2021年黄河中游秋汛的成因分析

魏胜玮

山东省利津县气象局，山东利津 257029

随着全球气候变暖加剧，我国气候开始逐渐复杂化，出现了大量的极端天气现象，极端气候事件的发生频率也更加频繁，其中以黄河流域的秋汛现象最具代表性。受华西秋雨降雨的影响，2021年黄河干流出现了持续高水位、大流量洪水现状，给周边诸多地区带来了洪灾。各项数据显示，此次秋汛为有史以来的极端。基于此，本研究分析了2021年黄河流域秋汛带来的影响、黄河流域秋汛的成因以及黄河流域的雨情。

1 2021年黄河流域秋汛带来的影响

2021年9月，黄河流域平均降水量达70年以来历史同期最高，较往年数据增加了1.7倍，达到179.0 mm。尤其是在黄河中游地区，该时期降水量异常偏多。与常年同期相比，河南北部、陕西中部以及山西南部、降水量偏多达3～5倍。山西、陕西、河南3省的平均降水量达到312.1 mm，较常年同期出现大幅度的增长，增长倍数约为2.3倍，是中国自1961年以后，3省历史同期增长最高的一次。其中，山西（310.2 mm）偏多3倍、陕西（396.4 mm）偏多2.3倍、河南（243.6 mm）偏多1.7倍，3省降水量均为历史同期最多。山西省中南部地区有82县市（约占全省县市的80%）9月以来累计降水量超历史同期极大值，70县市（约占全省市县的69%）超秋季降水历史极大值。在黄河下游，黄河济南段发生36年以来最严重秋汛。

表1 2021年黄河流域秋雨偏多成因示意图

2 黄河流域出现罕见秋汛成因

自2021年入秋以来，西太平洋副热带高压持续偏强，其向西延伸位置偏西，脊线略偏南。受副热带高压和西风槽影响，黄河流域渭河先后出现6次强降雨过程。渭河中下游地区雨区高度重叠，累计持续时间37 d。降雨过程覆盖整个渭河流域，降雨量超过100 mm的区域约占总面积的70%。仅在第4次降雨过程中，累计降雨量超过100 mm的站点就有480个，占站点总数的60%。最大日降雨量195 mm发生在陕西长安鸡巢，最大1 h降雨量106 mm发生在陕西商洛阳口，为历史罕见。

2.1 环流形势

大气环流是指地球大气层中不断运动的气流，包括水平和垂直方向的运动。当大气环流形势稳定时，冷空气易从北方流出，因为大气环流运动较缓慢，冷空气可以顺着大气环流的流向向南方流动，进而影响北方地区[1]。

在亚欧大陆中高纬度地区，通常会存在一个高压系统和一个低压系统相互作用的环流，这种环流形势通常会影响该地区的天气变化。2021年8月后的环流形势中，贝加尔高压脊强烈，而西南低涡稳定，在贝加尔湖地区存在一个高压系统，而在西南地区存在一个低压系统，两者之间的相互作用形成了一个东高西低的异常分布的环流形势，这种环流形势为强降水提供了良好的动力条件。由于贝加尔高压脊强烈，其会使得气流向外扩散，从而将水汽带到周围的地区。而西南低涡稳定则会使得湿气不断向西南方向移动，从而在该地区形成强降水。因此，这种环流形势通常会导致亚欧大陆中高纬度地区出现强降水天气。

同时，2021年的拉尼娜现象导致太平洋赤道东侧海温持续偏低，从而引起大气环流的变化。在大气环流中，太平洋赤道东侧上空形成高压气团，会压迫西太平洋副热带高压，而西太平洋副热带高压（以下简称副热带高压）是重要的气象系统之一，通常会影响亚洲地区的天气变化，如在夏季它通常会引起持续高温天气。由于太平洋赤道东侧上空形成高压气团，副热带高压的位置和强度都会受到影响，可能会导致亚洲地区天气的变化，如降雨量的增加或减少、气温的变化等，形成副热带高压的偏北。

在2021年秋季汛期，由于地球自转和地形的影响，副热带高压向西和向北异常强烈。随着高压系统向北抬升，副热带高压会在黄淮地区停留一段时间，形成稳定的气压系统，从而影响该地区的天气变化，副热带高压过强，外界空气难以流入，因此气流沿副热带高压边缘移动。陕西、山西、河南等地区位于副热带高压的西北边缘，通常会受到来自南方的暖湿气流的影响。同时，副热带高压西侧偏南气流和低层西南急流会将来自南海和孟加拉湾的水汽源源不断地输送至渭河中下游，可以为强降水提供有利的水汽条件。此外，印度和缅甸的槽活动活跃，冷空气活动频繁。冷空气和西南暖湿气流持续在渭河中下游交汇，形成了一种特殊的气流环境，从而进一步增强了降水的可能性。这种气流环境在秋季比较罕见，由多种气象因素相互作用，包括副热带高压、西南暖湿气流、印度缅甸的槽活动和冷空气等，出现了一场特殊的、极为罕见的秋雨。

根据2021年9月16—20日500 hPa位势高度及850～200 hPa风切变平均值图（图1）、2021年9月10—25日500 hPa层面距平图（图2），可见大部分地区位势偏高，图中显示5860线相比于过去有明显的偏北。

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

图2 2021年9月10—25日500 hPa层面距平图

由2021年9月23—29日500 hPa位势高度及850～200 hPa风切变平均值图（图3）、2021年9月24日850 hPa风场与500 hPa位势高度图（图4）、2021年9月25日850 hPa风场与500 hPa位势高度图（图5）可知，导致强降雨的天气系统是低涡切变线。

图3 2021年9月23—29日500 hPa位势高度及850～200 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

图6是2021年9月29—10月3日的850 hPa温度、风场与500 hPa位势高度图，图7是2021年9月29—10月3日850 hPa风与平均海平面气压图，图8是2021年9月29—10月4日500 hPa位势高度对比图，图9是2021年9月29—10月4日850 hPa温度、风场及500 hPa位势高度图，图10是2021年10月3—8日降雨期间500 hPa位势高度及850～200 hPa风切变平均值图。

图6 2021年9月29—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—10月3日850 hPa风与平均海平面气压图

图8 2021年9月29—10月4日500 hPa位势高度异常情况

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

综上所述，渭河流域秋汛的发生是由多种气象因素相互作用的结果。一方面，它与东亚地区的环流形势有关，如副高的进退、西太平洋副热带高压的维持和强度等都会直接影响降雨带的走向、位置、范围和强度，从而影响降雨的分布和强度。另一方面，渭河流域秋汛的发生还与亚欧乃至范围更广的环流形势有关。太平洋海温异常的变化、拉尼娜现象的出现等都会对亚洲地区的气象和气候产生一定的影响，进而影响渭河流域的降雨形势，包括走向、位置、范围和强度；副热带高压呈东西向带分布，有利于渭河中下游纬向、斜向连阴雨的发展。

2.2 暴雨影响系统

渭河秋季洪水降雨天气系统的配置通常会受到多种气象因素的影响[2-3]。首先，在850 ～200 hPa上存在低涡切变线，这通常会导致气流的不稳定，从而增加了降水的可能性。同时，西太平洋副高位置西抬北抬，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中，这表示这些地区通常会受到来自南方的暖湿气流的影响，从而增加了降水的数量和强度。因此，渭河秋季洪水降雨天气系统的配置是由多种气象因素相互作用的结果，包括低涡切变线、西太平洋副高位置、西风带槽前和切变线的强辐合带等。对于渭河流域的防洪工作，需要加强气象预警和防灾减灾工作，提高对灾害应对能力。

3 黄河流域雨情的特点

当前很多暴雨巨灾发生在暑假期间，该期间季风性气候比较强烈，易出现暴雨天气。在我国的发展过程中，仍存在多彩的暴雨时间，造成人员的损伤以及财产的损失，我国暴雨轻灾、重灾的出现呈现出交互的模式，展现出周期性的循环、变化。

首先，降水量比以往偏多、降水集中分布不均。自2021年，资料显示黄河流域出现新高的平均降水量，达609.2 mm，是近60年从未出现过的极值。相比往年而言，除流域北部和上游东部等部分地区降雨偏少外，其余地区降水量均未增加，下游部分地区及中三花地区增加0.8～2.1倍。

其次，汛期中下游地区强降水集中、部分地区出现极端性。数据表明汛期从6月开始，黄河流域的平均降水量高达490.7 mm，与往年相比增加48.7%，是自1961年以来最高降水量。其中游东南部和下游降水量，达到500 mm以上，部分地区超过1 000 mm。就各地降水量而言，与以往的数据相比，都出现了大幅度的偏多。

再次，秋汛严重是因为9月以来降雨日数偏多。数据显示2021年9月以来，平均降水日数为16.8 d，比往年多4.4 d左右；其中上游多0.6 d左右，中游多6.2 d左右，下游多8.7 d左右。

最后，黄河全流域降水量异常超标的站中，黄河流域中游占97%。9月中旬以来，有3次大范围降水，都发生在黄河流域中下游。相比往年的上、中、下游流域，都出现了不同幅度的增长。在2021年秋，黄河流域地区的天气变幻不定，同时洪水多发，造成多轮次洪水叠加以及多区域洪水交织，黄河下游地区河道受到高降水量的影响长时间保持着大流量、高水位过程，造成当地工程出险频次高。小浪底、河口村、故县水库水位均创历史新高。黄河防汛在开展中需要承担面临保滩区安全、保水库安全、保人员安全、保工程安全等多方面的任务，随着降雨量的不断增加，当地的防御难度进一步上升。

4 黄河流域今后的防洪重点

根据前期降水情况分析，兰托区间、山西至陕西区间、泾渭洛河、三花区间及下游降水尤其偏多明显，土壤疏松、抵御洪灾能力减弱，加上黄河中下游河道流量大、水位高，水库调节能力有限，导致地质灾害多发频发，洪涝灾害泛滥[4-5]。根据调查，相关部门应时刻关注天气情况，避免降水对黄河中下游的地区影响，采取科学的方法进行水资源的管理和调度；加强堤防、加固水库、做好疏通、检查淤积等工作，落实好防护工作，提前防备；时刻关注黄河中下游持续降水可能会引发的情况和灾害，加强检测和分析，加大监管力度，及时更新最新雨情等信息，做好各方面具有针对性的服务。