大兴安岭两次夏季特大洪水背景初探

赵玉洁,徐艳华,许 磊,李 瑶,栗艳杰,王 英,左宇明

（大兴安岭地区气象局，黑龙江 加格达奇 165000）

1 引言

随着全球气候变暖，大兴安岭地区极端灾害性天气频发， 如暴雨洪涝等， 1998 年和2021 年夏季大兴安岭地区经历了自1966 年开发建设以来的两年夏季特大洪水。 1998 年和2021 年均为全区性大洪水，洪峰流量高，洪水来的早、历时长、范围广，历史上罕见。

异常的气候特点是雨季来的早， 均在5 月19 日前后开始； 连续性降水时间长，1998 年6 月4-27 日连续降水日数多达24 d,2021 年5 月19 日-6 月3 日多达17 d，均比较少有，两年中5-6 月累计降水量特多，1998 年和2021 年多数台站分别高出历年值58.8%-140%、81.9%-270%， 降水峰值月多数台站由原来的7 月提前到6 月，1998 年首次洪峰在6 月12 日，2021 年在6 月18 日。7 月各站降水量1998 年和2021 年多数台站偏多或特多， 多条河流反复出现大洪水， 洪峰流量高，2021年多数河流洪水均位于历史第一位或第二位，1998 年多数河流洪水均位于历史第二位或第三位。 洪水历时长，1998 年前后大小河流洪水累计2 个月有余， 最后一次洪水时间为8 月19 日，2021 年洪水累计近1 个半月，最后一次洪水时间为7 月29 日。 受灾损失严重，为了今后能够更科学精准做好洪涝灾害预报预测服务，充分发挥防灾减灾第一道防线作用。 本文从气象、水文、外强迫信号、太阳黑子等诸多方面进行背景对比分析。

2 资料的来源与研究方法

降水、气温、积雪深度、冻土深度等常规资料来自大兴安岭地区六个国家气象站，太阳黑子相对数来自黑龙江省气候中心， 海温资料来自国家局气候中心网站，水文资料来源于大兴安岭地区水务局， 时间段取1974-2021 年。 方法采用对比分析，结合统计分析。

3 背景对比分析

3.1 前期气候背景对比

3.1.1 秋季9-10 月降水

1997 年和2020 年两年秋季9-10 月降水特多，降水量分别为35.9 mm、38.4 mm，较历年同期均值分别增加53%和64%，且雨封地，地表含水量大，两年11 月8日的土壤测熵 （1997 年：10 cm，81%；20 cm，88%；30 cm，86%；40 cm，91%；50 cm，91%，60 cm，90%;70 cm，91%;80 cm,91%；90 cm，86%；100 cm，100%； 2020 年：10 cm，96%；20 cm，87%；30 cm，88%；40 cm，94%；50 cm，98%，60 cm，98%;70 cm，101%；80 cm,101%；90 cm，101%；100 cm，98% ）充分证明了这一点。

3.1.2 冬季气温及冻土

大兴安岭地区小气候（冻土层存在时间长）影响及1997 年和2020 年冬季多数地区经历了持续极寒天气，冬季气温低（表1），尤其是1 月气温特低，1998 年全区月平均气温-29.5 ℃，较历年偏低了4.1 ℃，2021 年全区月平均气温-29.8 ℃，较历年偏低-4.5 ℃，保证了冻土层的深度（表2）。

表1 1997 年和2020 年大兴安岭地区冬季气温及距平（℃）

表2 1998 年和2021 年大兴安岭地区各站冻土深度（cm）

3.1.3 10 月-翌年2 月降水量及冬季积雪深度

10 月-翌年2 月降水量，1997 年和2020 年多数台站均较常年同期略多或偏多； 积雪深度1997 年各站均深，2020 年北部地区积雪深度深（表3-4）。

表3 大兴安岭地区10 月-翌年2 月 降水量及距平（mm）

表4 大兴安岭地区2020 年和1997 年最大积雪深度（cm）

3.1.4 春季回暖

统计表明：2021 年春季回暖早，4 月21 日全区最高气温突破零上20.0 ℃，快速且剧烈的强升温，导致深厚的积雪快速融化，而此时地表融化层浅薄，融化的雪水无法下渗，形成地表径流；1998 年亦是如此，4 月上旬有强升温，全区最高气温均达到15.0 ℃以上（表5）。

表5 大兴安岭地区春季强升温（℃）

3.1.5 5 月降水量

春季5 月降水量1998 年和2021 年多数台站均偏多，尤其是2021 年偏多明显（表6）。

表6 大兴安岭地区2021 年和1998 年5 月降水量及距平（mm）

3.2 夏季大气环流对比

1998 年夏季大气环流异常， 鄂霍次克海高压偏强且稳定少动，形成阻塞形势，副热带高压偏北，将副热带气流源源不断向北输送，保证了强降水天气的充沛水汽供应。

2021 年夏季， 副热带高压异常偏北，7 月13 日20时副热带高压588 线呈拇指状北伸至黑龙江抚远一带，14 日20 时588 线北伸到50°N， 以后逐渐北抬，7 月20日北跳到52°N，直接影响大兴安岭地区，将海上充沛水汽源源不断输送到大兴安岭上空。

2021 年春季到夏季多个冷涡的影响带来较强降水，最为典型的是6 月15-17 日大兴安岭全境区域暴雨，加之前期的降水叠加， 导致截止到6 月16 日大兴安岭全区降水异常偏多（图1），7 月副热带高压异常北跳， 带来7 月13-14 日和7 月31 日-8 月1 日的大到暴雨， 导致多数台站7 月降水量偏多或特多，洪水连续不断发生。

图1 2021 年4 月1 日20 时-6 月16 日20 时降水距平百分率（%）

3.3 上游来水的影响

第一，1998 年和2021 年甘河上游阿里河3-6 月累计降水量均较常年同期偏多139.1 mm， 合成距平百分率偏多85% ， 导致大兴安岭地区南部客站来水量大，加重了甘河等河流的汛情， 同样也加重了嫩江的洪灾（表7）。

表7 阿里河2021 年3-6 月 降水量及距平（mm）

第二，从气象卫星监测的6 月26 日及6 月13 日水体演变图中可见(图2)，黑龙江大兴安岭江段的水体显著增大，主要受黑龙江上游对岸结雅河（出现超警戒水位）来水影响，加重了黑龙江大兴安岭江段汛情。

图2 2021 年6 月26 日与2021 年6 月13 日水体面积对比专题图（部分）

3.4 太阳黑子活动的影响

1998 和2021 年均处在太阳黑子谷值年第二年的上升期， 根据统计，1974-2021 年48 a 中共经历了5 个太阳黑子活动谷值年后的第二年上升期，这5 a 分别为1978 年、1988 年，1998 年、2010 年、2021 年， 对应大兴安岭地区夏季降水量分别是305.9 mm、311.9 mm、385.8 mm、360.3 mm、456.4 mm，多数年份（80%）降水量高于历史平均值，不难看出1998 年和2021 年在太阳黑子影响上是一致的， 其中1998 年多21.6%，2021 年多43.8%，偏多更为明显，可能是大兴安岭夏季降水与太阳黑子相对数在到达谷值后的上升期有关，因此需要特别关注它对应的第二年夏季降水，尤其是夏季降水处在丰水期时(图3)。

图3 1974-2021 年夏季降水量与太阳黑子相对数

3.5 外强迫信号-中等强度拉尼娜的影响

1998 年和2021 年都是中等强度拉尼娜年，1974-2021 年间发生中等强度的拉尼娜年有1975 年（4 月）、1998 年（07 月）-2000 年（6 月）、2007 年（8 月）、2010 年（6 月），2020 年（8 月）-2021 年（03 月）。 由于中等强度的拉尼娜发生在夏末8 月，对夏季影响只一个月，这里忽略 （2007 年）， 因此对夏季降水产生影响的是1975年、1998 年、2010 年和2021 年，这4 a 对应的夏季降水分别是314.5 mm、 385.8 mm、 360.3 mm 、 456.4 mm，与常年同期值（317.3 mm）相比，多数是偏多的，可见中等强度拉尼娜发生在7 月之前，对应当年大兴安岭夏季降水是值得关注的。

另外， 从夏季降水自身演变情况来看，1998 年和2021 年大兴安岭地区均处在丰水期内（图4）。

图4 1974-2021 年夏季降水量变化图

综合上述分析：1998 年和2021 年两年的洪水背景几乎一致，气候背景上，1997 年和2020 年9-10 月累计降水量多，雨封地，冬季气温偏低，冻土层深厚，降雪量多，积雪深度深，春季回暖早，有达到15 ℃以上快速升温，夏季大气环流背景上，副热带高压偏北，鄂霍次克海高压偏强且稳定少动，形成阻塞形势。客站来水多；均处在太阳黑子谷值年第二年的上升期；外强迫信号均受中等强度的拉尼娜影响。 所不同的是1998 年副热带高压588 线在50°N 以南，而2021 年北跳到了52°N。

4 小结

通过以上背景对比分析，1998 年和2021 年特大洪水是以下多个背景因素综合作用的结果:

（1）前一年秋季9-10 月降水多，且雨封地，地表含水量大；冬季出现降雪多，且持续极寒天气，冻土层较常年深厚，春季回暖早，快速升温使积雪融化无法下渗；当年5 月持续连阴雨，降水量特多，积雪融化与降水共同产生地表径流，汇入江河；

（2）夏季大气环流异常，鄂霍次克海高压偏强，且稳定少动，东北冷涡活跃，受东阻影响在大兴安岭地区附近移动缓慢，配合偏北的副热带高压外围充沛的水汽源源不断输送到大兴安岭，造成大兴安岭地区夏季降水量特多。

（3）甘河上游、结雅河春季到初夏降水量多，导致大兴安岭地区客站水量大，加重了甘河及黑龙江的汛情；

（4）太阳黑子活动与拉尼娜影响可能也是造成大兴安岭夏季降水是偏多的原因。