2020年主汛期长江流域暴雨特征及成因分析

邱 辉，熊 莹，邢 雯 慧，王 乐

(长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

2020年主汛期(6～8月)，长江流域发生流域性暴雨洪水过程。其中，6～7月，强降水主要集中在长江中下游，长江中下游累积面雨量达615 mm，较多年同期均值偏多6成，自1961年以来排名第1位，特别是中下游干流地区降水较同期均值偏多1倍以上；8月，暴雨区移至长江上游，嘉岷流域月面雨量达290 mm左右，较多年同期均值偏多近1倍，特别是支流涪江和沱江月面雨量分别达529和477 mm，1961年以来均排名同期第1位。

受强降水影响，7～8月，长江干流发生5次编号洪水。7月，长江中下游莲花塘至大通江段洪峰水位为有实测记录以来的第2～5位，马鞍山至镇江江段潮位超历史，鄱阳湖发生流域性超历史大洪水；8月，长江上游支流岷江发生超历史洪水，支流沱江、涪江、嘉陵江以及干流朱沱至寸滩江段发生超保证洪水，三峡水库出现建库以来最大入库流量75 000 m3/s。在极端暴雨洪水的影响下，我国遭受了巨大的社会经济损失。

长江流域由于受其特殊地形和气候条件的影响，暴雨频发，流域几乎每年都会发生或大或小的洪涝灾害，严重威胁沿岸社会的经济发展和人民的生命安全[1-5]。陶诗言和徐淑英[6]指出，长江流域梅雨期暴雨洪涝，与大气环流的反常现象有密切联系，尤其表现在中纬度和副热带地区的流型有很大的稳定性。为更好地认识2020 年主汛期长江流域的暴雨特性，本文从暴雨过程、特征及成因等方面进行分析和总结，为今后长江流域防灾减灾工作提供理论基础。

1 资料和方法

本文使用的资料为国家气象局提供的长江流域701个国家气象观测站当日8∶00至次日8∶00(北京时间，下同)日降水资料和常规探空资料、美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)提供的2.5°×2.5°逐日全球再分析资料。

长江流域按照水系分布分为11个大分区，见图1(a)；同时考虑暴雨洪水特性、水文水库节点，并兼顾水文预报体系分区等，将流域分为39个小分区统计面雨量，见图1(b)。面雨量计算采用动态泰森多边形算法。

根据GB/T 20486-2006《江河流域面雨量等级》中对面雨量强度及等级的划分和定义，日面雨量超过30 mm的降水为暴雨。参照《2016年长江暴雨洪水》[7]定义的标准，将长江流域39个分区中，有3个及以上分区日面雨量超过30 mm的降雨过程暂定为一次暴雨过程。

图1 长江流域分区示意Fig.1 Distribution of subareas in the Yangtze River Basin

2 流域降水概况

利用长江流域6～8月11个大分区旬雨量资料分析了流域降水的时空分布特点，发现有两个明显的降水时段、3个降水中心。

第一个降水集中时段为6月中旬至7月中旬，降水主要集中在长江中下游干流和鄱阳湖水系，降水持续时间长、强度大、范围广，见图2(a)。其中又以7月上旬降水最为集中，长江中游干流和鄱阳湖水系偏多2倍以上，见图2(b)。

第二个降水集中时段为8月中旬，降水中心在嘉岷流域，中心雨量较常年同期偏多2倍以上，见图2。

2020年6～8月，流域共发生14次暴雨级别降水过程，其中6～7月发生10次暴雨过程，中心主要位于长江中下游干流附近及两湖水系北部，累计雨量在600 mm以上。武汉、澧水、饶河、青弋水阳江累计面雨量在800 mm以上，最大为饶河1 206 mm，降水过程基本无间歇(见图3与表1)；8月，流域共发生4次暴雨过程，降水极端性强，强降水区域集中于长江上游嘉岷流域，嘉岷流域支流涪江面雨量达529 mm，沱江为477 mm(见图4与表1)。

图2 2020年6～8月长江流域分区逐旬雨量及降水距平百分率Fig.2 Ten-days precipitation and its anomalies in the Yangtze River Basin from June to August in 2020

3 暴雨特征

2020年主汛期，长江流域具有入梅早、出梅晚、梅雨量大，暴雨强度大、范围广、极端性强，暴雨阶段性分布明显、各阶段强雨区重叠度高等特征。

图3 2020年6～7月长江流域降水实况及降水距平百分率Fig.3 The distribution of precipitation and percentage of precipitation anomaly in the Yangtze River Basin from June to July 2020

图4 2020年8月长江流域降水实况及降水距平百分率Fig.4 The distribution of precipitation and percentage of precipitation anomaly in the Yangtze River Basin in August 2020

3.1 入梅早、出梅晚、梅雨量大

监测结果显示：2020年江淮地区于6月1日入梅，8月2日出梅，入梅偏早、出梅偏晚，梅雨季持续时间为62 d，较常年偏长22 d，与2015年并列为1961年以来历史最长。梅雨季降水量759.2 mm，仅次于1954年，较常年偏多1.2倍，为1961年以来历史最多。3个梅雨分区均入梅偏早、出梅偏晚、梅雨量偏大，长江中下游干流附近降水异常偏多，导致长江中下游干流沙市以下江段全线超警。

3.2 暴雨强度大、范围广、极端性强

2020年6～8月，日雨量50 mm以上笼罩面积≥5万km2的天数有32 d，笼罩面积≥10万km2的天数共有9 d，其中7月7日50mm以上笼罩面积达17.5万km2，100 mm以上笼罩面积达6.0万km2。7月上旬，鄱阳湖水系10 d累计雨量250 mm，较同期均值偏多3.1倍，较7月多年均值雨量偏多6成，暴雨强度大。

2020年6～8月，长江流域大部雨量超过500 mm，500 mm以上降水笼罩面积约116万km2，800 mm以上降水笼罩面积约39万km2，1 200 mm以上降水笼罩面积约4万km2，强降水范围广。

表1 长江流域2020年6～8月暴雨过程统计Tab.1 Rainstorm process in Yangtze River Basin from June to August in 2020

四川省芦山(日雨量425 mm)、湖北省建始(日雨量262.2 mm)、安徽省铜陵(日雨量209.1 mm)等20县(市)日雨量突破当地历史极值。其中，四川省芦山3 h雨量达324 mm(8月10日23∶00至8月11日1∶00)，湖北省建始3 h雨量159.8 mm(7月26日6∶00～8∶00)、6 h雨量237.0 mm(7月26日6∶00～11∶00)。此外，江西省鄱阳县莲花山日雨量达538 mm(7月7日)，湖北省洪湖市燕窝达501 mm(7月5日)，降水极端性强。

3.3 暴雨阶段性分布明显、各阶段强雨区重叠度高

2020年6～7月，长江中下游暴雨过程频繁、雨区重叠度高、累积雨量大。在发生的10次暴雨过程中，有9次强雨区位于长江中下游干流附近，尤其是6月26日至7月20日的4次降水过程，主雨带在长江中下游干流附近南北摆动。雨区高度重叠导致6～7月中下游干流附近各分区累计面雨量普遍超过600 mm，其中饶河1 206 mm、青弋江与水阳江1 000 mm。

2020年7月31日至8月10日，长江流域强降水出现间歇，其中7月31日至8月4日流域基本无雨。8月5～10日长江流域自西北向东南有一次移动性的降水过程，过程移动速度快，雨区较为分散，仅在汉江、洞庭湖区、长江下游干流附近有零散分布的降水。

2020年8月中下旬，强雨区移至长江上游，具有持续时间长、累计雨量大、降水集中等特点。8月11～17日，长江上游及汉江上游出现持续性强降水过程，强雨区稳定在嘉岷流域，7 d累积雨量涪江390 mm、沱江313 mm、嘉陵江148 mm、岷江140 mm、汉江石泉以上109 mm，强降水持续时间及累计雨量均超1981年7月9～14日。

4 暴雨成因分析

4.1 气候背景

(1) 厄尔尼诺事件。2019年11月至2020年4月，赤道中东太平洋发生了一次弱的中部型厄尔尼诺事件，随后海温转为冷位相并向冷事件发展，2020年8月，赤道中东太平洋海温已进入拉尼娜状态，预计秋冬季将维持拉尼娜状态。

(2) 青藏高原积雪。2019，2020年冬季，欧亚积雪日数和面积偏少，而中国和青藏高原积雪面积和日数都异常偏多，热力异常，反映在2020年主汛期特点为夏季风偏弱，有利于长江流域降水偏多[8-9]。

(3) 夏季风。2020年南海夏季风于5月第4候暴发，暴发偏早，季节转换偏早；夏季风偏弱，东北冷涡偏强、东亚大槽加深，槽后冷空气向南输送偏强，抑制了夏季风的北跳。

4.2 6～7月暴雨成因分析

2020年6～7月主要为长江中下游梅雨期，暴雨主要集中在长江中下游，从大气环流背景来看梅雨期暴雨成因主要有以下3个方面。

4.2.1高空环流形势稳定

长时间持续的强降水与有利的大尺度环流条件密切相关。梅雨期期间，欧亚中高纬度环流形势稳定，期间阻塞高压的位置和强度有所变化，但两脊一槽的双阻型态十分明显，在50°N～70°N高纬度地区，有2个强大而稳定的阻塞高压或高压脊维持，起到对大范围系统环流稳定的锚定作用，也是造成夏季我国东部持续性降水的主要条件之一[10]。

西太平洋副热带高压脊线位置长时间持续异常，6月中旬有一次小幅北跳又南撤，但之后至7月底副高主体稳定，没有明显北跳，尤其是6月下旬至7月上旬脊线基本稳定在23°N～25°N(见图5)。副高强度偏强、西伸脊点偏西，加上台风活动罕见偏少，副高带状形态保持完好，导致切变线和梅雨锋在长江干流沿线南北摆动，长江干流沿线尤其是中下游干流一带暴雨频繁。

4.2.2中低层西南暖湿气流异常强盛

2020年梅雨期间，低空急流频繁出现，西南暖湿气流强盛，水汽条件充足。梅雨期间的暴雨过程在850 hPa或700 hPa上均存在大于12 m/s或16 m/s的西南急流。如7月4～10日的暴雨过程，700 hPa和850 hPa每天都有急流出现，850 hPa连续6 d出现大于20 m/s的风速，急流强度异常强且持续时间长。2020年6～7月水汽输送见图6，从图中可以看出：期间长江流域的水汽输送主要来自南海及太平洋上的东南气流在副高西脊点附近转向西南气流的贡献，且暖湿气流异常强盛，而来自孟加拉湾的西南暖湿气流偏弱。

图6 6～7月对流层(1000～300hPa)整层积分水汽输送平均场及气候态场(单位：kg·s-1·m-1)Fig.6 Mean field of integral water vapor transport and climatic state field in the troposphere (1 000～300 hPa) from June to July

4.2.3极地冷涡活跃，中高纬度经向环流发展，高空冷槽活动频繁

2020年6～7月北极环流异常变化的影响是长江中下游持续性降水的一个新因素。北极环流(极地冷涡)受上游亚洲高压暖空气向北输送的影响，导致极地冷空气由新地岛-巴伦支海输送到东亚蒙古-东北/华北地区，形成冷涡或冷槽，东路冷空气异常活跃，导致西路冷空气东移南下速度减缓，多次在三峡区间附近形成暴雨，两路冷空气最终在长江中下游交汇，造成中下游降水偏多。6～7月13次降水过程均有冷空气影响，其中有11次受到东北/华北冷涡的影响。如7月14～20日的强降水过程，同时受到东、西路冷空气影响，前4d强雨区在上游干流附近和下游干流北部维持，三峡区间出现连续强降水，18日两路冷空气汇合，中下游干流附近降水加强，随后雨带南压。

4.3 8月长江上游暴雨成因分析

2020年8月份长江流域暴雨主要集中在嘉岷流域，其中又以8月11～17日最强，此次暴雨强度大、持续时间长、降水落区稳定少动，从大气环流上看，此次暴雨过程的成因主要有以下4个方面。

4.3.1稳定的高空环流形势

2020年8月中旬，欧亚中高纬度维持两槽一脊的环流形势，强势而稳定的副热带高压西进，四川盆地附近正处于副热带高压边缘，副高异常偏北、偏强，南撤偏晚，脊线位置11～14日稳定在30°N左右，15～17日略北抬至32°N～33°N之间，如图7所示。西伸脊点12～14日稳定在105°E左右，15～17日略东退至110°E附近，副高外围充沛的水汽输入，导致了该次暴雨过程持续时间长、位置相对稳定。

4.3.2前期高温的能量累积和多轮强冷空气影响

此次强降水来临前，2020年8月9～10日四川盆地连续出现高温天气，盆地大部最高气温超过35℃，累积起颇为可观的能量。中高纬度冷空气较强，极地冷空气经过东欧平原-贝加尔湖从中路输送至四川盆地北部。8月11日，在贝加尔湖南部有一个中心气压为1 010 hPa的冷高压主体，逐步向南推进。暴雨过程期间15日还有一次西路冷空气的补充：15日，在我国新疆西北部、贝加尔湖西南部有两个冷高压中心分别向四川盆地移动，合并加强从西路影响四川盆地，导致该次暴雨过程强度大、持续时间长。

4.3.3西南涡的主导作用、暖湿气流偏强

西南涡是该次暴雨过程的一个重要影响因素。西南涡是仅次于台风的第二大暴雨天气系统，稳定的西南涡切变为暴雨提供了持续的辐合上升运动[11]。从850 hPa环流形势场(图8)中可以看到：8月11，15日均有西南涡东移，此次暴雨云团形成后，正好遇到西南涡在四川盆地西部生成，二者互相加持能量，共同发展壮大起来。同时，低空急流持续加强，从图9可以看到：来自孟加拉湾和南海的暖湿气流偏强，700 hPa和850 hPa高度场上11～17日均有大于12 m/s的低空急流出现，不仅给四川盆地带来了充足的水汽，同时也促进了低空辐合的长时间维持[12]。

图7 2020年8月11，15日500 hPa高空场环流形势Fig.7 Circulation pattern of 500 hPa on August 11 and 15 in 2020

图8 2020年8月11，15日850hPa高度场分析Fig.8 Circulation pattern of 850 hPa on August 11 and 15 in 2020

4.3.4地形的影响显著和台风的助力作用

2020年8月11～17日的强雨带主要位于四川盆地西部和北部沿山地区，这与地形密切相关。由于四川盆地西部和北部山体的陡然升高，使得低空急流和从高原下来的冷空气在此汇聚，再加上受地形抬升作用辐合明显，强降水发生概率大。8月11～17日的降水过程中，偏南的暖湿气流和西南暖湿气流在西部和北部山脉聚集，山地地形对气流起到抬升作用，持续在高空形成充足的降水条件，使得该地区降水强度大。

注：图中箭头为整层积分水汽输送距平，kg/(s·m)；彩色部分为水汽输送辐合辐散距平场，×10-5kg/(s·m-2)。图9 2020年8月11～17日对流层(1000～300hPa)整层积分水汽输送距平及水汽输送辐合辐散距平场Fig.9 The integral vapor transport anomaly and convergence divergence anomaly field in the troposphere (1 000～300 hPa) from August 11 to 17 in 2020

台风是该次降水过程稳定少动的另一个重要原因。6号台风“米克拉”恰好于8月11日早上在福建省漳浦县沿海登陆(见图10)，登陆后继续向偏北方向移动，加强了暖湿气流的向北输送，一定程度上加强了此次暴雨量级[13]。

图10 2020年8月11日8∶00海平面气压分析Fig.10 The distribution of sea level pressure at 8∶00 on August 11 in 2020

5 结论与展望

2020年主汛期，长江流域具有入梅早、出梅晚、梅雨量大，暴雨强度大、范围广、极端性强，暴雨阶段性分布明显、各阶段强雨区重叠度高等特征。本文对主汛期流域强降水的时空分布特征及持续性强降水成因进行了初步探讨，得出如下结论：

(1) 2020年主汛期长江流域有两个明显的降水时段和3个降水中心，分别为6月中旬至7月中旬、8月中旬和长江中下游干流、鄱阳湖水系、嘉岷流域。

(2) 2020年6～7月、8月中旬长江流域持续性强降水在大尺度环流形势上有2个共同特征：欧亚中高纬度的槽脊相对稳定，来自热带洋面的水汽通道偏强。其中，6～7月，欧亚中高纬度呈现稳定的两脊一槽双阻型态，西太平洋副热带高压强度偏强、西伸脊点偏西，脊线位置长时间持续异常，多次北跳未成，6月下旬至7月上旬基本稳定在23°N～25°N，且带状形态保持完好，导致切变线和梅雨锋长时间维持在长江干流沿线附近；来自南海及太平洋上的东南气流异常强盛，加上极地冷涡活跃、高空冷槽活动频繁，导致了长江中下游暴雨频繁。8月中旬，欧亚中高纬度转换为两槽一脊的环流形势，副高异常偏北、偏强、偏西，四川盆地附近正处于副热带高压边缘，来自孟加拉湾和南海的暖湿气流偏强，受多个西南涡及多轮冷空气的影响，加上地形和台风的助力作用，为嘉岷流域暴雨提供了有利的动力、热力和水汽条件。

本文主要分析2020年主汛期长江流域的暴雨特点及主要成因，从暴雨成因的共性上进行了整体分析，但并未针对每次降水过程进行个例分析，后续可对极端性降水过程进行个别讨论，找出每次过程的差异。

说 明

本文2020年水文要素的统计分析源自报汛数据。