時間： 2002年5月16日 09:01 來源：《災害學》2000-3
放大 縮小 打印
摘 要:根據歷史洪水和現有研究,比較系統地分析了各種洪水前兆,可以為洪水預報提供壹定的理論依據,同時指出,為了提高預報精度,必須對洪水前兆進行綜合分析,去偽存真,最終達到防洪減災的目的。
主題詞:洪水前兆;洪水預報;前兆異常
中圖分類號:P338+.6 文獻標識碼:A 文章編號:1000-811X(2000)01-00210-06
洪水預報,尤其是長期和超長期的洪水預報是壹個長期令人困惑的難題。這裏壹個重要的原因是洪水發生前的征候或跡象即洪水前兆難以認識和掌握。事實上,和地震發生前具有前兆壹樣,洪水發生前也會出現壹些明顯的前兆。這些前兆包括洪水形成的影響因素,以及有關的現象。由於它們的出現預示著壹個地區將來可能發生洪水,因而都是洪水的前兆信息,對洪水預報具有重要的指示作用〔1〕。為此,本文擬根據歷史洪水和現有分析,對洪水前兆作壹初步研究,以供商榷。
1 洪水前兆
1.1 太陽黑子活動
太陽黑子活動具有11a的周期變化,而某些流域的洪水與太陽黑子活動具有明顯的對應關系。為了分析這種關系,把長江漢口站113a的年最高洪水位按太陽黑子活動11a周期位相進行排列,得到該站年最高洪水位超過警戒水位(26.30m)的各位相的次數(表1)。從表1中可以看到,該站超過警戒水位的年份主要集中在太陽黑子活動的峰年(M年)和谷年(m年)及其前後。為了進壹步分析這種關系,把漢口站按11a周期位相排列的平均年最高洪水位繪成圖1(其中=(H-1+2H0+H+1)/4,可以更清楚地看到,與太陽黑子活動關系密切。太陽黑子活動還有22a的磁周期變化,這種變化與11a周期的谷年是壹壹對應的。1998年符合這種對應關系,因此這壹年長江流域發生了特大的洪水〔2〕。由此可知,太陽黑子活動的峰谷年變化是長江流域重要的洪水前兆。
1.2 太陽質子耀斑
太陽質子耀斑是壹種能輻射高能質子的耀斑,它通過擾動地磁,使極渦南移和西太平洋副高西伸北移,最終導致某些流域的汛期洪水〔3〕。統計表明,約有81.3%的質子耀斑(峰值質子流量≥100pfu)事件發生後的第壹個月內,長江中下遊地區雨量明顯增加,容易出現洪水。1991年春夏之交,日面上連續兩次出現了太陽質子耀斑。第壹次出現在5月13～18日,***3個;第二次出現在5月29日～6月15日,***7個,其中6個質子耀斑的射電爆發峰值流量都大於14000sfu,為非爆發時的30倍以上。在這兩次質子耀斑事件後的27天和30天,太湖、淮河流域出現了兩次特大暴雨過程,第壹次在6月9～17日,第二次在6月28日～7月13日,以致該區發生了嚴重的洪澇災害,直接經濟損失高達450億元。
圖1 漢口站年最高洪水位與太陽黑子活動的關系
1.3 日食
太陽輻射能在地球上呈現不均勻的緯向分布,使兩極成為低溫熱源,赤道成為高溫熱源,從而導致大氣環流的運行。日食與洪水具有壹定的關系,因為當日食發生時,地球上接受的太陽輻射減少,從而使大氣環流發生異常變化,以致出現洪水〔4〕。1900年以來,發生過兩次罕見的日全食。第壹次在1955年6月20日,當時惡劣的天氣使原先準備進行的科學考察工作全部停止;第二次在1973年6月30日,世界上許多地區都出現了異常天氣。利用日食對我國各大江河1981～1987年的洪水進行檢驗性預報,其預報成功率可達84.7%。
1.4 近日點交食年
在近日點,地球受太陽的吸引力最大,公轉速度最快,日月食在年頭、年尾出現,此種年份稱為近日點交食年〔5〕。壹方面在近日點交食年,日月引潮力引起近日點交食年潮汐,並引起厄爾尼諾現象,另壹方面在近日點地球接受的太陽輻射比在遠日點多7%,赤道暖流把吸收的熱量通過黑潮送至我國沿海,且暖流蒸發也較多,增強了太平洋副高的活動能量,進而影響我國水文氣象的異常變化,導致特大洪水發生。自1860年以來,長江特大洪水發生在近日點交食年的年份有1860、1870、1935、1945、1954和1991年,其中1954年和1870年的洪水為1860年以來的最大值和次大值。
1.5 超新星
超新星是比亮新星更為猛烈的天體爆發現象。當超新星輻射中光子能量較高部分的輻射穿越大氣層時,導致電離增強區域的高度較低,將在中國引起洪水,其時間將滯後數十年〔6〕。自公元1500年以來,有歷史記載和推測的超新星***出現過7次,根據中國近500a旱澇史料的研究表明,在這7次超新星爆發之後,我國都出現了嚴重的洪澇期,其ZZK指數均小於2.55,滯後的時間為25～40a不等。
1.6 天文周期
把黃道面四顆壹等恒星先後與太陽、地球運行成三點壹直線的四個天文奇點的太陽投影瞬時位相,看成壹種天文周期〔7〕。天文奇點出現時,地球受到的天體引潮力達到最大值,同時大氣環流也發生異常變化,從而導致洪水災害。研究證實,已知的天文周期與長江流域的旱澇有著較好的統計相關,相關率可達94%。
1.7 九星會聚
九星會聚指地球單獨處於太陽的壹側,其它行星都在太陽的另壹側,且最外兩顆行星的地心張角為最小的現象〔8〕。九星於冬半年會聚時,地球單獨位於太陽的壹側,太陽系質心處在與地球相反的方向,地球的公轉半徑必然加大。此種年份的夏半年,地球也運行到太陽的另壹側,而幾個巨行星(木星、土星、天王星和海王星)走得很慢,太陽系質心仍偏在太陽這壹側,使地球夏半年公轉半徑縮短。因此,在九星會聚中,地球的冬半年延長,夏半年縮短,以致北半球接受的太陽總輻射量減少。這就是九星會聚的力矩效應。這種效應累積若幹年,最終導致北半球氣候變冷的趨勢。相反,如果九星會聚發生在夏半年,那麽就會導致北半球氣候變暖的趨勢,產生各種氣象災害。近1000a以來,長江流域1153、1368、1870和1981年的特大洪水都處在九星會聚的前後階段;近500a以來,黃河流域發生過4次特大洪水,其年份是1482、1662、1761和1843年,其中除1761年以外,其它3次也都處在九星會聚的附近時期。
1.8 星際引力
在太陽、月球和各大行星對地球的引潮力中,月球的引潮力最大,太陽次之,木星再次〔9〕。雖然它們的引潮力數值很小,但當它們的方位出現沖合時,引潮力將增大,從而引起氣潮變化,激發異常天氣過程的形成和發展。統計表明,自1153年以來,長江中上遊出現過8次特大洪水(1153、1560、1788、1796、1860、1870、1896、1954年),除1560年以外,其余7次特大洪水均發生在木星處於沖合或其鄰近方位之時。尤其是1954年夏至前後,正值水星內伏,火星正退,土星退畢,三個星都靠近地球,疊加在壹條直線上,以致長江流域這壹年出現了百年未遇的特大洪水。
1.9 大氣環流異常
大氣環流是制約壹個地區水文變化的主要因素,大範圍的洪澇總是與大範圍的大氣環流異常聯系在壹起的。如1991年副熱帶高壓強度偏強,並比常年提早近壹個月北跳,副高脊線位置在5月中旬就到達19°～20°N,並壹直到7月中旬仍維持在20°～26°N之間;與此同時,亞洲西部的烏拉爾山維持著阻塞高壓,使西伯利亞冷空氣頻繁南下,以致冷暖空氣在江淮流域持續交綏,出現了長達56d的梅雨期。該區1954年的大氣環流異常也與此類似,以致出現了壹次長達4個月之久的由近20次暴雨過程組成的暴雨群降水。
1.10 熱帶氣旋
熱帶氣旋,尤其是熱帶風暴級以上的熱帶氣旋是我國東南沿海地區最強的暴雨天氣系統。日雨量≥200mm的特大暴雨絕大多數是由熱帶氣旋引起的,主要出現在7～9月。熱帶氣旋內水汽充足,氣流上升強烈,陣性降水強度大,常造成特大的洪澇災害,因而是東南沿海地區最明顯的洪水前兆。1994年17號強熱帶風暴襲擊了浙江省,受災人口達1333萬人,直接經濟損失高達144億元;1975年3號強熱帶風暴深入河南省中部,林莊站3d最大暴雨量高達1605mm,成為我國大陸上最大的暴雨記錄。
1.11 西太平洋暖池
西太平洋暖池指菲律賓東南到印尼的海溫≥28℃的區域。統計表明,西太平洋暖池海溫的高低,尤其是暖池125m深區海溫的高低與江淮流域的旱澇關系密切。當西太平洋暖池的海溫較低時,從菲律賓經南海到中印半島壹帶對流活動弱,而在日期變更線附近對流活動強,副熱帶高壓強而偏南,並且成條狀結構,江淮流域因此降水偏多,容易出現洪澇災害。過去幾十年江淮流域基本上保持這種關系。
1.12 前冬海溫距平場
通過分析北太平洋前冬(頭年12月～當年3月)海溫距平場與長江流域水旱年份的關系,表明在前冬海溫距平場上,水旱年份不同,異常前兆也不同,大澇大旱年份的異常前兆更為突出〔10〕。若以N表示海溫正距平,L表示海溫負距平,那麽根據北大平洋海溫自西向東的變化情況,可以得到四種海溫異常型,即NLNL型(偏澇)LNLN型(偏旱)、NL型(大澇)和LNL型(大旱)。如1953～1954年冬季,黑潮海域強烈增溫,從西北太平洋副熱帶洋面起,沿著暖流方向,壹直延伸到日本海均為暖水區,而東北太平洋的廣闊海域幾乎全為冷水區(NL型),對應的1954年汛期,長江流域出現了百年未遇的特大洪水。
1.13 ENSO現象
ENSO現象是厄爾尼諾現象和南方濤動的總稱,它們對全球性的大氣環流和海洋狀況異常都有重大的影響,最終導致陸地上的洪澇災害。統計表明,從1949～1998年,已出現過12個厄爾尼諾年,而江淮流域在10個厄爾尼諾同年或次年發生過洪水(包括1998年);在這50a中,浙江金華站年徑流量W>50億m3的年份***有13a,其中9個年份也出現在厄爾尼諾同年或次年,並且1954年和1973年的年徑流量為系列中的最大值和次大值。
1.14 地球自轉速率
地球自轉速率變化包括多種周期變化和不規則變化,它主要是通過形成厄爾尼諾現象來影響洪水的〔11〕。在地球自轉速率大幅度減慢時期,由於“剎車效應”,海水和大氣獲得了壹個向東的慣性力,從而使自東向西流動的赤道洋流和赤道信風減弱而發生海水增暖的厄爾尼諾現象。據研究,四川盆地西部的歷史洪水大都發生在地球自轉速率由慢變快和由快變慢的不規則運動的轉折點附近〔12〕;江淮流域發生特大洪水的1991年,也正值地球自轉速率接近減慢段的終點。
1.15 地極移動
地球自轉軸的方向是不斷變化的,它包括長期變化、周期變化和其它變化,其中6～7a的周期變化是非常明顯的〔13〕。在有利的條件下,地極移動可以使海平面高度上升8～10mm,因而它也能使大氣環流發生變化。長江中下遊的上海、南京、九江、蕪湖和武漢五站5～8月降水距平有7a左右的周期變化;浙江省金華站的年最高洪水位也有6～7a的周期變化。研究認為,在地極移動高振幅年,大氣環流出現異常,亞歐大部和太平洋中緯地區經向環流指數增高,於是西風指數降低,相應的副熱帶高壓偏南偏弱,因而長江中下遊的降水增多。
1.16 地磁異常
地球磁場在正常月份呈線性分布,其線性相關系數Rz=75～100。當地球磁場出現異常時,Rz值將減小〔14〕。從1990年11月開始,我國出現了以皖南為中心的包括安徽、江蘇和浙江在內的大面積地磁異常區。到了1991年1月,異常中心的Rz值下降到-10。5個月後,在這些地區出現了特大的洪澇災害。因此地磁異常也是壹種明顯的洪水前兆。
1.17 地震
自然災害系統之間具有互相觸發、因果相循等關系,從而造成災害群發現象〔15〕。研究表明,如果在蒙新甘交接地區發生7級以上的大震,那麽其後壹年內黃河往往會出現特大洪水,這種地震與洪水的對應率可以達到88%以上。研究認為,當蒙新甘交接地區發生大震時,大範圍的構造運動使地下攜熱水汽溢入低層大氣,這壹方面使大氣水汽增加,同時使這裏氣壓變低,誘使西風帶上的水汽向這裏輸送;另壹方面,大震後所造成的低壓環境可吸引北方的冷空氣南下和西太平洋的副高西伸北上,由此在黃河流域形成特大洪水。因此,蒙新甘交接地區的大震活動就成為黃河流域的洪水前兆。
1.18 火山爆發
強烈的火山爆發可形成全球性的塵幔。這些塵幔在高層大氣中能停留數年之久。它們能強烈地反射和散射太陽輻射,在大爆發後的幾個月到1a之內,直達輻射可減少10%～20%,因此火山爆發產生壹種使地球變冷的效應。歷史上赤道地區四次強烈的火山爆發曾引起四川溫度偏低,大量凝結核使降水偏多,相當壹部分地區出現洪澇災害。根據歷史洪水資料分析,在火山爆發後的第二年,四川盆地發生較大洪水的概率為85%,在第三年發生較大洪水的概率為79%〔12〕。
2 結語
洪水是地球上最嚴重的自然災害,它所造成的損失占各類災害總損失之首,但洪水預報至今仍是壹個令人困惑的難題。本文根據大量資料,比較系統地分析了各種洪水前兆,可以為洪水預報提供壹定的理論依據。作者根據長期的研究工作,對長江流域的洪水前兆曾提出自己的看法,1995年9月浙江省教委批準了作者申請的課題:“1998年前後巨洪預警研究”。其後經過大量的綜合分析工作,發表了多篇論文〔2,16〕,並得到了證實。因此,洪水前兆的研究對防洪減災具有重要的理論意義和實際意義。
洪水前兆是客觀存在的,只是目前的認識水平還很有限。因此在利用洪水前兆進行洪水預報時,尤其要註意兩點:1對洪水前兆必須進行綜合分析,因為洪水是各種影響因素綜合作用的結果,當然洪水前兆越多,信號越強,那麽洪水量級越大;2對洪水前兆必須進行去偽存真,因為在觀測到的大量異常現象中,既包含了洪水前兆信息,也可能包含了壹些與洪水無關的其它信息。隨著資料的積累和認識的深入,洪水前兆無疑將成為提高洪水預報精度的突破口之壹。
參考文獻:
[1] 馮利華.浙江省洪水前兆研究[J].熱帶地理,1997,17(3):303～306.
[2] 馮利華.駱高遠.長江、黃淮流域近期特大洪水預警和防洪形勢[J].長江流域資源與環境,1997,6(1):82～85.
[3] 周樹榮,徐 群.太陽質子耀斑與降雨指數R間的關系[J].自然災害學報,1992,1(3):92～99.
[4] 趙得秀.趙文桐.日食形成旱澇的耗散結構理論探討[J].災害學,1991,6(3):89～93.
[5] 倪京苑.在近日點交食年我國江河水文氣象的異常現象初探[J].人民長江,1987,(6):47～51.
[6] 虞振東.超新星和中國旱澇災害[J].災害學,1989,(4):94～98.
[7] 張人傑,李貞堂.天文周期與長江流域旱澇關系的探討[J].災害學,1988,(1):24～27.
[8] 申曙光.災害學[M].北京:中國農業出版社,1994.287～293.
[9] 湖北省石首氣象站.怎樣用行星方位來預報旱澇.氣候變遷和超長期預報文集[M].北京:科學出版社,1977.77～79.
[10] 黃忠恕,王欽梁,匡 齊,等.北太平洋和青藏高原下墊面熱狀況與長江流域汛期旱澇關系初步探討.見;水文預報論文選集[M].北京:水利電力出版社,1985.184～186.
[11] 任振球.全球變化-地球四大圈異常變化及其天文成因[M].北京:科學出版社,1990.81～84.
[12] 雷剛旭.從天文因素與災害群發的機制過程分析四川盆地西部洪水趨勢[J].大自然探索,1991,10(4):69～72.
[13] 彭公炳,陸 巍.氣候的第四類自然因子[M].北京:科學出版社,1983.64～120.
[14] 曾小蘋,林雲芳,續春榮.地球磁場大面積短暫異常與災害性天氣相關性初探[J].自然災害學報,1992,1(2):
59.
[15] 郭增建,秦保燕.黃河巨洪發生時間規律的討論[J].自然災害學報,1992,1(3):103.
[16] 馮利華,駱高遠.太陽黑子活動與近期巨災預警[J].預測,1996,15(7):19～22.