秦建國，張泉榮，洪國喜，賈小網(wǎng)，朱前維，朱驪，陳寅達

(1.江蘇省水文水資源勘測局無錫分局，江蘇無錫 214031;2.河海大學水文水資源學院，江蘇南京 210098)

從全球范圍看，旱災影響面最廣、造成經(jīng)濟損失最大，是世界上最嚴重的自然災害類型之一[1]。中國也是屬于旱災頻發(fā)的地區(qū)，水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴重。2010年10月以來，世紀大旱席卷北半球，我國長江中下游地區(qū)發(fā)生了嚴重旱情，太湖地區(qū)也出現(xiàn)少有的秋冬春三季連旱的局面，區(qū)域降雨嚴重偏少，降雨量創(chuàng)1949年新中國成立以來的最小值。2011年5月18日，太湖水位(吳淞基準面，下同)降至2.74 m，為1951年來同期第7低水位;太湖地區(qū)河網(wǎng)水位也大幅度低于常年同期水位，浙西區(qū)、杭嘉湖區(qū)及湖西區(qū)水位均為2000年以來最低值。

1 太湖地區(qū)旱情簡析

太湖地區(qū)大多數(shù)雨量觀測站都是解放后設(shè)立的，解放前設(shè)立的雨量站也大多因戰(zhàn)爭原因而資料不全。本區(qū)域最早的雨量站是1873年設(shè)立的上海徐家匯氣象站，降雨等資料基本完整，但是只有139 a歷史，而且地方志等歷史文獻上沒有更多關(guān)于春季旱情的明確記載。1978年至今，長江中下游地區(qū)曾在1978年、1981年、1986年、1994年、2000年等發(fā)生過較為嚴重的春旱，但2011年1—5月發(fā)生的旱情具有強度強、持續(xù)時間長、范圍廣、影響程度重等特點。

1.1 區(qū)域降雨及長江來水偏少

2011年1—5月，太湖地區(qū)降雨嚴重偏少，累計降雨僅163 mm，約占年平均雨量的15%，較常年偏少6成，為1951年(解放前無完整記錄)以來同期最少值。據(jù)上海徐家匯站測得數(shù)據(jù):2011年(截至5月29日)總降水量為132.9 mm，較常年(1971—2000年)偏少約6成，總降水量為1873年建站以來歷史同期最少值。

同期長江大通來水偏少，長江干流流量4月初來水量比多年同期平均偏少3成多，至5月1日大通流量僅為14 200m3/s，為5月歷史同期最低值。汛期大通來水量略有增加，5月31日大通流量為18900m3/s，仍比多年同期平均來水量減少50%左右。

1.2 太湖出現(xiàn)2001年以來5月同期最低水位

從2010年10月以來，太湖水位持續(xù)下降(圖1)，2011年1月1日太湖水位2.98 m，較歷年同期高0.05 m;5月份太湖平均水位2.77 m，較歷年同期低0.29 m;5月18日太湖水位降至2.74 m，為2001年以來同期最低水位，較歷年同期水位3.07 m低0.33 m，相應(yīng)蓄水量比正常蓄水量減少約7億m3。

圖1 2011年1—5月與歷年同期太湖水位過程線

1.3 絕大部分水庫水位接近死水位

太湖西部的丘陵地帶是這次受災最嚴重的地區(qū)。受降雨偏少影響，太湖地區(qū)水庫水位與常年同期相比偏低，其中橫山水庫、大溪水庫、沙河水庫、句容水庫、塘馬水庫水位為2000年以來最低水位，5月31日塘馬水庫水位8.40 m，僅比水庫死水位高0.40 m;橫山水庫水位 24.43 m，僅比死水位高 0.43 m，為歷史同期最低水位，比歷年同期水位31.33 m低6.78 m。

1.4 太湖水位趨勢分析

2011年1—5月，太浦閘、梅梁湖泵站、大渲河泵站出湖水量分別為 3.08 億 m3、2.16 億 m3、0.51億m3，總出湖水量5.75億 m3。水文數(shù)據(jù)分析表明，在不計其他沿湖口門進出水量的情況下，5月以來望亭立交入湖水量減去太浦閘、梅梁湖泵站、大渲河泵站出湖水量，每天平均約有700多萬m3的水量進入太湖。

太湖西山站5月以來平均蒸發(fā)量為4.5 mm，若目前太湖水面蒸發(fā)按4 mm/d計算，太湖水面面積2338.1 km2，太湖蒸發(fā)水量約為940萬 m3/d;若太湖沿湖用水量400萬 m3/d，總計需要入湖水量1340萬m3，遠大于目前日均700多萬m3的入湖水量。因此在無有效降雨的情況下，不能保證太湖水位不下降，并且隨著農(nóng)業(yè)大面積用水階段的來臨，太湖地區(qū)缺水將更加明顯，旱情仍將持續(xù)。

2 太湖地區(qū)降雨年際變化研究

降雨年際變化無規(guī)律可循是水文、氣象工作者傳統(tǒng)的思維定式，對此展開研究的人很少。曾小凡等[2]、杜富慧等[3]曾進行過一些分析，但都未深入研究。太湖流域在2000年前后實施了“引江濟太”工程，沿長江各口門都建造了節(jié)制閘進行控制，進出水量完全受人為因素影響，引長江水量遠多于排水量，造成很多水文基礎(chǔ)資料無法延續(xù)，前后沒有可比性。

2.1 研究對象的選擇

根據(jù)江蘇省氣象局的研究成果:1978年是太湖地區(qū)氣候變化的轉(zhuǎn)折年，之前是冷冬氣候所控制，此后是暖冬氣候控制，兩者的形成機理不同。對1988年對太湖地區(qū)設(shè)立較早的8個站點進行的代表性分析發(fā)現(xiàn)，無錫、宜興、蘇州、吳江、常熟站與太湖地區(qū)面平均降雨量的相關(guān)性較好，上海、江陰站略低一些，但是仍然具有一定代表性[4](表1)。因為無錫站的降雨與太湖地區(qū)的相關(guān)性最好，所以本文選擇的研究對象是無錫站1978—2010年的年際降雨量。

表1 8個站點1951—1987年汛期(5—9月)降雨量與流域降雨量的相關(guān)性

2.2 降雨年際變化分類原則與劃分

a.無錫地區(qū)地勢低洼，北受長江高潮位威脅，南受太湖洪水侵襲，歷來是洪澇災害頻繁發(fā)生的地區(qū)，多年平均降雨量在1 100 mm左右[4-5]。為便于分析，筆者把年降雨量小于900mm的年景稱為缺雨年;900～1 200 mm稱為平雨年;大于1200 mm的稱為豐雨年;把時間連續(xù)、特征相似的年景集合體稱為降雨期。根據(jù)多年經(jīng)驗，按降雨年際變化情況對應(yīng)分成三類降雨期，即缺雨期、平雨期和豐雨期[5-6]，并總結(jié)了3條劃分原則:①缺雨期:年均降雨量小于900 mm，可連續(xù)出現(xiàn);②平雨期:一般情況下年降雨量900～1 200 mm，允許包含個別缺雨年，均值約1050 mm;③豐雨期:一般情況下年降雨量大于1200 mm，允許包含個別平雨年，均值大于1 250 mm。無錫(站)地區(qū)年際降雨過程線見圖2。

b.根據(jù)分類原則和該時段的特點，筆者按缺雨期、平雨期、豐雨期的順序劃分，共分為10個降雨期。從圖2和表2可以看出:太湖地區(qū)共經(jīng)歷了3次從干旱期至濕潤期的完整變化，2010年為缺雨期(暫定為過渡期)。

表2 無錫(太湖)地區(qū)干旱與濕潤周期性變化

3 嚴重干旱成因與預測研究

干旱的成因與預測一直是個世界性的難題。干旱的成因研究已有一些進展，但是干旱預測進展不大，目前還無法達到業(yè)務(wù)化預報的程度，國內(nèi)外這方面的研究成果還較少見[7]。隨著全球氣溫的升高，基點干旱氣候發(fā)生的強度和頻率增大，我國南方一些濕潤地區(qū)也出現(xiàn)了旱情愈加頻繁、旱災愈加嚴重的現(xiàn)象[8-9]。

3.1 嚴重干旱成因研究

3.1.1 太陽活動

統(tǒng)計顯示:1951年以來5個太陽黑子活動周期的峰值年期間，太湖地區(qū)年降雨以偏少為主，特別是1958—1959年、1967—1969 年、1978—1979 年和2000年，這些年份太陽黑子活動處于峰值年，太湖地區(qū)年際降雨量明顯偏少;1951年以來6個太陽黑子活動周期的谷值年期間，太湖地區(qū)年際降雨以偏多為主，如 1954年、1973年和 1985—1987年。2008—2009年也是太陽活動的谷值期，太陽黑子數(shù)2008年、2009年僅為2.8 和3.1，其中2009 年8 月太陽黑子數(shù)達到最低值為零[10]，與此相對應(yīng)的則是當年太湖地區(qū)年際降雨明顯偏多(圖2)。2010年太陽黑子已有重新活躍的跡象，根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局氣候預測中心的研究:一系列的太陽黑子和太陽風暴活動將在2011年至2012年達到峰值，但破壞性的太陽風暴卻隨時可能發(fā)生。

3.1.2 海溫狀況

目前出現(xiàn)的拉尼娜現(xiàn)象始于2010年7月，伴隨厄爾尼諾現(xiàn)象消失而增強，2011年1月達到頂點。從海水溫度變化來看，這次拉尼娜事件強度中等;但從海平面氣壓、風力、云量變化等大氣條件看，這是過去1個世紀里最強的拉尼娜現(xiàn)象之一。海洋的異常從2011年2月開始減弱，5月中進入結(jié)束階段，大氣方面的表現(xiàn)直到6月上旬才逐漸減弱。海溫異常變冷，導致大氣環(huán)流異常，21世紀已經(jīng)出現(xiàn)的3次拉尼娜事件分別是2003—2004年、2007—2008年、2010—2011年，對應(yīng)的太湖地區(qū)年際降雨量都是偏少。

3.1.3 大氣環(huán)流

太湖地區(qū)雖有“水鄉(xiāng)”之稱，但久旱不雨成災的記錄也不少，歷史上曾經(jīng)有過連續(xù)3年大旱、太湖干凅的驚人記載[4]。1949年至今已62 a，盡管干旱災害時有發(fā)生，平均約10a發(fā)生1次;但在這短暫的時期內(nèi)，還沒有在春季出現(xiàn)過像2011年如此嚴重的旱情。干旱發(fā)生的年景，往往是干黃梅，而且連續(xù)秋旱，損失嚴重[4]。這主要是這些年份夏季，北方冷空氣勢力偏弱，太平洋副熱帶高壓主體提前進入我國大陸，控制江淮流域(含太湖地區(qū))，造成大范圍長時間高溫少雨氣候[11-12]。

2011年春季旱情則是受2010年7月開始并且持續(xù)到2011年5月末的赤道中東太平洋區(qū)中等強度拉尼娜事件影響，西太平洋副熱帶高壓面積、強度明顯小于常年同期。特別是2010年10月以來，西北太平洋副熱帶高壓較歷史同期偏弱，位置偏東，同時影響我國的西南水汽通道未建立，不利于冷暖氣流在江南交匯形成降水。造成入春以來我國北方地區(qū)偏北氣流盛行，且北方強寒潮大風頻繁過境南下，而降雨量卻持續(xù)偏少，形成長江中下游地區(qū)(含太湖地區(qū))春季嚴重的干旱局面。

3.2 嚴重干旱預測

根據(jù)對太湖地區(qū)水文、氣象災害的統(tǒng)計，有歷史記載的400多年中，大澇年為41次，大旱年為34次，大澇明顯多于大旱，但是在歷史上太湖曾經(jīng)有過干凅見底的記錄(1073—1075年)[4]，且干旱與洪澇災害發(fā)生的年景占總數(shù)的比例達到42.4%，這些都充分說明本地區(qū)水文、氣象災害的嚴重性。從大的旱澇持續(xù)性氣候階段分析，目前太湖地區(qū)處于歷史上偏澇的大周期中的小間歇期——即干旱缺雨周期。

3.2.1 韻律周期研究

經(jīng)過筆者多年研究發(fā)現(xiàn):太湖地區(qū)存在一個78a(34a+44a)的嚴重旱災韻律周期(表3)，當年及此前或此后一年都是嚴重旱災的高發(fā)期。且這些嚴重干旱年景的時間跨度，與太陽黑子的活動周期相吻合，即相當于7個太陽黑子活動周期。根據(jù)太湖地區(qū)《地方志》以及《太湖地區(qū)氣候資源研究》[4]《中國歷史干旱》[13]等歷史文獻記載:1821年高淳、丹陽縣旱;1822年太湖東地區(qū)又大旱;1855年宜興、荊溪夏旱;1856年太湖流域二十六府縣大旱，五月至八月不雨河湖皆凅;1900年高淳旱、金壇大旱;1934年，太湖流域大旱，六月至八月降雨極少，江湖水淺，內(nèi)河水凅;1935年太湖地區(qū)春旱、夏旱;1978年，太湖流域春旱接“空梅”，“空梅”接夏旱，夏旱接秋旱，全年受災;1979年太湖地區(qū)春旱、夏旱、秋旱;2011年春季至初夏特大干旱，部分水庫和小型湖泊干涸。此外，該韻律周期還可向上延伸，但是不能解釋所有干旱災害問題。

表3 200年來太湖地區(qū)嚴重旱災年份韻律周期 a

3.2.2 近年降雨與海溫的關(guān)系

表4是無錫站最近3 a的降雨量統(tǒng)計，從中也可以看出:2009年6月—2010年4月太湖地區(qū)處于濕潤期，這11個月降雨量大多都高于歷史平均值，與2009年6月—2010年5月發(fā)生的中等強度厄爾尼諾事件[10]在時間上相吻合;2010年5月—2011年5月太湖地區(qū)處于干旱期，這些月份降雨量大多低于歷史平均值，與2010年7月—2011年5月發(fā)生的中等強度拉尼娜事件，在時間上也是吻合的。

3.2.3 預測分析

根據(jù)對歷史資料的多年研究，筆者認為:目前的情況與1978年前后的氣候條件類似，在“冷冬”向“暖冬”氣象格局過渡期間，太湖地區(qū)也暴發(fā)了特大干旱災害。從表2可以看出:每個干旱—濕潤周期的時間跨度呈減小趨勢，第一周期時間跨度是第二、第三周期之和;且各周期中濕潤期的時間跨度都呈周期性遞減之勢。筆者認為這些都具有指向作用，預示著2010—2012年干旱缺雨周期的到來，嚴重旱災韻律周期等多項指標都印證了這一觀點。對太湖地區(qū)部分嚴重干旱年景受災情況的統(tǒng)計結(jié)果表明:嚴重旱災韻律周期的當年往往是枯黃梅連秋旱，夏秋兩季旱情明顯大于冬春兩季。

根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局氣候預測中心的最新研究成果:在2011年夏季拉尼娜現(xiàn)象短暫消失后，入秋時拉尼娜現(xiàn)象已重新在熱帶太平洋地區(qū)出現(xiàn)，而且逐漸增強，并持續(xù)到冬天。

4 結(jié)語

a.根據(jù)對太湖地區(qū)氣候預測分析，2012年是嚴重干旱災害暴發(fā)的極大值年景，但干旱強度將低于1934年、1978年水平。目前，太湖地區(qū)處于一個干旱周期之中，2011年1—5月旱情十分嚴重，然而太湖地區(qū)的氣象干旱在梅雨季節(jié)到來后得到了一定程度的緩解，但是降雨減少的大趨勢沒有改變。太湖地區(qū)2012年氣候與2010年類似，即春季降雨比歷年正常偏多，夏、秋兩季降雨偏少。

b.嚴重干旱災害的暴發(fā)具有特定的氣候背景。干旱災害的發(fā)生有規(guī)律可循，大范圍、持續(xù)時間長的嚴重干旱都是在特定的氣候背景條件以及大氣環(huán)流異常情況下發(fā)生的。并且當太陽黑子的峰值年遇到東太平洋出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象時，太湖地區(qū)易發(fā)生較大旱情。

表4 無錫(站)2009—2011年1—12月降雨量統(tǒng)計 mm

c.筆者提出的太湖地區(qū)暖冬影響下干旱—濕潤周期和78 a(34 a+44 a)嚴重旱災韻律周期，打破了降雨年際變化無規(guī)律可循的思維定式。雖然這些成果尚不能解釋所有的干旱災害難題，但是期望能對太湖地區(qū)干旱災害成因與預測研究作出有益的貢獻。

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