青海海西地區(qū)近41年雪災時空分布特征

李 興，李金鳳，陳宏松，譚麗娜，韓廷芳

(1.青海省格爾木市氣象局，青海 格爾木 816000；2.青海省海東市氣象局，青海 平安 810600)

引言

雪災是由于大量的降雪和積雪，加之環(huán)境的脆弱性和承載體的敏感性，對畜牧生產及人們日常生活造成危害和經濟損失的一種氣象災害[1]。由于冬季降雪量多且積雪厚，加之高原氣溫低，雪層維持時間長，嚴重影響牲畜采食，同時影響著交通、通訊、輸電線路等生命線工程。對于青藏高原積雪和雪災的研究很廣泛，如董文杰等[2]對青藏高原東部牧區(qū)雪災特征的研究表明，雪災主要發(fā)生在巴顏喀拉山南緣和東麓地區(qū)，近30年來呈上升趨勢。時興合等[3]對青海南部牧區(qū)雪災變化特征研究表明，20世紀60～90年代，青南牧區(qū)中雪和大雪出現(xiàn)站次以及雪災出現(xiàn)站次均呈初步增多趨勢，未來10年冬季積雪增多趨勢仍將持續(xù)。張濤濤等[4]研究表明，青藏高原近51年雪災頻次呈增長趨勢，雪災發(fā)生站次不斷增多，尤其是20世紀90年代以來增加趨勢更為顯著，初春為雪災多發(fā)季節(jié)，前冬其次，后冬最少；雪災發(fā)生頻次空間分布很不均勻，雪災發(fā)生較多區(qū)域，輕、中、重度雪災都頻繁發(fā)生，這些地區(qū)主要位于高原中部和高原東南部邊緣。時興合等[5]對1961～2004年青海積雪及雪災變化研究表明，海西東部和環(huán)青海湖地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性雪災的概率為15.9%，而出現(xiàn)局部雪災的概率僅為9.1%。

前人對青海高原和青南牧區(qū)雪災特征和時空分布研究較多，但對于海西地區(qū)雪災研究很少。海西位于青藏高原北部、青海省西部，北臨甘肅，西接新疆，東西長約837 km，南北寬約486 km，總面積32.58萬Km2，境域以昆侖山、阿爾金山和祁連山環(huán)抱著的柴達木盆地為主體，盆地海拔2675～3200 m，四周高山海拔3500～4500 m，地勢西北高，東南低[6]。西南小唐古拉地區(qū)的沱沱河、五道梁是青藏鐵路和公路進藏的重要交通節(jié)點，1985年10月17～18日，海西州昆侖山連降暴雪，小唐古拉地區(qū)連續(xù)降雪32.5 h，沱沱河降雪量達65.6 mm，積雪深度55 cm，部分路段超過100 cm，交通中斷，最低氣溫達-42 ℃，造成27戶880多口牧民和10.6萬頭(只)牲畜受災，許多牧民手腳被凍傷，患上雪盲癥。都蘭、天峻、烏蘭等縣是海西地區(qū)牧業(yè)主要分布區(qū)，1993年 3月15～19日，天峻縣連續(xù)降雪，積雪深度達67 cm，24～27日再次出現(xiàn)降雪天氣，死亡牲畜59 544頭(只)，死亡1人，凍傷32人，患雪盲356人，感冒126人，痢疾549人，德令哈市死亡牲畜29 901頭(只)；烏蘭縣在雪災中有1 095人和9.42萬頭(只)牲畜遭受災，死亡牲畜12 173萬頭[7]。雪災的發(fā)生嚴重影響和制約人民的生活和經濟的發(fā)展。本文利用1978～2019年海西地區(qū)國家基準氣象觀測站資料，在前人研究的基礎上，從天氣學角度出發(fā)探討海西地區(qū)雪災時間發(fā)生趨勢和空間分布特征，為氣象災害防御和地方經濟建設發(fā)展提供事實依據。

1 數據來源及方法

本文選取1978～2019年共41a德令哈、烏蘭、都蘭、天峻、茶卡、格爾木、小灶火、諾木洪、冷湖、茫崖、大柴旦、沱沱河和五道梁13個國家基準氣象觀測站的降水量、氣溫、最大積雪深度和積雪日數等氣象資料；選取《中國氣象災害大典·青海卷》《青海省志·氣象志》《青海地方志》及各氣象臺災情直報系統(tǒng)中災情數據資料。采用線性傾向估計方法來描述雪災發(fā)生頻次隨時間的年際變化趨勢，并利用Excel軟件繪制出雪災發(fā)生的傾向率變化圖，分析海西地區(qū)的雪災發(fā)生頻次與時間和空間特征，結合青海省地方標準《氣象災害分級指標》(DB63/T372-2018)[8]，利用積雪深度指標，評估雪災致災因子危險性大小，借助ArcGIS繪制海西地區(qū)雪災危險性區(qū)劃。

2 海西地區(qū)雪災特征分析

2.1 雪災定義及等級指標

雪災是冬、春季因降雪量大、氣溫低造成積雪持續(xù)不融化，致使家畜凍傷、采食困難或不能采食而發(fā)生的不同程度的牲畜傷亡事件，并可能伴有牧民凍傷、交通阻塞、電力和通信線路中斷等災害。由于各地氣候、地理環(huán)境等差異，相同的積雪量造成的災害程度并不相同，因此目前對于雪災的定義及劃分沒有統(tǒng)一標準，關于雪災等級指標的研究相對較少，相關研究有單從氣象氣候要素的指標定義，也有結合實際災情要素的綜合指標定義[9]。本文從雪災發(fā)生時段降水量、積雪和氣溫等氣象要素，結合實際災情，依據青海省地方標準《氣象災害分級指標》(DB63/T372-2018)[8]，將海西地區(qū)雪災按照積雪深度(D)(單位：厘米)和積雪持續(xù)時間(T)(單位：天)進行等級及分級劃分(表1)

表1 雪災等級及分級指標劃分表

2.2 雪災時間變化趨勢

2.2.1雪災總頻次年際變化

對海西地區(qū)1978～2019年13個氣象觀測站點氣溫、降水量、積雪深度和積雪持續(xù)時間，按照青海省地方標準《氣象災害分級指標》(DB63/T372-2018)定義雪災標準進行統(tǒng)計分析，利用線性傾向估計法得出雪災年總頻次變化趨勢(圖1)，斜線即表示雪災發(fā)生總頻次隨時間變化的趨勢。通過對圖1的表達式可以看出，1978～2019年海西地區(qū)雪災總頻次在減少，減少趨勢為0.0115次/a，對相關系數r進行變化趨勢顯著性檢驗，結果顯示未通過顯著性檢驗，表明雪災頻次減少不顯著。近41年的13個站累計發(fā)生104次雪災，平均每年發(fā)生8次，其中，1983年是近41年雪災發(fā)生頻次最多年份，為9次。

圖1 1978～2019年海西地區(qū)雪災年總頻次年際變化特征

從每10 a變化傾向率來看(表2)，1978～1988年雪災頻次呈增加趨勢，增加趨勢為0.2次/a；1989～1999年雪災頻次呈減少趨勢，減少趨勢為-0.01次/a；2000～2010年雪災頻次呈減少趨勢，減少趨勢為-0.1次/a；2011～2019年呈增加趨勢，增加趨勢為0.68次/a?？梢钥闯?000～2010年是近41年中雪災頻次減少的主要時段，2011～2019年是近41年中雪災發(fā)生頻次增長最顯著的10 a。1979、1980、1981、1984、1990、1996、2001、2007、2011、2013、2014、2016年無雪災事件發(fā)生。

表2 1978～2019年海西地區(qū)雪災年段發(fā)生趨勢特征

2.2.2雪災發(fā)生的時間變化特征

雪災主要發(fā)生時段在每年10月到翌年4月，參考相關文獻劃分標準，根據雪災發(fā)生時期將10～12月定義為前冬，翌年1～2月為后冬、3～4月為初春[10～11]，各時段雪災發(fā)生頻次不同(表3)。從表3可以看出，海西地區(qū)共發(fā)生的104次雪災事件中，后冬發(fā)生次數最多為79次，占雪災總次數的75.9%，其次是前冬發(fā)生次數為23次，占雪災總次數的22.1%，初春僅發(fā)生2次，占雪災總次數的2%。說明前冬和后冬是雪災發(fā)生的主要時段，初春占比很少。

表3 1978～2019年海西地區(qū)雪災發(fā)生時段特征

從站點雪災發(fā)生時段統(tǒng)計分析(表4)，有2個站點在初春有雪災事件發(fā)生，分別是天峻1次，沱沱河1次，共計2次；其余102次均發(fā)生在各區(qū)域的前、后冬，占雪災總次數的98%。德令哈、都蘭是海西地區(qū)雪災易發(fā)和多發(fā)地，占雪災總次數的57.6%，且全部雪災發(fā)生在前冬和后冬，可見冬季是雪災發(fā)生的主要時間段。

表4 1978～2019年海西地區(qū)各站不同時間段雪災發(fā)生頻次特征

2.3 雪災空間變化特征

2.3.1雪災頻次空間分布

根據海西地區(qū)13個氣象臺站地理位置劃分為中東部、盆區(qū)、西北部和西南部4個地區(qū)，其中中東部地區(qū)包括德令哈、烏蘭、都蘭、天峻和茶卡，盆區(qū)包括格爾木、小灶火和諾木洪，西北部地區(qū)包括冷湖、茫崖和大柴旦，西南部地區(qū)包括沱沱河和五道梁。從海西地區(qū)雪災年總頻次空間分布圖2可見，12個站都有不同程度的雪災發(fā)生，雪災空間分布很不均勻。雪災頻次最高的地方位于海西中東部地區(qū)，占雪災發(fā)生總次數的68.2%，西北部地區(qū)占雪災發(fā)生總次數的18.2%，西南部地區(qū)占雪災發(fā)生總次數的10.6%，盆區(qū)占雪災發(fā)生總次數的3%。中東部地區(qū)雪災以德令哈、都蘭為主要發(fā)生地，盆區(qū)以諾木洪為主要發(fā)生地，西北部地區(qū)以大柴旦為主要發(fā)生地，西南地區(qū)以沱沱河為主要發(fā)生地。

海西中東部地區(qū)是全區(qū)雪災主要發(fā)生地，從站點雪災發(fā)生頻次分布來看，德令哈、都蘭同時也是雪災發(fā)生頻次最多的地方，兩地雪災次數共計達到了60次，占總雪災頻次的57.6%；西北部地區(qū)是第二個雪災易發(fā)區(qū)，以大柴旦發(fā)生次數為最多；西南地區(qū)僅有兩個觀測站，沱沱河是該地區(qū)雪災易發(fā)生地區(qū)；盆區(qū)是海西地區(qū)雪災發(fā)生次數最少的地區(qū)，在近41年中僅有3次雪災事件發(fā)生，僅占總雪災頻次的3%左右，格爾木市在統(tǒng)計時間內未發(fā)生雪災。

圖2 1978～2019年海西地區(qū)雪災年總頻次空間分布

2.3.2雪災等級頻次空間分布特征

根據雪災的分級指標，海西地區(qū)輕、中、重、特重雪災頻次站點分布特征見表5，其中輕度雪災發(fā)生頻次55次，中度雪災36次，重度雪災8次，特重度雪災5次。輕度雪災占海西地區(qū)總雪災頻次的52.9%，為主要雪災事件，中度雪災占海西地區(qū)總雪災頻次的34.6%，重度雪災占海西地區(qū)總雪災頻次的7.7%，特重度雪災最少，只占海西地區(qū)總雪災頻次的4.8%。

從各區(qū)域雪災等級分布統(tǒng)計來看，輕度雪災發(fā)生分布情況為，海西中東部地區(qū)發(fā)生41次，占海西地區(qū)總雪災頻次的39.5%，盆區(qū)發(fā)生1次，占海西地區(qū)總雪災頻次的0.9%，西北部地區(qū)發(fā)生7次，占海西地區(qū)總雪災頻次的6.7%，西南地區(qū)發(fā)生6次，占海西地區(qū)總雪災頻次的5.8%；中度雪災發(fā)生分布情況為，海西中東部地區(qū)發(fā)生21次，占海西地區(qū)總雪災頻次的20.2%，盆區(qū)發(fā)生2次，占海西地區(qū)總雪災頻次的2%，西北部地區(qū)發(fā)生10次，占海西地區(qū)總雪災頻次的9.6%，西南地區(qū)發(fā)生3次，占海西地區(qū)總雪災頻次的2.8%；重度雪災發(fā)生分布情況為，海西中東部地區(qū)發(fā)生7次，占海西地區(qū)總雪災頻次的6.8%，盆區(qū)未發(fā)生重度雪災，西北部地區(qū)發(fā)生1次，占海西地區(qū)總雪災頻次的0.9%，西南地區(qū)未發(fā)生重度雪災；特重度雪災發(fā)生分布情況為，海西中東部地區(qū)發(fā)生2次，占海西地區(qū)總雪災頻次的1.95%，盆區(qū)未發(fā)生特重度雪災，西北部地區(qū)發(fā)生1次，占海西地區(qū)總雪災頻次的0.9%，西南地區(qū)發(fā)生2次，占海西地區(qū)總雪災頻次的1.95%。

海西中東部地區(qū)均有輕度、中度、重度、特重度雪災發(fā)生，盆區(qū)僅有輕度和中度雪災發(fā)生，西北部地區(qū)均有輕度、中度、重度、特重度雪災發(fā)生，西南地區(qū)有輕度、中度、特重度雪災發(fā)生。值得注意的是，從5次特重度雪災分布來看，其中有2次為一個站點(沱沱河)，其余3次分別位于中東部地區(qū)的德令哈和都蘭及西北部地區(qū)的大柴旦。不同時間段雪災發(fā)生的分布特點為，初春發(fā)生雪災次數為2站次，分別是天峻中度雪災，沱沱河輕度雪災，其余102次各地區(qū)都有不同程度發(fā)生，均發(fā)生在前、后冬時段。

表5 1978～2019年海西地區(qū)輕、中、重、特重雪災頻次站點分布特征

2.3.3雪災致災因子危險性評估

致災因子危險性指氣象災害異常程度，主要由氣象致災因子活動規(guī)模(強度)和活動頻次(頻率)決定。一般致災因子強度越大，頻次越高，氣象災害的風險也越大。用來反映雪災致災因子危險性大小的指標有很多，其中最為直接和常用的是利用積雪深度和積雪持續(xù)時間來表示。當積雪深度超過2 cm且持續(xù)一段時間后，就會出現(xiàn)雪災，根據此指標評估雪災致災因子危險性大小[12]。借助ArcGIS制作海西地區(qū)雪災危險性區(qū)劃(圖3)?？梢钥闯觯Ｎ鳀|北部與西南部地區(qū)是雪災發(fā)生的高風險區(qū)，西北部地區(qū)屬于中低風險區(qū)，盆區(qū)及中部地區(qū)屬于低風險區(qū)。

結合上述，海西地區(qū)雪災事件發(fā)生的時間、空間、災害等級的特征，在雪災危險性區(qū)劃圖中也有所表現(xiàn)，海西雪災高風險地區(qū)位于海西中部德令哈市周邊和西南地區(qū)的沱沱河地區(qū)，與該兩地發(fā)生的雪災頻次和特重度雪災等級相吻合；位于中間區(qū)域的柴達木盆地是雪災發(fā)生的低風險和較低風險區(qū)，與該地雪災事件頻次和降水特征是基本吻合的；柴達木盆地周邊隨著地形的變化，雪災頻次較盆區(qū)增多，風險等級也升至中等風險。

圖3 1978～2019年海西地區(qū)雪災危險性區(qū)劃

3 結論

(1)近41年來海西地區(qū)雪災總頻次呈弱減少趨勢，減少趨勢為0.0115次/a；1989～2010年雪災呈減少趨勢，2011～2019年雪災頻次增加趨勢明顯。海西地區(qū)后冬雪災發(fā)生次數最多，其次是前冬雪災發(fā)生次數，初春發(fā)生雪災的次數最少。

(2)海西地區(qū)雪災發(fā)生空間分布很不均勻，雪災頻次由高到低的地區(qū)依次為中東部、西北部、西南部和盆區(qū)，這與這些地區(qū)降水量特征的分布也基本吻合。盆區(qū)主要是輕度雪災為主，其他地區(qū)均有不同程度雪災發(fā)生。

(3)海西東北部與西南部既是雪災發(fā)生的特重度地區(qū)，也是雪災危險性等級較高至高風險地區(qū)；西北部地區(qū)發(fā)生雪災等級多為中度和重度，雪災危險性屬于中至較高風險區(qū)；中部地區(qū)屬于雪災危險風險較低區(qū)域；盆區(qū)屬于雪災危險性風險最低的地區(qū)。