長(zhǎng)江上游與洞庭湖洪水遭遇水雨情及天氣特征綜合分析

田剛 陳良華 張萍萍 王繼竹 陳晨

（1 武漢中心氣象臺(tái)， 武漢 430074；2 三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心，宜昌 443133；3 宜昌市氣象局，宜昌 443100）

0 引言

歷史上長(zhǎng)江流域多次發(fā)生大洪水，特別是當(dāng)長(zhǎng)江上游洪水與中下游支流洪水遭遇時(shí)，往往形成災(zāi)害性的大洪水，其中尤以洞庭湖洪水遭遇次數(shù)最多，災(zāi)害影響也最為顯著[1]。隨著三峽工程的建成，發(fā)揮其防洪調(diào)節(jié)作用并合理利用洪水資源，實(shí)現(xiàn)上游洪水與中下游支流洪水錯(cuò)峰成為了現(xiàn)實(shí)，特別是盡早制定調(diào)度計(jì)劃來(lái)應(yīng)對(duì)洪水及上下游洪水遭遇，化災(zāi)害為資源，可以更好發(fā)揮三峽等水利工程的綜合效益。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多水文氣象工作者對(duì)長(zhǎng)江流域洪水過(guò)程開(kāi)展了多項(xiàng)研究，如陳璐等[2]、閆寶偉等[3]、戴明龍[4]等從水文角度開(kāi)展了長(zhǎng)江上游干支流、長(zhǎng)江與清江、長(zhǎng)江與洞庭湖的洪水組成與遭遇分析，陳金榮等[5]、張有芷等[6]、畢寶貴等[7]、周允中等[8]、陳菊英[9]從氣象角度研究了洪水產(chǎn)生的天氣背景，郭生練[10]、李安強(qiáng)[11]、胡挺[12]則從防洪出發(fā)提出了水庫(kù)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法。但目前將洪水分析、天氣分析和調(diào)度規(guī)程結(jié)合起來(lái)的研究較少，特別是只形成長(zhǎng)江上游大洪水與造成上游、中下游遭遇洪水的天氣特征有何區(qū)別，洪水調(diào)度上各關(guān)鍵期應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注哪類(lèi)天氣上，此類(lèi)研究較為鮮見(jiàn)。

本文以洪水分析為基礎(chǔ)研究洪水遭遇的天氣學(xué)特征，利用長(zhǎng)江流域主要控制站宜昌、城陵磯、螺山等站日平均流量，分析洪水時(shí)空分布特征和洪水遭遇特征，利用長(zhǎng)江流域701個(gè)國(guó)家氣象站分析了長(zhǎng)江上中游致洪降雨特征，并采用物理量診斷分析方法，分析不同類(lèi)型洪水遭遇的天氣特征，以期從水文、氣象兩方面，總結(jié)只形成長(zhǎng)江上游大洪水和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水的相關(guān)規(guī)律，為三峽水利樞紐綜合調(diào)度和水資源合理利用提供決策依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

水文資料使用長(zhǎng)江流域主要控制站宜昌、城陵磯、螺山以及屏山、高場(chǎng)、富順、朱沱、北碚、寸灘、武隆日平均流量，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)性分析，對(duì)2003年三峽蓄水后宜昌站以下流量進(jìn)行了還原計(jì)算；降水資料為長(zhǎng)江流域701個(gè)國(guó)家氣象站逐日降水；天氣診斷使用NCEP/NCAR再分析資料，水平分辨率2.5°×2.5°。以上資料時(shí)段均為1981—2012年5—11月。

1.2 洪水統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

與水文部門(mén)常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)定義不同，本文主要討論對(duì)三峽水庫(kù)各關(guān)鍵期實(shí)時(shí)調(diào)度有影響的洪水及洪水遭遇過(guò)程，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定義如下。

1）宜昌、洞庭湖洪水過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)

宜昌站需滿(mǎn)足以下條件：一是流量增幅≥5000 m3/s；二是流量峰值要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，即按照三峽水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度規(guī)程劃分各關(guān)鍵期，流量峰值消落期（5月1日—6月10日）≥20000 m3/s，汛期（6月10日—8月31日）≥45000 m3/s，蓄水期（9—11月）≥30000 m3/s；

城陵磯站需滿(mǎn)足以下條件：一是流量增幅≥3000 m3/s；二是流量峰值≥20000 m3/s。

2）長(zhǎng)江上游、洞庭湖洪水遭遇的標(biāo)準(zhǔn)

若滿(mǎn)足洪水過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)的宜昌站、城陵磯站洪峰傳播至螺山站的時(shí)間間隔在5 d以?xún)?nèi)，均視為洪水遭遇，用宜昌站洪峰出現(xiàn)時(shí)間來(lái)定義洪水遭遇編號(hào)。本文重點(diǎn)討論長(zhǎng)江上游、洞庭湖洪水遭遇過(guò)程，以及未出現(xiàn)宜昌站、城陵磯站洪水遭遇但宜昌站最大日平均流量超過(guò)45000 m3/s的長(zhǎng)江上游大洪水過(guò)程。

2 洪水特征

2.1 洪水過(guò)程

1981—2012年，宜昌站共出現(xiàn)89次洪水過(guò)程，平均每年2.78次，其中消落期21次，汛期38次，蓄水期30次，1998年最多達(dá)到8次，2006年沒(méi)有出現(xiàn)洪水過(guò)程；城陵磯站洪水過(guò)程共出現(xiàn)58次，平均每年1.82次，其中消落期6次，汛期45次，蓄水期7次，1998年最多達(dá)到6次，有6年全年沒(méi)有出現(xiàn)洪水過(guò)程，即5年中有1年洞庭湖全年無(wú)洪水，消落期、蓄水期均是5年中有4年洞庭湖無(wú)洪水。

宜昌站洪水過(guò)程起漲日期主要集中出現(xiàn)于5月中旬到9月下旬。城陵磯站洪水過(guò)程起漲日期分布于5月上旬至11月上旬；宜昌站洪水過(guò)程洪峰日主要集中出現(xiàn)于5月中旬到9月下旬，6月中旬近32年無(wú)洪峰。城陵磯站洪水過(guò)程洪峰日分布于5月中旬到11月中旬，主要集中出現(xiàn)于6月中旬到8月上旬。

2.2 洪水遭遇過(guò)程

1981—2012年長(zhǎng)江上游大洪水過(guò)程共出現(xiàn)24次（表1），平均每年0.75次，其中汛期19次，占79.2%，平均歷時(shí)15 d，最短8 d，最長(zhǎng)32 d；蓄水期5次，占20.8%，平均歷時(shí)15 d，最短8 d，最長(zhǎng)20 d；消落期未出現(xiàn)大洪水過(guò)程。洪水過(guò)程出現(xiàn)時(shí)間最早為6月24日，最遲為9月19日；洪峰最早為出現(xiàn)為7月3日，最遲為9月21日。

長(zhǎng)江上游、洞庭湖洪水遭遇共30次（表2），消落期遭遇6次，平均歷時(shí)33 d，最短16 d，最長(zhǎng)49 d，宜昌站洪峰均小于30000 m3/s，且未出現(xiàn)螺山大于50000 m3/s洪峰；汛期遭遇20次，平均歷時(shí)23 d，最短11 d，最長(zhǎng)56 d，宜昌站洪峰均超過(guò)45000 m3/s,在55000 m3/s以上的過(guò)程有11次；蓄水期遭遇4次，平均歷時(shí)34 d，最短22 d，最長(zhǎng)52 d，宜昌站洪峰在45000 m3/s以上的過(guò)程有1次（表3）。洪水過(guò)程出現(xiàn)時(shí)間最早為5月8日，最遲為9月22日；洪水遭遇最早出現(xiàn)為5月17日，最遲為9月23日。

持續(xù)高流量、高水位常常是由多個(gè)洪水遭遇過(guò)程造成的，如1998年長(zhǎng)江洪水過(guò)程中螺山7月19日—8月15日（表4）、8月16日—9月25日兩次持續(xù)性洪水，均分別有3次上游與洞庭湖洪水遭遇，1999年7月9—26日、2005年5月24日—7月11日持續(xù)洪水，也有相似情況。

2.3 洪水影響分析

綜合洪水過(guò)程和遭遇過(guò)程特征，消落期長(zhǎng)江上游雖多次出現(xiàn)20000 m3/s以上洪水，但無(wú)30000 m3/s以上過(guò)程，洞庭湖洪水最多一年出現(xiàn)1次超過(guò)20000 m3/s以上的過(guò)程；遭遇過(guò)程最大僅為46600 m3/s，僅16%年份可出現(xiàn)洪水遭遇。由于消落期洪水遭遇洪量小、次數(shù)少，長(zhǎng)江未有形成重大汛情的情形，但需考慮消落時(shí)加大下泄與中下游洪水遭遇的影響；汛期，長(zhǎng)江上游多次出現(xiàn)30000 m3/s以上洪水，洞庭湖洪水多有超過(guò)20000 m3/s以上的洪水，遭遇過(guò)程最大可達(dá)68200 m3/s，一年最多可出現(xiàn)7次遭遇過(guò)程，有35%年份可出現(xiàn)洪水遭遇。汛期洪水遭遇洪量大、次數(shù)多，平均3年就會(huì)出現(xiàn)上游、洞庭湖洪水遭遇的情形；蓄水期，長(zhǎng)江上游多次出現(xiàn)30000 m3/s以上洪水，宜昌流量達(dá)到45000 m3/s，上游大洪水5～6年出現(xiàn)1次；洞庭湖最多一年出現(xiàn)兩次超過(guò)20000 m3/s以上

的洪水，但80%的年份無(wú)洪水；遭遇過(guò)程最大也可達(dá)60800 m3/s，最多一年出現(xiàn)2次蓄水期遭遇過(guò)程，最晚可出現(xiàn)在9月底，但出現(xiàn)遭遇的年份不足10% 。蓄水期洪水遭遇洪量雖大，但次數(shù)少，10年以上才會(huì)出現(xiàn)1次洪水遭遇的情形。

表1 長(zhǎng)江上游大洪水過(guò)程流量特征（單位：m3/s）Table 1 List of water flow of floods in the upstream of Yangtze River (unit∶ m3/s)

表2 長(zhǎng)江上游與洞庭湖洪水遭遇過(guò)程流量特征（單位：m3/s）Table 2 List of water flow of encountering floods in the upper Yangtze River and Dongting Lake (unit∶ m3/s)

表3 長(zhǎng)江上游與洞庭湖洪水遭遇過(guò)程宜昌站各級(jí)洪水次數(shù)Table 3 Times in flood grades at Yichang Station for encountering floods in the upper Yangtze River and Dongting Lake

表4 1998年7月19日—8月15日長(zhǎng)江上游與洞庭湖洪水遭遇過(guò)程流量特征（單位：m3/s）Table 4 List of water flow during encountering floods in the upper Yangtze River and Dongting Lake during the period from 19 July to 15 August 1998 (unit∶ m3/s)

因此消落期洪水調(diào)度主要是做好中小洪水的利用，汛期、蓄水期需防范洪水遭遇，主要關(guān)注7—9月，汛期是重點(diǎn)防范時(shí)期。

3 長(zhǎng)江上游大洪水與上游、洞庭湖洪水遭遇降雨特征

3.1 長(zhǎng)江流域洪水過(guò)程暴雨時(shí)空分布特征

流域暴雨時(shí)空分布上，流域暴雨中心隨時(shí)間變化總體上呈自東向西遞減特征。年暴雨站數(shù)上游少于中下游，流域暴雨中心在鄱陽(yáng)湖水系的饒河信江。月暴雨中心5—7月呈自中下游向上游逐漸西移特征，8—9月穩(wěn)定在長(zhǎng)江上游，10—11月向由上游向中下游移動(dòng)，長(zhǎng)江中下游暴雨出現(xiàn)時(shí)間早于上游。各關(guān)鍵期上（圖1），消落期暴雨中下游遠(yuǎn)多于上游，流域暴雨中心位于長(zhǎng)江中下游的饒河信江附近；汛期暴雨范圍西擴(kuò)，中心呈多點(diǎn)分布，流域暴雨中心位于上游青衣江；蓄水期暴雨明顯減少，上游略多于中下游，流域暴雨中心位于上游渠江、三峽區(qū)間和中游鄱陽(yáng)湖流域。

圖1 長(zhǎng)江流域消落期（a）、汛期（b）和蓄水期（c）暴雨累計(jì)站次空間分布Fig.1 Spatial distribution of accumulated times and station number of the rainstorm in the Yangtze River Basin∶ (a)for the drawdown period (b) for the rainy season, (c) for impoundment period

暴雨過(guò)程與洪水過(guò)程的相關(guān)上，洪水過(guò)程更多與降水集中期相關(guān)。從按泰森多邊形法計(jì)算的暴雨籠罩面積來(lái)看，9月蓄水期長(zhǎng)江上游暴雨籠罩面積（圖2a）雖只略多于5月消落期，中下游暴雨籠罩面積（圖2b）5月還遠(yuǎn)多于9月，但9月出現(xiàn)的上游洪水過(guò)程和上游、洞庭洪水遭遇過(guò)程強(qiáng)度要明顯大于5月。因此流域致洪暴雨要重點(diǎn)關(guān)注雨區(qū)的季節(jié)性移動(dòng)和持續(xù)性集中降水時(shí)段。

圖2 長(zhǎng)江上游（a）、中下游（b）5—11月暴雨籠罩面積（單位：萬(wàn) km2）Fig. 2 The covered areas by rainstorms in rainy months from May to November∶ (a) for the upper, (b) for the middle and lower in the Yangtze River Basin (unit∶ 104 km2)

3.2 長(zhǎng)江上游大洪水與上游、洞庭湖洪水遭遇過(guò)程降雨特征

為分析洪水遭遇特征，按圖3將宜昌以上長(zhǎng)江上游分為金沙江、岷沱江、嘉陵江、烏江、宜賓至重慶、三峽區(qū)間（重慶至宜昌）6個(gè)子流域，洞庭湖流域?yàn)槎赐ズ^(qū)及湘、資、沅、澧四水。長(zhǎng)江上游大洪水（簡(jiǎn)稱(chēng)未遭遇型）和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水（簡(jiǎn)稱(chēng)遭遇型）兩類(lèi)過(guò)程降雨呈現(xiàn)以下特征。

1）從洪水的子流域組合來(lái)看（表5），長(zhǎng)江上游大洪水多數(shù)過(guò)程累加強(qiáng)降水子流域大部在4個(gè)以上，嘉陵江流域最多，其次為三峽區(qū)間、岷沱江，金沙江最少；遭遇過(guò)程上下游均未出現(xiàn)強(qiáng)降水也有可能出現(xiàn)洪水遭遇，因此需特別注意考慮前期洪水影響，遭遇過(guò)程烏江、宜賓-重慶、三峽區(qū)間三流域出現(xiàn)強(qiáng)降水組合情形最多。2）從洪水過(guò)程的過(guò)程面雨量平均來(lái)看（表6），影響長(zhǎng)江上游大洪水長(zhǎng)江上游過(guò)程平均面雨量汛期、蓄水期均為66 mm，極端最大為139 mm。上游各子流域過(guò)程平均面雨量在57～85 mm，極端最大在

圖3 長(zhǎng)江中上游流域七流域劃分及站點(diǎn)分布示意圖Fig. 3 Locations of the subbasin divisions and rainfall stations in the middle and upper Yangtze River basin

表5 長(zhǎng)江上游大洪水和上游、洞庭湖洪水遭遇強(qiáng)降雨流域組合次數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 5 Numbers of big floods and encountering floods with various number of subbasin regions in the Yangtze River and Dongting Lake

127～2 25 mm。對(duì)上游降水過(guò)程面雨量，4個(gè)以上子流域均達(dá)到55 mm，整個(gè)上游達(dá)到65 mm的降水要注意上游大洪水的可能。

表6 長(zhǎng)江上游大洪水各子流域過(guò)程面雨量（單位：mm）Table 6 The maximum and average rainfall of the big floods in each branch in the upper Yangtze River (unit∶ mm)

如表7所示，影響長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水過(guò)程，多年平均過(guò)程面雨量宜昌以上為83 mm，各關(guān)鍵期平均為消落期83 mm、汛期88 mm、蓄水期81 mm；洞庭湖多年平均過(guò)程面雨量為97 mm，各關(guān)鍵期平均為消落期97 mm、汛期95 mm、蓄水期93 mm；螺山以上過(guò)程平均面雨量為87 mm；上游子流域?yàn)?7～97 mm。對(duì)降水過(guò)程面雨量長(zhǎng)江上游達(dá)到80 mm、洞庭湖超過(guò)90 mm的降水要注意可能形成遭遇型洪水。

表7 長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水長(zhǎng)江上游、洞庭湖流域過(guò)程面雨量（單位：mm）Table 7 The maximum and average rainfall of the encountering floods in each branch in the upper Yangtze River and Dongting Lake (unit∶ mm)

過(guò)程面雨量長(zhǎng)江上游大洪水北部大于南部，即長(zhǎng)江上游烏江明顯偏少、嘉陵江明顯偏多。而上游、洞庭遭遇洪水過(guò)程面雨量南部大于北部，長(zhǎng)江上游烏江明顯偏多、嘉陵江相對(duì)偏少。

3）從雨水總量的組成來(lái)看，考慮前期降水的雨水總量與洪水過(guò)程總量組成占比相似。對(duì)于長(zhǎng)江上游大洪水，朱沱站對(duì)應(yīng)的金沙江與岷沱江洪量組成占比較多，平均約占57.0%，武隆對(duì)應(yīng)的烏江洪量組成占比較少，約占7.6%；遭遇型洪水長(zhǎng)江上游占比較多，除ZY20020517過(guò)程外宜昌站均在55%以上，最大可達(dá)82%，洞庭湖占比較少，多在30%～50%。

4 長(zhǎng)江上游大洪水與上游、洞庭湖洪水遭遇過(guò)程各關(guān)鍵期天氣特征異同

長(zhǎng)江上游大洪水與造成上游、中下游遭遇洪水的天氣概念模型，陳璇等[13]、張萍萍等[14]分別進(jìn)行過(guò)總結(jié)，指出汛期、蓄水期影響長(zhǎng)江上游大洪水的降雨天氣型可分為巴爾喀什湖（以下簡(jiǎn)稱(chēng)巴湖）槽東移型、貝加爾湖（以下簡(jiǎn)稱(chēng)貝湖）槽穩(wěn)定型和東北低渦型3種環(huán)流類(lèi)型；影響長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水的降雨天氣可分為東北、巴湖槽東移型和貝湖槽東移型、烏山東部槽型、雙阻梅雨鋒型及東北冷槽尾部型5種類(lèi)型，消落期主要是東北、巴湖槽東移型和貝湖槽東移型、東北冷槽尾部型3種，汛期5種均可出現(xiàn)，蓄水期以東北、巴湖槽東移型和貝湖槽東移型為主。針對(duì)長(zhǎng)江上游、洞庭湖流域遭遇洪水不同關(guān)鍵期特征，張萍萍等[15]進(jìn)一步分析得出：消落期重點(diǎn)考慮冷空氣影響作用，汛期重點(diǎn)考慮暖濕氣流增強(qiáng)與北部弱冷空氣南下的相互作用；蓄水期重點(diǎn)考慮副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高）西伸并穩(wěn)定維持而形成的華西秋雨。

由于消落期未出現(xiàn)長(zhǎng)江上游大洪水且遭遇型洪水強(qiáng)度總體較弱，防洪調(diào)度更加關(guān)心汛期、蓄水期。本文結(jié)合以上分析，引入張萍萍提出的綜合指數(shù)，分別針對(duì)汛期19次未遭遇、20次遭遇型洪水和蓄水期5次未遭遇型、4次遭遇型洪水，從大尺度環(huán)流背景、天氣系統(tǒng)特征以及物理量場(chǎng)幾個(gè)方面，對(duì)比汛期、蓄水期長(zhǎng)江上游大洪水與上游、洞庭湖洪水遭遇兩類(lèi)洪水過(guò)程異同，并簡(jiǎn)要相似降雨型兩類(lèi)洪水過(guò)程特征異同。

4.1 汛期對(duì)比

圖4 汛期長(zhǎng)江上游大洪水（a、c、e）和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水（b、d、f）500 hPa位勢(shì)高度平均場(chǎng)（a、b；等值線，單位：dagpm）及距平場(chǎng)（a、b；陰影）、700 hPa平均風(fēng)場(chǎng)（c、d，單位：m/s）、海平面平均氣壓場(chǎng)（e、f；單位：hPa）（紅色方框代表長(zhǎng)江上游和洞庭湖流域位置，下同）Fig. 4 The 500 hPa average geopentatial height (a, b; black solid lines; unit∶ dagpm) and anomaly fields (a, b; shadow areas),the 700 hPa average wind field (c, d; unit∶ m/s) ,the average sea level pressure (e, f; unit∶ hPa) for the upstream-flood (a, c, e)in the Yangtze River and encountering flood (b, d, f) in the Yangtze River and Dongting Lake during the rainy season (the red box denotes location of the upper Yangtze River and Dongting Lake basin, as same below)

1）環(huán)流及天氣系統(tǒng)。從圖4及表8可見(jiàn)，兩類(lèi)過(guò)程長(zhǎng)江流域附近500 hPa高度場(chǎng)、700 hPa平均風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)均較為相似。500 hPa高度場(chǎng)副高偏北偏強(qiáng)、脊線北抬至25°附近，巴湖、貝湖南部（未遭遇型）或河套—東北一線（遭遇型）為負(fù)距平區(qū)，700 hPa風(fēng)場(chǎng)青藏高原至長(zhǎng)江中游存在一明顯切變線，地面圖上河套附近存在一個(gè)明顯的冷高壓，表明兩類(lèi)過(guò)程的天氣背景、主要影響天氣系統(tǒng)基本是相同的。反映出在巴湖有不斷東移的短波槽補(bǔ)充和副高北抬西伸背景下，受貝湖南部（未遭遇型）或河套—東北（遭遇型）高空冷槽、副高外圍暖濕氣流和河套附近南下地面冷空氣共同影響，兩類(lèi)過(guò)程均是冷暖空氣在長(zhǎng)江流域一帶輻合交匯形成致洪降水。

但兩類(lèi)過(guò)程存在一定差異，主要表現(xiàn)為造成降水的環(huán)流及天氣系統(tǒng)比較而言未遭遇型普遍相對(duì)偏西。500 hPa副高西伸脊點(diǎn)未遭遇型要較遭遇型偏西3個(gè)經(jīng)度（表8），700 hPa風(fēng)場(chǎng)（圖4c、圖4d）輻合區(qū)未遭遇型較遭遇型更加偏西偏北，地面氣壓場(chǎng)位于長(zhǎng)江上游和洞庭湖區(qū)域的暖低壓范圍未遭遇型也較遭遇型更加偏西。另外，未遭遇型低緯度地區(qū)500 hPa高度表現(xiàn)為負(fù)距平，副高強(qiáng)度、面積指數(shù)也較弱，反映出低緯度地區(qū)熱帶低值系統(tǒng)未遭遇型相對(duì)活躍，對(duì)副高的東退南壓有更強(qiáng)抑制作用。

2）物理量指數(shù)。由表9可見(jiàn)，汛期兩類(lèi)過(guò)程長(zhǎng)江上游、洞庭湖面上K指數(shù)、面上可降水量的強(qiáng)度相近，K指數(shù)場(chǎng)、可降水量場(chǎng)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)也極為相似（圖略），表明兩類(lèi)過(guò)程的熱力、水汽條件也基本相近。均反映出四川盆地至長(zhǎng)江中下游有強(qiáng)烈的水汽輸送，青藏高原至四川盆地有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性能量。

但兩類(lèi)過(guò)程700 hPa面上渦度、面上綜合指數(shù)（表9）在洞庭湖差異明顯，未遭遇型洪水均為負(fù)值，遭遇型洪水為正值。700 hPa渦度場(chǎng)（圖5a、圖5b）上洞庭湖流域未遭遇型大部處于負(fù)渦度區(qū)，而遭遇型負(fù)渦度區(qū)位置更為偏東；遭遇綜合指數(shù)場(chǎng)上（圖5c、圖5d），未遭遇型洞庭湖流域大部為低值區(qū)，上游流域?yàn)槊黠@高值區(qū)，位于105°E遭遇型遭遇綜合指數(shù)15線明顯南伸。反映出洞庭湖附近，未遭遇型反氣旋環(huán)流很強(qiáng)，而遭遇型仍以氣旋性性環(huán)流為主。

以上表明，兩類(lèi)過(guò)程的天氣背景、主要影響天氣系統(tǒng)和熱力、水汽條件相似，但未遭遇型的長(zhǎng)江上游大洪水較遭遇型洪水，影響降水的環(huán)流及主要天氣系統(tǒng)位置更為偏西，長(zhǎng)江流域東部系統(tǒng)頂托作用更強(qiáng)，東部反氣旋性系統(tǒng)可能是影響天氣系統(tǒng)降水位置的關(guān)鍵因素。

表8 汛期兩類(lèi)洪水副高指數(shù)對(duì)比Table 8 Characteristic indexes of subtropical high for two kinds of flood during the rainy season

表9 汛期兩類(lèi)洪水長(zhǎng)江上游和洞庭湖物理量場(chǎng)對(duì)比Table 9 Physical quantities for two kinds of flood during the rainy season

圖5 汛期長(zhǎng)江上游大洪水（a、c）和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水（b、d）的700 hPa平均渦度場(chǎng)（a、b）、平均綜合指數(shù)場(chǎng)（c、d）Fig.5 The 700 hPa average vortex field (a, b), the average composite index (c, d) for the upstream flood (a, c) and encountering flood (b, d) in the Yangtze River and Dongting Lake during the rainy season

4.2 蓄水期對(duì)比

1）環(huán)流及天氣系統(tǒng)。從圖6及表10可見(jiàn)，兩類(lèi)過(guò)程長(zhǎng)江流域附近500 hPa高度場(chǎng)、700 hPa平均風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)存在較明顯的差異。雖然與汛期相比，兩類(lèi)過(guò)程均存在副高增強(qiáng)北抬，貝湖附近有明顯的阻塞高壓。但500 hPa高度距平場(chǎng)上，中國(guó)區(qū)域內(nèi)負(fù)距平區(qū)未遭遇型僅在青藏高原東部至四川盆地，遭遇型負(fù)距平則從青藏高原一直延伸到整個(gè)長(zhǎng)江流域，且巴湖附近的負(fù)距平區(qū)遭遇型位置更為偏東偏強(qiáng)。未遭遇型500 hPa副高在華南斷裂為大陸高壓，洞庭湖為正高度距平，700 hPa風(fēng)場(chǎng)東南沿海多低值系統(tǒng)，地面氣壓場(chǎng)上游流域依然存在暖性低壓，表明未遭遇型東南臺(tái)風(fēng)明顯偏多、偏強(qiáng)，冷空氣影響偏北，這與遭遇型副高東退入海、洞庭湖為負(fù)高度距平、長(zhǎng)江上游地面無(wú)明顯暖低壓、700 hPa風(fēng)場(chǎng)（圖6d）東南沿海低值系統(tǒng)偏弱差異明顯。

圖6 蓄水期長(zhǎng)江上游大洪水（a、c、e）和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水（b、d、f）500 hPa位勢(shì)高度平均場(chǎng)（a、b；等值線）及距平場(chǎng)（a、b；陰影）、700 hPa平均風(fēng)場(chǎng)（c、d）、海平面平均氣壓場(chǎng)（e、f）Fig. 6 The 500 hPa average geopentatial height (a, b; black solid lines) and anomaly fields (a, b; shadow areas), the 700 hPa average wind field (c, d), the average sea level pressure (e, f) for the upstream flood (a, c, e) and encountering flood (b,d, f) in the Yangtze River and Dongting Lake during the impoundment period

表1 0 蓄水期兩類(lèi)洪水副高指數(shù)對(duì)比Table 10 Characteristic indexes of subtropical high for two kinds of flood during the impoundment period

表1 1 蓄水汛期兩類(lèi)洪水長(zhǎng)江上游站和洞庭湖站物理量場(chǎng)對(duì)比Table 11 Physical quantities for two kinds of flood during the impoundment period

2）物理量指數(shù)。由表11可見(jiàn)，雖然蓄水期兩類(lèi)過(guò)程長(zhǎng)江上游、洞庭湖面上K指數(shù)、面上可降水量的強(qiáng)度略有不同，K指數(shù)場(chǎng)、可降水量場(chǎng)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)也有一定差異（圖略），主要表現(xiàn)在長(zhǎng)江上游K指數(shù)、可降水量未遭遇型較遭遇型更強(qiáng)，但仍反映出四川盆地至長(zhǎng)江中下游的強(qiáng)烈水汽輸送，以及青藏高原至四川盆地存在很強(qiáng)的不穩(wěn)定性能量。

而蓄水期兩類(lèi)過(guò)程700 hPa面上渦度、面上綜合指數(shù)在洞庭湖的表現(xiàn)與汛期相似，也呈現(xiàn)洞庭湖流域700 hPa渦度場(chǎng)（圖7a、圖7b）未遭遇型為反氣旋性環(huán)流，遭遇型為氣旋性環(huán)流，未遭遇型東部動(dòng)力持續(xù)頂托明顯。遭遇綜合指數(shù)上未遭遇型上游為正值區(qū)，洞庭湖為負(fù)值區(qū)，遭遇型上游、洞庭湖均為正值區(qū)。

以上結(jié)果表明，蓄水期未遭遇型臺(tái)風(fēng)更為偏多偏強(qiáng)，副高西進(jìn)，冷空氣影響偏北，洞庭湖一帶存在較強(qiáng)的反氣旋性系統(tǒng)頂托。而遭遇型臺(tái)風(fēng)偏弱，副高東退，冷空氣影響范圍更為偏南，洞庭湖一帶無(wú)反氣旋性系統(tǒng)持續(xù)頂托。

圖7 蓄水期長(zhǎng)江上游大洪水（a、c）和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水（b、d）的700 hPa平均渦度場(chǎng)（a、b）、平均綜合指數(shù)場(chǎng)（c、d）Fig. 7 The 700 hPa average vortex field (a, b), the average composite index (c, d) for the upstream flood (a, c) and encountering flood (b, d) in the Yangtze River and Dongting Lake during the impoundment period

比較兩類(lèi)過(guò)程影響降水的天氣系統(tǒng)，表明汛期兩者基本上是相似的，蓄水期有一定的差異，但均表現(xiàn)為是否出現(xiàn)上游、洞庭湖洪水遭遇的關(guān)鍵因素是動(dòng)力作用，東部洞庭湖附近反氣旋系統(tǒng)的頂托作用造成了兩類(lèi)過(guò)程天氣系統(tǒng)的降水位置不同。這也較好地解釋了兩類(lèi)過(guò)程北部嘉陵江和南部烏江雨量之間的差異，未遭遇型長(zhǎng)江上游大洪水在臨近烏江的洞庭湖流域受反氣旋性系統(tǒng)影響，對(duì)烏江降水有抑制作用，因此烏江降水常少于嘉陵江；而遭遇型洪水烏江、洞庭湖多為一致的氣旋性系統(tǒng)，烏江降水常多于嘉陵江。

4.3 相似降雨型兩類(lèi)洪水過(guò)程特征對(duì)比

將長(zhǎng)江上游大洪水的巴湖槽東移型、貝湖槽穩(wěn)定型和東北低渦型3類(lèi)降雨型，按長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水的東北、巴湖槽東移型和貝湖槽型、東北低槽型分別歸類(lèi)，可比較長(zhǎng)江上游大洪水和長(zhǎng)江上游、洞庭湖遭遇洪水兩類(lèi)過(guò)程影響降水的相似降雨型。下面以巴湖、東北低槽東移型為例進(jìn)行兩類(lèi)洪水典型個(gè)例比較。

圖8 2009年7月30日20時(shí)（a）、8月4日08時(shí)（b）700hPa渦度場(chǎng)Fig. 8 The 700hPa vortex field at 20∶00 BT 30 July (a) and 08 BT 4 August (b) 2009

巴湖、東北低槽東移型多包括幾個(gè)降水過(guò)程，如未遭遇型長(zhǎng)江上游大洪水YC20090807包含7月30—31日、8月3—4日兩次過(guò)程（圖8），兩次過(guò)程中均表現(xiàn)為長(zhǎng)江中下游洞庭湖流域700 hPa存在反氣旋性系統(tǒng)；而上游、洞庭湖遭遇洪水則表現(xiàn)為洞庭湖至少第一場(chǎng)存在一次氣旋性系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)洞庭湖降水，副高在西伸加強(qiáng)后雨帶移向上游，形成洞庭湖退水過(guò)程中的洪水疊加。如上游、洞庭湖遭遇洪水ZY19830717包含7月8—9日、7月10—13日、7月14—15日3次過(guò)程（圖9），前兩次洞庭湖均存在氣旋性環(huán)流。從此型的平均場(chǎng)到第一次降水過(guò)程對(duì)應(yīng)物理量場(chǎng)，在降水系統(tǒng)移動(dòng)期間，洞庭湖流域中低層是否有反氣旋性環(huán)流持續(xù)頂托是判斷遭遇的關(guān)鍵指標(biāo)。

圖9 1983年7月9日08時(shí)（a）、7月13日08時(shí)（b）、7月15日08時(shí)（c）700 hPa渦度場(chǎng)Fig. 9 The 700 hPa vortex field at 08 BT 9 July (a), 08 BT 13 July (b) and 08 BT 15 July (c) 1983

因此，對(duì)相似降雨型從動(dòng)力原因入手，用洞庭湖流域中低層是否持續(xù)存在反氣旋性環(huán)流來(lái)判斷遭遇與否也是可行的。

5 結(jié)論

1）在長(zhǎng)江干流大洪水關(guān)注重點(diǎn)上，消落期雨帶主要集中于長(zhǎng)江中下游，上游降水強(qiáng)度較小。副高不強(qiáng)，水汽整體輸送較弱。既無(wú)上游大洪水，即使上游、洞庭湖洪水遭遇也是洪量小、次數(shù)少；汛期副高西進(jìn)明顯，水汽輸送強(qiáng)烈，對(duì)流性不穩(wěn)定最強(qiáng)，暖濕氣流增強(qiáng)與北部弱冷空氣南下的相互作用易產(chǎn)生大洪水，75%的年份會(huì)出現(xiàn)上游大洪水，3年左右就會(huì)出現(xiàn)上游、洞庭湖洪水遭遇的情形，洪水遭遇洪量大、次數(shù)較多；蓄水期副高西伸仍較明顯，沿海多臺(tái)風(fēng)生成，水汽輸送和對(duì)流性依然較強(qiáng)，在冷空氣的影響下可產(chǎn)生上游大洪水和上中游洪水遭遇。上游大洪水平均5～6年出現(xiàn)1次，長(zhǎng)江上游、洞庭湖洪水遭遇10年難得出現(xiàn)一次。因此，消落期主要做好中小洪水的利用并考慮消落時(shí)加大下泄與中下游洪水遭遇的影響，汛期、蓄水期需重點(diǎn)防范長(zhǎng)江上游大洪水和7—9月出現(xiàn)的上游、洞庭湖洪水遭遇。

2）在洪水的子流域組合上，長(zhǎng)江上游大洪水多數(shù)過(guò)程累加強(qiáng)降水子流域大部在4個(gè)以上，嘉陵江最多，金沙江最少；遭遇過(guò)程上下游均未出現(xiàn)強(qiáng)降水也有可能出現(xiàn)洪水遭遇，因此需特別注意考慮前期洪水影響，遭遇過(guò)程烏江、宜賓—重慶、三峽區(qū)間三流域出現(xiàn)強(qiáng)降水組合情形最多。兩類(lèi)過(guò)程三峽區(qū)間均易形成洪水組合。過(guò)程面雨量關(guān)注上，整個(gè)上游超過(guò)66 mm或4個(gè)子流域均超過(guò)57 mm的過(guò)程要考慮上游出現(xiàn)大洪水的可能；對(duì)整個(gè)上游達(dá)到83 mm、洞庭湖超過(guò)97 mm的過(guò)程要注意遭遇型洪水可能。

3）在影響降水的天氣背景、主要影響天氣系統(tǒng)上，兩類(lèi)過(guò)程在汛期基本上是相似的，但未遭遇型的長(zhǎng)江上游大洪水較遭遇型洪水，影響降水的環(huán)流及主要天氣系統(tǒng)位置更為偏西，長(zhǎng)江流域東部反氣旋性系統(tǒng)頂托作用更強(qiáng)；蓄水期有較大差異，未遭遇型臺(tái)風(fēng)偏多偏強(qiáng)，冷空氣影響偏北，洞庭湖一帶存在較強(qiáng)的反氣旋性系統(tǒng)頂托。而遭遇型臺(tái)風(fēng)偏弱，冷空氣影響范圍更為偏南，洞庭湖一帶無(wú)反氣旋性系統(tǒng)持續(xù)頂托。

4）是否出現(xiàn)上游、洞庭湖洪水遭遇的關(guān)鍵因素是動(dòng)力作用，東部系統(tǒng)的頂托作用造成了兩類(lèi)過(guò)程天氣系統(tǒng)的降水位置不同。判斷上游、洞庭湖洪水是否遭遇的關(guān)鍵看東部長(zhǎng)江中下游副高進(jìn)退是否明顯，中低層洞庭湖是否有明顯的反氣旋性系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)頂托。