0引言
我国地处东亚季风区,降水时空分布不均,加之地形复杂,导致暴雨频繁发生[1-2]。中国东部位于东亚季风区,随着东亚夏季风的爆发、盛行和向北推进,在中国东部地区依次形成华南前汛期雨期、江淮梅雨季和北方雨季[3]。暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失占气象灾害总损失的39.5%,死亡人口占比超过一半,是影响我国社会经济最为严重的自然灾害之一[4]。
2021年汛期,我国天气气候复杂,气候显著异常。我国
中东部降水呈“北多南少”分布特征,北方降水极端性突
出。华北、西北、黄淮、江南等地出现阶段性的洪涝,海河、黄河、淮河、太湖、辽河等流域降水量均较常年同期偏多明显,其中海河流域降水量为1961年以来历史同期最多,黄河、淮河流域降水量为历史同期第3多。华北雨季和华西秋
雨开始早、结束晚,强度强,降水极端性显著,京津冀地区降水量明显偏多。高温日数多、南方地区“秋老虎”明显。南北方气象干旱并发,阶段性区域性明显。登陆台风数量少,202106号台风“烟花”风雨影响范围大。
2020年8月至2021年3月,赤道中东太平洋发生了
一次中等强度的拉尼娜事件[5-6]。拉尼娜发生的当年秋季,我国北方地区降水易偏多[7]。同时,热带西太平洋对
流活动持续异常活跃,对副热带高压的持续偏北有重要作用。2021年汛期北方降水偏多且极端性强,受全球变暖、热带太平洋海温变化、热带西太平洋对流活动持续异常活跃以及欧亚中高纬环流经向度大等因素的共同影响。
1资料和方法
根据水利部判定标准[8],2021年入汛时间从4月1日
2021年汛期我国主要天气气候特征及成因分析
帅李
威赵珊珊艾婉秀尹宜舟翟建青周星妍赵俊虎孙林海曾红玲赵
(国家气候中心,北京100081)
要:利用国家气候中心实时和历史气象观测数据,对我国2021年汛期(4月1日至10月16日)气候特点进行了综合分析。分析结果
显示,2021年汛期,我国气候特征总体雨多温高、旱涝并重,且气候异常特征突出、极端事件频发。一是我国降水“北多南少”,暴雨过程多,强度强、极端性显著;二是高温日数多、南方地区“秋老虎”明显;三是登陆台风数量少,出现了1949年以来在我国陆地滞留时间最长的台风;四是南北方气象干旱并发,阶段性区域性明显。分析还显示,2020年8月至2021年3月,赤道中东太平洋发生了一次中等强度的拉尼娜事件,热带西太平洋对流活动持续异常活跃,对副热带高压的持续偏北有重要作用。由此共同导致来自西北太平洋的东南暖湿气流和来自印度洋的西南暖湿气流异常强盛,并随着副热带高压北上,为北方降水提供了充沛的水汽条件。同时,欧亚中高纬环流经向度大,冷空气活动频繁,冷暖空气在我国北方地区频频交汇,导致北方地区降水持续偏多。关键词:暴雨;汛期;高温;台风;气象干旱;拉尼娜;2021年中图法分类号:S166
文献标识码:A
文章编号:1673-9264(2022)02-10-07
DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2021392
石帅,李威,赵珊珊,等.2021年汛期我国主要天气气候特征及成因分析[J].中国防汛抗旱,2022,32(2):10-15,35.
SHI Shuai ,LI Wei ,ZHAO Shanshan ,et al.Major weather and climate characteristics of China during flood season in 2021[J].China Flood &Drought Management ,2022,32(2):10-15,35.(in Chinese )
收稿日期:2021-12-15第一作者信息:石帅,男,工程师,E-mail:************。通信作者信息:李威,男,高级工程师,E-mail:*************。基金项目:中国长江三峡集团有限公司项目(0704182)资助。
开始。根据中国气象局国家气候中心监测标准[9],2021年华西秋雨北区结束时间为10月16日。因此,本文分析的2021年汛期时段选取4月1日至10月16日。
本文所采用的资料来自国家气候中心业务系统,包括20-20时的日降水量、日平均气温、日最高气温、干旱面积等。资料站点包括全国2419个气象站,时间为1961-2021年逐年的4月1日至10月16日。资料不包括香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区。常年值采用1981-2010年
的平均值。
22021年汛期主要天气气候特征
2.1降水(降水量,暴雨过程强度,雨带进程,雨季特点)2021年汛期,我国降水多,暴雨过程强度大,降水极端性显著,
致灾程度重。全国平均降水量572.1mm,较常年同期多8.7%,为1961年以来历史同期第6多。降水量空间分布差异大,呈“北多南少”分布特征。东北西部和南部、华北北部、黄淮东部、江汉中部、江淮东部、西南东北部及内蒙古北部、浙江东部、上海等地偏多2~5成,华北东部和南部、黄淮中西部、新疆西南部、内蒙古北部、黑龙江西南部、陕西南部、四川东北部、重庆北部等地偏多1~2倍,局部偏多2倍以上;内蒙古中西部、新疆中北部、黑龙江东部、云南中部和西北部、广州东部和西南部、广西东南部、福建南部等地偏少2~5成,局部偏少5成以上。
(1)2021年汛期,我国各大流域的降水量以偏多为主。海河流域降水量807.5mm,较常年同期多73%,为1961年以来历史同期最多。黄河流域和淮河流域降水量分别为584.1mm和938.7mm,分别较常年同期多40.8%和40.0%,均为历史同期第3多。辽河流域降水量702.4mm,较常年同期多31.7%,为历史同期第5多。长江流域降水量1012.4mm,较常年同期多11.3%,为历史同期第9多,其中长江上游917.0mm,较常年同期多10%,长江中下游1081.0mm,较常年同期多12.3%。松花江流域降水量537.9mm,较常年同期多12.7%。太湖流域降水量1193.4mm,较常年同期多39.3%,为历史同期第4多。珠江流域降水量1075.3mm,较常年同期少15.2%(图1)。主汛期(6-8月),海河和淮河流域的降水量分别为503.6mm和612.3mm,分别较常年同期多51.2%和34.4%,为历史同期第3多和第4多。
(2)暴雨过程多、强度大、极端性显著,致灾程度重。2021年汛期,全国共出现30次区域性暴雨过程。其中,5月5次,6月5次,7月3次,8月8次,9月6次,10月3次。5月中
旬以后,降水过程逐渐增多增强,5月15-23日、6月27日至7月7日、7月15-22日和7月24-30日的区域暴雨过程强度
大。其中6月27日至7月7日,大暴雨(日降水量≥100mm)影响面积最大超过100万km2(图2)。多轮强降雨导致湖北、江西、福建、黑龙江等省多个水库和河流超过汛限水位或警戒水位,洪水量级大,部分地区遭受暴雨洪涝灾害。
主汛期,降水的阶段性特征显著且极端性强。6月,主要多雨区在东北和华北北部地区,辽宁(169.4mm)降水量较常年同期多88.3%,为1961年以来同期最多;7月,主要多雨带在黄淮、华北大部、内蒙古中东部和东北西部,江苏(456.1mm)、上海(417.0mm)、北京(400.0mm)和河南(367.9mm)降水量分别比常年同期多117.5%、169.4%、141.1%和104.6%,均为1961年以来历史同期最多,天津(362.7mm)、河北(295.2mm)降水量分别比常年同期偏多136.9%和104.6%,均为1961年以来历史同期次多;8月,主图12021年各流域降水量及与常年同期对比(4月1日至10月16日)1400
1200
1000
800
600
400
200
80
60
40
20
-20
海河黄河淮河太湖辽河松花江长江珠江
2021常年降水量距平百分率
/
m
m
%
流域
图22021年主汛期我国出现16次区域性暴雨过程及影响面积
350
250
150
50
100
200
300
5
2
9
6
4
6
1
6
1
4
梅雨季节是什么时间1
5
6
2
2
6
2
7
7
7
7
1
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2
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8
2
9
3
1
日面
/
k
m
2
50mm以上面积/万km2
100mm以上面积/万km2
日期
要多雨带在长江流域,重庆(310.8mm )降水量较常年同期偏多113.5%,为1961年历史同期次多(图3)。
8月8-14日,长江流域出现持续性降雨,此次降雨过
程范围大、持续时间长、累计雨量大,部分地区遭受暴雨洪涝灾害,部分河流出现超警戒水位;8月11-12日,湖北随县柳林镇出现极端强降雨天气。8月12日4-7时4h 降雨量达373.7mm ,其中5时、6时连续2h 降雨量超过100mm ,均为有气象记录以来的历史极值。
(3)华南前汛期降水开始偏晚、降雨总量偏少,强度弱,主要降水过程发生在6月。根据国家气候中心监测,2021年华南前汛期于4月26日开始,较常年(4月6日)偏
晚20d ,为2000年以来第3晚;7月2日结束,较常年(7月6日)早4d ;总降雨量494.6mm ,较常年(718.2mm )少31.1%(表1)。西南雨季于6月4日开始,较常年(5月26日)晚9d ;10月4日结束,较常年(10月14日)早10d ;总降雨量
634.5mm ,较常年(744.9mm )偏多14.8%(表1)。
雨季名称华南前汛期江南梅雨长江中下游梅雨
江淮梅雨华北雨季
开始时间(气候平均)(月-日)04-26(04-06)06-09(04-08)06-10(06-14)06-13(06-21)07-12(07-18)
结束时间(气候平均)
(月-日)07-02(07-06)07-05(07-08)07-11(07-13)07-11(07-15)09-09(08-18)
雨季长度(气候平均)/d 67(92)26(30)31(29)28(24)59(32)
雨量(气候平均)/mm
494.6(718.2)309.1(365.4)259.4(281.0)227.3(264.4)276.4(135.7)
图32021年4-8月我国东部110°~120°E 平均降水量5d 滑动的纬度-时间剖面
04-0105-0106-0107-01
08-0109-01日期(月-日)1
5
10
25
50
100250
降水量/mm
表12021年我国东部雨季进程
(4)梅雨期降水开始总体偏早,梅雨季雨量偏少。根据国家气候中心监测[10],2021年梅雨季节始于6月9日,7月11日结束(出梅),梅雨量267.2mm ,梅雨季节历时32d 。与常年相比,入梅时间晚1d ,出梅时间早7d ,雨季少8d ,梅雨量少22.2%。江南地区于6月9日入梅,较常年晚1d ;于7月11日出梅,较常年晚3d ;梅雨量为309.1mm ,较常年少15.4%。长江中下游地区于6月10日入梅,较常年早4d ;于7月11日出梅,较常年早3d ;梅雨量为259.4mm ,较常年少7.7%。江淮地区于6月13日入梅,较常年早8d ;于7月11日出梅,较常年早4d ;梅雨量为227.3mm ,较常年少14.0%(表1)。梅雨期降水前期(6月9-26日)持续性差、有明显的间歇期、强度偏弱,后期(6月27日至7月4日)
偏强。
(5)华北雨季开始早、结束晚,强度偏强。华北雨季于7月12日开始,较常年早6d ;于9月9日结束,较常年晚22d ;雨季长达59d ,较常年长27d ,为1961年以来第2长
(仅次于1973年的60d )。2021年华北雨季期间,平均降雨
量276.4mm ,较常年多103.2%,为1961年以来第3多(仅次于1988年的311.9mm 和1996年的309.5mm )(图4)。华北雨季期间,北京、天津、河北、山西4省(直辖市)降水量总体偏多,极端性强,空间分布为东多西少。4省(直辖市)平均降水量325.7mm ,较常年同期多45.7%,为1996年
以来历史同期最多,其中北京(517.2mm )为1961年以来历史同期第2多,河北为第5多。北京顺义(223.3mm )和山西永济(111.5mm )两个国家站日降水量突破当地历史极值。
图41961-2021年华北雨季平均降水量历年变化图
400
350300250200150100500降水量/m m
1961
19711981
1991
200120112021
历年值
1981-2010年平均值
年份
7月11-13日,华北出现入汛以来最强降雨过程,北京、
河北、山西、河南、山东等地部分地区出现大暴雨或特大暴雨,北京、天津、河北、山西4省(直辖市)50mm 及以上累计降水覆盖面积达14.9万km 2,其中,北京市全市平均雨量达114.2mm ,累计过程最大点降雨量平谷西樊各庄站287.4mm 。
7月17-22日,河南省出现极端特大暴雨,强降雨中
心位于郑州、鹤壁、新乡和安阳。全省有39个县(市)过程累
计降水量达当地常年全年降水量的一半以上,其中郑州、辉县、淇县等10个县(市)超过当地常年全年降水量。郑州国家站最大日降雨量达624.1mm ,接近该站年降雨量641.0mm ;郑州最大小时降雨量201.9mm ,突破我国内陆地区小时降雨量历史极值。极端暴雨导致河南郑州、鹤壁、新乡、安阳等城市发生严重内涝,造成了重大人员伤亡和巨大经济损失[11]。
(6)华西秋雨开始时间偏早,雨量大、雨日多。华西地
区于8月23日进入秋雨季,较常年(8月31日)早8d ;结束
时间为11月8日,较常年(11月1日)晚7d 。秋雨期长度为77d ,较常年(62d )长15d 。华西地区秋雨季平均降水日数
38d ,较常年同期多5d 。整个秋雨区平均降水量379.9mm ,
较常年(202.8mm )偏多87.3%,为1961年以来最多。
从分区监测情况看:2021年华西秋雨南区雨季开始时间为8月23日,较常年(9月9日)早17d ;结束时间为11月8日,较常年(10月31日)晚8d 。秋雨期长度为77d ,较常年(52d )长25d 。秋雨量为360.8mm ,较常年(184.4mm )多95.7%,为1961年以来最多(图5(a ))。
2021年华西秋雨北区雨季开始时间为8月30日,较常年(9月8日)早9d ;结束时间为10月16日,较常年(10月13日)晚3d ,秋雨期长度为47d ,较常年(35d )长12d 。秋雨量为388.6mm ,较常年(136.5mm )多185%,为1961年以来最多(图5(b ))。
图51961-2021年华西秋雨降雨量历年变化图
400
350300250200150100500降水量/m m
1961
19711981
1991200120112021
历年值
1981-2010年平均值
年份400
350300250200150100500降水量/m m
1961
19711981
1991
200120112021
历年值
1981-2010年平均值
年份(b )北区
(a )南区
(7)北方秋雨多,黄河秋汛明显。9月1日至10月16日,北方地区平均降水量196.3mm ,较常年同期多1.6倍,为1961年以来历史同期最多。华北地区平均降水量218.5mm ,较常年同期多2.3倍,西北地区平均降水量171.8mm ,较常年同期多1.3倍,均为历史同期最多;东北
地区平均降水量148.3mm ,较常年同期多1倍,为历史同期次多。北京(203.2mm )偏多1.9倍、天津(263.4mm )偏多2.8倍、河北(267.9mm )偏多3倍、河南(256.7mm )偏多1.4倍、辽宁(252.5mm )偏多2.2倍、甘肃(157.5mm )偏多1倍、陕西(408.9mm )偏多2倍、山东(256.1mm )偏多2.1倍、山西(315.8mm )偏多2.7倍,9省(直辖市)降水量均
为1961年以来历史同期最多。
入秋以来(9月1日至10月16日),黄河流域(257.1mm )及海河流域(268.9mm )降水量均为历史同期最多。与常年同期相比,黄河流域降水量偏多1.8倍,海河流域偏多
2.8倍。黄河流域雨日数21.2d ,较常年同期多6d ;海河流域雨日数20.2d ,较常年同期多9.5d ,为历史同期次多。9月至10月上中旬,5次区域暴雨过程影响黄河中游。9月27日,黄河相继发生2021年第1号、第2号洪水。10月5日23时,黄河中游干流潼关站流量涨至5090m 3/s ,发生2021年第3号洪水。10月3-6日,山西省共出现84站次暴雨,暴雨站次为秋季历史最多,部分地区出现严重洪涝灾害。
2.2气温
2021年汛期,全国平均气温18.1℃,较常年同期高
0.8℃,为1961年以来历史同期第4高。全国大部地区气温接近常年同期或偏高,其中华南东部、江南大部、江苏南部、云南北部、四川西部、新疆东北部、西藏西部、甘肃中部、宁夏、黑龙江东部等地偏高1~2℃。全国平均高温日数12.0d ,较常年同期多4.3d ,为1961年以来历史同期第2多。其中湖南(51.6d )、广东(42.9d )、广西(40.0d )、宁夏
(7.1d )高温日数均为1961年以来历史同期最多(图6)。入秋以来(9月1日至10月16日),南方地区平均高温日数6.9d ,较常年同期多5.7d ,为1961年以来历史同期最多。
云南元江(44.1℃)和云龙(42.6℃)、内蒙古吉兰太(41.9℃)和乌海(41.5℃)、四川富顺(41.5℃)等62个县(市)日最高气温突破当地历史极值[12]。
2021年汛期,我国中东部地区高温天气发生频繁,出
现9次阶段性区域高温天气过程。其中6月4-8日华北南
部、黄淮、江淮及湖北西部、陕西东南部等地出现的高温过程范围广、强度强[12]。7月3-18日江南、华南、新疆等地出现持续高温,甘肃、内蒙古、宁夏3省(自治区)的7个县(市)高温突破历史极值;8月下半月至10月上中旬,我国共出现3次高温过程,其中,8月19日至9月6日、9月17日至10月5日两次过程持续时间长。8月19日至9月6日,南方132.6万km 2的国土面积遭受35℃以上高温影响,其中43.8万km 2遭受37℃以上高温影响。9月17日至10月5日,南方133.8万km 2的国土面积遭受35℃以上高温影响,其中38.9万km 2
遭受37℃以上高温影响。
2.3台风
2021年汛期,有5个台风登陆我国(202106号台风“烟
花”、202107号台风“查帕卡”、202109号台风“卢碧”、202117号台风“狮子山”、202118号台风“圆规”),较常年同期少2个。台风“查帕卡”是2021年初台,7月20日在广东阳江市江城区沿海登陆,登陆时中心风力12级(33m/s ),较多年平均初台登陆时间(6月17日)晚一个多月。7月25-26日,台风“烟花”先后在浙江舟山和平湖沿
海登陆,为1949年以来首个在浙江省内两次登陆的台风。台风“烟花”移动速度慢,在我国陆地上滞留时间长达95h ,为1949年以来最长;累计雨量大,单点最大累计降雨
量超1000mm ;北上影响范围广,影响了9个省(直辖市),50mm 及以上累计降雨量覆盖面积35.2万km 2。
台风“狮子山”和“圆规”于一周内(10月8-13日)连
续登陆海南琼海,登陆时中心最大风力分别有8级和12级,对东南沿海地区,尤其是海南影响较大,但带来的降水有效缓和了当地的旱情和高温天气。2.4气象干旱
2021年汛期,我国气象干旱区域性和阶段性明显[14]。西
南地区东部、华南地区、西北地区东部等地气象干旱阶段发展,南北方干旱并发,但除云南、广东及西北地区东北部的部分地区干旱对农业生产影响较重外,其余地区影响不明显。3月中旬至4月,西南地区气象干旱露头并发展,4月4日干旱面积达最大,中度以上干旱面积104.9万km 2,重旱以上干旱面积63.3万km 2
(4月5日);5-6月,西南干旱继续
维持;7月西南地区东部气象干旱减缓,7月底,仅局地存在中等及以上气象干旱;8月初,西南地区气象干旱再次露头发展,之后气象干旱逐渐缓解并解除。5月至10月上中旬,华南地区出现气象干旱并呈阶段性发展。5月下旬,西北地区东
部出现气象干旱并呈阶段性发展;8月17日,西北地区特旱面积达到最大,有8.0万km 2,主要分布在宁夏南部和陕西中北部;8月下旬至9月上旬,西北地区中东部出现明显降水过程,气象干旱得到缓解。10月上旬江南中南部及云南北部等地气象干旱发展;10月8日,江南中等及以上强度的干旱面积达最大,有25.0万km 2,之后受降水影响
气象干旱逐渐缓解(图7)。
3成因分析
2021年汛期我国北方地区降水偏多且极端性强是受
到多种因素的共同影响。首先,全球气候变暖加剧气候系统不稳定,是造成极端天气气候事件频发的全球背景;“七
日期(月-日)
03-01
160800
40120干旱面积/万k m 2
04-01
05-02
06-02
07-03
08-03
09-03
10-04
特旱重旱中旱
图62021年4月1日至10月16日全国平均高温日数距平
广西湖南广东海南江西福建贵州河南新疆宁夏陕西四川云南湖北甘肃山西浙江山东重庆安徽江苏内蒙古吉林西藏青海河北黑龙江
辽宁上海北京天津
3020105
1525高温日数距平/d
-5
省(自治区、直辖市)图72021年3月1日至10月16日全国气象干旱面积逐日变化