2009年黑龍江上游開江期冰壩凌汛的分析與預測

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.大興安嶺地區氣象局，黑龍江大興安嶺 165300；3.大興安嶺地區水文局，黑龍江加格達奇 165000）

2009年黑龍江上游開江期冰壩凌汛的分析與預測

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.大興安嶺地區氣象局，黑龍江大興安嶺 165300；3.大興安嶺地區水文局，黑龍江加格達奇 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，分析預測了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。選取與開江時間預報密切相關的氣象因子，采用多元統計回歸方法，建立黑龍江上游漠河、呼瑪江段開江日期預報模型，經檢驗回歸顯著,并對2004～2009年開江日期進行試報。

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。進入4月份以來，氣溫回升迅速，黑龍江上游地區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、呼瑪等地水位急劇上漲，一度逼近警戒水位，導致黑龍江上游江段提前開江，2009年漠河江段開江日期達到歷史極值，出現武開江（倒開江）現象，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，上游來水猛增，冰厚被迫破裂，強行解凍，造成武開江。其特點是流冰塊大、數量多、冰塊硬度大，卡冰結壩多、漲水嚴重，常易造成凌汛災害。目前凌汛預報已成為水文、氣象服務的重要內容，即為各級領導部門指導防汛，做出決策，使損失降低到最低限度，提前做出凌汛預報分析與預測是十分有必要的。

2 黑龍江上游地理位置與地形特點

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，封凍期長達170 d左右。最大冰厚達1.5 m以上，流域最低氣溫達-50℃以上。由于寒冷氣候條件，增加了河流內的冰儲量，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，上游受太陽輻射能量大于下游，每年開江時間均比干流早2～4 d，易形成武開江（倒開江）［1］。

2.2 河道形態

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成了該江段易于發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）、呼瑪等為代表站做2009年春季凌汛分析與預測。

3 開江前歐洲數值預報500 hPa高度場

從歐洲數值預報500 hPa高度場分析，有兩次明顯的回暖天氣過程。一次天氣過程在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，中高緯度盛行西風環流，西風帶暖脊東移加強控制黑龍江省，氣溫升高。另一次天氣過程在4月5～9日，亞洲強暖脊型（見圖1）：從貝加爾湖到黑龍江省西部為較強的大陸暖脊，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程［2］。兩次的春季回暖天氣過程，對2009年提前開江十分有利。

圖1 2009年4月6日08：00歐洲數值預報500hPa高度場形勢

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℃。一般來說，整個冬季氣溫低或冬季累積負氣溫值大，則有利于河道冰厚的增長和促進冰質堅硬。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程。根據黑龍江省春季回暖標準，可以預測出兩種環流形式，一脊一槽型：黑龍江省北部地區白天最高氣溫可達9～11℃；亞洲強暖脊型：黑龍江省北部地區白天最高氣溫可達14～16℃；由于開江時節氣溫變化急劇和頻繁，是促成冰壩生成的有利條件之一，這是因為氣溫升高到一定程度后驟然下降或氣溫在平緩下降的過程中又突然上升，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，對于河槽蓄水量及土壤含水量的變化有直接關系，因為這部分降水中大部分水量，存貯于流域內，春季開江時節隨同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”河槽中尚處較為堅實狀態冰蓋，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，因此目前流域內潛在動力指標較強。但上游春季開江期來水主要來自于俄方的石勒科河和內蒙額爾古納河，俄方融雪徑流也是動力來源之一。從氣候區域性考慮，其俄方的降水量也會偏多，因此當前流域內動力指標充分。

6 前期流域內蓄水量

河槽冬季蓄水量的多少，也關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，冰凌在河道中流動被卡塞的機會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（不包括冰儲量），較歷年4月份釋放水量的偏多164%。流域內蓄水量較大，釋放水量也較大，水流動力的機械作用相應就大，加之由于具有合適的氣溫回暖強度，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，僅就這個指標看，前期河槽蓄水量上游偏多。漠河站冰壩發生的封江水位臨界指標為89.80 m，冰蓋強度臨界指標為0.15；呼瑪站冰壩發生的封江水位臨界指標為92.90 m，冰蓋強度臨界指標為0.01。參考封凍期最低水位來看，漠河站比歷年偏高0.44 m，與封江水位相比還要高，可見黑龍江段上游封江期水位偏高。

8 冰蓋強度

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1970年以來提前開江日期資料分析，漠河江段都出現不同程度的冰壩，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測模型的建立與擬合

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，通過對資料的分析與篩選對開江日期早晚影響因子中，影響顯著的因子主要有5個：①日最高氣溫穩定通過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日最高氣溫穩定通過5℃的日期；⑤日最高氣溫穩定通過10℃的日期。

9.2 開江日期預測模型的建立

首先根據漠河站34 a資料，用多元線性統計回歸方法建立開江日期預報方程，建立方程的原則是因子在方程中貢獻的物理意義要顯著。

對因子及預報值的幾個規定：①X1取歷年日最高氣溫穩定通過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、當年（1～3）月兩次的降水總量；④X4取最高氣溫最早穩定通過5℃的日期，根據4月上旬旬報預測，因為最高氣溫最早穩定通過5℃日期的歷年平均值為4月7日，3月18日定為0天，超過一天以0為基數向上累加，如4月7日為20；⑤X5取歷年最高氣溫穩定通過10℃日期平均值4月24日，4月9日定為0天，超過一天以0為基數向上累加，如4月24日為15；⑥預測值開江日期為Y，以最早開江日4月19日定為0天，超過一天以0為基數向上累加。方程F值為24.1,按顯著水平α＝0.01，得到臨界值Fα＝3.75，F＞Fα,回歸效果顯著，復相關系數R=0.90，表明相關性很好。

其次，呼瑪站34 a資料，用多元線性統計回歸方法建立開江日期預報方程，對因子及預報值的幾個規定同漠河站。

方程F值為25.2,按顯著水平α＝0.01，得到臨界值Fα＝3.75，F＞Fα,回歸效果顯著，復相關系數R=0.90，表明相關性很好［4］。

9.3 試報結果

為驗證其方法預報性能，利用預報方程對2004～ 2009年共6 a漠河、呼瑪江段進行了開江日期試報，漠河江段試報結果（見表1），6 a中有5 a預報正確，誤差允許范圍2 d，試報的開江日期與實際開江日期相比，預報準確率83%，而2009年預報誤差相對天數多一些，預測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，和實際開江日期提前趨勢一致。

表1 2004～2009年黑龍江上游漠河江段開江期試報結果

*2009年應該對外發布開江日期是4月22日～4月26日，在這個開江日期范圍內，多元回歸方程因子X1、X5代入的是歷年平均值，由于對歷年資料和開江前期氣象、水文綜合因素分析推測，因子X1（2009年）＜X1（歷年），X5（2009年）＜X5（歷年），開江日期還將會提前，預測訂正具體對外發布開江日期為4月18日～4月22日，其中興安鄉開江日期在這個范圍內（見表2）。

表2 2009年黑龍江上游沿岸漠河江段開江期

呼瑪江段試報結果（見表3），6 a中有4 a預報正確，誤差允許范圍2 d，試報的開江日期與實際開江日期相比，預報準確率67%，2009年開江日期提前和實際開江日期提前趨勢一致。

表3 2004～2009年黑龍江上游呼瑪江段開江期試報結果

*2009年應該對外發布開江日期是4月26～30日，預測訂正具體對外發布開江日期為4月22日～26日，分析同漠河開江日期，表明該預報方程具有很好的預報效果。9.4開江日期擬合與預測

黑龍江上游漠河、呼瑪江段（1970～2009）年開江日期趨勢擬合（見圖2、3），其中1970～2003年是開江日期模擬，2004～2009年是預測與模擬，擬合趨勢大致吻合，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）年開江日期趨勢擬合與預測

圖3 呼瑪江段（1970～2009）年開江日期趨勢擬合與預測

10 小結

（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）選取歷史資料對開江日期影響顯著的因子建立多元線性回歸預報方程，初步預測開江日期，再根據當年實況資料具體分析，對開江日期進行訂正，基本可以準確預測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預報，及時為防汛部門進行防凌部署及決策提供參考依據，2009年開江期實況顯示，漠河江段都出現不同程度的冰壩，使災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］蒼蘊奇.黑龍江省天氣預報經驗和方法［M］.黑龍江省氣象局，1988：69-73.

［3］張義夫，李國芳.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報方法初探［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，成都信息工程學院，本科生，工程師.