淮河流域气候与可持续发展(中国工程院重大咨询项目 淮河流域环境与发展问题研究)
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一、气候特征

(一)气候概况

安徽省地处中纬度地带,在太阳辐射、大气环流和地理环境的综合影响下,安徽省属暖温带向亚热带的过渡型气候。在中国气候区划中,淮河以北属温带半湿润季风气候,淮河以南属亚热带湿润季风气候。主要的气候特点是:季风明显、四季分明,气候温和、雨量适中,春温多变、秋高气爽,梅雨显著、夏雨集中。综观而论,安徽省气候条件优越,气候资源丰富。充沛的光、热、水资源,有利于农、林、牧、渔业的发展。但由于气候的过渡型特征,南北冷暖气团交绥频繁,天气多变,降水的年际变化较大,常有旱、涝、风、冻、霜、雹等自然灾害,给农业生产带来不利影响。

1.季风明显,四季分明

我国是世界上季风气候十分典型的国家。安徽省处在中纬度地带,是季风气候最为明显的地区之一。冬季,常有来自北方的冷空气侵袭,天气寒冷,偏北风较多,雨雪较少。日平均气温低于0℃的日数,全省大部为20~50d,喜凉作物可以安全越冬。夏季天气炎热,雨水充沛,光照丰富,光、热、水条件配合良好,有利于喜温作物生长。春季是由冬转夏的过渡季节,气旋活动频繁,风向多变,对流性天气较多。秋季则是由夏转冬的过渡季节,东海洋面常有分裂小高压盘踞,偏东风较多。全省各地四季分明,“春暖、夏炎、秋爽、冬寒”的气候明显。

2.气候温和,雨量适中

全省年平均气温在14.5~17.2℃之间,属于温和气候型。全省年平均降水量在747~1798mm之间,有南多北少,山区多、平原丘陵少等特点。山区降水一般随高度增加,黄山光明顶年降水量达2400mm。从全国降水量分布图上看,安徽省降水量比较适中,一般年份都能满足农作物生长发育的需要。

3.春温多变,秋高气爽

4—5月是冬季风向夏季风转换的过渡时期,南北气流相互争雄,进退不定,锋面带南北移动,气旋活动频繁,天气气候变化无常,因此,时冷时暖、时雨时晴是安徽省春季气候的一大特色。春季气温上升不稳定,日际变化大,春温低于秋温,春雨多于秋雨。春温低、春雨多,特别是长时间的低温连阴雨,对早稻及棉花等春播作物的苗期生长不利。

秋季,除地面常有冷高压盘踞外,高空仍有副热带暖高压维持,大气层结比较稳定,秋高气爽,晴好天气多。秋季9—11月降水量只占全年降水量的12%~20%,南北差异不大。因此,各地常出现夹秋旱和秋旱。少数年份,在夏季风撤退和冬季风加强过程中,气旋、锋面带来秋风秋雨,对秋收秋种不利。

4.梅雨显著,夏雨集中

梅雨是长江中下游地区特有的天气气候现象,梅雨期内暴雨频繁,降水强度大、范围广,是洪涝灾害集中期。一般年份的6—7月长江中下游地区进入梅雨期,安徽省平均入梅时间为6月16日,出梅时间为7月10日,梅雨期长度平均为24d,各地梅雨量在270~320mm之间。但入梅时间、梅雨长度及梅雨量年际变化很大,入梅早、梅雨期长、雨量大的年份常常出现洪涝(如1991年),反之易发干旱(如1978年)。

梅雨期最长为1954年,达56d,梅雨量超过正常年份降水量的1~2倍,发生了百年不遇的洪涝灾害。1958年、1959年、1966年、1967年、1978年和1994年等,由于梅雨量少或者空梅,造成了严重干旱乃至百年未见的大旱。可见梅雨量的多寡与安徽省旱涝灾害及农业生产的关系极大。

夏雨集中是季风气候的特征之一,是雨带由南而北缓行的结果。安徽省夏雨集中的程度由南向北逐渐加大,6—8月降雨量约占全年降水量的38%~59%。夏季是农作物生长旺盛的季节,需水量大,夏雨集中对农作物生长有利,但过于集中,雨量过大,则易出现涝灾,对农业生产和人民生活都有危害。

(二)气候要素特征

1.气温

年平均气温:安徽省年平均气温为15.8℃,空间上呈南高北低分布[图1(a)],沿淮淮北及大别山区为14.5~15.5℃,江淮之间为15.5~16.0℃,沿江江南为16.0~17.2℃。

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图1 安徽省年平均气温和年平均降水量分布图

季节气温:安徽省各地四季分明,若按候平均气温划分四季,候平均气温小于10℃为冬季,大于22℃为夏季,10~22℃之间为春秋,那么安徽省各地四季分配大致是:春秋各2个月,夏冬各4个月,冬夏长,春秋短。因南北气候差异明显,淮北冬长于夏,江南则夏长于冬。季节的开始日期,春夏先南后北,秋冬先北后南,前后差5~15d,春季差别最大,夏季差别最小。冬季1月全省平均气温在0.2~4.2℃,为全年最低;夏季7月平均气温在25.9~28.7℃,为全年最高;年较差各地小于30℃,所以大陆性气候不明显。

历史上安徽省日极端最高气温为43.3℃(霍山县,1966年8月9日),日极端最低气温为-24.3℃(固镇县,1969年2月6日)。除少数年份外,一般寒冷期和酷热期较短促。

高温日数:安徽省从5月上旬到9月中旬均可出现高温天气,但主要集中在7月(约占总数的50%)。一年中全省平均高温日数(日最高气温不小于35℃的天数)约16d,空间分布上北少南多,其中皖南的石台多达33d。

2.降水量

年降水量:安徽省多年平均年降水量为1197mm。年平均降水量有南多北少,山区多、平原丘陵少等特点[图1(b)],沿淮淮北为747~950mm,江淮之间为950~1100mm,沿江江南为1100~1798mm。降水量年际差异大,最少为1978年,全省降水量仅685mm;最多为1991年,达1629mm。

全省年平均降水日数(日降水量不小于0.1mm)为121d,其空间分布与年降水量基本一致,沿淮淮北为80~105d,江淮之间为105~130d,大别山区及沿江江南为130~155d。

四季降水量:安徽省四季降水量以夏季最多、春季次之、冬季最少。冬季全省平均降水量为136mm,占全年降水量的11%;春季全省平均降水量为312mm,占全年降水量的26%,自北而南增大;夏季全省平均降水量为548mm,占全年降水量的46%;秋季全省平均降水量为201mm,占全年降水量的17%,南北差异不大,各地常出现夹秋旱和秋旱(图2)。

受季风影响,全年雨量多集中于汛期(5—9月),全省各地汛期降水量在600~1100mm之间,淮北和江淮之间汛期降水量占全年降水量的60%~75%,沿江江南汛期降水量占全年降水量的55%~60%。极端降水常出现在汛期,气象记录表明,全省24h最大降水量为518.1mm(临泉县迎仙镇,2007年7月8日);1h最大降水量为126.9mm(来安县,1975年8月17日)。

梅雨:梅雨是长江中下游地区特有的天气气候现象,梅雨期内暴雨频繁,降水强度大、范围广,是洪涝灾害集中期。一般年份的6—7月长江中下游地区进入梅雨期,安徽省平均入梅时间为6月16日,出梅时间为7月10日,梅雨期长度平均为24d,各地梅雨量在270~320mm之间。但入梅时间、梅雨长度及梅雨量年际变化很大,入梅早、梅雨期长、雨量大的年份常常出现洪涝(如1991年),反之易发干旱(如1978年)。

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图2 安徽省各月降水量气候平均值

梅雨期最长为1954年,达56d,梅雨量超过正常年份降水量的1~2倍,发生了百年不遇的洪涝灾害。1958年、1959年、1966年、1967年、1978年和1994年等,由于梅雨量少或者空梅,造成了严重干旱乃至百年未见的大旱。可见梅雨量的多寡与安徽省旱涝灾害及农业生产的关系极大。

3.日照时数

日照时数是衡量光照条件的主要指标。全省年平均日照时数为1908h,空间上呈北多南少分布(图3),沿淮淮北为2000~2265h,江淮之间为1800~2000h,沿江江南为1611~1800h。

日照时数的月变化呈单峰型,1—3月和11—12月日照时数在115~150h之间,其中2月为全年最少,仅116h;5月、7月和8月最多,超过190h。

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图3 安徽省年平均日照时数分布(单位:h)

(三)气象灾害特点

安徽省地处气候过渡带,冷暖气流交汇频繁,天气多变,灾害频繁,暴雨洪涝、干旱、台风、雷电、大风、冰雹、龙卷风、雨雪冰冻等气象灾害常常发生。旱涝是安徽省自然灾害中范围最广、危害最大的灾害性天气。旱涝的成因很复杂,与气候情况、地理条件、水利设施、土壤结构以及作物布局及其在不同生育期抗旱耐涝的能力等均有关系。降水的多少是形成旱涝的主要因素,而成灾与否和严重程度,则与水利设施有很大关系。

淮河以北旱涝2~3年一遇,淮河以南3~4年一遇,具有“旱多于涝,涝重于旱”的特点。一年中旱涝交织也是安徽省旱涝的一个显著特点,1954年、1991年都出现前涝后旱。21世纪前10年,淮河流域多次出现洪涝,其中2003年、2005年、2007年均出现了严重的洪涝灾害。

1.暴雨洪涝

洪涝是由降水集中、强度大造成的。强降水持续时间越长,覆盖范围越大,洪涝就越严重。洪涝主要发生在汛期,梅雨期最为频繁。春、秋季也会出现内涝,一般称为涝渍或渍。春季涝渍主要是由于长时间的连阴雨,造成田间积水,影响小麦和油菜的后期生长。

一年中夏涝最易发生,特别是大涝和特大涝,主要集中在夏季。夏涝的时间从南向北推进,沿江江南在6月中旬到7月中旬,江淮之间在7月,淮北在7—8月,这和我国东部汛期主雨带自南向北推移相吻合。易涝的区域主要在沿淮淮北和沿江西部一带,江淮之间中部洪涝灾害较少。严重洪涝灾害年份为1954年、1969年、1991年和1999年等。

1954年6月4日入梅,7月30日出梅,梅雨期长达56天。梅雨期暴雨多、雨量大、范围广,出现了百年未有的大汛。5—7月降水总量:江淮之间及沿江地区为900~1300mm,大别山区及江南为1300~2000mm。由于降水时间长、强度大,致使江河水位猛涨。安庆、芜湖段长江水位超过历史最高水位(1931年),超过警戒水位长达100余天。沿淮淮北7月初进入雨季,8月下旬结束,持续近2个月,雨季之长,雨量之大也是历年未有。淮河干流各段相继出现最高水位,正阳关和蚌埠等地最高水位部分超过历史最高水位。长江流域、淮河流域出现特大洪水,沿江、沿淮及其支流的不少地区,堤岸溃决,积水成涝,农田被淹,工农业生产受到严重损失。据统计,全省受灾人口1500万人,受灾农田3.05×106hm2,粮食减产3.9×107t,死亡2843人。

2.干旱

安徽省干旱主要是由长期降水偏少造成的,一年四季都可能发生。干旱频率自北向南递减:沿淮淮北和江淮之间北部干旱最为容易发生、发展;江淮之间中部由于地理原因,干旱比较严重;大别山区及沿江江南比较轻。全省的平均状况是秋旱最多,夏旱次之,冬、春旱较少。

夏旱主要是梅雨量偏少造成的,百年难遇的特大干旱与空梅或梅期特别短、梅雨量异常偏少紧密相关。此外,冬半年副热带高压偏弱、沿海槽稳定,是冬、春、秋季干旱的最常见天气形势。干旱常常出现季节连旱,如伏秋连旱、冬春连旱,甚至四季连旱。干旱还有数年连旱的严重情况。干旱发生频数比涝年大得多,除少数年份外,安徽省几乎年年都有发生干旱的地区。即使在大水年份,像1954年、1991年雨季结束后,也出现较严重的秋旱。新中国成立以来,全省性的严重干旱年份有1966年、1978年、1994年等。

旱灾常造成安徽省农作物大面积减产,严重的可影响人畜用水、水库发电、河道航运以及渔业生产等方方面面,造成巨大经济损失。1978年是安徽省历史上罕见的大旱年,不少地方河塘干涸,水源枯竭,大型水库均已见底,无水可放,大片农田干裂,秋季作物大部分枯死,水稻、棉花等作物大幅度减产,全省有相当大的一部分县(市、区)人畜饮水极为困难。1994年的大旱,7月中旬全省受旱面积2.73×106hm2,重旱面积1.62×106hm2,近6.7×104hm2禾苗枯死。到8月中旬已发展到受旱面积3.30×106hm2,占在地作物的78%,成灾面积2.39×106hm2,有8.39×105hm2作物基本绝收,520万人和100万头大牲畜饮水困难,直接经济损失117亿元。

3.低温冷冻害与雪灾

寒潮降温常带来低温冻害,灾害程度与降温幅度、最低气温、低温持续时间以及发生季节有关。霜冻一般发生在春季和秋季。平均初霜日期(10月下旬至11月中旬)有北早南迟、山区早平原迟的特点,平均终霜日期(3月中旬至4月上旬)有南早北迟、平原早山区迟的特点。1998年3月18日的寒潮,全省24h日平均气温下降了8~10℃,48h下降了13~17℃,并伴有大雪,最低气温降至0℃以下,持续数天,造成严重冻害。早春茶芽头及嫩叶受冻坏死,油菜主枝、分枝呈冰凌状,花瓣萎缩,苗蕾上布满白点。全省农作物受灾面积3.35×108hm2,加上房屋、牲畜、蔬菜等和其他设施,损失高达28.8亿元,其中农业损失26.4亿元。

全省降雪天气主要出现在11月至次年3月。积雪日数淮北西北部和大别山区较多,一般为10~20d;沿江江南西部较少,一般在5d以下。平均最大积雪深度一般在4~17cm之间,积雪深度最大的地区主要位于大别山区,超过40cm。20世纪50—60年代冬季,气温偏低,各地降雪多、积雪深。

1954年年底至1955年1月上旬,各地普降大雪,降雪量全省均在5~15mm。最大积雪深度:淮河流域和江淮之间为30~60cm,淮北北部和沿江江南为5~30cm,全省绝大部分地区的积雪深度是有记录以来的最大值。由于冷空气影响,致使1月上旬气温明显下降。旬平均温度:江北为-6~-10℃,较常年偏低8~10℃;江南为-1~-3℃,较常年偏低4~7℃。旬平均温度之低是有记录以来所未见。因积雪过深,气候严寒,不少河道冻结,交通运输困难。据有关部门调查,淮河铁桥下一般积雪冻冰1m多深,无急流处达1.3m,阜阳开往正阳关的客轮冻于途中,进退两难。全省公路也曾一度不能通行。积雪严重地区,不少房屋倒塌,耕畜死亡,灾情相当严重。

冻雨大多出现在1月上旬至2月中旬,起始日期具有北早南迟,山区早、平原迟的特点,结束日则相反。地势较高的黄山地区,冻雨开始早,结束晚,冻雨期长。如光明顶一带,一般在11月上旬初开始,次年4月上旬结束,长达5个月之久。大别山区和皖南山区的部分谷地冻雨几乎未出现过,而山势较高处几乎年年都有。

4.强对流

安徽省属于东亚季风区,冬半年以偏北风为主,夏半年偏南风最多。大风,以春、夏两季出现次数为多。3—8月出现频率占全年的2/3,其中3—4月最集中,以冷空气偏北大风为主。7—8月为第二个集中期,以雷雨大风为多。秋、冬两季出现次数较少。不同的天气系统还有不同程度的日变化。冷空气偏北大风一般凌晨的风速要大一些;雷雨大风则出现在夏半年下午到傍晚的机会多一些;春、夏西南大风,风速最大时段一般出现在午后。大风和龙卷风多发区位于淮北地区东部和北部、江淮之间东部、大别山区、沿江东部和西部。1985年4月25日的一次全省性大风,横扫40多个县(市),桐城市测得最大风速为38m/s,大批农作物倒伏,房屋毁坏,树木、电杆折断。

冰雹主要出现在3—8月,其中3—6月间出现的冰雹超过8成;而9月至次年2月间出现冰雹十分少见。各地冰雹集中季节也有差别。在一日之中,冰雹出现的时间又以午后到傍晚前后为最多,14—20时之间出现的冰雹次数占冰雹总次数的70%以上。冰雹多发区位于淮北至江淮东部、大别山区南部、黄山和九华山区,少雹区位于江淮之间中南部、大别山北侧和沿淮西部。1972年4月18日,全省有30多个县(市)下了冰雹,并伴有大风、暴雨,造成重大损失。仅巢湖市被毁坏房屋就达120多万间,伤亡2273人,其中死亡33人。1974年6月17日,从淮北到皖南,各县都有部分地区降了冰雹,为安徽省1949年以来出现范围最广的冰雹天气。

雷暴主要出现在夏季,雷暴日数空间分布为南部多于北部,山区多于平原。雷击常造成较大财产损失和人员伤亡情况。安徽省中小城镇及农村地区由于雷电防范意识不高,防雷措施不到位,雷击事故多发,伤亡人员多为雷雨天气在外劳作的村民及务工人员。

5.高温热害

高温是安徽省主要的气象灾害之一,尤其在气候变暖的背景下,高温危害的严重性日益凸现。安徽省从5月上旬到9月中旬均可出现高温天气,但主要集中在7月。高温天气5—6月以淮北地区为主,7—8月以全省性高温为主。若以梅雨期为界,可分为初夏高温和盛夏高温两个阶段。初夏受西风带暖高压脊影响,在西来槽后下沉气流增温及强烈暖平流作用下形成高温;盛夏高温主要受副热带高压控制,由下沉增温与地面热量辐射作用形成。一年中全省平均高温日数约16d,空间分布上北少南多。日最高气温高于39℃的高值中心主要分布在淮北中东部、江南大部。观测事实表明:近年来不小于39℃的极端最高温度呈明显的增多趋势,如2003年出现了罕见高温酷热天气,极端最高气温有18个县(市)达到或超过历史最高纪录,24个县(市)超过40℃。

盛夏高温,特别是持续一段时间的高温热浪,不仅影响人民的正常工作和生活,还会威胁人体健康,持续高温还会带来严重的干旱灾害,导致农业减产、人畜用水发生困难,造成严重的经济损失。历史上极端最高气温出现在1934年7月,蚌埠市最高达43.7℃,安庆市为44.7℃。新中国成立后气温最高值出现在1966年8月9日,霍山县为43.3℃。

6.雾霾

雾是悬浮于近地面大气中大量微细水滴(或冰晶)的可见集合体。雾是在气温低于露点时生成的。雾对水、陆、空交通都有很大影响,过冷雾(即雾凇)还常折断电线,制造断电事故等。大雾迷漫,可加重空气污染,危害人体健康。雾使空气湿度增大,光照强度减弱,对植物生长发育不利。全省雾日分布具有南北多、中间少,山区多、平原少的特点,江淮之间年平均雾日为3~10d,淮北、江淮之间东部、江南北部在10~20d,大别山区、皖南山区一般为15~30d,其中黄山光明顶年雾日达259d。

霾是因大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中,使水平能见度小于10km的空气普遍混浊的天气现象。霾常引起空气质量变差、影响人体健康,引发一些疾病发生。近年来,受人类活动影响,霾日明显增多。与雾相比,多年平均霾日的分布更为局地,大值区分布在合肥、池州、芜湖3个城市以及大别山区的金寨,都在20d/a以上,其余地区大部分少于5d/a。