第2 2卷 第4期 地球物理学进展 Vo1.22 No.4 Aug. 2007 2007年8月(页码:1380 ̄1385) PR0GRESS IN GE0PHYSICS 中国异常增暖来年江淮流域易发生大洪水 陈菊英, 程华琼, 王 威 (中国气象科学研究院国家重点实验室,北京100081) 摘 要 在l987年以来全球气温明显增高的同时,中国气温也显著增高,1997年达到了峰值,2006年又出现了次峰 值.为搞清异常增暖对中国旱涝等灾害的发生可能带来的影响,本文重点统计分析了中国年平均气温对全球年平均 气温的响应关系,并分析研究了1951 ̄2006年期间q-国月年平均气温的年际变化特征和汛期主要多雨带类型及发生 严重洪涝区域之间的对应关系.结果发现:(1)3个中国年平均气温异常偏高但8月气温不高的来年汛期主要多雨带 和严重洪涝区域都发生在淮河流域(3/3);(2)5个年平均气温偏高且8月气温也明显偏高的来年汛期长江流域发生 了大洪水和严重洪涝(5/5),特别是其中2个8月气温特高的来年(1954、1998年)汛期长江流域发生了特大洪水和严 重洪涝(2/2).对这个前兆强信号的发现和揭示,不但证明了全球和中国异常增暖对来年中国汛期水旱灾害的重大影 响,也对准确预测中国汛期主要多雨带分布类型和江淮流域的大洪水和特大洪水有特别重要的应用价值. 关键词全球和中国,异常增暖,前兆强信号,长江流域,淮河流域,特大暴雨洪水 P45 文献标识码 A 文章编号 1004 2903(2007)04—1380—06 中图分类号The Chinese abnormal warming is important predictive sign of occurring torrential of rain and heavy floods in the yangtze river valley or the huai river bison in next summer CHEN Ju ying,CHENG Hua—qiong,WANG Wei (National Key Laboratory o/Severe Weather(LaSW),ChineseAcademy ofMeteorological Science,Beding 100081,China) Abstract With the global warming from 1 9 87,the temperature in China also is rising and reaches a most maximum in 1997 and second maximum in 2006.In order to understand impact of global warming and Chinese abnormal warming to flood or drought of China in next year,in this paper,we mainly statistics and analyses the features of annual and monthly variability of temperature in China and the main patterns of summer(JJA)precipitation and floods/droughts during the period of 1951 to 2006.The results are:(1)In the next summers of the three years in which annual tern— perature is abnormally high and the temperature in August is not high in China,the mainly rainy bands and the re— gions of heavy floods were both in the Huai River Valley(3/3);(2)In the next summers of the five years in which temperature in August is abnormal high and the annual temperature in China is also above normal(partial high),the mainly rainy bands and the mainly regions of heavy floods were both in the Yangtze River Valley(5/5).In the two years of the five years mentioned above,which the temperature is most high in August,the mainly rainy bands and torrential rain and heavy floods were both in the Yangtze River Valley(2/2). This strong temperature sign,discovered in this paper,reflect the important impact of temperature on main rainy bands in rainy season and regions of heavy floods in China.And it is valuable on accurate prediction of main rainy bands in China and torrential Rain and heavy floods in the Yangtze River valley,the southern area of the Yangtze Riv— er and Huai River valley in next rainy season;it is also valuable on flood control and disaster reduction. Keywords globally and China,abnormal warm up,a strong indicative sign of future prospects,the Yangtze River valley,the Huai River bison,torrentia1 of rain and flood 收稿日期 2007—04—10; 修回日期2007—06—20. 作者简介 陈菊英,中国气象科学研究院研究员,主要从事气候变化、灾害性气候事件的成因与预测理论和预测技术方法研究.(E mail maqcjy@tom.corn) 维普资讯 http://www.cqvip.com
4期 陈菊英,等:中国异常增暖来年江淮流域易发生大洪水 0 引 言 多年来在学术界对全球增暖的主因一直存在争 议,争议的焦点是全球增暖的主要原因是由人类活 动引起的二氧化碳增加所致,还是大自然自身周期 变化规律所致?目前还没有得到共识,还需要有更 长时间的观测事实和研究结果来证明.但20世纪 40年代的增暖和1987年以来全球显著增暖是当今 世界不为争议的观测事实[1 ].同样,对全球增暖可 能给各国带来的后果认知也不尽相同,因为全球气 温增高对各区域降水的影响关系是非常复杂的,全 球增暖后的洪水干旱的时空分布特征仍然比较复 杂,不过全球增暖后的灾害性天气气候事件和由此 诱发的干旱洪水和地质灾害在全球很多区域频繁发 生,这是大家有目共睹的事实,区域气温变化对区域 的水旱和气候的影响也有一些研究 ].以前对洪 水和干旱的影响因子的研究比较注重大气环流和海 洋方面的物理因子 .在应用研究方面就重视大 气系统、海洋、降水和天文等物理因子的综合研 究[1 .但在全球增暖的大背景下,近20年来中国 汛期的主要多雨带类型也比较复杂多样,20世纪90 年代长江流域及其以南地区频繁地发生多雨洪涝事 件.进入新世纪以来长江流域又以少雨干旱为主要 趋势,汛期主要多雨带和主要洪涝区域经常出现在 淮河流域,2000年以来的淮河流域发生大洪水的概 率就高达43 ,比其气候概率偏高近两倍.近年来 我们又在月亮运动的年际变化对长江及江南降水的 影响研究中找到了密切关系[2 .那么全球增暖和中 国气温增高对中国汛期主要多雨带类型l2。 和强 暴雨洪涝及其诱发的地质灾害的落区到底有多大影 响和什么影响关系?这是大家共同关注的问题,但 在这方面的研究成果却比较少见.为了搞清全球和 中国增暖给中国降水造成的影响到底有多大,本文 对1951~2003年的全球观测气温与中国气温进行 了统计分析,结果证明中国年平均气温与全球年平 均气温的年际变化趋势基本一致,53年相关系数达 到0.819.所以本文就对中国气温与汛期主要多雨 带类型和严重洪涝区域的对应关系进行了重点研究 和对比分析.研究结果表明,20世纪90年代以来汛 期主要多雨带类型和长江流域淮河流域发生的严重 洪涝事件和大洪水与前一年中国年平均气温和8月 平均气温异常增高有关(详见正文).这些重要关系 对汛期主要多雨带类型和严重洪涝的落区的准确预 测有重要应用价值,对我国防洪减灾和维持社会持 续和谐发展也有重要意义.为了衷心祝贺中国地球 物理学会成立60周年,作者将这很有理论意义和应 用价值的最新研究成果奉献给《中国地球物理进 展》. 1 全球增暖大背景下的中国气温年变化特征 在全球气温持续偏暖的大背景下,中国气温变化 特征及其与全球气温变化的具体关系是本文研究的 内容之一.我们用来自中国国家气候中心常用的160 个站点观测到的气温平均值代表中国气温,由160个 站点观测到的月平均气温的平均值代表中国月平均 气温,再由12个月的平均气温代表中国年平均气温 (下同).统计结果表明,近53年(1951 ̄2003年)全球 平均年平均气温(Grra)与中国年平均气温(CTa)的年 际变化趋势比较一致,GTa与CTa的53年相关系数 达到0.819.全球平均气温从1987年以来持续明显偏 高,中国年平均气温也从1987年以来持续偏高. 中国月年平均气温的年际变化特征由图1可 见,在1951~2006年期间,按照世界气象组织 (wMO)的规定,把近30年(1971~2000年)平均值 作为气候值,中国160站平均的年平均气温的30年 平均值(气候)为12.6。C.前面36年(1951~1986 年)平均的中国年平均气温(160站平均)为12.3℃, 比气候值平均偏低0.3。C,近20年(1987 ̄2006年) 平均的中国年平均气温(160站平均)为13.0℃,比 气候值平均偏高0.4。C,中国近20年的年平均气温 比前36年的年平气温平均偏高0.7℃.1986年以 前,中国只有1953、1961年的年平均气温分别比气 候平均气温偏高0.1。C和0.2。C,其余34年的中国 年平均气温均正常和偏低,在11.7℃~12.6。C之间 变化;1987以来,中国只有1992、1993、1996年的年 平均气温分别比气候平均气温偏低0.1。C、0.2℃和 0.1。C,1988年与气候值接近,其余16年的中国年 平均气温均偏高,在12.7℃~13.7℃之间变化. 由图2可见,中国8月平均气温的年际变化与 年平均气温的年际变化特征有很大区别,在近20年 来的年平均气温持续偏高,但8月平均气温多数接 近常年.1951年以来,只有5年(1953、1967、1994、 1997、2006年)异常偏高. 维普资讯 http://www.cqvip.com
地球物理学进展 22卷 l ^ 。l^ 八^入八^ 1 ’ ̄/i v vVV叫 ~ 图1 1951~2006中国(160站平均)年平均气温 图2 1951 ̄2006中国(16O站平均)8月平均 的年际变化曲线图 Fig.1 The annual mean temperature curve of China from 1951 to 2006 气温的年际变化曲线图 Fig.2 The curve of mean temperature in August of China from 1951 to 2006 表1 1951 ̄2006年中国汛期(6~8月)主要多雨带的8个类型及其所代表的年份 Table 1 The mainly 8 patterns of rainy bands in flood season(JJA)of China and the years of every patterns during 1951 2006 有两支多雨带的雨型有1O年,气候概率是18 .表 汛期主要 2 中国气温异常偏高的来年汛期主要多雨 1给出了历年汛期主要多雨带的分布类型,多雨带类型的命名大致说明了主要多雨带中心位置 和洪涝发生的主要区域. 多雨型 带类型和洪涝分布特征 2.1 1951-'-2006年中国汛期主要雨型和洪涝分布 2.2 中国年平均气温异常偏高年的次年汛期主要 特征 由文献[1 ” 可知,按照6--8月主要多雨带的位 由图1和表1看见,中国年平均气温在13.O'C以 置来命名的中国汛期雨型可以分成8类,如表1所 上的异常偏暖年有11个:1990、1994、1997~1999、 示.在近56年(1951 ̄2006年)中,汛期主要雨带在 2001--2006年,这11个异常偏暖年都出现在最近17 江南和华南的雨带类型有8年,其气候概率为14 , 年之中,其来年汛期雨型是:1991年(2型)、1995年 汛期主要雨带在长江流域的、在东北的、在西北的雨 (3型)、1998年(3型)、1999年(2型)、2000年(4型)、 型都是6年,其气候概率都是11 ,汛期在长江流 2002年(2型)、2003年(4型)、2004年(3型)、2005年 域与北方有两支多雨带的雨型有8年,气候概率有 (4型)、2OO6年(7型),lO年中有3年是长江型、有3 15 ,主要多雨带在淮河流域的雨型有9年,气候概 年是长江和北方两支型、有3年是淮河型,只有2006 率有16 ,主要多雨带在淮河流域并伸向海河流域 年是华南和北方两支型.表2给出了4个年平均气温 的雨型只有3年,气候概率只有5 ,在北方与华南 在13.4℃以上的特暖年次年汛期主要多雨带类型和 维普资讯 http://www.cqvip.com
4期 陈菊英,等:中国异常增暖来年江淮流域易发生大洪水 1383 发生严重洪涝的省区,其中年平均气温最高年的当年 要多雨带和严重洪涝区域都在淮河流域台,如图3所 (1998年)和次年(1999年)长江流域都发生了特大洪 示.水和大洪水,其余3个次高年的来年汛期(6~8月)主 表2 1951 ̄2006年期间中国年平均气温异常偏高(≥13.4℃)年的次年汛期(6~8月) 主要多雨带类型和严重洪涝区域 Table 2 The mainly rainy bands patterns and heavy floods regions in flood season(JJA)in the next years of the years that annual average temperature abnormal high((313.4℃))during 1951 ̄2006 表3 1951 ̄2006年期间中国8月平均气温异常偏高(≥24.6 ̄C)年的 次年汛期(6~8月)主要多雨带类型和主要洪涝区域 Table 3 The mainly rainy bands patterns and heavy floods regions in flood season(JJA)in the next years of the years that average temperature in August abnormal high((324.6℃))during 1951 ̄2006 由此可见,中国年平均气温比常年同期偏高年 (Ta≥12.7 C)的来年汛期在长江流域或淮河流域易 发生严重洪涝(9/10),其中年平均气温异常偏高年 (Ta≥13.4。C)的来年汛期主要多雨带在淮河流域的 概率为75 (3/4). 2.3中国汛期发生特大暴雨洪水的前兆强信号 在大量的统计和分析研究中发现,汛期主要多 雨带类型不仅受到上一年的年平均气温的重要影 响,而且8月平均气温的异常偏高(Ta≥24.6。C)也 是次年汛期有大洪水发生的强信号. 由表3可见,在上一年8月平均气温异常偏高 的4年中,有3年汛期主要多雨带为长江和北方两 支型(75 ),1年为南方型. 降水量距平百分率合成分布图 Fig.3 The distribution chart of composition precipitation per- centage( )for three summer(JJA)of 2000 and 2003 and 2005 维普资讯 http://www.cqvip.com
地球物理学进展 22卷 发生严重洪涝(4/4); (2)中国8月平均气温异常偏高(T8≥24.6。C) 的来年汛期长江流域及江南与北方有流域性大洪水 和严重洪涝灾害发生(3/4); (3)中国年平均气温异常偏高(Ta≥13.4。C)但 8月气温不高(T8≤23.9℃)的来年(2000、2003 2005年)汛期主要多雨带(如图3所示)和严重洪涝 图4 1954、1998年汛期(6~8月) 降水量距平百分率合成分布图 Fig.4 The distribution chart of composition precipitati— on percentage(%)for tWO sutilmer(JJA)of 1954 and 1998 在1951~2006年期间,由表1至表3和图1至 图2可见,在中国年平均气温偏高(Ta≥12.7。C)且 8月平均气温明显偏高(T8≥24.3℃)的年份有6个 (1953、1990、1994、1997、1998、2006年),次年是 1954、1991、1995、1998、1999、2007年,前5年的观测 事实表明在江淮流域都发生了严重洪涝(5/5),其中 8月异常偏暖的3年的次年是1954、1998、2007年, 由表3和图4可见,1954年和1998年在长江流域都 发生了特大洪水,在北方(1954年在海河流域,1998 年在松嫩江)也有流域性特大洪水发生.即这两个前 兆因子同时出现是来年长江和北方有流域性特大洪 水和严重洪涝及地质灾害发生的强信号. 2007年的这两个前兆因子都很强,2007年汛 期将会给江淮流域带来怎样大的洪水和地质灾害? 真让人不得不担心,其结果将由即将到来的观测事 实来说明. 作者在此把最新的有重要理论和应用价值的创 新研究成果提供给本刊公开发表,一方面是表示对 中国地球物理学会成立6o周年及其在这6o年中对 地球物理学科与人民做出的丰功伟绩表示衷心祝 贺!同时也为了大家能够加强防洪减灾意识,多学 科齐心协作,为我们祖国的持续和谐发展做出新贡 献1 3 结 论 (1)中国年平均气温比常年同期异常偏高(Ta≥ 13.4℃)年的来年汛期在长江流域或淮河流域容易 区域易发生在淮河流域(3/3); (4)中国年平均气温偏高(Ta≥12.7。C)且8月 也比较高(24.3。C≤T8≤24.6℃)的来年(1991、 1995、1999年)汛期长江流域容易发生大洪水和严重 洪涝(3/3); (5)年平均气温偏高(Ta≥l2.7 C)且8月气温 特高(T8≥24.7℃)的来年(1954、1998年)汛期长江 流域和北方(如图4所示)易发生特大洪水和严重洪 涝(2/2). 2006年的中国年平均气温和8月平均气温均异 常偏高,2007年要特别重视淮河流域和长江流域的 防洪减灾和对付强暴雨洪水及其诱发的地质灾害. 参 考文 献(References): [1] 涂长望.关于二十世纪气候变暖的问题,人民日报,1961年1 月6日. Tu C W.About Climate Warming Problem of the 20th Centu— ry,People’s Daily(in Chinese),January 6,1961.  ̄23 Jones P D,Moberg A.Hemispheric and large—scale surface air temperature variations:An extensive revision and an update to 2001 EJ].J.Climate 2003,16:2064223. E33陈菊英.华北平原冬春冷暖和夏季旱涝 ̄J3.气象,1975,12:9 ~¨. Chen J Y.Impact of Cold and Warm in Winter(DJF)and Spring(AM)On Flood/Drought in Summer(JJA)of North ChinaEJJ.Meteorology,1975,12:9~11. E4]林学椿,于淑秋.北京地区气温的年代际变化和热岛效应EJ]. 地球物理学报,2005,48(1):39~45. Lin X C.Yu S Q.Interdecadal changes of temperature in the Beijing region and its heat island effect[J].Chinese J.Geo— phys.(in Chinese),2005,48(1):39~45 E53 马柱国.我国北方干湿演变规律及其与区域增暖的可能联系 EJ].地球物理学报,2005,48(5):1011~1018. Ma Z G.Dry/wet variation and its relationship with regional warming in arid—regions of northern ChinaEJ].Chinese J.Geo— phys.(in Chinese),2005,48(5):1011~1018. [6]涂长望.冬亚大气活动中心与我国水旱之关系[J].气象,1935. Tu C W.The Correlation—ship of Atmospheric Active Centre and Fl【)()d/Drought in ChinaEJJ.Meteorology,1 935. [7] 廖清海,陶诗言,王会军.东亚地区夏季7~8月大气环流季节 演变异常的内部动力学过程[J].地球物理学报,2006,49 (1):28~36. Liao Q H,Tao S Y,Wang H J.Internal dynamics related to anoma】ies of seasonal evo】utiOn of Summer circu】atiOns in Ea st 维普资讯 http://www.cqvip.com
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