瀾滄江上游流域暴雨天氣成因分析

林蕓 段瑋 劉陽容

摘 要：瀾滄江-湄公河是世界第6長河，流經中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南六國，在中國境內段稱“瀾滄江”。瀾滄江縱跨十三個緯度，流域內自然地理條件差異較大。其中以溜筒江水文站為界的瀾滄江上游流域，地處青藏高原東部腹地的高海拔地區，氣候高寒，影響降水的天氣系統復雜。該文以瀾滄江上游古水水電站可能最大洪水專題研究項目為依托，根據瀾滄江上游流域60場典型暴雨的天氣學分析，分析總結得到影響流域強降水過程的主要環流形勢和天氣系統，同時分析流域水汽來源及輸送水汽的形勢，以及青藏高原地形對降水的影響。

關鍵詞：瀾滄江上游 青藏高原 天氣系統 水汽來源 水汽輸送

中圖分類號：P44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0129-06

水電站的可能最大洪水推求，目前主要采用水文氣象途徑進行分析，即先分析電站可能最大降水，然后按照產匯流方法推流得到可能最大洪水。其中可能最大降水主要依據水文氣象資料，用氣象成因方法進行推求，其依據的主要資料是暴雨資料。有利的大氣環流是產生暴雨的背景，可見暴雨的產生與其受影響的天氣成因是有直接關系的。在可能最大降水推求過程中，影響暴雨的天氣系統關系到暴雨組合替換的合理性，水汽來源及輸送形式影響到露點代表站點的選擇，地形對降水的影響則與流域暴雨量級息息相關。因此天氣成因分析在可能最大洪水專題研究中是一項必不可少的基礎工作。該文以瀾滄江上游古水水電站可能最大降水分析為依托，以溜筒江水文站為界劃定瀾滄江上游流域，依據流域天氣圖，分析總結流域暴雨天氣成因，為古水水電站可能最大降水分析奠定基礎。

1 流域概況

瀾滄江-湄公河是世界第6長河，亞洲第4長河，東南亞第1長河，其流域面積位居世界大河的第14位，其入海口平均水流量居世界大河的第7位。在國際河流中，瀾滄江-湄公河長度僅次于亞馬遜河和尼羅河而位居世界國際河流第3，流域面積居國際河流第11位。由于瀾滄江-湄公河流經中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南六國（見圖1），因此是亞洲最重要的國際河流之一，素有“東方的多瑙河”之稱。

瀾滄江-湄公河干流全長4 880 km，81.1×104 km2，瀾滄江是瀾滄江-湄公河上游中國境內河段，位于東經94°～102°、北緯16°～34°之間，河流大體自北向南流，流域呈條帶狀，兩頭大，中間小，形似“啞鈴”。流域上寬下窄，支流呈對稱發育。

流域內自然地理條件差異較大，按水文條件大致分為三個地域，溜筒江水文站以上為上游區，位于青藏高原東南部，平均海拔高4 500 m。溜筒江水文站至戛舊水文站之間為中游區，位于橫斷山縱谷區，兩岸山嶺受河流強烈切割成深谷，山脈間諸河（金沙江、瀾滄江、怒江）平行南下，形成“三江并流”景觀，平均海拔高2 520 m。戛舊水文站至國境為下游區，縱貫云貴高原西部，平均海拔1 540 m。

瀾滄江流域總體屬于西南季風氣候，其顯著特點是干、濕二季分明。水汽來源主要是西南暖濕氣流。一般5～10月為雨季， 11月～翌年4月為干季。由于瀾滄江縱跨十三個緯度，在地區和垂直方向上氣候有明顯差異。上、中、下游可大致對應于三個氣候區。上游為低溫少雨的青藏高原高寒氣候區。該區大部分處于青藏高原高海拔地區，

其緯度約在北緯29°～34°之間，是西風帶冷空氣容易影響的地帶。中游為立體氣候顯著的寒帶至亞熱帶過渡性氣候區。孟加拉灣豐沛的暖濕空氣容易由偏南或西南氣流沿橫斷山谷地區向北輸送到中游地帶，使該地區能常年保持濕潤。這一地區的氣候包含了亞熱帶、溫帶到寒帶的多種氣候類型，立體氣候顯著。下游為高溫濕潤的亞熱帶氣候區。海拔高度要低得多，降水以液態降水為主，量級較上、中游大。

2 分析基礎

該文主要進行瀾滄江上游流域的暴雨天氣成因分析。暴雨天氣成因分析工作，在典型暴雨選取的基礎上進行，即選取流域歷年較為典型的強降水過程，依據天氣圖，分析其天氣成因，從而總結得到影響流域強降水過程的天氣成因。

其中典型暴雨的選取原則為：（1）選取大洪水對應的暴雨；（2）選取汛初的較大暴雨；（3）選取不同季節發生的暴雨；（4）選取不同天氣成因的暴雨。根據選取原則，選出了流域60場典型暴雨作為天氣分析依據。

由于瀾滄江上游流域大部分位于海拔4 000 m以上。該次繪制和分析了1961—2010年暴雨洪水過程期間500 hPa（相當于海拔5 500 m）、600 hPa（相當于海拔4 000 m）和地面層次對應的高、中、低共3層的共60場暴雨天氣過程的逐日天氣圖進行天氣成因分析，共計186天，此次天氣圖分析覆蓋了暴雨洪水過程期間的天氣變化。表1列出了60場暴雨天氣過程的天氣圖分析情況。

3 天氣成因分析

3.1 暴雨環流形勢與天氣系統分析

通過對流域1961年—2010年出現的強降水天氣個例的分析和流域環流形勢分型得到流域常見的高原低渦、高原切變、高原低槽三類強降水天氣形勢。

3.1.1 高原低渦

青藏高原地區大氣中高層500 hPa左右常出現與低壓相對應的氣旋性渦旋環流，即青藏高原低渦，簡稱高原低渦。高原低渦在全年皆可出現，但冬半年多于夏半年。低渦在500 hPa流場上最明顯，形成初期水平尺度為400～500 km，發展盛期可達600～800 km，生命史為1～4 d。

高原低渦一般產生于高原西半部，自西向東移動，消失于高原東半部，多數是因地形的動力和熱力作用在高原上生成，是造成高原地區降水的主要天氣系統之一。高原上生成的低渦有冷性和暖性兩種。冷性低渦常生成于高原西南部或高原北側，尺度較大且較深厚，常出現在冬半年，天氣以陣性降水為主；暖性低渦基本上是夏季，在高原中部、南部及柴達木等地生成，屬于淺薄系統，范圍小、移動慢，在源地無明顯降水但移動過程中會隨系統加強而出現降水加強。強對流天氣主要發生時段基本上在夏季（5月～9月），因此主要分析夏季暖性低渦。

通過研究分析表明：

（1）夏季是高原低渦的活躍期。產生高原低渦的源地有四個：申扎-改則之間、那曲東北部地區、德格東北部和松潘附近。其中那曲東北部是產生高原低渦的強高頻中心，高原低渦形成后，大多在源地附近維持12～24 h，隨后移動時逐漸減弱消亡，移動路徑主要有東北、東南和東向三條。其中向東北方移動的低渦最多。

（2）低渦活動最頻繁的地區與夏季高原的準定常的橫切變線位置基本重合，這表明大多數低渦產生在橫切變線上，并沿切變線東移。高原上的熱力條件是高原低渦形成的重要條件。

（3）高原低渦一般為淺薄的暖濕性、不對稱系統，呈橢圓形，暖性渦整層都是暖心，但二者并不重合，500 hPa暖中心偏于低渦的西南，500 hPa正渦中心與低渦中心吻合。

（4）低渦的西南和東南都為比濕q的大值區，低渦的最大降水量在低渦的東南方，其西北方是少雨區。

3.1.2 高原切變

切變線是風場不連續的強輻合線，夏半年在流域地區經常出現的500 hPa切變線是高原地區最重要的降水系統之一。幾乎每次切變線過程都必伴有降水出現，甚至是強降水。高原切變線一般呈現為橫切變線和豎切變線兩種形式，前者比后者的出現次數平均多一倍。橫切變線多出現在30°N～35°N之間的高原地區，橫切變對高原地區天氣產生非常重要的影響。豎切變線的形成與高原北側西風帶長波槽發展東移和伊朗高壓進入高原有關，呈現為南—北走向或東北—西南走向。生命史為2～6 d。

通過研究分析表明：

（1）高原切變線一般位于高原中東部，甚至于橫貫整個高原地區，切變線呈東西走向，對流域地區天氣產生非常重要的影響。

（2）西南低空急流將孟加拉灣水汽輸送到青藏高原，并在高原輻合，500 hPa西南低空急流是水汽輸送的重要通道，孟加拉灣是強降雨天氣過程重要的水汽供應源地，為青藏高原強降水的產生提供有利條件。

（3）通過對1961—2010年高原切變引起的強降水個例的分析，第一種橫切變線是發生在北面高壓脊和南面南支槽之間，它的北側小高壓是經常存在的。500 hPa高原切變線是高原南部的西南氣流與高原北部東北氣流之間風場的不連續線，南邊的西南氣流是經常存在的，初夏的南支槽及地形槽，盛夏高原上的熱低壓和印度低壓以及西太平洋副熱帶高壓，都是有利于高原南部盛行西南氣流的。因此，切變線的形成關鍵就在于高原東北部的偏東氣流的出現，而切變線北側的小高壓對偏東風的出現和維持起著重要的作用。第二種橫切變線是由夏季高原上暖高壓南側的東北氣流與南面西南季風氣流或季風低壓中的偏南氣流組成，切變線一般呈東西向，位于高原中部，這種切變線比較少見。

3.1.3 高原低槽

引發流域強降水的天氣系統除了高原切變、高原低渦外，高原低槽也起到了重要的作用。在夏季（尤其是初夏）高原低槽是高原上常見的一種降水天氣系統。大約在每年的6月以后和10月以前，流域常常受西風槽的影響，一般高原低槽引發強對流天氣環流，都有著大的低渦或低槽配合，使其能夠加深或持續占據強對流天氣發生的區域，引發強對流天氣，生命史為2～6 d。

通過研究分析表明：

（1）影響高原的高原低槽分為短波槽和長波槽兩種：短波槽出現在平直西風環流形勢下，可以一個一個相繼越過高原，當這種短波槽越過高原時，一般不會造成嚴重的天氣，不產生明顯的降水，這種短波槽在移出高原后，可產生強對流天氣。長波槽是導致流域強降水的常見影響系統。西風帶高空大槽在高原西部受到山脈的影響往往發生斷裂，不容易整體通過高原地區，有時大槽可以從高原南部移過高原，在高原中部和東部產生強烈的降水。在某些降水個例中，高原大槽不是從西面或西北面移入的，而是高原兩邊的南北兩個短波槽到了高原中部疊加而成的長波槽，這種長波槽對高原天氣有重要的影響，在初夏常導致高原以西以北的新疆地區冷空氣移入高原，成為高原中部地區大范圍降水的一個重要的條件，在盛夏則形成流域上一次大范圍的對流性降水過程。

（2）在高原特定地形的作用下，中低層山脊坡造成氣流下沉，西南暖濕氣流沿其傾斜上升，與高層冷空氣形成下暖濕、上干冷的大氣不穩定層結；上升氣流與高空急流次級環流產生強上升運動，高原上無輻散層在高層，高層強輻散的抽吸作用對強對流天氣的發生起了重要的作用。

（3）水汽主要源于孟加拉灣，從孟加拉灣經印度東部向北輸送到流域，高緯冷空氣南下，冷暖空氣得以在流域上空交匯，產生強降水天氣。

3.2 水汽來源及輸送

3.2.1 水汽來源

由于流域位置處于青藏高原東部地區，流域大部屬于季風邊緣帶控制。流域的水汽來源有2個，即來自于印度洋-孟加拉灣的西南水汽輸送和來自于西風帶的西風水汽輸送。

3.2.2 輸送水汽的形勢

夏季是流域的主要降水時段和主汛期，同時是流域及其周邊地區水汽輸送和空中水資源最具代表性的時段。

由圖5（a）可見，夏季流域上空的大氣可降水量增加到25～35 kg/m2之間。青藏高原東南側的整層大氣可降水量增加最為明顯，等值線甚為密集，該區域整層大氣可降水量達到45 kg/m2以上，部分地區甚至在50 kg/m2以上，甚至超過同期海洋上空。青藏高原東南側整層大氣可降水量與西南側的差異更明顯，這反映了青藏高原與低緯高原的地形作用在夏季更為顯著。

圖5（b）為夏季的整層大氣水汽輸送分布。東亞地區夏季存在4支水汽輸送帶：第1支是印度西南季風經孟加拉灣和中印半島流向東亞東部的水汽，即南亞季風水汽輸送，其強度可達200 kg. m-1.s-1以上；第2支是沿105°E附近流經我國南海的跨赤道氣流帶來的水汽，即東亞季風水汽輸送，其強度可達150 k g .m-1 .s-1以上；第3支是沿西太平洋副熱帶高壓西南側的東南季風從熱帶西太平洋所帶來的水汽，即東亞副熱帶季風水汽輸送，其強度為120kg .m-1. s-1左右；第4支是中緯度西風帶氣流所帶來的水汽，強度較弱僅為60 kg.m-1.s-1。與青藏高原東南側密切相關的是第1支南亞季風水汽輸送和第2支東亞季風水汽輸送。在20°N附近，南亞季風水汽輸送呈自西向東的緯向輸送，在流經90°E附近時受到南亞（孟加拉灣）季風槽影響后轉為向北的經向輸送，并受青藏高原地形阻滯影響，導致青藏高原東南側出現整層大氣可降水量高于熱帶海洋的典型分布。在東亞季風區，印度洋孟加拉灣西南氣流與西太平洋副高南側東南氣流共同作用在流經110°E附近時形成了輻合性質的南海夏季風槽，在南海夏季風槽影響下東亞季風水汽呈經向輸送，并形成我國東部地區的整層大氣可降水量濕舌。從水汽輸送場上可見，低緯高原是夏季水汽輸送的低值區，從夏季水汽的動力輸送角度看也明顯是南亞季風和東亞季風水汽輸送的地理分界。由夏季輸送的示意圖可見，除流域南部地區處于季風邊緣帶以外，流域大部處于非季風區，因此流域降水雖然在夏季出現雨季但降水量并不大。夏季流域的水汽仍然主要來自于西風帶水汽輸送。但需要注意的是在強降水個例分析中可以發現多個個例的水汽來源于印度西南季風輸送，即季風在強盛時或季風處于活躍期時，季風水汽可以輸送上高原，并為流域降水提供所需水汽。

3.3 地形對降水的影響

地形對降水分布格局有著重要的影響。地形通過對降水的阻隔作用，對降水分布進行了再分配。

流域地形雖然復雜多變，但對降水格局影響最為顯著的是地形的阻隔作用。結合水汽輸送形勢和青藏高原及其東南側地區山脈分布情況（圖6）可以發現水汽輸送至青藏高原需翻越喜馬拉雅山脈，這對水汽是一道阻隔，同時也形成了喜馬拉雅山脈南側的降水區，于此大量水汽被消耗。剩余水汽爬上高原后要影響流域北部的降水還需經過邦喀拉日居、念青唐古拉山脈、唐古拉山脈的3層阻隔，因此由于水汽條件限制，降水較少。對于流域中部和南部其地理范疇屬于縱向嶺谷地區，這一地區典型的地貌是嶺谷縱列，山高谷深。南北向具有水汽的通道作用，而東西向是阻隔作用，但這一地區由于水汽輸送與地形的配置關系使得東-西向阻隔作用大于南-北向的通道作用。對流域降水影響重大的偏西或偏南水汽首先需要爬上近4 000 m的高原，而后剩余水汽要翻越伯舒拉嶺-高黎貢山的一道阻隔屏障，進入怒江峽谷，而后再次的剩余水汽還要翻越他念他留山-云嶺的第二道屏障，才能得以進入瀾滄江流域影響降水。由于地形對水汽的層層阻隔，加之上游地形對降水環流系統的牽制和延遲等種種效應，流域降水相應較少。

但需要特別注意的是流域內地形復雜多變，起伏劇烈，一旦水汽突破層層阻隔進入流域，并配合適宜的降水天氣系統也進入流域，流域內復雜多變的地形可以導致天氣系統停滯少動、激發地形重力波致中小系統活動頻繁等一系列有利于降水維持和強降水出現的反應。破碎且復雜多變的流域局地地形導致下墊面熱力、動力出現不均一性，這一不均一性也可在流域內激發對流導致中小系統活動頻繁，形成局地的強降水過程。

流域復雜地形下的雨量特征是：復雜地形下雨量分布也呈現復雜性。降水量空間分布不均勻，降水量從南到北、從東向西逐漸減少，一般暖濕氣流的迎風坡雨量多，背風坡雨量少；嶺地與河谷地形由于走向、位置的差異對降水分布的影響呈現為多樣性和復雜性。但河谷干熱地段雨量最少。局地特殊的地形可以使降水分布出現降水極值點。

4 結語

通過對流域暴雨天氣過程的天氣學分析可知，瀾滄江上游流域常見的強降水天氣形勢有高原低渦、高原切變、高原低槽三類。其中高原低渦是三種天氣形勢中最強烈的一種，是青藏高原地區大氣中高層500 hPa左右出現的與低壓相對應的氣旋性渦旋環流，生命史為1～4 d。夏季比較容易形成，系東亞地區渦源，在流域內可以形成強降水。高原切變主要是西北氣流和西南氣流在高原上形成的切變，有橫切變和豎切變，橫切變居多，可以形成范圍較廣、面積較大的降水。這種系統的生命史為2～6 d。高原低槽是西風帶環流出現擾動形成的低壓槽，低槽經過流域就會形成降水。

由于流域處于青藏高原東部地區，大部分屬于季風邊緣帶控制。大體來說流域的水汽來源主要有2個，即來自于印度洋-孟加拉灣的西南水汽輸送和來自于西風帶的西風水汽輸送。但是因為流域的水汽入流存在著復雜性，對于每個降水過程的水汽入流方向仍需具體問題具體分析，強降水期間也存在其他的水汽入流方向的可能性。

地形對降水分布格局有著重要的影響。地形對降水分布進行再分配。由于地形對水汽的層層阻隔，加之上游地形對降水環流系統的牽制和延遲等種種效應，流域降水總體較少。但由于流域地形復雜多變，起伏劇烈，個別情況下可以導致天氣系統停滯少動、激發地形重力波致中小系統活動頻繁，形成局地的強降水過程?？傮w而言，在流域復雜多變的地形下雨量分布也呈現復雜性。

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