2009年黑龙江上游开江期冰坝凌汛的分析与预测

许丽玲，韩凤岐，张广英，郭增红

（1.漠河县气象局，黑龙江漠河 165300；2.大兴安岭地区气象局，黑龙江大兴安岭 165300；3.大兴安岭地区水文局，黑龙江加格达奇 165000）

2009年黑龙江上游开江期冰坝凌汛的分析与预测

许丽玲1，韩凤岐1，张广英2，郭增红3

（1.漠河县气象局，黑龙江漠河 165300；2.大兴安岭地区气象局，黑龙江大兴安岭 165300；3.大兴安岭地区水文局，黑龙江加格达奇 165000）

冰坝凌汛是在特定的气象、地理和水文条件下形成的。本文利用气象和水文等资料，分析预测了2009年黑龙江上游漠河、呼玛江段开江日期，取得了很好的效果。选取与开江时间预报密切相关的气象因子，采用多元统计回归方法，建立黑龙江上游漠河、呼玛江段开江日期预报模型，经检验回归显著,并对2004～2009年开江日期进行试报。

冰坝凌汛；开江日期；回归模型

1 引言

2008 年秋季～2009年冬季黑龙江上游漠河、呼玛江段普遍降雪量较大。进入4月份以来，气温回升迅速，黑龙江上游地区融化的雪水提前大面积流入黑龙江，河槽蓄水量大，黑龙江上游沿岸的北极村、洛古河村、北洪村、兴安乡、呼玛等地水位急剧上涨，一度逼近警戒水位，导致黑龙江上游江段提前开江，2009年漠河江段开江日期达到历史极值，出现武开江（倒开江）现象，形成冰坝凌汛。武开江是一种从热力因素开始，以水力作用为主的解冻方式，开江的冰层尚未充分解体，上游来水猛增，冰厚被迫破裂，强行解冻，造成武开江。其特点是流冰块大、数量多、冰块硬度大，卡冰结坝多、涨水严重，常易造成凌汛灾害。目前凌汛预报已成为水文、气象服务的重要内容，即为各级领导部门指导防汛，做出决策，使损失降低到最低限度，提前做出凌汛预报分析与预测是十分有必要的。

2 黑龙江上游地理位置与地形特点

2.1 地理位置

黑龙江上游江段位于53°N左右的寒温带河流，冬季受西伯利亚冷空气的控制，封冻期长达170 d左右。最大冰厚达1.5 m以上，流域最低气温达-50℃以上。由于寒冷气候条件，增加了河流内的冰储量，另外上游支流额尔吉纳河，流向是由南向北，即由低纬度流向高纬度，春季回暖时，上游受太阳辐射能量大于下游，每年开江时间均比干流早2～4 d，易形成武开江（倒开江）［1］。

2.2 河道形态

黑龙江上游河道因多弯曲、束狭、多叉、碍航浅滩和高山遮挡等因素构成了该江段易于发生冰凌卡塞形成冰坝。这里主要分析黑龙江上游漠河、呼玛江段，以漠河（北极村站资料）、呼玛等为代表站做2009年春季凌汛分析与预测。

3 开江前欧洲数值预报500 hPa高度场

从欧洲数值预报500 hPa高度场分析，有两次明显的回暖天气过程。一次天气过程在3月27日～4月2日，一脊一槽型（图略）：乌拉尔山附近为高压脊，鄂霍茨克海为低压槽，冷空气主体在鄂霍茨克海，黑龙江省北部所处的冷空气不强，中高纬度盛行西风环流，西风带暖脊东移加强控制黑龙江省，气温升高。另一次天气过程在4月5～9日，亚洲强暖脊型（见图1）：从贝加尔湖到黑龙江省西部为较强的大陆暖脊，4月5日脊前的冷空气东移出省后，黑龙江省将受暖空气影响，气温升高，这次回暖过程大约维持4 d左右，暖脊将东移减弱，这是一种较明显的回暖天气过程［2］。两次的春季回暖天气过程，对2009年提前开江十分有利。

图1 2009年4月6日08：00欧洲数值预报500hPa高度场形势

4 开江前期气温状况

漠河站冬季（2008年11月～2009年2月）平均气温为-26.5℃，比历年偏低1.3℃，其中11月份平均气温比历年偏高0.3℃。呼玛站冬季平均气温为-20.7℃，比历年偏高0.1℃，11月份平均气温比历年偏高1.0℃。一般来说，整个冬季气温低或冬季累积负气温值大，则有利于河道冰厚的增长和促进冰质坚硬。此外，漠河站春季3月份平均气温为-15.1℃比历年偏低1.4℃；呼玛站3月份平均气温为-11.2℃，比历年偏低1.6℃。3月下旬末～4月上旬有两次明显的回暖天气过程。根据黑龙江省春季回暖标准，可以预测出两种环流形式，一脊一槽型：黑龙江省北部地区白天最高气温可达9～11℃；亚洲强暖脊型：黑龙江省北部地区白天最高气温可达14～16℃；由于开江时节气温变化急剧和频繁，是促成冰坝生成的有利条件之一，这是因为气温升高到一定程度后骤然下降或气温在平缓下降的过程中又突然上升，均能促使冰体较正常情况提前解体。

5 开江前期降水状况

秋、冬季降水，对于河槽蓄水量及土壤含水量的变化有直接关系，因为这部分降水中大部分水量，存贮于流域内，春季开江时节随同4月份降水，形成雨雪径流流入河槽，如果这部分流量大，则易于“鼓开”河槽中尚处较为坚实状态冰盖，从而提供了形成冰坝的有利条件［3］。

2008年漠河站秋季（9～10月）降水187.6 mm，较历年同期偏多165%，是漠河站有记录以来秋季降水最多的年份，2008年11月～2009年3月降水48.1 mm，较历年同期偏多34%；呼玛站秋季降水112.7 mm，较历年同期偏多59%，2008年11月～2009年3月降水60.1 mm，较历年同期偏多71%；黑龙江上游降水偏多，因此目前流域内潜在动力指标较强。但上游春季开江期来水主要来自于俄方的石勒科河和内蒙额尔古纳河，俄方融雪径流也是动力来源之一。从气候区域性考虑，其俄方的降水量也会偏多，因此当前流域内动力指标充分。

6 前期流域内蓄水量

河槽冬季蓄水量的多少，也关系到春季冰坝形成的条件，秋季（主要是10月份）降水多，一般称之为雨封地。这部分水量在流域内封冻后形成不透水层，春季成为雨雪径流的下垫面，损耗少，有利于雨雪径流集中，此外，河槽蓄水量多，冰凌在河道中流动被卡塞的机会和叠加成坝的条件就大。

截止到2009年1月份，漠河站前期蓄水量较历年偏多59.7%，呼玛站前期蓄水量较历年偏多21.3%。以当前流域蓄水量为前提条件，估算黑龙江段上游开江期漠河径流深为35.7 mm（不包括冰储量），比历年4月份释放水量多23.1%，由于前期流域土壤含水量较高所致；呼玛站开江期径流深为55.5 mm（不包括冰储量），较历年4月份释放水量的偏多164%。流域内蓄水量较大，释放水量也较大，水流动力的机械作用相应就大，加之由于具有合适的气温回暖强度，促使大量融雪径流的释放，就容易促成“武开江”而形成冰坝。

7 封江水位

封江水位即是标志着河流封冻前的河槽蓄水量，其为秋季降水量及洪水退水径流组成。漠河站（91.30 m）比历年偏高0.38 m；呼玛站（93.40 m）比历年偏低0.04 m，仅就这个指标看，前期河槽蓄水量上游偏多。漠河站冰坝发生的封江水位临界指标为89.80 m，冰盖强度临界指标为0.15；呼玛站冰坝发生的封江水位临界指标为92.90 m，冰盖强度临界指标为0.01。参考封冻期最低水位来看，漠河站比历年偏高0.44 m，与封江水位相比还要高，可见黑龙江段上游封江期水位偏高。

8 冰盖强度

截止到3月1日，漠河站冰厚1.05 m（历年1.09 m），呼玛站冰厚1.05 m（历年1.37 m）。黑龙江沿线上游冰储量与历年相接近,下游偏少。2009年开江期是黑龙江上游漠河江段历史上开江最早的一年，属于异常年，根据1970年以来提前开江日期资料分析，漠河江段都出现不同程度的冰坝，因此2009年就容易促成“武开江”而形成冰坝。

9 黑龙江上游开江日期预测模型的建立与拟合

9.1 资料选取

选取黑龙江上游漠河、呼玛两站1970～2003年气象资料，通过对资料的分析与筛选对开江日期早晚影响因子中，影响显著的因子主要有5个：①日最高气温稳定通过0℃的积温；②秋季（9～10）月降水量；③冬、春两季（11～3）月降水量；④日最高气温稳定通过5℃的日期；⑤日最高气温稳定通过10℃的日期。

9.2 开江日期预测模型的建立

首先根据漠河站34 a资料，用多元线性统计回归方法建立开江日期预报方程，建立方程的原则是因子在方程中贡献的物理意义要显著。

对因子及预报值的几个规定：①X1取历年日最高气温稳定通过0℃的积温的平均值；②X2取前一年秋季（9～10）月降水量；③X3取前一年（11～12）月、当年（1～3）月两次的降水总量；④X4取最高气温最早稳定通过5℃的日期，根据4月上旬旬报预测，因为最高气温最早稳定通过5℃日期的历年平均值为4月7日，3月18日定为0天，超过一天以0为基数向上累加，如4月7日为20；⑤X5取历年最高气温稳定通过10℃日期平均值4月24日，4月9日定为0天，超过一天以0为基数向上累加，如4月24日为15；⑥预测值开江日期为Y，以最早开江日4月19日定为0天，超过一天以0为基数向上累加。方程F值为24.1,按显著水平α＝0.01，得到临界值Fα＝3.75，F＞Fα,回归效果显著，复相关系数R=0.90，表明相关性很好。

其次，呼玛站34 a资料，用多元线性统计回归方法建立开江日期预报方程，对因子及预报值的几个规定同漠河站。

方程F值为25.2,按显著水平α＝0.01，得到临界值Fα＝3.75，F＞Fα,回归效果显著，复相关系数R=0.90，表明相关性很好［4］。

9.3 试报结果

为验证其方法预报性能，利用预报方程对2004～ 2009年共6 a漠河、呼玛江段进行了开江日期试报，漠河江段试报结果（见表1），6 a中有5 a预报正确，误差允许范围2 d，试报的开江日期与实际开江日期相比，预报准确率83%，而2009年预报误差相对天数多一些，预测开江日期比历年提前6 d，由此可判断2009年开江日期将明显提前，和实际开江日期提前趋势一致。

表1 2004～2009年黑龙江上游漠河江段开江期试报结果

*2009年应该对外发布开江日期是4月22日～4月26日，在这个开江日期范围内，多元回归方程因子X1、X5代入的是历年平均值，由于对历年资料和开江前期气象、水文综合因素分析推测，因子X1（2009年）＜X1（历年），X5（2009年）＜X5（历年），开江日期还将会提前，预测订正具体对外发布开江日期为4月18日～4月22日，其中兴安乡开江日期在这个范围内（见表2）。

表2 2009年黑龙江上游沿岸漠河江段开江期

呼玛江段试报结果（见表3），6 a中有4 a预报正确，误差允许范围2 d，试报的开江日期与实际开江日期相比，预报准确率67%，2009年开江日期提前和实际开江日期提前趋势一致。

表3 2004～2009年黑龙江上游呼玛江段开江期试报结果

*2009年应该对外发布开江日期是4月26～30日，预测订正具体对外发布开江日期为4月22日～26日，分析同漠河开江日期，表明该预报方程具有很好的预报效果。9.4开江日期拟合与预测

黑龙江上游漠河、呼玛江段（1970～2009）年开江日期趋势拟合（见图2、3），其中1970～2003年是开江日期模拟，2004～2009年是预测与模拟，拟合趋势大致吻合，虽然有误差，但是拟合效果非常理想，基本可以推测出黑龙江上游漠河江段开江日期的早晚。

图2 漠河江段（1970～2009）年开江日期趋势拟合与预测

图3 呼玛江段（1970～2009）年开江日期趋势拟合与预测

10 小结

（1）2009年黑龙江上游漠河、呼玛江段开江期形成冰坝凌汛是在特定的气象、地理及水文条件下造成的。

（2）选取历史资料对开江日期影响显著的因子建立多元线性回归预报方程，初步预测开江日期，再根据当年实况资料具体分析，对开江日期进行订正，基本可以准确预测出开江日期的具体范围。

（3）由于在3月末就做出春季的开江趋势预报，及时为防汛部门进行防凌部署及决策提供参考依据，2009年开江期实况显示，漠河江段都出现不同程度的冰坝，使灾害损失减少到最低限度。

［1］王文东，张芳华，康志明，等.黄河宁蒙河段凌汛特征及成因分析［J］.气象，2006,32（3）：32-38.

［2］苍蕴奇.黑龙江省天气预报经验和方法［M］.黑龙江省气象局，1988：69-73.

［3］张义夫，李国芳.2000年黑龙江上游冰坝成因分析［J］.黑龙江水利科技，2001,3:52-52.

［4］康志明，张芳华，李金田，等.黄河宁蒙河段封河和开河预报方法初探［J］.气象，2006,32（10）：41-45.

Analysis and forecast on the ice run and the melting date of the upper reaches of Heilongjiang River in 2009

XU Li-ling1,HAN feng-qi1,ZHANG Guan-gying2，GUO Zeng-hong3
（1.Mohe national reference climatological station 165300；2.Daxinganling region Bureau of Meteorology Heilongjiang 165300；3.Daxinganling region Hydrographic Bureau, Heilongjiang Jiagedaqi 165000）

The ice run is formed in a particular meteorological、geographical and hydrological conditions.In this paper,based on meteorological and hydrological data,analysis and forecasting of the thaw date of the upper reaches Mohe and Huma section of the Heilongjiang River in 2009 achieved very good results.Selecting meteorological factors closely related to the thaw date of the river,the forecast models of the upper reaches Mohe and Huma section of Heilongjiang River were established using multivariate statistical regression model.The forecast models are tested significantly and are used to forecast the thaw date from 2004 to 2009

ice run;the thaw date of river;regression model

P458.1+2

A

1002－252X（2010）01－0006－04

2009－10－6

许丽玲（1970-），女，黑龙江省五常市人，成都信息工程学院，本科生，工程师.