陇南山区近40年农业冰雹灾害发生规律与风险区划研究

2014-07-16肖志强赵彦锋

江苏农业科学 2014年3期

肖志强赵彦锋

摘要：从青藏高原东侧边坡地带陇南山区1971—2010年冰雹资料入手，分析得出：陇南山区冰雹主要集中出现在5—8月，5月和8月为2个双峰期，降雹时段主要出现在14：00—20：00时，占86%，该时段造成的损失最为严重；降雹的空间分布是西北部多于东南部、山区多于川区，并由西北向东南呈递减趋势，这种分布和当地地貌地形特点也有着较好的对应关系。结合人口、GDP、耕地比等资料，利用ArcGIS软件，得到冰雹灾害危险性图层，再同承灾体易损性评价、灾害的孕灾背景进行叠加、合并以及等级划分操作，最后得到冰雹灾害的风险评估及其区划，结果表明：陇南市冰雹危险性等级由西北1 800 m以上高海拔区向东南及低海拔区递减，宕昌县、礼县西北部和武都区西北部、文县西北部高海拔区为冰雹高风险区，两当县、徽县、成县、康县、武都区、文县的东南部低海拔区为冰雹低风险区。

关键词：陇南山区；冰雹；发生规律；灾害风险区划

中图分类号：S427 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）03-0323-04

陇南山区地处青藏高原东侧边坡地带，西部向青藏高原北侧边缘过渡，北部向陇中黄土高原过渡，东部与西秦岭和汉中盆地连接，南部向四川盆地过渡，西秦岭和岷山两大山系分别从东、西两方伸入全境，由于这种特殊的地理位置和地形环境，形成了陇南山区复杂独特的气候特点，即属北亚热半湿润气候向暖温半干旱气候的过渡带，季风性气候特征显著。陇南市辖区内沟壑纵横，高山河谷交错分布，素以“山大沟深”而著称，地势西北高、东南低，是甘肃省唯一的长江流域市区；境内最高山峰雄黄山，海拔为4 187 m，座落在文县西北部的屯寨乡境内，最低点罐子沟，海拔为550 m，位于文县东南部的中庙乡境内，亦为甘肃省海拔最低点。由于受山地地形、大气环流和太阳幅射的影响，陇南气候差异悬殊，地域性立体小气候特点十分明显，从而形成了“一山有四季，十里不同天”的气候和自然景观特征。雨热同季，四季分明，光热充足是陇南市主要的气候特点。因此，陇南既能生产粮食，也是纹党、当归、红芪、油橄榄、茶叶、大红袍花椒等名贵药材和稀有树种的理想适生区。其中，陇南市白龙江沿岸是公认的全国油橄榄最佳适生区，现有油橄榄1.333 3万hm2，是中国油橄榄栽培种植示范重点区域之一。同时，陇南市又是“中国花椒之乡”和“中国核桃之乡”，现有花椒11.339万hm2，种植面积和产量均居全国第一；核桃22.211万hm2，约占全国核桃种植面积的1/4，是我国核桃主产区。

冰雹是陇南市危害最大的气象灾害之一，它降自强对流单体的特定部位，范围仅几千米至几十千米，具有明显的局地性和分散性。冰雹局地性强、持续时间短、来势猛、强度大，一般都伴有暴雨洪涝、大风，对人民生活、生命财产安全等造成严重危害，特别是对农作物常常造成不可挽回的损失。陇南山区冰雹天气的出现受地形地貌影响很大，局地性很强，很多冰雹因观测地点少而没有记载。从陇南市近40年各气象站冰雹记录分析，冰雹一般出现在3—10月，主要集中在5—8月，其中5月和8月又为2个双峰期，而此时陇南山区冬小麦处于抽穗、灌浆、成熟、收割期，各特色经济林果处于芽期、花期和果实生长关键期，如遇冰雹，不但会直接造成作物枝体破损残缺，而且作物受伤后抗病力下降，往往导致病虫害严重发生[1-5]，损失惨重。例如：1997年5月5日，宕昌县5个乡镇突降冰雹，致死3人，受伤8人，死亡牛、羊、猪数百头（只），造成小麦等作物受灾1 919.4 hm2，成灾 1 090.9 hm2；2008年6月16日17时20分，武都区境内突降冰雹、暴雨，冰雹将成熟小麦打落在地，川坝地玉米被淤泥掩埋，陡坡地洋芋被冲淌，特别是大面积已经挂果的蚕豆和即将成熟的小麦被冰雹袭击而几近绝收，致使该区西北部高半山7个乡镇农作物大面积受灾，给当地群众的生产生活造成了严重的影响，造成直接经济损失2 094.87万元；2013年5月22日17时20分至19时，武都区突降冰雹，农作物、经济果树严重受损，共有13个乡镇134个村20 404户 86 346 人受灾，农作物受灾面积为6 830 hm2，成灾面积 3 500 hm2，绝收 190 hm2，造成经济损失19 367.37万元，其中农业经济损失11 116万元。

陇南市1971—2010年冰雹资料分析表明：在冰雹灾害中，农业和农村损失最为严重，占所有雹灾的80%以上。过去人们对陇南山区旱涝方面研究较多[6-9]，而对冰雹的变化和分布规律只做了一些简单的研究[10-11]，而基于GIS理论绘制冰雹灾害风险区划的研究，却从未见报道。本研究科学分析了陇南山区近40年来冰雹灾害发生变化规律，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等多因子综合分析，利用GIS技术科学制作出陇南市冰雹灾害风险区划，它对指导陇南山区科学规划、周密部署防雹减灾工作，趋利避害、合理作物布局，提高应对雹灾能力，确保农业增产、农民增收，保障人民群众生命财产安全具有一定的指导意义。

1 资料及方法

冰雹资料由陇南市文县、康县、成县、徽县、两当县、宕昌县、西和县、礼县、武都区9个气象站提供，按照《地面气象观测规范》要求的方法测定和统计。人口、GDP、耕地比等资料来自陇南市统计局2011年年鉴。由于过去气象站点稀少，现在各乡镇区域自动气象站的记录年代太短，因此本研究所用各乡镇冰雹资料为陇南市8县1区9个气象站1971—2010年冰雹资料，利用各地地理信息建立经度、纬度、海拔高度与年平均冰雹日数多元线性回归方程计算而得，并以此进行统计分析，其方程如下：

y=52.324 2-0.682 6x1+0.572 4x2+0.000 8x3；

（u=3.492 4，Q=0.867 6，F=41.596 2>F（0.01，3，5）=121，R=0.895）

式中：y为年平均冰雹出现日数（频率），x1 为经度，x2 为纬度，x3为海拔高度。

2 冰雹时空演变气候特征及路径

1971—2010年陇南市各县（区）气象站冰雹记录统计结果（表1、图1）表明：近40年全市每年都有冰雹出现，共出现冰雹232 d，平均每年5.8 d，每站每年约 0.6 d；1981年出现12 d，为最多年份，1991、2005、2010年各出现1 d，为最少年份。宕昌县共出现冰雹 98 d，平均每年2.5 d，为全市出现冰雹日数最多的县；1978年出现7d，为最多年份。徽县共出现冰雹2 d，分别出现在1976年和1978年，平均每年约0.05 d，为全市出现冰雹日数最少的县。冰雹最早出现在3月19日（宕昌县1972年），最迟出现在11月13日（宕昌县1961年）。但这只是各县（区）气象站的记录，实际上高半山冰雹出现日数会更多。从图1可见，目前冰雹日数正处于比较明显的下降时期。陇南市降雹的时间分布规律比较明显，一般出现在14：00—20：00，占86%，说明降雹对热力条件的要求高。降雹的空间分布规律也比较明显，基本上是·西北部多于东南部、山区多于川区，并由西北向东南呈递减趋势，这种分布和全区的地貌地形特点也有着较好的对应关系，是山区多于川区，寒冷地区多于温暖地区。这是因为从地形角度分析，山高地凉，阴湿多雨有利于动力抬升、辐射增温和水汽供给，从而产生冰雹；另外，地形起伏大，造成相当不均匀的上升气流，也利于冰雹的产生；还有春末夏初季节，北方冷空气仍很活跃，常从西方、西北方侵入，有利冰雹形成，所以冰雹的空间分布受盛行气流、天气系统、海拔、地形和下垫面性质等多种因素制约。由于冰雹的源地不同，因而其移入陇南市的路径也就不同，进入陇南市的冰雹路径大体上有西北路和北路两大类。西北路其一是源于卓尼和岷县交界的殷家山一带，经岷县西江乡东南下侵入宕昌县境内；其二是由渭源进入漳县，然后东南下，经武山西南部进入礼县境内。北路其一是由华家岭通渭一带，经武山、甘谷、秦安、天水县进入徽县；其二是由漳县的绿根山和岷县蒲麻乡的蟠桃梁一带南移进入宕昌县境内分两股，一股西北—东南下影响韩院、好梯一带，经礼县侵入武都区鱼龙、甘泉乡一带，另一路直接南下，侵入武都庞磨、金厂、马街一带。

3 冰雹危险性等级分布

利用ArcGIS软件和陇南市及周边气象站年平均冰雹日数资料及各乡镇提供的冰雹灾情资料分析各地冰雹出现频率，将其分为5级，得到冰雹灾害危险性等级分布（图2）。由图2可见，陇南市冰雹危险性等级从西北向东南递减，宕昌和礼县西北部、文县西北部以及武都区的池坝、马营、坪垭海拔1 800 m以上区域冰雹危险性等级最高，年平均冰雹日数大于2 d；东部、东南部的徽成盆地和武都区的五马、裕河、外纳、洛塘、枫相冰雹危险性等级最低，平均3～10年才降雹1次。

4 冰雹灾害风险区划

4.1 风险评估模型的建立

开展陇南市冰雹灾害风险区划，是在对陇南市气象灾害进行调查、统计和分析的基础上，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等多因子综合分析，构建气象灾害风险评价的框架、指标体系、方法与模型[12-14]，对气象灾害风险程度进行评价和等级划分，采用风险指数法、层次分析法、加权综合评分法等数量化方法，借助GIS绘制相应的风险区划图系，分为气象灾害高风险区、次高风险区、中等风险区、次低风险区和低风险区5级。

致灾因子危险性主要由气象致灾因子活动规模（强度）和活动频次（概率）决定，强度越大，频次越高，气象灾害的风险也越大。孕灾环境敏感性是指受到气象灾害威胁的所在地区外部环境对灾害或损害的敏感程度，敏感程度越高，气象灾害的风险也越大。承灾体易损性是指可能受到气象灾害威胁的所有人员和财产的伤害或损失程度，易损性越高，气象灾害风险越大。利用GIS技术将人口、GDP、耕地比数据空间化，采用1 000 m×1 000 m网格，根据陇南市实际情况，确定出冰雹气象灾害的易损性因子权重系数为：人口占0.3，GDP占03，耕地比占0.4。防灾减灾能力是指受灾区对气象灾害的抵御和恢复程度，防灾减灾能力越高，气象灾害风险越小。

参照有关文献成果[12-14]，建立灾害风险指数评估模型如下：

DRI =（HWh）（EWe）（VWv）（RWr）[0.1（1-a）R+a]；

H=∑WhkXhk、E=∑WekXek、V=∑WvkXvk、R=∑WrkXrk。

式中：DRI是灾害风险指数；H、E、V、R分别表示致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力因子指数；Wh、We、Wv、Wr表示相应的权重，在该区划中通过专家打分，并根据陇南市气象灾害实际情况，分别赋值0.5、0.2、02、0.1；Xk是指标k量化后的值；Wk为指标k的权重，表示各指标对形成气象灾害风险的主要因子的相对重要性；a为常数，用来描述防灾减灾能力对于减少总的DRI所起的作用，考虑陇南市的实际情况，取值0.5。

4.2 冰雹灾害风险区划

冰雹灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性3个方面进行综合分析得到。致灾因子危险性见冰雹危险性等级（图2）；孕灾环境敏感性将地形地貌作为主要指标，在迎风坡容易形成冰雹的易发区域；承灾体易损性分析主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素。最后将上述3个方面内容进行加权叠加、合并以及等级划分操作，得到冰雹风险区划图（图3）。由图3可见，冰雹的风险区划总体上与冰雹灾害的空间分布相对应，同时又受到地形和经济、人口密度分布的影响，由西北到东南递减，宕昌县、礼县西北部和武都西北部、文县西北部高海拔区为冰雹高风险区；两当县、徽县、成县、康县、武都区、文县的东南部低海拔区为冰雹低风险区。

5 结论与讨论

陇南市每年都有冰雹出现，平均每年5.8 d，主要集中出

现在5—8月。其中，宕昌县平均每年出现冰雹 2.5 d，为全市冰雹日数最多的县，但这只是各县（区）气象站的记录，实际上高半山冰雹出现日数会更多。冰雹的空间分布是西北部多于东南部、山区多于川区，并由西北向东南呈递减趋势，这种分布和全市的地貌地形特点也有着较好的对应关系。

进入陇南市的冰雹路径大体上有西北路和北路两大类：西北路其一是源于卓尼和岷县交界的殷家山一带，经岷县西江乡东南下侵入宕昌县境内；其二是由渭源进入漳县，然后东南下，经武山西南部进入礼县境内。北路其一是由华家岭通渭一带，经武山、甘谷、秦安、天水县进入徽县；其二是由漳县的绿根山和岷县蒲麻乡的蟠桃梁一带南移进入宕昌县境内分两股，一股西北—东南下影响韩院、好梯一带，经礼县侵入武都区鱼龙、甘泉乡一带；另一路直接南下，侵入武都庞磨、金厂、马街一带。

陇南市冰雹危险性等级从西北向东南递减，宕昌和礼县西北部、文县西北部以及武都区的池坝、马营、坪垭海拔 1 800 m 以上区域冰雹危险性等级最高，年平均冰雹日数大于2 d；东部、东南部的徽成盆地和武都区的五马、裕河、外纳、洛塘、枫相冰雹危险性等级最低，平均3～10年才降雹1次。

冰雹灾害的风险区划总体上与冰雹灾害的空间分布相对应，同时又受到地形和经济、人口密度分布的影响，由西北到东南递减，宕昌县、礼县西北部和武都西北部、文县西北部高海拔区为冰雹灾害高风险区；两当县、徽县、成县、康县、武都区、文县的东南部低海拔区为冰雹灾害低风险区。

利用ArcGIS软件进行陇南山区冰雹灾害风险评估及其区划的研究，由于条件所限，所取气象资料站点较少，不能包括各种地形地貌地理位置下的气象站点的资料。因此，建立的计算各地冰雹灾害次数的模型代表性有限，其结论与实际有一定差距。

参考文献：

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[3]肖志强，李宗明，樊明，等. 陇南山区小麦红蜘蛛发生气象条件及预测模型[J]. 干旱气象，2007，25（3）：72-75.

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