近55年来黑龙江省冰雹气候特征分析

2016-04-23王恒宇黑龙江省人工影响天气办公室黑龙江哈尔滨150030

安徽农业科学 2016年6期

郑凯，王恒宇　(黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江哈尔滨 150030)

近55年来黑龙江省冰雹气候特征分析

郑凯，王恒宇(黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江哈尔滨 150030)

摘要利用1960～2014年黑龙江省80个气象观测站的降雹资料，采用统计分析方法，分析了降雹的时空变化特征。结果表明，黑龙江省冰雹集中出现在4月下旬～10月上旬，5月上旬～7月上旬和9月中旬冰雹发生最为频繁，降雹持续时间多在10 min以内，集中发生在白天时段；黑龙江省冰雹多发生在大、小兴安岭山麓、小兴安岭山脉迎风坡、松花江和兴凯湖沿岸；20世纪70年代以来，全省降雹呈现显著减少趋势；1991年为全省雹日变化的转折点，1991年以后全省站点降雹出现了不同程度的减少，以冰雹易发区降雹减少最多。为了更加科学有效地开展防雹作业，建议加强冰雹及灾情的收集工作，提高冰雹预报和预警指挥能力，积极开展防雹效果评估工作。

关键词冰雹；时空分布特征；防雹对策；黑龙江省

Analysis on the Climatic Characteristics of Hail in Recent 55 Years in Heilongjiang Province

ZHENG Kai, WANG Heng-yu

(Heilongjiang Weather Modification Office, Harbin, Heilongjiang 150030)

AbstractUsing hail data from 80 stations in Heilongjiang Province during 1960-2014, the characteristics of temporal-spatial variation of hails were analyzed by using statistical analysis method. The results showed that hail in Heilongjiang mainly appeared from late April to early October, and most frequently from early May to early July and mid-September. Most of hails last less than 10 minutes, and they concentrated in day-time. The hail-hazard-prone areas covered the Greater and Lesser Xing’an Mountains, the windward slope of Lesser Xing’an Mountains, along Songhuajiang River and Xingkaihu Lake. Hail day decreased since 1970s remarkably. The inter-annual variation curve of hail-day in Heilongjiang Province turned at 1991, after which hail happened less than before, and they reduced most in hail-hazard-prone areas. In order to implement hail suppression operation more scientifically, we must enhance the collection works of hail hazards, improve hail forecasting skills and warn-directing ability, conduct joint operations and evaluate the effects of hail suppression.

Key wordsHail; Characteristics of temporal and spatial distribution; Hail suppression strategy Heilongjiang Province

冰雹是强对流天气的产物，是影响黑龙江省农业生产的主要灾害性天气之一，其来势凶猛、强度大，持续时间虽短，但给农业生产带来的损失不容忽视，尤其是农作物、果树、蔬菜等生长期与成熟期内降雹，轻者造成大面积减产，重者导致绝收。据统计，黑龙江省平均每年发生成灾冰雹51次，占冰雹出现总次数的34%。受灾作物广泛，主要为玉米、大豆、小麦和水稻等农作物以及烤烟、瓜类和果树等经济作物。1995年是典型的多雹年之一，全年雹灾造成经济损失在1亿元以上，尤其6、8月的重雹灾，致使嫩江、克山、方正等县受灾严重。

近年来，国内很多学者针对冰雹灾害的分布特征、成因等进行了研究[1-6]，如叶彩华等[6]分析了北京地区冰雹的分布特征，提出了应对冰雹的对策；李照荣等[7]分析了西北地区冰雹的分布特征及其与雷暴、海拔的关系，探讨了冰雹多发的原因，给出了冰雹主要的源地和移动路径。黑龙江省是农业大省，是我国重要的商品粮生产基地，地面防雹作业规模居全国前列，截至2015年，全省拥有高炮火箭地面作业装备1 100余部，地面作业点1 800余个，近年来防雹作业次数及用弹量均呈现增加趋势。新形势下，粮食增产增收对人工防雹作业提出了更高的要求，然而关于该省冰雹分布特征的研究很少，因此，笔者利用1960～2014年黑龙江省80个气象观测站的降雹资料，采用统计分析方法，分析了黑龙江省冰雹的时空变化特征，并根据该省实际，提出人工防雹业务发展的有关对策，为更加科学有效地开展防雹业务提供参考。

1资料与方法

应用黑龙江省1960～2014年80个气象观测站(图1)的资料，数据来自黑龙江省气象信息中心，统计分析了近55年来黑龙江省冰雹的时空分布特征，包括降雹的初终日、日变化、旬际变化、月际变化、年际变化特征及长期趋势，应用累积距平法计算了黑龙江省冰雹变化的转折年份，分析了转折年份前后全省冰雹的空间分布特征，为防雹作业的指挥及作业点布局提供了依据，在此基础上根据该省实际提出了防雹作业对策。

图1　黑龙江省气象观测站分布 Fig.1　The distribution of meteorological observation stations in Heilongjiang Province

2降雹的时间变化特征分析

2.1冰雹初终日经统计，近55年来黑龙江省初终雹日年际变化明显，初雹日发生在3月末～5月中旬，根据站点统计，最早为3月28日，发生在3月下旬的几率为7.3%，最晚为5月14日，从全省站点来看，80%的年份4月27日已有冰雹产生。终雹日出现在9月中旬～11月下旬，近55年来有提前的趋势；终雹日最早为9月22日，最晚为11月24日，80%的年份10月27日降雹已结束。

2.2降雹持续时间受冰雹云的类型、强度、尺度及环境场等众多因素的影响，冰雹的持续时间也存在差异。统计分析黑龙江省近55年降雹资料发现，与其他类型的降水相比，降雹持续时间较短，多数降雹持续时间为1～10 min，占总降雹次数的85.5%，其中，2～4 min最多，占31.4%，4～6 min次之，为19.9%，2 min以内的降雹占16.7%；10～20 min降雹发生频率为10.8%，30 min以上的冰雹仅占1.2%。

2.3冰雹日变化由图2可见，1960～2014年黑龙江省降雹存在明显的日变化，呈现单峰结构。一天之中，各个时段均有降雹发生，但主要集中在08：00～19：00，占冰雹发生总数的96.7%，08：00开始，降雹次数明显增加，12：00降雹几率显著增加，14：00达极大值(14.1%)，之后，降雹频率开始减少，12：00～16：00降雹频率占全天的63.3%，20：00～次日08：00冰雹发生几率很小，占降雹总数的3.3%。这主要是由于日出后太阳辐射使地面及近地层空气逐渐升温，随着时间的推移，太阳高度角升高，地面接收的太阳辐射能量增大，被地表增温的气层逐渐增厚，气层不稳定度增大，若气层中具有充足的水汽，地面空气稍有扰动，有利于强对流天气的产生[8]。部分站点夜间没有天气现象的观测，导致夜间降雹数据较实际值偏少。

图2　1960～2014年黑龙江省降雹次数日变化 Fig.2　The daily variation of hailfall times in Heilongjiang Province during 1960-2014

2.4冰雹月际变化由图3可看出，黑龙江省降雹具有明显的季节变化，降雹的月际变化存在2个峰值，分别为春末夏初的5、6月和初秋的9月，且秋季略少。3、4月份，伴随气温回升，冷暖空气活动频繁，热力不稳定条件逐渐增强，对流性天气增多；5、6月冷暖空气活动频繁，强对流天气发生频次显著升高，占全年降雹总数的58.1%；7月，随着气温的进一步升高，0 ℃层明显升高，不利于冰雹的产生[9]，冰雹发生几率显著降低，7、8月份降雹次数占全年降雹总数的21.9%；9月，随着气温的回落，降雹频率有所增加，达到全年降雹的次峰值，单月降雹比例为14.4%；10月，随着温度的进一步降低，对流性天气减少，降雹发生几率减小；12月～次年2月无冰雹发生。

图3　1960～2014年黑龙江省降雹次数月际变化 Fig.3　The monthly variation of hailfall times in Heilongjiang Province during 1960-2014

2.5冰雹旬际变化由图4可见，黑龙江省冰雹旬际变化同样呈双峰结构，与月际变化相比较，呈现出更细微的特征。近55年黑龙江省冰雹集中出现在4月下旬～10月上旬，降雹开始于3月下旬，5月上旬开始降雹天气明显增多，冰雹发生频率增大，6月上旬降雹频率最大，占总降雹的11.9%，6月中旬～8月上旬降雹频率显著减少，其中7月下旬和8月上旬降雹频率<2.5%，8月中旬～9月中旬降雹频率小幅增加，于9月中旬达到全年降雹的次峰值，占总样本数的6.3%，9月下旬开始降雹频率再次减少，至11月下旬降雹全部结束，至此全年降雹结束，12月上旬～次年3月中旬均无冰雹发生。

图4　1960～2014年黑龙江省降雹次数旬际变化 Fig.4　Ten days change of hailfall times in Heilongjiang Province during 1960-2014

2.6冰雹年际变化据1960～2014年黑龙江省降雹资料统计，55年间全省累计发生降雹5 978站次，冰雹的年际变率大，其中1972年最多，达230站次，全省有93%的站点观测到降雹，77.5%的站点降雹2次以上，其中兰西站最多，为9次，庆安、绥芬河、五营和方正等12个站点降雹6～7次；2008年最少，为27站次。对20世纪70年代以来黑龙江省站点降雹数据进行拟合，结果表明黑龙江省降雹呈显著减少趋势，减少速率为0.38站次/10a，相关系数为0.858。有学者对宁夏南部山区和甘肃天水降雹气候特征研究表明，20世纪70年代以来这些地区降雹也呈现显著减少趋势[3，5]。由黑龙江省各站平均降雹次数年际变化(图5)可见，近55年降雹存在明显的年际变化特征，其中，20世纪60～70年代冰雹年际变率最大。对区域内各站平均降雹次数求累积距平，可见累积曲线存在1个转折点，位于1991年，1991年以前累积曲线呈上升趋势，以正距平为主，各站平均降雹1.8 d；1992～2014年累积曲线呈下降趋势，以负距平为主，平均降雹1.9 d。其原因除了受大的气候背景影响外，可能与20世纪90年代以来人工防雹作业规模扩大有关。

图5　1960～2014年黑龙江省降雹年际变化Fig.5　Annual change of hailfall in Heilongjiang Province during 1960-2014

3降雹的空间分布特征分析

由图6可见，冰雹分布受地形因素影响较大，降雹高频区位于大、小兴安岭，小兴安岭山脉迎风坡和松花江、兴凯湖沿岸；大兴安岭地区中东部，黑河、伊春大部，绥化中东部，哈尔滨西南部，鸡西中部，鹤岗西部及牡丹江东部的32个台站历年平均降雹日数在1.5 d以上。近55年黑龙江省年降雹日数分布存在3个高值中心，分别位于大兴安岭地区中部、鸡西中部和伊春绥化交界处，其中，大兴安岭地区中部高值中心位于塔河、新林，年雹日约为2.5 d；绥棱和密山为另外2个高值中心，年雹日约为2.0 d。松嫩平原、三江平原的大部分县(市)年雹日相对较少，其中齐齐哈尔、富裕、泰来、杜蒙、桦川和东宁等8个测站的年降雹日数<1.0 d，西南部的杜蒙、泰来的年雹日最少，为0.8 d。各站点的冰雹年际变化依然很大，从某一特定年份看，并没有绝对的少雹区或多雹区，各站均存在未观测到冰雹的年份，而所有台站均曾出现过年降雹3.0 d以上，81%的台站出现过年降雹日为5.0 d以上。

图6　1960～2014年黑龙江省降雹日数空间分布Fig.6　Spatial distribution of hailfall days in Heilongjiang Province during 1960-2014

由1960～1991和1992～2014年各站点降雹的空间分布(图7)可见，转折年份之后，各站点的降雹日数也存在改变。1991年以前，冰雹空间分布与55年的冰雹分布情况差别不大，但降雹日数普遍偏多；大兴安岭地区、小兴安岭山脉南端、大青山、太平岭一带及松花江、兴凯湖沿岸台站降雹较多，塔河、新林、五营和密山等24个站点年均降雹日数在2.0 d以上，98%的台站年均雹日在1.0 d以上，其中塔河站的年均降雹日数最多，为3.5 d，以塔河、五营、双城、密山为中心存在4个降雹日数高值区；松嫩平原及三江平原地区雹日较少。1991年以后，黑龙江省各台站降雹日数明显减少，全省各站年均雹日为0.3～2.3 d，仅新林1站年均雹日超过2.0 d，48%的台站年均雹日在1.0 d以上，雹日高值中心位于大兴安岭的新林，为2.3 d；杜蒙、泰来、安达和兰西等13个站的年雹日在0.5 d以下，降雹最少的鸡东年均雹日仅0.3 d。1992～2014年与1960～1991年年均雹日之差的分布情况(图8)显示，全省仅呼中、木兰年均雹日有小幅增加，增幅为0.4～0.6 d，其余78站均表现出不同程度的减少特征，其中以冰雹易发区大小兴安岭山脉、小兴安岭迎风坡、松花江和兴凯湖沿岸一带年雹日减少最为明显，塔河、兰西、孙吴和五营等28站年均雹日减少1.0 d以上，其中又以塔河减幅最大，年均雹日减少2.4 d。

图7　1960～1991年(a)和1992～2014年(b)黑龙江省降雹日数空间分布Fig.7　Spatial distribution of hailfall days in Heilongjiang Province during 1960-1991(a)and 1992-2014(b)

图8　1992～2014年与1960～1991年黑龙江省年均降雹日数之差的空间分布Fig.8　The spatial distribution of hail days difference during 1992-2014 and 1960-1991 in Heilongjiang Province

4人工防雹对策

人工防雹是利用播撒催化剂或爆炸等方法，抑制或削弱云中冰雹的生长，以减轻或消除冰雹危害的措施，面对新形势下防灾减灾工作的需求，对人工防雹工作提出以下几点建议。

4.1加强降雹信息的搜集工作包括气象部门与政府灾情部门冰雹灾情信息的共享，充分发挥人影作业队伍的优势，制定相应的规范，收集降雹信息，建立冰雹天气个例库。

4.2提高冰雹的预报能力整理降雹及相关作业信息数据，分析冰雹的成因及开展防雹作业的效果评估工作，建立冰雹预报指标，提高冰雹的预报能力。

4.3提高防雹作业指导能力目前防雹作业主要依据卫星、雷达等监测手段，黑龙江省多普勒天气雷达仍然存在观测盲区，建议有条件的地区建设人影小雷达填补空白，在冰雹易发区引进双偏振雷达，加强对雹云的监测，以此为依据科学地组织实施防雹作业。

4.4加强作业预警指挥系统建设首先，要整合资源，避免重复建设，着重完善系统功能性和流程；其次，将人影作业指挥人员信息纳入各级预警指挥系统中，充分利用智能手机等通讯设备提高作业指挥预警信息的及时下达和作业信息实时上传能力；最后，尽最大能力提高数据和信息的传输速率，强对流天气的生命期短暂，要确保监测数据的实时上传，为作业时机的选择争取时间，同时在提高空域申请速度和效率上下功夫。

4.5合理布局，开展联合作业根据冰雹的分布特点，进一步优化作业点布局，发挥移动火箭的作业优势，以作业预警指挥系统为依托，有组织地开展联合作业，避免各自为战。

4.6积极开展防雹作业效果评估工作从不同层面上开展防雹作业效果评估工作，作业实施人员要总结每次作业的经验教训，作业指挥人员要对作业的指导、指挥、实施和效果进行评估，评估作业时机、作业部位、作业高度、用弹量等，优化作业方案，并及时反馈给作业实施人员，提升作业效果，充分发挥人影在防雹减灾工作中的作用。

5结论

应用1960～2014年黑龙江省80个气象观测站的降雹资料，采用统计分析方法，分析了近55年来黑龙江省冰雹的时空分布特征。结果表明，黑龙江省冰雹集中出现在4月下旬～10月上旬，降雹持续时间多在10 min以内，降雹多发生在白天时段，主要集中在12：00～16：00，降雹的旬际、月际变化均存在2个峰值，5月上旬～7月上旬和9月中旬冰雹发生频繁。黑龙江省冰雹多发生在大、小兴安岭山麓、小兴安岭山脉迎风坡和松花江、兴凯湖沿岸。20世纪70年代以来，全省降雹呈现显著减少趋势。近55年来站点降雹存在一个转折点，位于1991年，转折年份之后，97.6%的站点降雹出现了不同程度的减少，以冰雹易发区降雹减少最多。

人工防雹是应对冰雹的主要手段，应加强冰雹及灾情的收集工作，提高冰雹预报和预警指挥能力，抓住作业时间，开展联合作业，积极开展效果评估工作，为防雹作业的组织实施提供科学依据。

参考文献

[1] 林春英，李富刚，马玉岩，等.青海省东部农业区冰雹分布特征[J].青海气象，2007(3)：16-18.

[2] 李永振，齐颖，崔莲，等．吉林省冰雹天气的时空分布[J]．气象科技，2005，33(2)：133-141.

[3] 李晓鹤，蒲金涌，袁佰顺，等.甘肃省天水市近40a冰雹分布特征[J].干旱气象，2013，31(1)：113-116.

[4] 饶彤华，陈海波，张成军.宁夏南部山区冰雹气候特征分析[J].安徽农业科学，2011，39(15)：9059-9061.

[5] 赵红岩，汤懋苍，杨瑜峰，等.西北区冰雹分布及与地温场的相关分析[J].高原气象，2004，23(6)：781-786.

[6] 叶彩华，姜会飞，李楠，等.北京地区冰雹发生的时空分布特征[J].中国农业大学学报，2007，12(5)：34-40.

[7] 李照荣，丁瑞津，董安祥，等.西北地区冰雹分布特征[J].气象科技，2005，33(2)：160-166.

[8] 徐玉貌，刘红年，徐桂玉，等.大气科学概论[M].南京：南京大学出版社，2000：219.

[9] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2005：409.

中图分类号S 427