2009年黑龍江上游開江期冰壩凌汛的分析與預(yù)測(cè)

許麗玲，韓鳳岐，張廣英，郭增紅

（1.漠河縣氣象局，黑龍江漠河 165300；2.大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江大興安嶺 165300；3.大興安嶺地區(qū)水文局，黑龍江加格達(dá)奇 165000）

2009年黑龍江上游開江期冰壩凌汛的分析與預(yù)測(cè)

許麗玲1，韓鳳岐1，張廣英2，郭增紅3

（1.漠河縣氣象局，黑龍江漠河 165300；2.大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江大興安嶺 165300；3.大興安嶺地區(qū)水文局，黑龍江加格達(dá)奇 165000）

冰壩凌汛是在特定的氣象、地理和水文條件下形成的。本文利用氣象和水文等資料，分析預(yù)測(cè)了2009年黑龍江上游漠河、呼瑪江段開江日期，取得了很好的效果。選取與開江時(shí)間預(yù)報(bào)密切相關(guān)的氣象因子，采用多元統(tǒng)計(jì)回歸方法，建立黑龍江上游漠河、呼瑪江段開江日期預(yù)報(bào)模型，經(jīng)檢驗(yàn)回歸顯著,并對(duì)2004～2009年開江日期進(jìn)行試報(bào)。

冰壩凌汛；開江日期；回歸模型

1 引言

2008 年秋季～2009年冬季黑龍江上游漠河、呼瑪江段普遍降雪量較大。進(jìn)入4月份以來(lái)，氣溫回升迅速，黑龍江上游地區(qū)融化的雪水提前大面積流入黑龍江，河槽蓄水量大，黑龍江上游沿岸的北極村、洛古河村、北洪村、興安鄉(xiāng)、呼瑪?shù)鹊厮患眲∩蠞q，一度逼近警戒水位，導(dǎo)致黑龍江上游江段提前開江，2009年漠河江段開江日期達(dá)到歷史極值，出現(xiàn)武開江（倒開江）現(xiàn)象，形成冰壩凌汛。武開江是一種從熱力因素開始，以水力作用為主的解凍方式，開江的冰層尚未充分解體，上游來(lái)水猛增，冰厚被迫破裂，強(qiáng)行解凍，造成武開江。其特點(diǎn)是流冰塊大、數(shù)量多、冰塊硬度大，卡冰結(jié)壩多、漲水嚴(yán)重，常易造成凌汛災(zāi)害。目前凌汛預(yù)報(bào)已成為水文、氣象服務(wù)的重要內(nèi)容，即為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門指導(dǎo)防汛，做出決策，使損失降低到最低限度，提前做出凌汛預(yù)報(bào)分析與預(yù)測(cè)是十分有必要的。

2 黑龍江上游地理位置與地形特點(diǎn)

2.1 地理位置

黑龍江上游江段位于53°N左右的寒溫帶河流，冬季受西伯利亞冷空氣的控制，封凍期長(zhǎng)達(dá)170 d左右。最大冰厚達(dá)1.5 m以上，流域最低氣溫達(dá)-50℃以上。由于寒冷氣候條件，增加了河流內(nèi)的冰儲(chǔ)量，另外上游支流額爾吉納河，流向是由南向北，即由低緯度流向高緯度，春季回暖時(shí)，上游受太陽(yáng)輻射能量大于下游，每年開江時(shí)間均比干流早2～4 d，易形成武開江（倒開江）［1］。

2.2 河道形態(tài)

黑龍江上游河道因多彎曲、束狹、多叉、礙航淺灘和高山遮擋等因素構(gòu)成了該江段易于發(fā)生冰凌卡塞形成冰壩。這里主要分析黑龍江上游漠河、呼瑪江段，以漠河（北極村站資料）、呼瑪?shù)葹榇碚咀?009年春季凌汛分析與預(yù)測(cè)。

3 開江前歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)500 hPa高度場(chǎng)

從歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)500 hPa高度場(chǎng)分析，有兩次明顯的回暖天氣過(guò)程。一次天氣過(guò)程在3月27日～4月2日，一脊一槽型（圖略）：烏拉爾山附近為高壓脊，鄂霍茨克海為低壓槽，冷空氣主體在鄂霍茨克海，黑龍江省北部所處的冷空氣不強(qiáng)，中高緯度盛行西風(fēng)環(huán)流，西風(fēng)帶暖脊東移加強(qiáng)控制黑龍江省，氣溫升高。另一次天氣過(guò)程在4月5～9日，亞洲強(qiáng)暖脊型（見(jiàn)圖1）：從貝加爾湖到黑龍江省西部為較強(qiáng)的大陸暖脊，4月5日脊前的冷空氣東移出省后，黑龍江省將受暖空氣影響，氣溫升高，這次回暖過(guò)程大約維持4 d左右，暖脊將東移減弱，這是一種較明顯的回暖天氣過(guò)程［2］。兩次的春季回暖天氣過(guò)程，對(duì)2009年提前開江十分有利。

圖1 2009年4月6日08：00歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)500hPa高度場(chǎng)形勢(shì)

4 開江前期氣溫狀況

漠河站冬季（2008年11月～2009年2月）平均氣溫為-26.5℃，比歷年偏低1.3℃，其中11月份平均氣溫比歷年偏高0.3℃。呼瑪站冬季平均氣溫為-20.7℃，比歷年偏高0.1℃，11月份平均氣溫比歷年偏高1.0℃。一般來(lái)說(shuō)，整個(gè)冬季氣溫低或冬季累積負(fù)氣溫值大，則有利于河道冰厚的增長(zhǎng)和促進(jìn)冰質(zhì)堅(jiān)硬。此外，漠河站春季3月份平均氣溫為-15.1℃比歷年偏低1.4℃；呼瑪站3月份平均氣溫為-11.2℃，比歷年偏低1.6℃。3月下旬末～4月上旬有兩次明顯的回暖天氣過(guò)程。根據(jù)黑龍江省春季回暖標(biāo)準(zhǔn)，可以預(yù)測(cè)出兩種環(huán)流形式，一脊一槽型：黑龍江省北部地區(qū)白天最高氣溫可達(dá)9～11℃；亞洲強(qiáng)暖脊型：黑龍江省北部地區(qū)白天最高氣溫可達(dá)14～16℃；由于開江時(shí)節(jié)氣溫變化急劇和頻繁，是促成冰壩生成的有利條件之一，這是因?yàn)闅鉁厣叩揭欢ǔ潭群篌E然下降或氣溫在平緩下降的過(guò)程中又突然上升，均能促使冰體較正常情況提前解體。

5 開江前期降水狀況

秋、冬季降水，對(duì)于河槽蓄水量及土壤含水量的變化有直接關(guān)系，因?yàn)檫@部分降水中大部分水量，存貯于流域內(nèi)，春季開江時(shí)節(jié)隨同4月份降水，形成雨雪徑流流入河槽，如果這部分流量大，則易于“鼓開”河槽中尚處較為堅(jiān)實(shí)狀態(tài)冰蓋，從而提供了形成冰壩的有利條件［3］。

2008年漠河站秋季（9～10月）降水187.6 mm，較歷年同期偏多165%，是漠河站有記錄以來(lái)秋季降水最多的年份，2008年11月～2009年3月降水48.1 mm，較歷年同期偏多34%；呼瑪站秋季降水112.7 mm，較歷年同期偏多59%，2008年11月～2009年3月降水60.1 mm，較歷年同期偏多71%；黑龍江上游降水偏多，因此目前流域內(nèi)潛在動(dòng)力指標(biāo)較強(qiáng)。但上游春季開江期來(lái)水主要來(lái)自于俄方的石勒科河和內(nèi)蒙額爾古納河，俄方融雪徑流也是動(dòng)力來(lái)源之一。從氣候區(qū)域性考慮，其俄方的降水量也會(huì)偏多，因此當(dāng)前流域內(nèi)動(dòng)力指標(biāo)充分。

6 前期流域內(nèi)蓄水量

河槽冬季蓄水量的多少，也關(guān)系到春季冰壩形成的條件，秋季（主要是10月份）降水多，一般稱之為雨封地。這部分水量在流域內(nèi)封凍后形成不透水層，春季成為雨雪徑流的下墊面，損耗少，有利于雨雪徑流集中，此外，河槽蓄水量多，冰凌在河道中流動(dòng)被卡塞的機(jī)會(huì)和疊加成壩的條件就大。

截止到2009年1月份，漠河站前期蓄水量較歷年偏多59.7%，呼瑪站前期蓄水量較歷年偏多21.3%。以當(dāng)前流域蓄水量為前提條件，估算黑龍江段上游開江期漠河徑流深為35.7 mm（不包括冰儲(chǔ)量），比歷年4月份釋放水量多23.1%，由于前期流域土壤含水量較高所致；呼瑪站開江期徑流深為55.5 mm（不包括冰儲(chǔ)量），較歷年4月份釋放水量的偏多164%。流域內(nèi)蓄水量較大，釋放水量也較大，水流動(dòng)力的機(jī)械作用相應(yīng)就大，加之由于具有合適的氣溫回暖強(qiáng)度，促使大量融雪徑流的釋放，就容易促成“武開江”而形成冰壩。

7 封江水位

封江水位即是標(biāo)志著河流封凍前的河槽蓄水量，其為秋季降水量及洪水退水徑流組成。漠河站（91.30 m）比歷年偏高0.38 m；呼瑪站（93.40 m）比歷年偏低0.04 m，僅就這個(gè)指標(biāo)看，前期河槽蓄水量上游偏多。漠河站冰壩發(fā)生的封江水位臨界指標(biāo)為89.80 m，冰蓋強(qiáng)度臨界指標(biāo)為0.15；呼瑪站冰壩發(fā)生的封江水位臨界指標(biāo)為92.90 m，冰蓋強(qiáng)度臨界指標(biāo)為0.01。參考封凍期最低水位來(lái)看，漠河站比歷年偏高0.44 m，與封江水位相比還要高，可見(jiàn)黑龍江段上游封江期水位偏高。

8 冰蓋強(qiáng)度

截止到3月1日，漠河站冰厚1.05 m（歷年1.09 m），呼瑪站冰厚1.05 m（歷年1.37 m）。黑龍江沿線上游冰儲(chǔ)量與歷年相接近,下游偏少。2009年開江期是黑龍江上游漠河江段歷史上開江最早的一年，屬于異常年，根據(jù)1970年以來(lái)提前開江日期資料分析，漠河江段都出現(xiàn)不同程度的冰壩，因此2009年就容易促成“武開江”而形成冰壩。

9 黑龍江上游開江日期預(yù)測(cè)模型的建立與擬合

9.1 資料選取

選取黑龍江上游漠河、呼瑪兩站1970～2003年氣象資料，通過(guò)對(duì)資料的分析與篩選對(duì)開江日期早晚影響因子中，影響顯著的因子主要有5個(gè)：①日最高氣溫穩(wěn)定通過(guò)0℃的積溫；②秋季（9～10）月降水量；③冬、春兩季（11～3）月降水量；④日最高氣溫穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期；⑤日最高氣溫穩(wěn)定通過(guò)10℃的日期。

9.2 開江日期預(yù)測(cè)模型的建立

首先根據(jù)漠河站34 a資料，用多元線性統(tǒng)計(jì)回歸方法建立開江日期預(yù)報(bào)方程，建立方程的原則是因子在方程中貢獻(xiàn)的物理意義要顯著。

對(duì)因子及預(yù)報(bào)值的幾個(gè)規(guī)定：①X1取歷年日最高氣溫穩(wěn)定通過(guò)0℃的積溫的平均值；②X2取前一年秋季（9～10）月降水量；③X3取前一年（11～12）月、當(dāng)年（1～3）月兩次的降水總量；④X4取最高氣溫最早穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期，根據(jù)4月上旬旬報(bào)預(yù)測(cè)，因?yàn)樽罡邭鉁刈钤绶€(wěn)定通過(guò)5℃日期的歷年平均值為4月7日，3月18日定為0天，超過(guò)一天以0為基數(shù)向上累加，如4月7日為20；⑤X5取歷年最高氣溫穩(wěn)定通過(guò)10℃日期平均值4月24日，4月9日定為0天，超過(guò)一天以0為基數(shù)向上累加，如4月24日為15；⑥預(yù)測(cè)值開江日期為Y，以最早開江日4月19日定為0天，超過(guò)一天以0為基數(shù)向上累加。方程F值為24.1,按顯著水平α＝0.01，得到臨界值Fα＝3.75，F(xiàn)＞Fα,回歸效果顯著，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.90，表明相關(guān)性很好。

其次，呼瑪站34 a資料，用多元線性統(tǒng)計(jì)回歸方法建立開江日期預(yù)報(bào)方程，對(duì)因子及預(yù)報(bào)值的幾個(gè)規(guī)定同漠河站。

方程F值為25.2,按顯著水平α＝0.01，得到臨界值Fα＝3.75，F(xiàn)＞Fα,回歸效果顯著，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.90，表明相關(guān)性很好［4］。

9.3 試報(bào)結(jié)果

為驗(yàn)證其方法預(yù)報(bào)性能，利用預(yù)報(bào)方程對(duì)2004～ 2009年共6 a漠河、呼瑪江段進(jìn)行了開江日期試報(bào)，漠河江段試報(bào)結(jié)果（見(jiàn)表1），6 a中有5 a預(yù)報(bào)正確，誤差允許范圍2 d，試報(bào)的開江日期與實(shí)際開江日期相比，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率83%，而2009年預(yù)報(bào)誤差相對(duì)天數(shù)多一些，預(yù)測(cè)開江日期比歷年提前6 d，由此可判斷2009年開江日期將明顯提前，和實(shí)際開江日期提前趨勢(shì)一致。

表1 2004～2009年黑龍江上游漠河江段開江期試報(bào)結(jié)果

*2009年應(yīng)該對(duì)外發(fā)布開江日期是4月22日～4月26日，在這個(gè)開江日期范圍內(nèi)，多元回歸方程因子X(jué)1、X5代入的是歷年平均值，由于對(duì)歷年資料和開江前期氣象、水文綜合因素分析推測(cè)，因子X(jué)1（2009年）＜X1（歷年），X5（2009年）＜X5（歷年），開江日期還將會(huì)提前，預(yù)測(cè)訂正具體對(duì)外發(fā)布開江日期為4月18日～4月22日，其中興安鄉(xiāng)開江日期在這個(gè)范圍內(nèi)（見(jiàn)表2）。

表2 2009年黑龍江上游沿岸漠河江段開江期

呼瑪江段試報(bào)結(jié)果（見(jiàn)表3），6 a中有4 a預(yù)報(bào)正確，誤差允許范圍2 d，試報(bào)的開江日期與實(shí)際開江日期相比，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率67%，2009年開江日期提前和實(shí)際開江日期提前趨勢(shì)一致。

表3 2004～2009年黑龍江上游呼瑪江段開江期試報(bào)結(jié)果

*2009年應(yīng)該對(duì)外發(fā)布開江日期是4月26～30日，預(yù)測(cè)訂正具體對(duì)外發(fā)布開江日期為4月22日～26日，分析同漠河開江日期，表明該預(yù)報(bào)方程具有很好的預(yù)報(bào)效果。9.4開江日期擬合與預(yù)測(cè)

黑龍江上游漠河、呼瑪江段（1970～2009）年開江日期趨勢(shì)擬合（見(jiàn)圖2、3），其中1970～2003年是開江日期模擬，2004～2009年是預(yù)測(cè)與模擬，擬合趨勢(shì)大致吻合，雖然有誤差，但是擬合效果非常理想，基本可以推測(cè)出黑龍江上游漠河江段開江日期的早晚。

圖2 漠河江段（1970～2009）年開江日期趨勢(shì)擬合與預(yù)測(cè)

圖3 呼瑪江段（1970～2009）年開江日期趨勢(shì)擬合與預(yù)測(cè)

10 小結(jié)

（1）2009年黑龍江上游漠河、呼瑪江段開江期形成冰壩凌汛是在特定的氣象、地理及水文條件下造成的。

（2）選取歷史資料對(duì)開江日期影響顯著的因子建立多元線性回歸預(yù)報(bào)方程，初步預(yù)測(cè)開江日期，再根據(jù)當(dāng)年實(shí)況資料具體分析，對(duì)開江日期進(jìn)行訂正，基本可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出開江日期的具體范圍。

（3）由于在3月末就做出春季的開江趨勢(shì)預(yù)報(bào)，及時(shí)為防汛部門進(jìn)行防凌部署及決策提供參考依據(jù)，2009年開江期實(shí)況顯示，漠河江段都出現(xiàn)不同程度的冰壩，使災(zāi)害損失減少到最低限度。

［1］王文東，張芳華，康志明，等.黃河寧蒙河段凌汛特征及成因分析［J］.氣象，2006,32（3）：32-38.

［2］蒼蘊(yùn)奇.黑龍江省天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)和方法［M］.黑龍江省氣象局，1988：69-73.

［3］張義夫，李國(guó)芳.2000年黑龍江上游冰壩成因分析［J］.黑龍江水利科技，2001,3:52-52.

［4］康志明，張芳華，李金田，等.黃河寧蒙河段封河和開河預(yù)報(bào)方法初探［J］.氣象，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

許麗玲（1970-），女，黑龍江省五常市人，成都信息工程學(xué)院，本科生，工程師.