2021年汉江秋汛异常水雨情特征及风险管理机制探讨

柯怡明，孙学军，孙元，吴翠红，田刚，刘敏，郭广芬

(长江流域气象中心，武汉430074)

引 言

作为长江最大支流，汉江流经陕西、湖北两省，其流域涉及鄂、陕、豫、川、渝、甘6省市，全长1 577 km，全流域面积约15.9 万km2；该流域地处我国中纬度腹心地带，人口稠密，经济发达，在全国总体发展战略布局中具有显著的区位和产业优势。然而，汉江流域处于气候变化脆弱地带，影响其全年降水量的环流因子较多，其降水量年际变化较大、年内分配不均，使得汉江成为长江各大支流中流量变化最大的河流，从而造成该流域旱涝灾害多发。同时，汉江又是一条雨洪河流，丹江口水库上游的承雨面积近10万km2，具有汇流快的突出特点，从而决定了汉江洪水来得快、涨得快(孙又欣等，2011)。上述不利因素决定了对该流域开展降水气候预测和保障气象服务难度很大。

2021 年，华西秋雨较常年偏早，自8 月中下旬开始，汉江流域遭遇多轮强降雨，出现明显秋汛，丹江口水库发生7 次10 000 m3·s-1以上量级入库洪水过程，3次洪水入库洪峰均超20 000 m3·s-1，最大入库洪峰达到24 900 m3·s-1，为2011 年以来最大，其重现期超过20 a 一遇。汉江中游的白河发生特大洪水，鸭河口水库入库洪峰超历史极值，致使汉江汛情严峻，其上下游和左右岸地区纷纷告急，给沿岸人民群众生命财产安全带来严重威胁。因此，及时对2021年汉江秋汛天气气候特点及气象保障服务进行复盘总结具有重要的现实意义。以往国内气象工作者曾对汉江秋汛期天气和洪水过程有过研究，但主要集中在气象水文特征、大气环流特征、气候特征、洪水特性等方面(刘明宽等，1997；崔讲学等，2007；蔡新玲等，2013；肖莺等，2013；李玉荣等，2017；邢雯慧等，2019)，而对如何做好秋汛期气象保障服务工作则缺乏总结性探讨。本文通过对2021 年汉江异常秋汛水雨情特征的总结及气象保障服务过程的回顾，指出汉江秋汛期气象保障服务工作中存在的若干问题，并着重对其相关风险管理机制进行了探讨，期望能为今后不断提高汉江秋汛气象保障服务质量和效率提供科学依据。

1 2021年汉江异常秋汛特征与服务过程

1.1 汉江异常秋汛水雨情特征

2021 年汉江秋汛期始于8 月21 日，到10 月16 日结束，具有如下雨情特征。

(1)秋汛早，持续时间长。始于8 月21 日的秋汛，较常年偏早19 d，持续近60 d。此期间共出现4 个集中降水期(即8 月21 日—9 月6 日、9 月15—19 日、9 月22—28日、10月3—6日)和9次较强降雨过程。其中，8月21日—9月6日降雨持续时间最长，期间出现5次较强降雨过程，有9 d日面雨量大于10 mm。

(2)雨量大，突破历史记录。从2021 年8 月20 日—10 月16 日秋汛期汉江流域累计降水量及其距平百分率分布图上可见(图1)，该流域平均降雨量达421.7 mm，较常年同期偏多1.3倍，排位居历史同期第1。其中，上游(安康至丹江口区间)、中游(丹江口至皇庄区间)秋汛期总雨量分别为达593.3 mm和286.1 mm，分别较常年同期偏多1.7倍和8成，上游秋汛期总雨量位居历史同期第1。当年该流域秋汛期共出现暴雨120站次、大暴雨15站次，其中，勉县、镇安、城固国家气象观测站日降水量均突破该站有水文气象记录以来日雨量极值。

图1 2021年8月20日—10月16日秋汛期汉江流域累计降水量(a，单位:mm)及其距平百分率(b，单位:%)分布Fig.1 Spatial distributions of(a)accumulated precipitation(unit:mm)and(b)its anomaly(unit:%)in the Hanjiang River Basin from 20 August to 16 October in 2021

(3) 雨区重叠，致洪风险大。2021 年汉江秋汛期发生的9次降雨过程中，有7次过程出现在汉江上游，其中就包括9 月3—5 日、17—19 日、23—27 日的强降雨过程，其累计面雨量分别达到76.3 mm、87.5 mm 和104.8 mm，降水集中汇入丹江口水库，快速形成洪峰，造成较高致洪风险。

另外，从2021 年汉江秋汛期的汛情与灾情看，其特征也较为明显:(1)上游来水量大。因其上游来水量大，造成丹江口水库秋汛期累计来水量约340×108m3，较常年同期偏多约4倍，突破1969年丹江口建库以来秋汛期累计来水量历史极值，入库流量超10 000 m3·s-1的过程多达7次(图2)，9月29日03时(北京时，下同)丹江口水库出现自2011年大坝加高以来最大入库流量，达24 900 m3·s-1，自10月10日开始维持建库以来最高运行水位，持续约20 天。(2)中下游汛情严峻。由于汉江全流域出现较大降水，加上上游来水较多，致使其中下游汛情严峻。特别是汉江中游支流唐白河发生了较大涨水过程，南阳鸭河口水库出现了超历史特大洪水，9月25日入库洪峰流量达到18 200 m3·s-1，最高库水位达到179.91 m，超出设计洪水位0.07 m。此外，8月31日—9月13日、9月26日—10月5日汉江中下游干流还发生了2 次超警洪水过程，超警最大幅度在0.29～1.56 m。

图2 2021年8月1日—10月18日丹江口水库入库、出库流量(单位:m3·s-1)时间变化图(来源汉江集团水库调度中心)Fig.2 Temporal variations of inbound and outbound flow(unit:m3·s-1)at the Danjiangkou Reservoir from 1 August to 18 October in 2021(adapted from the Reservoir control center of Hanjiang group)

1.2 气象服务过程与水雨情变化的关系

针对2021年汉江秋汛期天气，长江流域气象中心在不同时段，根据防汛形势和服务需求，开展了多种形式的气象保障服务(图3)。在服务过程中，通过采取如下措施来妥善处理气象服务过程与水雨情变化的关系。

图3 2021年8月1日—10月18日汉江流域面雨量(单位:mm)时间变化及主要服务过程Fig.3 Temporal variations of areal precipitation(unit:mm)over the Hanjiang River Basin and the major meteorological support service processes from 1 August to 18 October in 2021

(1)尽早研判，引导流域防汛提前部署。8月中旬组织召开了秋汛气候趋势联合会商，发布《汉江流域和湖北省秋汛期气候趋势预测》，提出汉江流域可能发生较为严重的秋汛。为应对2021 年秋汛期可能出现的重大灾害性天气过程及其对国民经济和相关行业造成的影响，长江流域气象中心将面向各级党委政府和重要企事业单位的决策气象服务作为气象保障服务的重中之重。8 月20 日—9 月30 日期间，面向湖北省委、省政府、长江水利委员会(以下简称长江委)、三峡集团以及流域各省市气象局，密集发布《长江流域重要气象报告》7期，提前准确预报出每次降雨过程的量级与落区。湖北省政府领导均做出批示和指示，并专题召开汉江防汛部署工作会议，有力地支撑了各级政府部门提前应对和及时防范。9月8日向汉江集团提供《汉江流域1983 年和2021 年秋季气候背景对比分析》报告，指出2021年10月上中旬出现类似1983年的极端降水可能性不大，为丹江口水库安全渡秋汛、首次成功蓄水到170 m提供了科学依据。

(2)准确预报，促进防灾避灾有效应对。8月21日汉江秋汛开始，8月22日汉江流域出现入汛后的第一个面雨量超过35 mm的峰值，长江流域气象中心启动长江防汛应急响应，并一直维持到10月9日。其间长江流域气象中心通过制作加密长江流域应急专题气象服务材料，加强对长江委、三峡集团、汉江集团等部门和单位的跟踪服务，滚动发布《长江流域天气公报》《长江防汛抗旱应急专题气象服务》等服务材料189期。特别是在汉江上游安康段、中游唐白河支流突发超历史洪水期间，该中心及时为长江委水文局提供了准确的中小流域面雨量短时临近预报。根据天气形势变化，长江流域气象中心针对强降雨过程，先后组织10 次远程视频会商，分别与三峡集团、汉江集团以及四川等省(市)气象部门共同分析研判流域天气趋势，并保持每日与长江委、汉江集团、三峡集团梯调中心电话会商，特别是指导十堰市气象局开展鄂坪水库险情处置气象保障服务，圆满完成保障任务。

(3)上下联动，确保气象服务及时高效。8月28日汉江流域出现入汛后的第二个面雨量超过35 mm 的峰值，8月29日丹江口水库入库流量23 400 m3·s-1，在2021 年汉江防汛最吃紧的关键时刻，9 月2 日下午中国气象局副局长余勇与湖北省副省长柯俊及时视频连线，同中央气象台及相关省市气象台共商汉江流域雨情水情，指导汉江防汛。国家气象中心、国家气候中心针对秋汛期每次强降水过程及汉江秋汛趋势给予及时、有效指导，长江流域气象中心每天将流域预报产品发送到相关各省气象台站，为确保气象服务及时高效提供了强大技术合力与支撑。鄂坪水库发生险情后，长江流域气象中心加强对下业务技术指导，选派业务骨干赴水利厅及相关市州气象局进行气象预报指导和现场服务。

(4)科技支撑，助力防洪科学调度。2021年汉江秋汛气象保障服务中，有关气象科学研究成果发挥了重要作用。如，以水文气象科研成果为支撑，提前预判长江上游和汉江上游洪水叠加风险，将其及时向长江委、三峡集团以及湖北省防汛抗旱指挥部通报，为长江上游和汉江上游拦洪削峰错峰水利调度提供了重要决策依据，有效降低了汉江中下游干流河道水位1.5～3.5 m，缩短汉江中下游超警天数8～14 d，避免了丹江口以下河段超保证水位和杜家台蓄滞洪区分洪运用。

(5) 统筹谋划，兼顾防洪与水资源利用。2021 年汉江秋汛期气象保障服务，重点关注的是汉江流域降雨过程预报，同时着眼于丹江口水库汛后的蓄水需求，做好延伸期重要天气过程与气候趋势预测，为长江委实施水库调度提供全方位气象服务，以此确保丹江口水库汛后水位蓄至170 m，从而实现汉江秋汛防御与汛后蓄水两不误，为保障南水北调中线工程和汉江中下游供水提供科学依据。

2 风险管理机制

2.1 存在的问题

在2021年汉江秋汛气象保障服务工作中，长江流域气象中心按照国家和省防汛指挥部门的决策需求和抢险救援现场处置工作的需要，及时提供保障服务，成效显著；但与国家和省防汛指挥部门以及社会公众对气象保障服务的要求相比，仍然存在一些有待改进或完善的问题，主要包括：

(1)部门联防联控机制有待完善。目前，气象部门与相关部门水、雨情信息共享较为有限，气象部门获取水文信息主要通过互联网等公开渠道抓取，因数据量有限，从而一定程度上影响到了汉江秋汛气象保障服务的质量或效率。从2021 年汉江秋汛气象保障服务工作实践看到，气象和水文部门在资源共享、服务联动等方面，相关工作机制尚不完善，两部门技术合作深度和层级还不能满足政府部门和有关行业对气象保障服务的需求，进一步厘清气象、水文部门的服务责任边界刻不容缓。

(2)监测共享水平有待提升。一方面，气象监测站点一般按照乡镇行政区域设置，并未按照汉江流域气象服务需求在江河沿岸布设，因此造成气象监测站点难以满足精细化面雨量预报需求；另一方面，气象部门对水文气象资料的共享程度还不能完全满足不断发展的气象预报业务服务的需求，尤其是跨省管理的流域，亟需实现水文、气象信息跨省共享，如气象部门缺乏跨省流域边界、水库汇水区边界等信息，必然会影响面雨量预报的准确率。

(3) 降水关键预测预报技术研发有待加强。从2021年汉江秋汛气象保障服务工作明显看到，因受制于降水关键预测预报技术不足，保障服务难以达到最好的效果。尤其是汉江上游处于东亚季风边缘区，东亚季风气候系统对该地区降水影响较大，其同时又受中高纬度西风带环流影响，降水形成的机理非常复杂，为了给汉江秋汛气象保障服务提供强有力的技术支撑，迫切需要进一步加强汉江流域降水异常的预测预报机理以及流域精细化格点、面雨量预测预报技术研究。

(4)气象风险预警支撑技术尚待加强。在2021年汉江秋汛气象保障服务工作中，由于气象风险预警支撑技术不够先进，进而影响到秋汛气象保障服务效果。其主要原因在于气象与水文信息的融合度不高，面向防洪调度的产品供给不足，造成对雨洪产生机制、致灾临界雨量计算、风险等级评估等工作跟不上，难以提供更加直观可靠的水文调度气象辅助决策产品。

(5)汉江流域预报服务平台支撑能力有限。迄今，汉江流域各省气象部门还未建成全流域信息共享预报服务业务平台，不仅各省各地服务产品规范不一，且缺乏有效的防洪决策支持系统或洪水预报系统，使得对秋汛气象保障服务(特别是对各省中小流域、水库个性化服务)的支撑能力跟不上。

2.2 风险管理机制的完善或优化

针对2021 年汉江秋汛气象保障服务工作中存在的若干问题，结合多种服务类型和采取了主要服务措施，提出今后不断提高汉江秋汛气象保障服务质量和效率的风险管理机制。

(1)建立健全汉江流域防汛减灾联防机制。汉江流域防汛减灾联防机制是做好汉江秋汛气象保障服务的重要保证。但当前该机制尚不健全，需要进一步完善。为此，一方面，要在气象-水文数据共享共用、水旱灾害联防联动等方面，进一步深化与汉江流域防汛、水利、水文部门的合作，实现降水预报、洪水预报、防汛调度紧密衔接，构建灾前风险预估、灾中精细服务、灾后风险评估的气象服务全链条运作。此外，通过完善汉江流域气象部门联合会商和区域联防联动机制，建立流域内上下游、左右岸内部“叫应”服务标准和工作流程，提升跨行政区域灾害联防效率。构建集约高效的汉江流域综合业务共享平台，实时共享流域内多源气象观测资料，河流水库水文信息，流域面雨量实况和预报，延伸期预报，关键期/季、月预测等数据，实现流域各省气象重点服务产品的汇集与共享，加强基于水文气象耦合、中小河流域动态临界面雨量阈值的气象风险预警等核心技术的共享应用。组建流域级水文气象创新团队，聚焦流域气象服务一体化，联合开展流域气象关键技术研发及项目申报。开展局企科研项目合作申报与实施，加强汉江流域降水异常机理研究，加大气象气候模式产品本地化应用与检验，推进关键预测预报技术研发。建立有效的人才培养与交流机制，流域内各单位互派水文气象人员开展业务学术交流、学习培训等。

(2)提升汉江流域降水和洪水监测预报能力。汉江秋汛气象保障服务质量的提升，在很大程度上依赖于汉江流域降水和洪水监测预报能力的提升。特别是当前汉江流域短期洪水预报虽然较为准确，可为水库调度及流域防洪调度提供重要的决策支撑信息，但其中长期预报仍存在较大误差，短期入库洪峰流量及现峰时间预报也难以满足精细化调度的需求(尚全民等，2018)。因此，提升其降水和洪水监测预报能力的重点包括:研发基于多源观测资料的分钟级格点降水融合产品，开展基于高分遥感数据的水体面积监测、流域洪涝、水环境等遥感监测资料共享；开展流域降水形成机理及天气形势研究；研发无缝隙流域降水预报关键技术；开展流域智能网格订正技术及降水检验分析；开展气候预测客观化方法研究；开展流域及支流分级洪水风险预报及评估研究。

(3) 提升汉江流域水旱灾害防御气象服务能力。汉江秋汛气象保障服务不仅要聚集在强降水和洪水的预报服务上，还要向水旱灾害防御气象服务聚焦。这方面所要做的工作主要包括两个方面:一是提高气象预报在水文调度中的应用时效，加强水文-气象预报相互结合印证，不断提高预报的精细化水平，实现降水预报与水文预报在预报区域、预报时效上的匹配，从而便于制作中小流域致洪降水预报，为流域各大水库开展精细化综合调度与分析提供技术支撑；二是开展气象预报在水文预报中的可用性分析，尽量提高气象预报在水库调度中的可用时效和实用精度，为水库提前调度实现雨洪资源充分利用提供技术支撑。

(4)提升汉江流域气象风险管理能力。做好汉江秋汛气象保障服务，离不开汉江流域气象风险管理能力的提升。为此，要以第一次全国自然灾害综合风险普查为契机，获取流域孕灾环境、承灾体数据，研究确定中小河流洪水、山洪等致灾阈值，编制汉江流域洪涝风险区划图，以便于各级防汛指挥部门指挥调度。

3 结束语

本文基于对当年汉江异常秋汛水雨情特征的总结及其气象保障服务过程的回顾，指出当年汉江秋汛气象保障服务工作中存在的若干问题，探讨了其中的若干风险管理机制，期望能为今后不断提高汉江秋汛气象保障服务质量和效率提供科学依据。值此国务院新近印发《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》并要求加快推进气象现代化建设，努力构建科技领先、监测精密、预报精准、服务精细、人民满意的现代气象体系之际，及时总结2021年汉江秋汛期气象保障服务工作经验并着眼存在问题进行风险管理机制探讨具有重要意义:一方面，通过总结，可以进一步了解汉江秋汛期天气发生发展演变规律，认识致洪天气形成的物理本质和原因(赵玉春和王仁乔，2008)；另一方面，可从总结中提炼出强降水短期预报、延伸期预报以及流域面雨量预报的思路和着眼点，为更好地做好该流域秋汛期强降水和大洪水风险管控提供技术支撑；同时，还可加深预报员对汉江秋汛期各种天气的理解，促使其业务素质和服务技能不断提升。这也正是本文的目的所在。