2021年黃河中游秋汛的成因分析

魏勝瑋

山東省利津縣氣象局，山東利津 257029

隨著全球氣候變暖加劇，我國氣候開始逐漸復雜化，出現了大量的極端天氣現象，極端氣候事件的發生頻率也更加頻繁，其中以黃河流域的秋汛現象最具代表性。受華西秋雨降雨的影響，2021年黃河干流出現了持續高水位、大流量洪水現狀，給周邊諸多地區帶來了洪災。各項數據顯示，此次秋汛為有史以來的極端。基于此，本研究分析了2021年黃河流域秋汛帶來的影響、黃河流域秋汛的成因以及黃河流域的雨情。

1 2021年黃河流域秋汛帶來的影響

2021年9月，黃河流域平均降水量達70年以來歷史同期最高，較往年數據增加了1.7倍，達到179.0 mm。尤其是在黃河中游地區，該時期降水量異常偏多。與常年同期相比，河南北部、陜西中部以及山西南部、降水量偏多達3～5倍。山西、陜西、河南3省的平均降水量達到312.1 mm，較常年同期出現大幅度的增長，增長倍數約為2.3倍，是中國自1961年以后，3省歷史同期增長最高的一次。其中，山西（310.2 mm）偏多3倍、陜西（396.4 mm）偏多2.3倍、河南（243.6 mm）偏多1.7倍，3省降水量均為歷史同期最多。山西省中南部地區有82縣市（約占全省縣市的80%）9月以來累計降水量超歷史同期極大值，70縣市（約占全省市縣的69%）超秋季降水歷史極大值。在黃河下游，黃河濟南段發生36年以來最嚴重秋汛。

表1 2021年黃河流域秋雨偏多成因示意圖

2 黃河流域出現罕見秋汛成因

自2021年入秋以來，西太平洋副熱帶高壓持續偏強，其向西延伸位置偏西，脊線略偏南。受副熱帶高壓和西風槽影響，黃河流域渭河先后出現6次強降雨過程。渭河中下游地區雨區高度重疊，累計持續時間37 d。降雨過程覆蓋整個渭河流域，降雨量超過100 mm的區域約占總面積的70%。僅在第4次降雨過程中，累計降雨量超過100 mm的站點就有480個，占站點總數的60%。最大日降雨量195 mm發生在陜西長安雞巢，最大1 h降雨量106 mm發生在陜西商洛陽口，為歷史罕見。

2.1 環流形勢

大氣環流是指地球大氣層中不斷運動的氣流，包括水平和垂直方向的運動。當大氣環流形勢穩定時，冷空氣易從北方流出，因為大氣環流運動較緩慢，冷空氣可以順著大氣環流的流向向南方流動，進而影響北方地區[1]。

在亞歐大陸中高緯度地區，通常會存在一個高壓系統和一個低壓系統相互作用的環流，這種環流形勢通常會影響該地區的天氣變化。2021年8月后的環流形勢中，貝加爾高壓脊強烈，而西南低渦穩定，在貝加爾湖地區存在一個高壓系統，而在西南地區存在一個低壓系統，兩者之間的相互作用形成了一個東高西低的異常分布的環流形勢，這種環流形勢為強降水提供了良好的動力條件。由于貝加爾高壓脊強烈，其會使得氣流向外擴散，從而將水汽帶到周圍的地區。而西南低渦穩定則會使得濕氣不斷向西南方向移動，從而在該地區形成強降水。因此，這種環流形勢通常會導致亞歐大陸中高緯度地區出現強降水天氣。

同時，2021年的拉尼娜現象導致太平洋赤道東側海溫持續偏低，從而引起大氣環流的變化。在大氣環流中，太平洋赤道東側上空形成高壓氣團，會壓迫西太平洋副熱帶高壓，而西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副熱帶高壓）是重要的氣象系統之一，通常會影響亞洲地區的天氣變化，如在夏季它通常會引起持續高溫天氣。由于太平洋赤道東側上空形成高壓氣團，副熱帶高壓的位置和強度都會受到影響，可能會導致亞洲地區天氣的變化，如降雨量的增加或減少、氣溫的變化等，形成副熱帶高壓的偏北。

在2021年秋季汛期，由于地球自轉和地形的影響，副熱帶高壓向西和向北異常強烈。隨著高壓系統向北抬升，副熱帶高壓會在黃淮地區停留一段時間，形成穩定的氣壓系統，從而影響該地區的天氣變化，副熱帶高壓過強，外界空氣難以流入，因此氣流沿副熱帶高壓邊緣移動。陜西、山西、河南等地區位于副熱帶高壓的西北邊緣，通常會受到來自南方的暖濕氣流的影響。同時，副熱帶高壓西側偏南氣流和低層西南急流會將來自南海和孟加拉灣的水汽源源不斷地輸送至渭河中下游，可以為強降水提供有利的水汽條件。此外，印度和緬甸的槽活動活躍，冷空氣活動頻繁。冷空氣和西南暖濕氣流持續在渭河中下游交匯，形成了一種特殊的氣流環境，從而進一步增強了降水的可能性。這種氣流環境在秋季比較罕見，由多種氣象因素相互作用，包括副熱帶高壓、西南暖濕氣流、印度緬甸的槽活動和冷空氣等，出現了一場特殊的、極為罕見的秋雨。

根據2021年9月16—20日500 hPa位勢高度及850～200 hPa風切變平均值圖（圖1）、2021年9月10—25日500 hPa層面距平圖（圖2），可見大部分地區位勢偏高，圖中顯示5860線相比于過去有明顯的偏北。

圖1 2021年9月16—20日500 hPa位勢高度及850～200 hPa風切變平均值圖

圖2 2021年9月10—25日500 hPa層面距平圖

由2021年9月23—29日500 hPa位勢高度及850～200 hPa風切變平均值圖（圖3）、2021年9月24日850 hPa風場與500 hPa位勢高度圖（圖4）、2021年9月25日850 hPa風場與500 hPa位勢高度圖（圖5）可知，導致強降雨的天氣系統是低渦切變線。

圖3 2021年9月23—29日500 hPa位勢高度及850～200 hPa風切變平均值圖

圖4 2021年9 月24日850 hPa風場與500 hPa位勢高度圖

圖5 2021年9月25日850 hPa風場與500 hPa位勢高度圖

圖6是2021年9月29—10月3日的850 hPa溫度、風場與500 hPa位勢高度圖，圖7是2021年9月29—10月3日850 hPa風與平均海平面氣壓圖，圖8是2021年9月29—10月4日500 hPa位勢高度對比圖，圖9是2021年9月29—10月4日850 hPa溫度、風場及500 hPa位勢高度圖，圖10是2021年10月3—8日降雨期間500 hPa位勢高度及850～200 hPa風切變平均值圖。

圖6 2021年9月29—10月3日850 hPa溫度、風場與500 hPa位勢高度圖

圖7 2021年9月29—10月3日850 hPa風與平均海平面氣壓圖

圖8 2021年9月29—10月4日500 hPa位勢高度異常情況

圖10 2021年10月3—8日500 hPa位勢高度及850～200 hPa風切變平均值圖

綜上所述，渭河流域秋汛的發生是由多種氣象因素相互作用的結果。一方面，它與東亞地區的環流形勢有關，如副高的進退、西太平洋副熱帶高壓的維持和強度等都會直接影響降雨帶的走向、位置、范圍和強度，從而影響降雨的分布和強度。另一方面，渭河流域秋汛的發生還與亞歐乃至范圍更廣的環流形勢有關。太平洋海溫異常的變化、拉尼娜現象的出現等都會對亞洲地區的氣象和氣候產生一定的影響，進而影響渭河流域的降雨形勢，包括走向、位置、范圍和強度；副熱帶高壓呈東西向帶分布，有利于渭河中下游緯向、斜向連陰雨的發展。

2.2 暴雨影響系統

渭河秋季洪水降雨天氣系統的配置通常會受到多種氣象因素的影響[2-3]。首先，在850 ～200 hPa上存在低渦切變線，這通常會導致氣流的不穩定，從而增加了降水的可能性。同時，西太平洋副高位置西抬北抬，渭河中下游地區位于西風帶槽前和西太平洋副高西北部的西南氣流中，這表示這些地區通常會受到來自南方的暖濕氣流的影響，從而增加了降水的數量和強度。因此，渭河秋季洪水降雨天氣系統的配置是由多種氣象因素相互作用的結果，包括低渦切變線、西太平洋副高位置、西風帶槽前和切變線的強輻合帶等。對于渭河流域的防洪工作，需要加強氣象預警和防災減災工作，提高對災害應對能力。

3 黃河流域雨情的特點

當前很多暴雨巨災發生在暑假期間，該期間季風性氣候比較強烈，易出現暴雨天氣。在我國的發展過程中，仍存在多彩的暴雨時間，造成人員的損傷以及財產的損失，我國暴雨輕災、重災的出現呈現出交互的模式，展現出周期性的循環、變化。

首先，降水量比以往偏多、降水集中分布不均。自2021年，資料顯示黃河流域出現新高的平均降水量，達609.2 mm，是近60年從未出現過的極值。相比往年而言，除流域北部和上游東部等部分地區降雨偏少外，其余地區降水量均未增加，下游部分地區及中三花地區增加0.8～2.1倍。

其次，汛期中下游地區強降水集中、部分地區出現極端性。數據表明汛期從6月開始，黃河流域的平均降水量高達490.7 mm，與往年相比增加48.7%，是自1961年以來最高降水量。其中游東南部和下游降水量，達到500 mm以上，部分地區超過1 000 mm。就各地降水量而言，與以往的數據相比，都出現了大幅度的偏多。

再次，秋汛嚴重是因為9月以來降雨日數偏多。數據顯示2021年9月以來，平均降水日數為16.8 d，比往年多4.4 d左右；其中上游多0.6 d左右，中游多6.2 d左右，下游多8.7 d左右。

最后，黃河全流域降水量異常超標的站中，黃河流域中游占97%。9月中旬以來，有3次大范圍降水，都發生在黃河流域中下游。相比往年的上、中、下游流域，都出現了不同幅度的增長。在2021年秋，黃河流域地區的天氣變幻不定，同時洪水多發，造成多輪次洪水疊加以及多區域洪水交織，黃河下游地區河道受到高降水量的影響長時間保持著大流量、高水位過程，造成當地工程出險頻次高。小浪底、河口村、故縣水庫水位均創歷史新高。黃河防汛在開展中需要承擔面臨保灘區安全、保水庫安全、保人員安全、保工程安全等多方面的任務，隨著降雨量的不斷增加，當地的防御難度進一步上升。

4 黃河流域今后的防洪重點

根據前期降水情況分析，蘭托區間、山西至陜西區間、涇渭洛河、三花區間及下游降水尤其偏多明顯，土壤疏松、抵御洪災能力減弱，加上黃河中下游河道流量大、水位高，水庫調節能力有限，導致地質災害多發頻發，洪澇災害泛濫[4-5]。根據調查，相關部門應時刻關注天氣情況，避免降水對黃河中下游的地區影響，采取科學的方法進行水資源的管理和調度；加強堤防、加固水庫、做好疏通、檢查淤積等工作，落實好防護工作，提前防備；時刻關注黃河中下游持續降水可能會引發的情況和災害，加強檢測和分析，加大監管力度，及時更新最新雨情等信息，做好各方面具有針對性的服務。