2020年主汛期長江流域暴雨特征及成因分析

邱 輝，熊 瑩，邢 雯 慧，王 樂

(長江水利委員會 水文局，湖北 武漢 430010)

2020年主汛期(6～8月)，長江流域發生流域性暴雨洪水過程。其中，6～7月，強降水主要集中在長江中下游，長江中下游累積面雨量達615 mm，較多年同期均值偏多6成，自1961年以來排名第1位，特別是中下游干流地區降水較同期均值偏多1倍以上；8月，暴雨區移至長江上游，嘉岷流域月面雨量達290 mm左右，較多年同期均值偏多近1倍，特別是支流涪江和沱江月面雨量分別達529和477 mm，1961年以來均排名同期第1位。

受強降水影響，7～8月，長江干流發生5次編號洪水。7月，長江中下游蓮花塘至大通江段洪峰水位為有實測記錄以來的第2～5位，馬鞍山至鎮江江段潮位超歷史，鄱陽湖發生流域性超歷史大洪水；8月，長江上游支流岷江發生超歷史洪水，支流沱江、涪江、嘉陵江以及干流朱沱至寸灘江段發生超保證洪水，三峽水庫出現建庫以來最大入庫流量75 000 m3/s。在極端暴雨洪水的影響下，我國遭受了巨大的社會經濟損失。

長江流域由于受其特殊地形和氣候條件的影響，暴雨頻發，流域幾乎每年都會發生或大或小的洪澇災害，嚴重威脅沿岸社會的經濟發展和人民的生命安全[1-5]。陶詩言和徐淑英[6]指出，長江流域梅雨期暴雨洪澇，與大氣環流的反常現象有密切聯系，尤其表現在中緯度和副熱帶地區的流型有很大的穩定性。為更好地認識2020 年主汛期長江流域的暴雨特性，本文從暴雨過程、特征及成因等方面進行分析和總結，為今后長江流域防災減災工作提供理論基礎。

1 資料和方法

本文使用的資料為國家氣象局提供的長江流域701個國家氣象觀測站當日8∶00至次日8∶00(北京時間，下同)日降水資料和常規探空資料、美國國家環境預報中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)提供的2.5°×2.5°逐日全球再分析資料。

長江流域按照水系分布分為11個大分區，見圖1(a)；同時考慮暴雨洪水特性、水文水庫節點，并兼顧水文預報體系分區等，將流域分為39個小分區統計面雨量，見圖1(b)。面雨量計算采用動態泰森多邊形算法。

根據GB/T 20486-2006《江河流域面雨量等級》中對面雨量強度及等級的劃分和定義，日面雨量超過30 mm的降水為暴雨。參照《2016年長江暴雨洪水》[7]定義的標準，將長江流域39個分區中，有3個及以上分區日面雨量超過30 mm的降雨過程暫定為一次暴雨過程。

圖1 長江流域分區示意Fig.1 Distribution of subareas in the Yangtze River Basin

2 流域降水概況

利用長江流域6～8月11個大分區旬雨量資料分析了流域降水的時空分布特點，發現有兩個明顯的降水時段、3個降水中心。

第一個降水集中時段為6月中旬至7月中旬，降水主要集中在長江中下游干流和鄱陽湖水系，降水持續時間長、強度大、范圍廣，見圖2(a)。其中又以7月上旬降水最為集中，長江中游干流和鄱陽湖水系偏多2倍以上，見圖2(b)。

第二個降水集中時段為8月中旬，降水中心在嘉岷流域，中心雨量較常年同期偏多2倍以上，見圖2。

2020年6～8月，流域共發生14次暴雨級別降水過程，其中6～7月發生10次暴雨過程，中心主要位于長江中下游干流附近及兩湖水系北部，累計雨量在600 mm以上。武漢、澧水、饒河、青弋水陽江累計面雨量在800 mm以上，最大為饒河1 206 mm，降水過程基本無間歇(見圖3與表1)；8月，流域共發生4次暴雨過程，降水極端性強，強降水區域集中于長江上游嘉岷流域，嘉岷流域支流涪江面雨量達529 mm，沱江為477 mm(見圖4與表1)。

圖2 2020年6～8月長江流域分區逐旬雨量及降水距平百分率Fig.2 Ten-days precipitation and its anomalies in the Yangtze River Basin from June to August in 2020

3 暴雨特征

2020年主汛期，長江流域具有入梅早、出梅晚、梅雨量大，暴雨強度大、范圍廣、極端性強，暴雨階段性分布明顯、各階段強雨區重疊度高等特征。

圖3 2020年6～7月長江流域降水實況及降水距平百分率Fig.3 The distribution of precipitation and percentage of precipitation anomaly in the Yangtze River Basin from June to July 2020

圖4 2020年8月長江流域降水實況及降水距平百分率Fig.4 The distribution of precipitation and percentage of precipitation anomaly in the Yangtze River Basin in August 2020

3.1 入梅早、出梅晚、梅雨量大

監測結果顯示：2020年江淮地區于6月1日入梅，8月2日出梅，入梅偏早、出梅偏晚，梅雨季持續時間為62 d，較常年偏長22 d，與2015年并列為1961年以來歷史最長。梅雨季降水量759.2 mm，僅次于1954年，較常年偏多1.2倍，為1961年以來歷史最多。3個梅雨分區均入梅偏早、出梅偏晚、梅雨量偏大，長江中下游干流附近降水異常偏多，導致長江中下游干流沙市以下江段全線超警。

3.2 暴雨強度大、范圍廣、極端性強

2020年6～8月，日雨量50 mm以上籠罩面積≥5萬km2的天數有32 d，籠罩面積≥10萬km2的天數共有9 d，其中7月7日50mm以上籠罩面積達17.5萬km2，100 mm以上籠罩面積達6.0萬km2。7月上旬，鄱陽湖水系10 d累計雨量250 mm，較同期均值偏多3.1倍，較7月多年均值雨量偏多6成，暴雨強度大。

2020年6～8月，長江流域大部雨量超過500 mm，500 mm以上降水籠罩面積約116萬km2，800 mm以上降水籠罩面積約39萬km2，1 200 mm以上降水籠罩面積約4萬km2，強降水范圍廣。

表1 長江流域2020年6～8月暴雨過程統計Tab.1 Rainstorm process in Yangtze River Basin from June to August in 2020

四川省蘆山(日雨量425 mm)、湖北省建始(日雨量262.2 mm)、安徽省銅陵(日雨量209.1 mm)等20縣(市)日雨量突破當地歷史極值。其中，四川省蘆山3 h雨量達324 mm(8月10日23∶00至8月11日1∶00)，湖北省建始3 h雨量159.8 mm(7月26日6∶00～8∶00)、6 h雨量237.0 mm(7月26日6∶00～11∶00)。此外，江西省鄱陽縣蓮花山日雨量達538 mm(7月7日)，湖北省洪湖市燕窩達501 mm(7月5日)，降水極端性強。

3.3 暴雨階段性分布明顯、各階段強雨區重疊度高

2020年6～7月，長江中下游暴雨過程頻繁、雨區重疊度高、累積雨量大。在發生的10次暴雨過程中，有9次強雨區位于長江中下游干流附近，尤其是6月26日至7月20日的4次降水過程，主雨帶在長江中下游干流附近南北擺動。雨區高度重疊導致6～7月中下游干流附近各分區累計面雨量普遍超過600 mm，其中饒河1 206 mm、青弋江與水陽江1 000 mm。

2020年7月31日至8月10日，長江流域強降水出現間歇，其中7月31日至8月4日流域基本無雨。8月5～10日長江流域自西北向東南有一次移動性的降水過程，過程移動速度快，雨區較為分散，僅在漢江、洞庭湖區、長江下游干流附近有零散分布的降水。

2020年8月中下旬，強雨區移至長江上游，具有持續時間長、累計雨量大、降水集中等特點。8月11～17日，長江上游及漢江上游出現持續性強降水過程，強雨區穩定在嘉岷流域，7 d累積雨量涪江390 mm、沱江313 mm、嘉陵江148 mm、岷江140 mm、漢江石泉以上109 mm，強降水持續時間及累計雨量均超1981年7月9～14日。

4 暴雨成因分析

4.1 氣候背景

(1) 厄爾尼諾事件。2019年11月至2020年4月，赤道中東太平洋發生了一次弱的中部型厄爾尼諾事件，隨后海溫轉為冷位相并向冷事件發展，2020年8月，赤道中東太平洋海溫已進入拉尼娜狀態，預計秋冬季將維持拉尼娜狀態。

(2) 青藏高原積雪。2019，2020年冬季，歐亞積雪日數和面積偏少，而中國和青藏高原積雪面積和日數都異常偏多，熱力異常，反映在2020年主汛期特點為夏季風偏弱，有利于長江流域降水偏多[8-9]。

(3) 夏季風。2020年南海夏季風于5月第4候暴發，暴發偏早，季節轉換偏早；夏季風偏弱，東北冷渦偏強、東亞大槽加深，槽后冷空氣向南輸送偏強，抑制了夏季風的北跳。

4.2 6～7月暴雨成因分析

2020年6～7月主要為長江中下游梅雨期，暴雨主要集中在長江中下游，從大氣環流背景來看梅雨期暴雨成因主要有以下3個方面。

4.2.1高空環流形勢穩定

長時間持續的強降水與有利的大尺度環流條件密切相關。梅雨期期間，歐亞中高緯度環流形勢穩定，期間阻塞高壓的位置和強度有所變化，但兩脊一槽的雙阻型態十分明顯，在50°N～70°N高緯度地區，有2個強大而穩定的阻塞高壓或高壓脊維持，起到對大范圍系統環流穩定的錨定作用，也是造成夏季我國東部持續性降水的主要條件之一[10]。

西太平洋副熱帶高壓脊線位置長時間持續異常，6月中旬有一次小幅北跳又南撤，但之后至7月底副高主體穩定，沒有明顯北跳，尤其是6月下旬至7月上旬脊線基本穩定在23°N～25°N(見圖5)。副高強度偏強、西伸脊點偏西，加上臺風活動罕見偏少，副高帶狀形態保持完好，導致切變線和梅雨鋒在長江干流沿線南北擺動，長江干流沿線尤其是中下游干流一帶暴雨頻繁。

4.2.2中低層西南暖濕氣流異常強盛

2020年梅雨期間，低空急流頻繁出現，西南暖濕氣流強盛，水汽條件充足。梅雨期間的暴雨過程在850 hPa或700 hPa上均存在大于12 m/s或16 m/s的西南急流。如7月4～10日的暴雨過程，700 hPa和850 hPa每天都有急流出現，850 hPa連續6 d出現大于20 m/s的風速，急流強度異常強且持續時間長。2020年6～7月水汽輸送見圖6，從圖中可以看出：期間長江流域的水汽輸送主要來自南海及太平洋上的東南氣流在副高西脊點附近轉向西南氣流的貢獻，且暖濕氣流異常強盛，而來自孟加拉灣的西南暖濕氣流偏弱。

圖6 6～7月對流層(1000～300hPa)整層積分水汽輸送平均場及氣候態場(單位：kg·s-1·m-1)Fig.6 Mean field of integral water vapor transport and climatic state field in the troposphere (1 000～300 hPa) from June to July

4.2.3極地冷渦活躍，中高緯度經向環流發展，高空冷槽活動頻繁

2020年6～7月北極環流異常變化的影響是長江中下游持續性降水的一個新因素。北極環流(極地冷渦)受上游亞洲高壓暖空氣向北輸送的影響，導致極地冷空氣由新地島-巴倫支海輸送到東亞蒙古-東北/華北地區，形成冷渦或冷槽，東路冷空氣異常活躍，導致西路冷空氣東移南下速度減緩，多次在三峽區間附近形成暴雨，兩路冷空氣最終在長江中下游交匯，造成中下游降水偏多。6～7月13次降水過程均有冷空氣影響，其中有11次受到東北/華北冷渦的影響。如7月14～20日的強降水過程，同時受到東、西路冷空氣影響，前4d強雨區在上游干流附近和下游干流北部維持，三峽區間出現連續強降水，18日兩路冷空氣匯合，中下游干流附近降水加強，隨后雨帶南壓。

4.3 8月長江上游暴雨成因分析

2020年8月份長江流域暴雨主要集中在嘉岷流域，其中又以8月11～17日最強，此次暴雨強度大、持續時間長、降水落區穩定少動，從大氣環流上看，此次暴雨過程的成因主要有以下4個方面。

4.3.1穩定的高空環流形勢

2020年8月中旬，歐亞中高緯度維持兩槽一脊的環流形勢，強勢而穩定的副熱帶高壓西進，四川盆地附近正處于副熱帶高壓邊緣，副高異常偏北、偏強，南撤偏晚，脊線位置11～14日穩定在30°N左右，15～17日略北抬至32°N～33°N之間，如圖7所示。西伸脊點12～14日穩定在105°E左右，15～17日略東退至110°E附近，副高外圍充沛的水汽輸入，導致了該次暴雨過程持續時間長、位置相對穩定。

4.3.2前期高溫的能量累積和多輪強冷空氣影響

此次強降水來臨前，2020年8月9～10日四川盆地連續出現高溫天氣，盆地大部最高氣溫超過35℃，累積起頗為可觀的能量。中高緯度冷空氣較強，極地冷空氣經過東歐平原-貝加爾湖從中路輸送至四川盆地北部。8月11日，在貝加爾湖南部有一個中心氣壓為1 010 hPa的冷高壓主體，逐步向南推進。暴雨過程期間15日還有一次西路冷空氣的補充：15日，在我國新疆西北部、貝加爾湖西南部有兩個冷高壓中心分別向四川盆地移動，合并加強從西路影響四川盆地，導致該次暴雨過程強度大、持續時間長。

4.3.3西南渦的主導作用、暖濕氣流偏強

西南渦是該次暴雨過程的一個重要影響因素。西南渦是僅次于臺風的第二大暴雨天氣系統，穩定的西南渦切變為暴雨提供了持續的輻合上升運動[11]。從850 hPa環流形勢場(圖8)中可以看到：8月11，15日均有西南渦東移，此次暴雨云團形成后，正好遇到西南渦在四川盆地西部生成，二者互相加持能量，共同發展壯大起來。同時，低空急流持續加強，從圖9可以看到：來自孟加拉灣和南海的暖濕氣流偏強，700 hPa和850 hPa高度場上11～17日均有大于12 m/s的低空急流出現，不僅給四川盆地帶來了充足的水汽，同時也促進了低空輻合的長時間維持[12]。

圖7 2020年8月11，15日500 hPa高空場環流形勢Fig.7 Circulation pattern of 500 hPa on August 11 and 15 in 2020

圖8 2020年8月11，15日850hPa高度場分析Fig.8 Circulation pattern of 850 hPa on August 11 and 15 in 2020

4.3.4地形的影響顯著和臺風的助力作用

2020年8月11～17日的強雨帶主要位于四川盆地西部和北部沿山地區，這與地形密切相關。由于四川盆地西部和北部山體的陡然升高，使得低空急流和從高原下來的冷空氣在此匯聚，再加上受地形抬升作用輻合明顯，強降水發生概率大。8月11～17日的降水過程中，偏南的暖濕氣流和西南暖濕氣流在西部和北部山脈聚集，山地地形對氣流起到抬升作用，持續在高空形成充足的降水條件，使得該地區降水強度大。

注：圖中箭頭為整層積分水汽輸送距平，kg/(s·m)；彩色部分為水汽輸送輻合輻散距平場，×10-5kg/(s·m-2)。圖9 2020年8月11～17日對流層(1000～300hPa)整層積分水汽輸送距平及水汽輸送輻合輻散距平場Fig.9 The integral vapor transport anomaly and convergence divergence anomaly field in the troposphere (1 000～300 hPa) from August 11 to 17 in 2020

臺風是該次降水過程穩定少動的另一個重要原因。6號臺風“米克拉”恰好于8月11日早上在福建省漳浦縣沿海登陸(見圖10)，登陸后繼續向偏北方向移動，加強了暖濕氣流的向北輸送，一定程度上加強了此次暴雨量級[13]。

圖10 2020年8月11日8∶00海平面氣壓分析Fig.10 The distribution of sea level pressure at 8∶00 on August 11 in 2020

5 結論與展望

2020年主汛期，長江流域具有入梅早、出梅晚、梅雨量大，暴雨強度大、范圍廣、極端性強，暴雨階段性分布明顯、各階段強雨區重疊度高等特征。本文對主汛期流域強降水的時空分布特征及持續性強降水成因進行了初步探討，得出如下結論：

(1) 2020年主汛期長江流域有兩個明顯的降水時段和3個降水中心，分別為6月中旬至7月中旬、8月中旬和長江中下游干流、鄱陽湖水系、嘉岷流域。

(2) 2020年6～7月、8月中旬長江流域持續性強降水在大尺度環流形勢上有2個共同特征：歐亞中高緯度的槽脊相對穩定，來自熱帶洋面的水汽通道偏強。其中，6～7月，歐亞中高緯度呈現穩定的兩脊一槽雙阻型態，西太平洋副熱帶高壓強度偏強、西伸脊點偏西，脊線位置長時間持續異常，多次北跳未成，6月下旬至7月上旬基本穩定在23°N～25°N，且帶狀形態保持完好，導致切變線和梅雨鋒長時間維持在長江干流沿線附近；來自南海及太平洋上的東南氣流異常強盛，加上極地冷渦活躍、高空冷槽活動頻繁，導致了長江中下游暴雨頻繁。8月中旬，歐亞中高緯度轉換為兩槽一脊的環流形勢，副高異常偏北、偏強、偏西，四川盆地附近正處于副熱帶高壓邊緣，來自孟加拉灣和南海的暖濕氣流偏強，受多個西南渦及多輪冷空氣的影響，加上地形和臺風的助力作用，為嘉岷流域暴雨提供了有利的動力、熱力和水汽條件。

本文主要分析2020年主汛期長江流域的暴雨特點及主要成因，從暴雨成因的共性上進行了整體分析，但并未針對每次降水過程進行個例分析，后續可對極端性降水過程進行個別討論，找出每次過程的差異。

說 明

本文2020年水文要素的統計分析源自報汛數據。