青海省河南縣近43 a冰雹氣候變化及其災(zāi)害性特征分析

陳海蓮 ，劉銀香，安永華

(1.青海省河南縣氣象局，青海 優(yōu)干寧 811599；2.青海省玉樹(shù)市氣象局，青海 結(jié)古 815099；3.青海省同仁市氣象局，青海 隆務(wù) 811300)

引言

冰雹是對(duì)流云中產(chǎn)生的球狀或不規(guī)則冰塊形式的降水，一旦發(fā)生往往造成較嚴(yán)重的雹災(zāi)，對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、人類(lèi)生活和生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重影響[1，2]。一次冰雹的降落，是否會(huì)造成災(zāi)害，與雹塊的大小、積雹密度、降雹范圍、降雹持續(xù)時(shí)間等有關(guān)，還與下墊面特征、被擊物體性質(zhì)、形狀有關(guān)。冰雹災(zāi)害具有局地性強(qiáng)、突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)[3]。

河南縣位于青海省東南部，隸屬黃南藏族自治州，地理位置為30°04′～34°55′N(xiāo)，100°53′～102°15′E，全縣總面積6 997.45 km2，平均海拔在3 600 m以上[4]。全縣處于生態(tài)環(huán)境脆弱帶和氣候變化敏感區(qū)，氣候變化的微小波動(dòng)都有可能對(duì)該地區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)造成影響[5]?？h境內(nèi)地形、地貌復(fù)雜，灘地、丘陵、低山及高山交錯(cuò)，溝壑相連，局地強(qiáng)對(duì)流天氣頻繁發(fā)生，冰雹是該地區(qū)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。據(jù)縣民政局調(diào)查得知：2008年9月23日該縣境內(nèi)出現(xiàn)冰雹天氣，其冰雹最大直徑34 mm，平均重量5 g。冰雹擊毀賬篷1 210頂、房屋玻璃31 200 m2、人工草場(chǎng)7.84 km2，打死牛49頭；共有3 210戶(hù)16 530人受災(zāi)，成災(zāi)2 123戶(hù)11 560人，直接經(jīng)濟(jì)損失約910萬(wàn)元；2011年9月1日優(yōu)干寧鎮(zhèn)南旗村境內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，并伴有雷暴、大風(fēng)、冰雹等天氣現(xiàn)象，降雹時(shí)間持續(xù)約15 min，冰雹最大直徑為40 mm。造成41戶(hù)住房玻璃、16戶(hù)畜棚玻璃被擊毀，1戶(hù)太陽(yáng)能暖氣設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，19頂帳篷擊爛，沖毀草場(chǎng)面積為5.733 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)58.8萬(wàn)元。因此，加強(qiáng)對(duì)該地區(qū)冰雹氣候特征及其災(zāi)害性分析，對(duì)于做好冰雹災(zāi)害防御工作具有重要的科技支撐和現(xiàn)實(shí)意義。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

利用1978～2020年河南縣國(guó)家氣象站降雹數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)整理出地面氣象觀測(cè)站降雹記錄377條，其中降雹持續(xù)時(shí)間375條，冰雹最大直徑126條。因1978～2003年河南縣國(guó)家氣象站實(shí)行人工觀測(cè)，冰雹直徑缺測(cè)較多，資料統(tǒng)計(jì)時(shí)，直接剔除了此類(lèi)記錄。隨著地面觀測(cè)自動(dòng)化推進(jìn)，自2012年4月1日起夜間天氣現(xiàn)象不記起止時(shí)間，故降雹持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)時(shí)，剔除了夜間出現(xiàn)冰雹記錄(表1)。

表1 青海省河南縣冰雹資料條數(shù)統(tǒng)計(jì) 單位：條

1.2 方法

1.2.1 線(xiàn)性趨勢(shì)分析法 線(xiàn)性趨勢(shì)分析利用計(jì)算氣象要素的時(shí)間序列，以時(shí)間(x)為自變量，要素(y)為因變量，建立一元回歸方程y(x)=a+bx，其中b表示變化傾向率，b值符號(hào)反映上升或下降的變化趨勢(shì)[6]。

1.2.2 冰雹災(zāi)害等級(jí)劃分 河南縣1978～2020年共記錄冰雹377條，根據(jù)《青海省氣象災(zāi)害分級(jí)指標(biāo)》DB63/T372-2018，將冰雹災(zāi)害等級(jí)分為4級(jí)，冰雹災(zāi)害等級(jí)及分級(jí)指標(biāo)劃分如表2所示，其中輕度災(zāi)害57次，中度災(zāi)害38次，重度災(zāi)害29次，特重度災(zāi)害16次，無(wú)災(zāi)害201次。

表2 冰雹災(zāi)害等級(jí)及分級(jí)指標(biāo)劃分表

2 結(jié)果與分析

2.1 冰雹氣候變化特征

2.1.1 冰雹日數(shù)年變化 從冰雹日數(shù)年際變化中(如圖1a)可以看出，近43 a來(lái)河南縣共出現(xiàn)冰雹日數(shù)377 d，年平均降雹日數(shù)8.8 d，冰雹日數(shù)總體呈現(xiàn)波動(dòng)狀減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.21 d/a，相關(guān)系數(shù)0.6007，通過(guò)a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，表明該縣年冰雹日數(shù)減少趨勢(shì)顯著。1985、1989年出現(xiàn)冰雹天氣最多，分別出現(xiàn)17 d和18 d；其次1986年出現(xiàn)16 d；1978、1984、2007年均出現(xiàn)15 d；2019年僅出現(xiàn)1 d。

從年代際變化(圖1b)可得，1978～1987年出現(xiàn)冰雹日數(shù)最多，其值高達(dá)117 d；1988～1997年次多，共出現(xiàn)105 d；1998～2007年出現(xiàn)89 d；2008～2017年共出現(xiàn)61 d；2018～2020年僅出現(xiàn)6 d。

圖1 1978～2020年河南縣冰雹日數(shù)年變化 a：年際；b：年代際

2.1.2 冰雹日數(shù)月變化 從年內(nèi)變化(圖2a)來(lái)看，河南縣冰雹出現(xiàn)在4～10月，其中5～7月為冰雹高發(fā)期，共出現(xiàn)冰雹日數(shù)為239 d，占總冰雹日數(shù)的63.4%，4月和10月出現(xiàn)冰雹日數(shù)分別為11 d、26 d，分別占總冰雹日數(shù)的2.94%、6.9%。

從日變化(圖2b)可得，河南縣冰雹天氣日變化非常明顯，主要發(fā)生在13～21時(shí)，占降雹總數(shù)的89.8%，尤其是集中在16～19時(shí)，占61.4%。冰雹天氣絕大部分發(fā)生在白天，夜間雖然也有降雹可能，但所占比例很小。

圖2 1978～2020年河南縣冰雹日數(shù)月、日變化 a：月；b：日

2.1.3 降雹最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間變化 從1978～2020年河南縣降雹最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間年際變化(圖3)可以看出，降雹持續(xù)時(shí)間隨著年份遞增呈波動(dòng)狀明顯減少趨勢(shì)。近43 a來(lái)該縣降雹的一般持續(xù)時(shí)間1～20 min，少數(shù)在30 min或以上。1989年6月19日出現(xiàn)冰雹天氣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)50 min，最大直徑8 mm，是出現(xiàn)降雹持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次冰雹天氣，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響。2019年最長(zhǎng)降雹持續(xù)時(shí)間僅3 min，最大直徑2 mm，未造成任何氣象災(zāi)害。

圖3 1978～2020年河南縣降雹最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間年際變化

2.1.4 冰雹最大直徑變化 從1978～2020年河南縣冰雹最大直徑年際變化(圖4)可以看出，冰雹最大直徑隨年份增大呈波動(dòng)狀減小趨勢(shì)，但減小趨勢(shì)不明顯。最大冰雹出現(xiàn)在1987年、2008年，最大直徑分別為35 mm、34 mm，對(duì)該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)生活造成了較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 1978～2020年河南縣最大冰雹最大直徑年際變化

2.2 不同等級(jí)冰雹災(zāi)害變化特征

2.2.1 不同等級(jí)冰雹災(zāi)害年際變化 從冰雹災(zāi)害等級(jí)年變化(圖5)來(lái)看，河南縣冰雹災(zāi)害次數(shù)隨年份增大呈現(xiàn)波動(dòng)狀減少趨勢(shì)，輕度災(zāi)害次數(shù)>中度災(zāi)害次數(shù)>重度災(zāi)害次數(shù)>特重度災(zāi)害次數(shù)。輕度災(zāi)害次數(shù)自2007年開(kāi)始，減少趨勢(shì)較為明顯；中度災(zāi)害次數(shù)自2013年開(kāi)始明顯減少；特重災(zāi)害次數(shù)于2008年、重度災(zāi)害次數(shù)于2013年之后均未出現(xiàn)。且隨年份遞增，出現(xiàn)的冰雹最大值和最小值均有減小趨勢(shì)。

圖5 1978～2020年不同等級(jí)冰雹災(zāi)害出現(xiàn)次數(shù)變化

2.2.2 不同等級(jí)冰雹災(zāi)害年代際變化 從冰雹災(zāi)害等級(jí)年代際變化(圖6)來(lái)看，河南縣冰雹災(zāi)害次數(shù)隨年份變化與災(zāi)害等級(jí)變化趨勢(shì)基本一致。2018～2020年僅出現(xiàn)2次中度災(zāi)害，其余災(zāi)情均未出現(xiàn)。表明該地區(qū)不同等級(jí)冰雹災(zāi)害出現(xiàn)頻次總體呈減少趨勢(shì)。

圖6 1978～2020年各等級(jí)冰雹災(zāi)害次數(shù)年代際變化

2.2.3 不同等級(jí)冰雹災(zāi)害月際變化 從年內(nèi)變化(圖7)來(lái)看，河南縣冰雹災(zāi)害出現(xiàn)在4～10月，其中5～7月為冰雹災(zāi)害高發(fā)期。其中無(wú)災(zāi)害、輕度、中度、重度、特重度分別占總冰雹災(zāi)害的53.2%、13.5%、10.8%、8.2%、4.2%。無(wú)災(zāi)害出現(xiàn)頻次最多是7月，其次5～6月，輕災(zāi)害出現(xiàn)頻次最多是8月，中度災(zāi)害出現(xiàn)最多6月，重度災(zāi)害出現(xiàn)最多5月，特重災(zāi)害出現(xiàn)最多9月；4月重度、特重災(zāi)害均未出現(xiàn)。表明河南縣是冰雹災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，特別5～9月是防雹關(guān)鍵月份。

圖7 1978～2020年各等級(jí)冰雹災(zāi)害出現(xiàn)次數(shù)逐月變化

2.2.4 不同等級(jí)冰雹災(zāi)害日變化 從冰雹災(zāi)害等級(jí)日變化(圖8)來(lái)看，河南縣冰雹災(zāi)害出現(xiàn)在13～22時(shí)，其中16～19時(shí)為冰雹災(zāi)害高發(fā)時(shí)段。在此時(shí)段無(wú)災(zāi)害、輕度、中度、重度、特重度分別占總冰雹災(zāi)害的48.35%、15.23%、9.85%、6.87%、3.88%。

圖8 1978～2020年河南縣不同等級(jí)冰雹災(zāi)害日變化

3 結(jié)論

(1)1978～2020年河南縣共出現(xiàn)降雹日數(shù)377 d，年平均降雹日數(shù)8.8 d，總體呈波動(dòng)狀減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.21 d/a，相關(guān)系數(shù)0.6007，通過(guò)了a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，表明年冰雹日數(shù)呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)。

(2)河南縣冰雹天氣一般出現(xiàn)在4～10月，其中5～7月為冰雹天氣高發(fā)期，占總降雹日數(shù)的63.4%，4月和10月出現(xiàn)冰雹日數(shù)分別為11 d、26 d，分別占總降雹日數(shù)的2.94%、6.9%。日變化非常明顯，主要發(fā)生在12～21時(shí)，占降雹總數(shù)的89.8%，尤其集中在16～19時(shí)，占61.4%。

(3)河南縣降雹一般持續(xù)時(shí)間1～20 min，少數(shù)在30 min或以上。最大直徑隨年份遞增呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。最大冰雹出現(xiàn)在1987年、2008年，最大直徑分別為35 mm、34 mm，對(duì)該縣農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)生活等造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

(4)河南縣冰雹災(zāi)害次數(shù)隨年份遞增呈現(xiàn)波動(dòng)狀減少趨勢(shì)，輕度災(zāi)害次數(shù)>中度災(zāi)害次數(shù)>重度災(zāi)害次數(shù)>特重度災(zāi)害次數(shù)。

(5)河南縣冰雹災(zāi)害一般出現(xiàn)在4～10月，其中無(wú)災(zāi)害、輕度、中度、重度、特重度分別占總冰雹災(zāi)害的53.2%、13.5%、10.8%、8.2%、4.2%。

(6)河南縣冰雹災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)段在13～22時(shí)，其中16～19時(shí)為冰雹災(zāi)害高發(fā)時(shí)段，在此時(shí)段內(nèi)無(wú)災(zāi)害、輕度、中度、重度、特重度分別占總冰雹災(zāi)害的48.35%、15.23%、9.85%、6.87%、3.88%。