武都山區(qū)農(nóng)業(yè)冰雹災害發(fā)生規(guī)律及風險區(qū)劃研究*

肖志強，樊 明，趙彥鋒

(甘肅省隴南市氣象局，甘肅武都 746000)

隴南市武都區(qū)位于甘肅東南部北亞熱帶向北暖溫帶過渡地帶，屬典型的大陸性季風氣候，轄區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，高山河谷交錯分布，區(qū)內(nèi)最高山峰海拔3 600m，最低河谷海拔660m，白龍江橫貫全境，向東南流過，地勢西北高，東南低，大部分耕地為坡耕地，由于受地理位置、地勢等因素的影響，形成了獨特的、兼有暖溫帶和北亞熱帶的立體多樣化氣候特色，因此，既能生產(chǎn)糧食，也是紋黨、當歸、紅芪、油橄欖、茶葉、大紅袍花椒等名貴藥材和特產(chǎn)的理想適生區(qū)。其中，武都區(qū)白龍江沿岸是專家公認的全國油橄欖最佳適生區(qū)，現(xiàn)有油橄欖約1.333 3萬hm2，是中國油橄欖栽培種植示范重點區(qū)域之一。同時，武都區(qū)又是全國花椒之鄉(xiāng)，現(xiàn)有花椒約6.666 7萬hm2，種植面積和產(chǎn)量均居全國第一，冰雹是武都區(qū)危害最大的氣象災害之一，它來勢兇、時間短、強度大，并伴有強烈陣風和暴雨天氣［1-9］，往往使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財產(chǎn)在短時間內(nèi)遭受嚴重損失。冰雹天氣的出現(xiàn)受地形地貌影響很大，局地性很強，很多冰雹因觀測地點少而沒有記載。2005年4月22日武都區(qū)隆興、龍壩、魚龍、佛崖、黃坪、馬營等鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受狂風冰雹天氣襲擊，持續(xù)時間約50分鐘，瞬間風速20.5m/s，冰雹的最大直徑為5cm，積雹厚達5～30cm，使6 424戶2.811 1人受災，小麥等受災面積3 040.8hm2，成災面積2 073.5hm2，絕收面積641.5hm2。2008年6月16日17時20分，武都區(qū)境內(nèi)突降兇猛的冰雹、暴雨，使近乎干涸的北峪河馬街站流量上漲到100m3/s，冰雹所到之處將成熟小麥打落在地，川壩地玉米被淤泥掩埋，陡坡地洋芋被沖淌，特別是大面積已經(jīng)掛果的蠶豆和即將成熟的小麥被冰雹襲擊而幾近絕收，致使武都區(qū)柏林、馬街、馬營、隆興、安化、佛崖、魚龍等七個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)作物大面積受災，部分山體滑坡，道路損毀嚴重，給當?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活造成了嚴重的影響，全區(qū)造成直接經(jīng)濟損失2 094.87萬元。

因此，作為資源集中區(qū)的武都山區(qū)，也是氣象災害多發(fā)性、多類型突出的災區(qū)。長期以來，山區(qū)災害一直缺乏可操作的、準確的量化方法，從而導致對山區(qū)及其內(nèi)部資源、環(huán)境、人口和發(fā)展問題認識得不全面。同時，準確界定山區(qū)災害是實施數(shù)字山區(qū)戰(zhàn)略的一項基礎性工作，在此項工作的基礎上，構建武都山區(qū)災害屬性及其地理空間信息平臺，從而進一步為數(shù)字山區(qū)災害奠定基礎。近40年冰雹災害資料證明:在冰雹造成的災害中，農(nóng)業(yè)和農(nóng)村災損最為嚴重，占所有雹災損失的80%以上。因此，研究武都山區(qū)農(nóng)業(yè)冰雹災害時空變化規(guī)律及風險區(qū)劃，對趨利避害，提高應對冰雹災害能力，具有十分重要的作用。過去人們對武都山區(qū)冰雹的變化和分布規(guī)律僅僅只做了一些簡單的研究［5-7］，而基于GIS理論繪制冰雹災害風險區(qū)劃的研究，卻從未見報道。2011年甘肅省氣象局將縣級氣象災害防御規(guī)劃列為本年度隴南市氣象局重點工作任務，因此，隴南市氣象局自籌資金、自立課題，筆者經(jīng)過近一年時間的努力，完成了縣級氣象災害防御規(guī)劃編寫，并由武都區(qū)政府發(fā)文下發(fā)到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)和有關部門。文章就是氣象災害防御規(guī)劃中的一部分內(nèi)容，它科學分析了武都山區(qū)近40年來冰雹災害發(fā)生變化規(guī)律，通過對致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、防災減災能力等多因子綜合分析，利用GIS技術科學制作出武都區(qū)冰雹風險區(qū)劃，它對指導武都山區(qū)科學規(guī)劃、周密部署防雹抗災工作，進一步提高防雹能力，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，具有一定的指導意義。

1 資料來源

冰雹資料由隴南市8縣1區(qū) (武都區(qū))氣象站提供，按照《地面氣象觀測規(guī)范》要求的方法測定和統(tǒng)計。人口、GDP、耕地比等資料由武都區(qū)統(tǒng)計局2011年年鑒提供。由于過去氣象站點稀少，現(xiàn)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站的記錄年代太短，因此，文章所用各鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均冰雹日數(shù)為隴南市8縣1區(qū)9個氣象站1971～2010年資料，利用各地地理信息建立經(jīng)度、緯度、海拔高度與冰雹日數(shù)多元線性回歸方程計算而得，并以此進行統(tǒng)計分析。其方程如下:

式中，y為年平均冰雹日數(shù)，X1為經(jīng)度，X2為緯度，X3為海拔高度。

2 冰雹時空演變氣候特征及路徑

統(tǒng)計武都區(qū)氣象站1971～2010年冰雹記錄 (圖1)，共出現(xiàn)冰雹33次，平均每年近1次，1988年出現(xiàn)4次，為最多年份，這只是武都區(qū)氣象站單點記錄，通過分析近20年雨情點的記錄和武都區(qū)雹災記錄，實際發(fā)生在武都區(qū)境內(nèi)的冰雹次數(shù)每年至少在4次以上。降雹時段14:00～20:00，即午后和傍晚，占86%，說明降雹對熱力條件的要求高。武都區(qū)降雹的空間分布規(guī)律比較明顯，基本上西北部多于東南部，山區(qū)多于川區(qū)，并由西北向東南呈遞減趨勢，這種分布和全區(qū)的地貌特點也有著較好的對應關系，正如群眾所說:“雹打高山，霜殺灣灣”，往往是山區(qū)多于川區(qū)，寒冷地區(qū)多于溫暖地區(qū);由于冰雹的源地不同，因而其移入武都區(qū)的路徑也就不同，大體上可以將進入武都區(qū)的冰雹路徑按其移入方位劃分為兩條 (圖2):一條是西北路徑，自宕昌入境，途經(jīng)池壩、龐磨、金廠、蒲池、馬街、城郊、東江等地;另一條是北方路徑，自西和禮縣入境，途經(jīng)隆興、龍壩、魚龍、甘泉、佛崖、龍風、郭河、三河、透防等地。此兩條路徑南移過程中逐漸合為一條，影響月照、霹琶、洛塘等地。

圖1 武都區(qū)氣象站冰雹日數(shù)年際變化

3 冰雹危險性等級分布

利用ArcGIS軟件和武都區(qū)及周邊氣象站年平均冰雹日數(shù)資料及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供的冰雹災情資料分析冰雹出現(xiàn)頻率，將其分為5級，得到冰雹災害危險性等級分布 (圖3)。由圖可見武都區(qū)冰雹危險性等級從西北向東南遞減，和冰雹路徑相符，該區(qū)西北部的池壩、馬營、坪埡海拔1 600m以上區(qū)域冰雹危險性等級最高，年平均冰雹日數(shù)大于2天，災情較重;該區(qū)東南部的五馬、裕河、外納、洛塘、楓相冰雹危險性等級最低，平均3～10年才降雹一次。

4 冰雹災害風險區(qū)劃

4.1 風險評估模型的建立

開展武都區(qū)冰雹災害風險區(qū)劃，是在對武都區(qū)氣象災害進行調(diào)查、統(tǒng)計和分析的基礎上，通過對致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、防災減災能力等多因子綜合分析，構建氣象災害風險評價的框架、指標體系、方法與模型，對氣象災害風險程度進行評價和等級劃分，采用風險指數(shù)法、層次分析法、加權綜合評分法等數(shù)量化方法［10-3］，借助GIS繪制相應的風險區(qū)劃圖系，分為氣象災害高風險區(qū)、次高風險區(qū)、中等風險區(qū)、次低風險區(qū)和低風險區(qū)5級。

致災因子危險性:指氣象災害異常程度，主要是由氣象致災因子活動規(guī)模 (強度)和活動頻次 (概率)決定的。一般致災因子強度越大，頻次越高，氣象災害所造成的破壞損失越嚴重，氣象災害的風險也越大。

孕災環(huán)境敏感性:指受到氣象災害威脅的所在地區(qū)外部環(huán)境對災害或損害的敏感程度。在同等強度的災害情況下，敏感程度越高，氣象災害所造成的破壞損失越嚴重，氣象災害的風險也越大。

圖2 武都區(qū)冰雹路徑

承災體易損性:指可能受到氣象災害威脅的所有人員和財產(chǎn)的傷害或損失程度，如人員、牲畜、房屋、農(nóng)作物、生命線等。一個地區(qū)人口和財產(chǎn)越集中，易損性越高，可能遭受潛在損失越大，氣象災害風險越大。利用GIS技術將人口、GDP、耕地比數(shù)據(jù)空間化，采用1 000m×1 000m網(wǎng)格，由于承災體對不同災種的相對重要程度不同，因此在計算承災體易損性時要賦予他們不同的易損性因子系統(tǒng)，根據(jù)武都實際情況，確定出冰雹氣象災害的易損性因子權重系數(shù)為:人口占0.3，GDP占 0.3，耕地比占 0.4。

防災減災能力:受災區(qū)對氣象災害的抵御和恢復程度。包括應急管理能力、減災投入資源準備等，防災減災能力越高，可能遭受的潛在損失越小，氣象災害風險越小。

參照蘭州市永登縣氣象災害防御規(guī)劃成果，建立災害風險指數(shù)評估模型如下:

其中:DRI是災害風險指數(shù);H、E、V、R分別表示致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性和防災減災能力因子指數(shù);WH、WE、WV、WR表示相應的權重，在該區(qū)劃中通過專家打分，并根據(jù)武都區(qū)氣象災害實際情況，分別賦值0.5、0.2、0.2、0.1;Xk是指標k量化后的值;Wk為指標k的權重，表示各指標對形成氣象災害風險的主要因子的相對重要性;a為常數(shù)，用來描述防災減災能力對于減少總的DRI所起的作用，考慮武都區(qū)的實際情況，取值0.5。

圖3 武都區(qū)冰雹危險性等級分布

4.2 冰雹災害風險區(qū)劃

冰雹災害的風險區(qū)劃主要從致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性3個方面進行綜合分析得到。致災因子危險性見冰雹危險性等級 (圖3);孕災環(huán)境敏感性將地形地貌作為主要指標，在迎風坡容易形成冰雹的易發(fā)區(qū)域;承災體易損性分析主要以人口密度、經(jīng)濟密度、耕地比為基本要素。最后將上述3個方面內(nèi)容進行加權疊加、合并以及等級劃分操作，得到冰雹風險區(qū)劃圖 (圖4)。由圖可見，冰雹的風險區(qū)劃總體上與冰雹災害的空間分布相對應，同時又受到地形和經(jīng)濟、人口密度分布的影響，由西北到東南遞減，池壩鄉(xiāng)、馬營鄉(xiāng)、蒲池鄉(xiāng)、魚龍鎮(zhèn)、安化鎮(zhèn)、漢林鄉(xiāng)、龍鳳鄉(xiāng)、馬街鎮(zhèn)、坪埡鄉(xiāng)為冰雹高風險區(qū);裕河鄉(xiāng)、楓相鄉(xiāng)、五馬鄉(xiāng)大部為冰雹低風險區(qū)。

圖4 武都區(qū)冰雹風險區(qū)劃

5 結論

(1)武都區(qū)冰雹主要集中出現(xiàn)在5～8月，5月和8月為兩個雙峰期，降雹時段在14～20時，即午后和傍晚，占86%，說明降雹對熱力條件的要求高。武都區(qū)境內(nèi)的冰雹次數(shù)每年至少在4次以上。武都區(qū)降雹的空間分布規(guī)律比較明顯，基本上西北部多于東南部，山區(qū)多于川區(qū)，并由西北向東南呈遞減趨勢，這種分布和全區(qū)的地貌地形特點也有著較好的對應關系。

(2)進入武都區(qū)的冰雹路徑按其移入方位劃分為兩條:一條是西北路徑，自宕昌入境，途經(jīng)池壩、龐磨、金廠、蒲池、馬街、城郊、東江等地;另一條是北方路徑，自西和禮縣入境，途經(jīng)隆興、龍壩、魚龍、甘泉、佛崖、龍風、郭河、三河、透防等地。此兩條路徑南移過程中逐漸合為一條，影響月照、霹琶、洛塘等地。

(3)武都區(qū)冰雹危險性等級從西北向東南遞減，和冰雹路徑相符，該區(qū)西北部的池壩、馬營、坪埡海拔1 600m以上區(qū)域冰雹危險性等級最高，年平均冰雹日數(shù)大于2天，災情較重;該區(qū)東南部的五馬、裕河、外納、洛塘、楓相冰雹危險性等級最低，平均3～10年才降雹一次。

(4)冰雹的風險區(qū)劃總體上與冰雹災害的空間分布相對應，同時又受到地形和經(jīng)濟、人口密度分布的影響，由西北到東南遞減，池壩鄉(xiāng)、馬營鄉(xiāng)、蒲池鄉(xiāng)、魚龍鎮(zhèn)、安化鎮(zhèn)、漢林鄉(xiāng)、龍鳳鄉(xiāng)、馬街鎮(zhèn)、坪埡鄉(xiāng)為冰雹高風險區(qū);裕河鄉(xiāng)、楓相鄉(xiāng)、五馬鄉(xiāng)大部為冰雹低風險區(qū)。

［1］肖志強，尚學軍，樊明，等.隴南伏期旱澇指數(shù)及預測模型.氣象，2001，27(1):35～38

［2］肖志強，尚學軍，樊明，等.隴南春旱指數(shù)與冬小麥產(chǎn)量關系及預測研究.中國農(nóng)業(yè)氣象，2002，23(1):9-～12

［3］肖志強，尚學軍，樊明，等.隴南秋季旱澇時空演變特征對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及預測研究.干旱氣象，2006，23(S1):57～61

［4］肖志強，林紓，尚學軍，等.隴南山區(qū)春末夏初旱澇指數(shù)的確定與預測研究.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24(3):26～30

［5］白肇燁，徐國昌.中國西北天氣.北京:氣象出版社，1988:258～283

［6］王錫穩(wěn)，徐志華，李曉霞.甘肅降水和冰雹天氣氣候分析.甘肅氣象，1995，13(2):13～16

［7］余優(yōu)森，葛秉鈞，任三學，等.甘肅隴南山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源與利用.北京:氣象出版社，1997:60～62

［8］石慧蘭，常平，陳成國，等.德州市降水及旱澇災害變化趨勢分析.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2012，33(3):23～27

［9］王虹揚，王立剛.湖南省農(nóng)村生態(tài)環(huán)境問題分析及對策.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2011，32(5):26～30

［10］蒲金涌，尤志剛，李建國，等.天水市雹災對糧食作物生產(chǎn)影響的風險評價.中國農(nóng)學通報，2012，28(8):282～286

［11］李世奎，霍治國，王素艷，等.農(nóng)業(yè)氣象災害風險評估體系及模型研究.自然災害學報，2004，13(1):77～87

［12］張峭，王克.我國農(nóng)業(yè)自然災害風險評估與區(qū)劃.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2011，32(3):32～36

［13］王川，趙俊曄，鐘永玲.我國糧食市場風險的度量與評估——基于風險價值法的實證分析.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2012，33(2):15～22