这一时节，平均气温在8℃左右，耕层土壤解冻深度在30～40 cm。在出现20 mm以上的降水天气时，由于解冻深度有限，使耕层土壤过湿，出现内涝，影响4月下旬到5月上旬间的春播。历史上符合这一条件的共有18 a，其中的7 a为严重内涝。

夏季出现强降雨或持续性阴雨，形成的内涝，以及由于江河泛滥形成的洪涝。历史上出现了19 a，其中：出现在6月的有4 a，7月的有7 a，8月的有8 a。造成粮食减产幅度达15%以上。

考虑到这一区域冬季平均降水量只有12.2 mm，对整体旱涝的影响不明显，选择每年4～10月的降水和气温，分析了该区域旱涝指数（见图1），共分为5个等级。在60 a当中，出现大旱的有4 a，干旱的12 a，涝年有6 a，大涝有3 a；旱涝相对适中的年份有35 a。在旱涝指数时间演变上，1969年以前是以涝为主的年代，期间的旱涝交替的短周期变化比较明显；在1971～1982年间出现了一个阶段性干旱年份；1983～1995年为一个多水的周期，1996后转入了一个相对干旱周期，但旱涝交替的短周期变化逐渐显现。

3.3.2 年降雨量变化的多时间尺度分析

图1 齐齐哈尔市旱涝指数年际变化

图2 齐齐哈尔市年降雨量小波系数实部

从图2可见，在1975年以前，齐齐哈尔市的年降雨量存在着明显的年代际尺度的周期变化，以24 a的周期信号最为明显，可以作为齐齐哈尔市的年降雨量变化的背景周期；1975年以后24 a周期迅速减弱，被一个48 a的周期所替代，并有一个15 a的次周期信号出现，反映了这一阶段周期变化的多时域性。在此尺度上，齐齐哈尔市的年降雨量的变化存在着3个多水期和2个少水期，这与这一区域旱涝变化的基本特征相一致。20世纪50年代初到60年代中后期、80年代和1998年以后的多水期是降雨量与背景周期的多水期相叠加的，在此期间发生了1957、1988、1998、2005和2009年的严重内涝，表明齐齐哈尔市年降雨量的周期变化对内涝具有决定性的影响。此外，始终有一个4 a左右的年际周期过程作用于全域，反映了年降雨量也具有短周期变化的特征。

3.4 构成洪涝天气的环流形势

以500 hPa历史天气图为资料,对1951～2000年4～5月、6～8月出现的严重洪涝个例进行了环流形势分型,共归纳出2类9种环流型。

3.4.1 春涝的环流形势

（1）东高西低Ⅰ型的环流特点及预报要点，东亚区域为一槽一脊的经向型环流。

①低涡位置在42～48°N，115～125°E区域内；

②东高脊线在130～145°E，脊最外侧一条等高线由槽底到脊顶≥15个纬距；

③锋区位置：以在35～42°N内等高线；强度：梯度≥0.7条/纬度。

（2）东高西低Ⅱ型的环流特点及预报要点，东亚区域为一槽一脊的经向型环流。

①低涡位置在45～48°N，115～125°E区域内；

②锋区位置：以在40～44°N内等高线；强度：梯度≥0.7条/纬度。

（3）河套低压型的环流特点及预报要点。

指地面低压发生、发展的位置在42°N，105～125°E区域，低压系统进入本区的路径偏南的发展性气旋，其环流特点是，大气环流处于西风指数由高向低调整的过程中，极锋锋区在中亚区域向南压，而相对的中纬度锋区比较稳定，促成两只锋区在105～115°E间形成合并，地面低压产生在中纬度锋区之上，受极地锋区上分裂的冷空气影响而发展。其着重点是：

①在130～135°E区域内稳定发展的东阻脊；

②东阻脊后，平均在40°N存在一支中纬度强锋区和南伸的西风槽；

③槽后有冷空气南侵。

3.4.2 夏季洪涝的环流形势

（1）东阻深槽Ⅰ型的环流特点及预报要点：

①鄂霍次克海高压与太平洋高压构成南北向的高压坝；低涡在贝加尔湖以南、蒙古东部；V型深槽在蒙古南部至河套地区；槽前有一支西南急流；

②地面低压多发生河套地区，进入河北省转向东北，通过辽宁、吉林西部进入本市，在转向北移动过程中发展，降雨集中低压北冲阶段。

（2）东阻深槽Ⅱ型的环流特点及预报要点：

①此型与Ⅰ型相似，副高很强位置偏北，脊线在130～140°E；鄂高无中心；

②西风槽较深，向东北移动；

③地面有华北气旋北上发展，影响本市出现大范围降大雨、暴雨。

（3）东阻深槽Ⅲ型的环流特点及预报要点：

①鄂霍次克海高压与副热带高压虽然构成东阻，但两高孤单存在，两高之间有东、西风切变；

②蒙古东部的低涡向东延伸呈东西向槽，槽前部为偏东风，槽后为西南风；

③与高空低涡相对应，从地面到500 hPa都为西南风与偏东风形成的切变，低压并不东移进入本市；

④降水主要集中横槽北侧的东南风范围内，西南风控制范围内无大降水。

⑤主要影响中、西部区县。

（4）太平洋副高低槽型的环流特点及预报要点，此型副热带高压呈西东向带状分布，环流特点为：

①西太平洋高压中心在30°N左右；

②高压带北侧35～45°N，欧亚地区锋区为东～西向，在副热带锋区上不断有中小槽脊自西向东传递；

③槽东移到蒙古至河套地区有明显的发展；

④地面在蒙古南部至河套区域有气旋发展，东移影响本市；

⑤此型过程频繁，一个过程一般影响2 d左右。

（5）乌拉尔阻塞高压前部辐合低槽型的环流特征及预报要点：

①500 hPa乌拉尔区域为高压或高压脊，大陆东岸为次脊。

②锋区分两支，主体冷空气在泰米尔高原，极地锋区沿北纬60°呈西北～偏东向，副热带锋区由巴尔克什湖沿30～40°N分布，在华北地区两支锋区上均有小槽沿各自的锋区向下游移动，影响本市前一天合并加深；

③大陆东岸的高压脊或原存在的高压脊不断加强，或因两槽合并与其同步发展，其作用是使环流形势稳定，延长降雨时间，并提供暖湿空气；

④地面影响系统为河套低压。

（6）中亚高压低涡型的环流特点及预报要点：

此型欧亚区域为两槽一脊的经向环流，中亚高压强大，东北低涡稳定，降水时间长，其主要特征：

①中亚高压脊线为西南～东北向，有超极地冷空气的补充过程；

②低涡中心在115～130°E、42～50°N为降水强度大时间；

③锋区在35～42°N之间。

降雨至少维持3 d，多则一周是阴雨时段的重要形势。

4 小结

（1）嫩江水系的突发性洪水是构成该区域出现大范围洪涝的主要成因；

（2）春季回暖晚的年份，遇有较为明显的持续向阴雨天气，易行成春涝；

（3）由于地势平坦，土壤结构形成的不易渗透的特点，在夏季出现大范围性降雨或持续降雨时，已形成大范围内涝；

（4）对春、夏季期间构成洪涝的典型环流进行分型，为洪涝的预报提供了依据；

（5）根据调查，低洼的中低产田要实施旱改水的耕地改造，且要实现具有强排功能的水利灌溉系统。

[1]顾红，高永刚，刘丹，等.黑龙江省近43a积温和降水的变化对农业的影响［J］.黑龙江气象，2007（4）：4-7.

[2]娄德君，李治民，王冀，等.近50 a齐齐哈尔市极端气候事件特征分析［J］.黑龙江气象，2009（1）：42-46.

[3]刘艳，孙砳石，胡好莉.齐齐哈尔春季及初夏干旱成因的初步探讨［J］.黑龙江气象，2004（2）：17-19.

[4]国家气候中心.全国气候影响评价［M］.北京：气象出版社，2002：12-13.

The Climatic Causality Analysis of Water-Logging in West area of Heilongjiang

Shen Yan-mei，Sun Le-shi，Liu Zhi-xin
（Meteorological Bureau of QiQihaer,Heilongjiang QiQihaer 161006）

water-logging arable land is main part of mid-and low-output arable land.To discover the reason of water-logging is an necessary way during reforming mid-and low-output arable land.The study focuses on analyzing geography and climate reasons,change feature of water-logging arable land.Based on technical experience in history,the paper analyzes the meteorological reason and forecast method on flood.The research is very important,since it provides the science basis for drawing up defense measures and reforming the water conservation of farmland.

water-logging；climate；circulation background

P461

A

2010－8－6

申延美（1971-），女，黑龙江省克山县人，南京气象学院，本科生，工程师.

1002－252X（2010）04－0001－03