太湖地區(qū)2011年春季嚴(yán)重干旱成因與預(yù)測(cè)

秦建國(guó)，張泉榮，洪國(guó)喜，賈小網(wǎng)，朱前維，朱驪，陳寅達(dá)

(1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局無(wú)錫分局，江蘇無(wú)錫 214031;2.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇南京 210098)

從全球范圍看，旱災(zāi)影響面最廣、造成經(jīng)濟(jì)損失最大，是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害類(lèi)型之一[1]。中國(guó)也是屬于旱災(zāi)頻發(fā)的地區(qū)，水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。2010年10月以來(lái)，世紀(jì)大旱席卷北半球，我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重旱情，太湖地區(qū)也出現(xiàn)少有的秋冬春三季連旱的局面，區(qū)域降雨嚴(yán)重偏少，降雨量創(chuàng)1949年新中國(guó)成立以來(lái)的最小值。2011年5月18日，太湖水位(吳淞基準(zhǔn)面，下同)降至2.74 m，為1951年來(lái)同期第7低水位;太湖地區(qū)河網(wǎng)水位也大幅度低于常年同期水位，浙西區(qū)、杭嘉湖區(qū)及湖西區(qū)水位均為2000年以來(lái)最低值。

1 太湖地區(qū)旱情簡(jiǎn)析

太湖地區(qū)大多數(shù)雨量觀(guān)測(cè)站都是解放后設(shè)立的，解放前設(shè)立的雨量站也大多因戰(zhàn)爭(zhēng)原因而資料不全。本區(qū)域最早的雨量站是1873年設(shè)立的上海徐家匯氣象站，降雨等資料基本完整，但是只有139 a歷史，而且地方志等歷史文獻(xiàn)上沒(méi)有更多關(guān)于春季旱情的明確記載。1978年至今，長(zhǎng)江中下游地區(qū)曾在1978年、1981年、1986年、1994年、2000年等發(fā)生過(guò)較為嚴(yán)重的春旱，但2011年1—5月發(fā)生的旱情具有強(qiáng)度強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣、影響程度重等特點(diǎn)。

1.1 區(qū)域降雨及長(zhǎng)江來(lái)水偏少

2011年1—5月，太湖地區(qū)降雨嚴(yán)重偏少，累計(jì)降雨僅163 mm，約占年平均雨量的15%，較常年偏少6成，為1951年(解放前無(wú)完整記錄)以來(lái)同期最少值。據(jù)上海徐家匯站測(cè)得數(shù)據(jù):2011年(截至5月29日)總降水量為132.9 mm，較常年(1971—2000年)偏少約6成，總降水量為1873年建站以來(lái)歷史同期最少值。

同期長(zhǎng)江大通來(lái)水偏少，長(zhǎng)江干流流量4月初來(lái)水量比多年同期平均偏少3成多，至5月1日大通流量?jī)H為14 200m3/s，為5月歷史同期最低值。汛期大通來(lái)水量略有增加，5月31日大通流量為18900m3/s，仍比多年同期平均來(lái)水量減少50%左右。

1.2 太湖出現(xiàn)2001年以來(lái)5月同期最低水位

從2010年10月以來(lái)，太湖水位持續(xù)下降(圖1)，2011年1月1日太湖水位2.98 m，較歷年同期高0.05 m;5月份太湖平均水位2.77 m，較歷年同期低0.29 m;5月18日太湖水位降至2.74 m，為2001年以來(lái)同期最低水位，較歷年同期水位3.07 m低0.33 m，相應(yīng)蓄水量比正常蓄水量減少約7億m3。

圖1 2011年1—5月與歷年同期太湖水位過(guò)程線(xiàn)

1.3 絕大部分水庫(kù)水位接近死水位

太湖西部的丘陵地帶是這次受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)。受降雨偏少影響，太湖地區(qū)水庫(kù)水位與常年同期相比偏低，其中橫山水庫(kù)、大溪水庫(kù)、沙河水庫(kù)、句容水庫(kù)、塘馬水庫(kù)水位為2000年以來(lái)最低水位，5月31日塘馬水庫(kù)水位8.40 m，僅比水庫(kù)死水位高0.40 m;橫山水庫(kù)水位 24.43 m，僅比死水位高 0.43 m，為歷史同期最低水位，比歷年同期水位31.33 m低6.78 m。

1.4 太湖水位趨勢(shì)分析

2011年1—5月，太浦閘、梅梁湖泵站、大渲河泵站出湖水量分別為 3.08 億 m3、2.16 億 m3、0.51億m3，總出湖水量5.75億 m3。水文數(shù)據(jù)分析表明，在不計(jì)其他沿湖口門(mén)進(jìn)出水量的情況下，5月以來(lái)望亭立交入湖水量減去太浦閘、梅梁湖泵站、大渲河泵站出湖水量，每天平均約有700多萬(wàn)m3的水量進(jìn)入太湖。

太湖西山站5月以來(lái)平均蒸發(fā)量為4.5 mm，若目前太湖水面蒸發(fā)按4 mm/d計(jì)算，太湖水面面積2338.1 km2，太湖蒸發(fā)水量約為940萬(wàn) m3/d;若太湖沿湖用水量400萬(wàn) m3/d，總計(jì)需要入湖水量1340萬(wàn)m3，遠(yuǎn)大于目前日均700多萬(wàn)m3的入湖水量。因此在無(wú)有效降雨的情況下，不能保證太湖水位不下降，并且隨著農(nóng)業(yè)大面積用水階段的來(lái)臨，太湖地區(qū)缺水將更加明顯，旱情仍將持續(xù)。

2 太湖地區(qū)降雨年際變化研究

降雨年際變化無(wú)規(guī)律可循是水文、氣象工作者傳統(tǒng)的思維定式，對(duì)此展開(kāi)研究的人很少。曾小凡等[2]、杜富慧等[3]曾進(jìn)行過(guò)一些分析，但都未深入研究。太湖流域在2000年前后實(shí)施了“引江濟(jì)太”工程，沿長(zhǎng)江各口門(mén)都建造了節(jié)制閘進(jìn)行控制，進(jìn)出水量完全受人為因素影響，引長(zhǎng)江水量遠(yuǎn)多于排水量，造成很多水文基礎(chǔ)資料無(wú)法延續(xù)，前后沒(méi)有可比性。

2.1 研究對(duì)象的選擇

根據(jù)江蘇省氣象局的研究成果:1978年是太湖地區(qū)氣候變化的轉(zhuǎn)折年，之前是冷冬氣候所控制，此后是暖冬氣候控制，兩者的形成機(jī)理不同。對(duì)1988年對(duì)太湖地區(qū)設(shè)立較早的8個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行的代表性分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)錫、宜興、蘇州、吳江、常熟站與太湖地區(qū)面平均降雨量的相關(guān)性較好，上海、江陰站略低一些，但是仍然具有一定代表性[4](表1)。因?yàn)闊o(wú)錫站的降雨與太湖地區(qū)的相關(guān)性最好，所以本文選擇的研究對(duì)象是無(wú)錫站1978—2010年的年際降雨量。

表1 8個(gè)站點(diǎn)1951—1987年汛期(5—9月)降雨量與流域降雨量的相關(guān)性

2.2 降雨年際變化分類(lèi)原則與劃分

a.無(wú)錫地區(qū)地勢(shì)低洼，北受長(zhǎng)江高潮位威脅，南受太湖洪水侵襲，歷來(lái)是洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)，多年平均降雨量在1 100 mm左右[4-5]。為便于分析，筆者把年降雨量小于900mm的年景稱(chēng)為缺雨年;900～1 200 mm稱(chēng)為平雨年;大于1200 mm的稱(chēng)為豐雨年;把時(shí)間連續(xù)、特征相似的年景集合體稱(chēng)為降雨期。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，按降雨年際變化情況對(duì)應(yīng)分成三類(lèi)降雨期，即缺雨期、平雨期和豐雨期[5-6]，并總結(jié)了3條劃分原則:①缺雨期:年均降雨量小于900 mm，可連續(xù)出現(xiàn);②平雨期:一般情況下年降雨量900～1 200 mm，允許包含個(gè)別缺雨年，均值約1050 mm;③豐雨期:一般情況下年降雨量大于1200 mm，允許包含個(gè)別平雨年，均值大于1 250 mm。無(wú)錫(站)地區(qū)年際降雨過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖2。

b.根據(jù)分類(lèi)原則和該時(shí)段的特點(diǎn)，筆者按缺雨期、平雨期、豐雨期的順序劃分，共分為10個(gè)降雨期。從圖2和表2可以看出:太湖地區(qū)共經(jīng)歷了3次從干旱期至濕潤(rùn)期的完整變化，2010年為缺雨期(暫定為過(guò)渡期)。

表2 無(wú)錫(太湖)地區(qū)干旱與濕潤(rùn)周期性變化

3 嚴(yán)重干旱成因與預(yù)測(cè)研究

干旱的成因與預(yù)測(cè)一直是個(gè)世界性的難題。干旱的成因研究已有一些進(jìn)展，但是干旱預(yù)測(cè)進(jìn)展不大，目前還無(wú)法達(dá)到業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)的程度，國(guó)內(nèi)外這方面的研究成果還較少見(jiàn)[7]。隨著全球氣溫的升高，基點(diǎn)干旱氣候發(fā)生的強(qiáng)度和頻率增大，我國(guó)南方一些濕潤(rùn)地區(qū)也出現(xiàn)了旱情愈加頻繁、旱災(zāi)愈加嚴(yán)重的現(xiàn)象[8-9]。

3.1 嚴(yán)重干旱成因研究

3.1.1 太陽(yáng)活動(dòng)

統(tǒng)計(jì)顯示:1951年以來(lái)5個(gè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期的峰值年期間，太湖地區(qū)年降雨以偏少為主，特別是1958—1959年、1967—1969 年、1978—1979 年和2000年，這些年份太陽(yáng)黑子活動(dòng)處于峰值年，太湖地區(qū)年際降雨量明顯偏少;1951年以來(lái)6個(gè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期的谷值年期間，太湖地區(qū)年際降雨以偏多為主，如 1954年、1973年和 1985—1987年。2008—2009年也是太陽(yáng)活動(dòng)的谷值期，太陽(yáng)黑子數(shù)2008年、2009年僅為2.8 和3.1，其中2009 年8 月太陽(yáng)黑子數(shù)達(dá)到最低值為零[10]，與此相對(duì)應(yīng)的則是當(dāng)年太湖地區(qū)年際降雨明顯偏多(圖2)。2010年太陽(yáng)黑子已有重新活躍的跡象，根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局氣候預(yù)測(cè)中心的研究:一系列的太陽(yáng)黑子和太陽(yáng)風(fēng)暴活動(dòng)將在2011年至2012年達(dá)到峰值，但破壞性的太陽(yáng)風(fēng)暴卻隨時(shí)可能發(fā)生。

3.1.2 海溫狀況

目前出現(xiàn)的拉尼娜現(xiàn)象始于2010年7月，伴隨厄爾尼諾現(xiàn)象消失而增強(qiáng)，2011年1月達(dá)到頂點(diǎn)。從海水溫度變化來(lái)看，這次拉尼娜事件強(qiáng)度中等;但從海平面氣壓、風(fēng)力、云量變化等大氣條件看，這是過(guò)去1個(gè)世紀(jì)里最強(qiáng)的拉尼娜現(xiàn)象之一。海洋的異常從2011年2月開(kāi)始減弱，5月中進(jìn)入結(jié)束階段，大氣方面的表現(xiàn)直到6月上旬才逐漸減弱。海溫異常變冷，導(dǎo)致大氣環(huán)流異常，21世紀(jì)已經(jīng)出現(xiàn)的3次拉尼娜事件分別是2003—2004年、2007—2008年、2010—2011年，對(duì)應(yīng)的太湖地區(qū)年際降雨量都是偏少。

3.1.3 大氣環(huán)流

太湖地區(qū)雖有“水鄉(xiāng)”之稱(chēng)，但久旱不雨成災(zāi)的記錄也不少，歷史上曾經(jīng)有過(guò)連續(xù)3年大旱、太湖干凅的驚人記載[4]。1949年至今已62 a，盡管干旱災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，平均約10a發(fā)生1次;但在這短暫的時(shí)期內(nèi)，還沒(méi)有在春季出現(xiàn)過(guò)像2011年如此嚴(yán)重的旱情。干旱發(fā)生的年景，往往是干黃梅，而且連續(xù)秋旱，損失嚴(yán)重[4]。這主要是這些年份夏季，北方冷空氣勢(shì)力偏弱，太平洋副熱帶高壓主體提前進(jìn)入我國(guó)大陸，控制江淮流域(含太湖地區(qū))，造成大范圍長(zhǎng)時(shí)間高溫少雨氣候[11-12]。

2011年春季旱情則是受2010年7月開(kāi)始并且持續(xù)到2011年5月末的赤道中東太平洋區(qū)中等強(qiáng)度拉尼娜事件影響，西太平洋副熱帶高壓面積、強(qiáng)度明顯小于常年同期。特別是2010年10月以來(lái)，西北太平洋副熱帶高壓較歷史同期偏弱，位置偏東，同時(shí)影響我國(guó)的西南水汽通道未建立，不利于冷暖氣流在江南交匯形成降水。造成入春以來(lái)我國(guó)北方地區(qū)偏北氣流盛行，且北方強(qiáng)寒潮大風(fēng)頻繁過(guò)境南下，而降雨量卻持續(xù)偏少，形成長(zhǎng)江中下游地區(qū)(含太湖地區(qū))春季嚴(yán)重的干旱局面。

3.2 嚴(yán)重干旱預(yù)測(cè)

根據(jù)對(duì)太湖地區(qū)水文、氣象災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)，有歷史記載的400多年中，大澇年為41次，大旱年為34次，大澇明顯多于大旱，但是在歷史上太湖曾經(jīng)有過(guò)干凅見(jiàn)底的記錄(1073—1075年)[4]，且干旱與洪澇災(zāi)害發(fā)生的年景占總數(shù)的比例達(dá)到42.4%，這些都充分說(shuō)明本地區(qū)水文、氣象災(zāi)害的嚴(yán)重性。從大的旱澇持續(xù)性氣候階段分析，目前太湖地區(qū)處于歷史上偏澇的大周期中的小間歇期——即干旱缺雨周期。

3.2.1 韻律周期研究

經(jīng)過(guò)筆者多年研究發(fā)現(xiàn):太湖地區(qū)存在一個(gè)78a(34a+44a)的嚴(yán)重旱災(zāi)韻律周期(表3)，當(dāng)年及此前或此后一年都是嚴(yán)重旱災(zāi)的高發(fā)期。且這些嚴(yán)重干旱年景的時(shí)間跨度，與太陽(yáng)黑子的活動(dòng)周期相吻合，即相當(dāng)于7個(gè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期。根據(jù)太湖地區(qū)《地方志》以及《太湖地區(qū)氣候資源研究》[4]《中國(guó)歷史干旱》[13]等歷史文獻(xiàn)記載:1821年高淳、丹陽(yáng)縣旱;1822年太湖東地區(qū)又大旱;1855年宜興、荊溪夏旱;1856年太湖流域二十六府縣大旱，五月至八月不雨河湖皆?xún)?1900年高淳旱、金壇大旱;1934年，太湖流域大旱，六月至八月降雨極少，江湖水淺，內(nèi)河水凅;1935年太湖地區(qū)春旱、夏旱;1978年，太湖流域春旱接“空梅”，“空梅”接夏旱，夏旱接秋旱，全年受災(zāi);1979年太湖地區(qū)春旱、夏旱、秋旱;2011年春季至初夏特大干旱，部分水庫(kù)和小型湖泊干涸。此外，該韻律周期還可向上延伸，但是不能解釋所有干旱災(zāi)害問(wèn)題。

表3 200年來(lái)太湖地區(qū)嚴(yán)重旱災(zāi)年份韻律周期 a

3.2.2 近年降雨與海溫的關(guān)系

表4是無(wú)錫站最近3 a的降雨量統(tǒng)計(jì)，從中也可以看出:2009年6月—2010年4月太湖地區(qū)處于濕潤(rùn)期，這11個(gè)月降雨量大多都高于歷史平均值，與2009年6月—2010年5月發(fā)生的中等強(qiáng)度厄爾尼諾事件[10]在時(shí)間上相吻合;2010年5月—2011年5月太湖地區(qū)處于干旱期，這些月份降雨量大多低于歷史平均值，與2010年7月—2011年5月發(fā)生的中等強(qiáng)度拉尼娜事件，在時(shí)間上也是吻合的。

3.2.3 預(yù)測(cè)分析

根據(jù)對(duì)歷史資料的多年研究，筆者認(rèn)為:目前的情況與1978年前后的氣候條件類(lèi)似，在“冷冬”向“暖冬”氣象格局過(guò)渡期間，太湖地區(qū)也暴發(fā)了特大干旱災(zāi)害。從表2可以看出:每個(gè)干旱—濕潤(rùn)周期的時(shí)間跨度呈減小趨勢(shì)，第一周期時(shí)間跨度是第二、第三周期之和;且各周期中濕潤(rùn)期的時(shí)間跨度都呈周期性遞減之勢(shì)。筆者認(rèn)為這些都具有指向作用，預(yù)示著2010—2012年干旱缺雨周期的到來(lái)，嚴(yán)重旱災(zāi)韻律周期等多項(xiàng)指標(biāo)都印證了這一觀(guān)點(diǎn)。對(duì)太湖地區(qū)部分嚴(yán)重干旱年景受災(zāi)情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:嚴(yán)重旱災(zāi)韻律周期的當(dāng)年往往是枯黃梅連秋旱，夏秋兩季旱情明顯大于冬春兩季。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局氣候預(yù)測(cè)中心的最新研究成果:在2011年夏季拉尼娜現(xiàn)象短暫消失后，入秋時(shí)拉尼娜現(xiàn)象已重新在熱帶太平洋地區(qū)出現(xiàn)，而且逐漸增強(qiáng)，并持續(xù)到冬天。

4 結(jié)語(yǔ)

a.根據(jù)對(duì)太湖地區(qū)氣候預(yù)測(cè)分析，2012年是嚴(yán)重干旱災(zāi)害暴發(fā)的極大值年景，但干旱強(qiáng)度將低于1934年、1978年水平。目前，太湖地區(qū)處于一個(gè)干旱周期之中，2011年1—5月旱情十分嚴(yán)重，然而太湖地區(qū)的氣象干旱在梅雨季節(jié)到來(lái)后得到了一定程度的緩解，但是降雨減少的大趨勢(shì)沒(méi)有改變。太湖地區(qū)2012年氣候與2010年類(lèi)似，即春季降雨比歷年正常偏多，夏、秋兩季降雨偏少。

b.嚴(yán)重干旱災(zāi)害的暴發(fā)具有特定的氣候背景。干旱災(zāi)害的發(fā)生有規(guī)律可循，大范圍、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的嚴(yán)重干旱都是在特定的氣候背景條件以及大氣環(huán)流異常情況下發(fā)生的。并且當(dāng)太陽(yáng)黑子的峰值年遇到東太平洋出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象時(shí)，太湖地區(qū)易發(fā)生較大旱情。

表4 無(wú)錫(站)2009—2011年1—12月降雨量統(tǒng)計(jì) mm

c.筆者提出的太湖地區(qū)暖冬影響下干旱—濕潤(rùn)周期和78 a(34 a+44 a)嚴(yán)重旱災(zāi)韻律周期，打破了降雨年際變化無(wú)規(guī)律可循的思維定式。雖然這些成果尚不能解釋所有的干旱災(zāi)害難題，但是期望能對(duì)太湖地區(qū)干旱災(zāi)害成因與預(yù)測(cè)研究作出有益的貢獻(xiàn)。

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