基于氣象要素的青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)等級(jí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集

史飛飛，肖建設(shè)，李林，曹曉云，李曉東，李紅梅

1.青海省氣象科學(xué)研究所，西寧 810008

2.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810008

3.青海省氣象局，西寧 810008

4.青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，西寧 810008

5.青海省氣候中心，西寧 810008

引 言

青藏高原氣候惡劣、災(zāi)害頻發(fā)，是氣候變化的敏感區(qū)和生態(tài)脆弱帶，青藏高原牧區(qū)作為我國(guó)重要的特色畜牧業(yè)生產(chǎn)地之一，覆蓋了中國(guó)四大牧區(qū)中的青海和西藏高寒牧區(qū)，平均海拔在4000米以上，共包括108個(gè)牧區(qū)半牧區(qū)縣[1-3]。牧區(qū)雪災(zāi)是由于積雪過(guò)厚，且長(zhǎng)時(shí)間掩埋草場(chǎng)致使牲畜無(wú)法正常采食，導(dǎo)致大量牲畜掉膘和死亡的自然災(zāi)害[4]。長(zhǎng)久以來(lái)青藏高原大部分牧區(qū)內(nèi)牛羊仍以草原粗獷放牧形式為主，一般當(dāng)雪層深度較厚，積雪持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)會(huì)對(duì)家畜采食產(chǎn)生影響，并在無(wú)飼草儲(chǔ)備或飼草儲(chǔ)備不足的牧區(qū)極有可能出現(xiàn)雪災(zāi)[5-6]。當(dāng)前在全球氣候變化背景下雪災(zāi)發(fā)生頻率和程度均呈增加趨勢(shì)，并且隨著牧區(qū)畜牧規(guī)模的擴(kuò)大，其成災(zāi)損失和社會(huì)影響也明顯加大，已嚴(yán)重制約了青藏高原畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[7-8]。例如在 2019年三江源地區(qū)發(fā)生雪災(zāi)期間，受其影響的家畜數(shù)量達(dá)到了231.20萬(wàn)羊單位，占到全區(qū)受災(zāi)家畜標(biāo)準(zhǔn)羊單位總量的78.30%[9]。

目前，在牧區(qū)雪災(zāi)監(jiān)測(cè)與預(yù)警方面，張學(xué)通等[10]和王瑋等[11]先后在青藏高原地區(qū)系統(tǒng)開(kāi)展了牧區(qū)雪災(zāi)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警研究工作，所構(gòu)建的雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型精度能達(dá)到85%以上；周秉榮等[12-13]研制了青海高原牧區(qū)雪災(zāi)綜合預(yù)警評(píng)估模型并在雪災(zāi)服務(wù)中進(jìn)行了應(yīng)用。而在雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃方面，李紅梅等[14]和韓炳宏等[15]進(jìn)行了青海高原牧區(qū)雪災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，其結(jié)果與實(shí)際雪災(zāi)發(fā)生狀況較為相符。上述研究中的雪災(zāi)案例均主要通過(guò)查閱《中國(guó)氣象災(zāi)害年鑒》[16]和《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》[17]等資料進(jìn)行收集，因歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的發(fā)布往往具有滯后性，同時(shí)不同資料間對(duì)災(zāi)情信息統(tǒng)計(jì)的詳實(shí)程度也存在差異，將會(huì)對(duì)雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論模型構(gòu)建和雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等研究工作產(chǎn)生不利影響[18]。針對(duì)該問(wèn)題，氣象部門(mén)發(fā)展出一種基于地面氣象站點(diǎn)資料進(jìn)行青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，并已在牧區(qū)雪災(zāi)等級(jí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警等方面得到較好應(yīng)用，同時(shí)其監(jiān)測(cè)結(jié)果也可作為雪災(zāi)數(shù)據(jù)的有益補(bǔ)充。

數(shù)據(jù)集構(gòu)建過(guò)程中綜合考慮了雪災(zāi)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和雪災(zāi)承災(zāi)體易損性，利用了青藏高原 109個(gè)地面氣象臺(tái)站逐日積雪觀測(cè)資料和地面災(zāi)情資料，參照《氣象災(zāi)害分級(jí)指標(biāo)》[19]（DB63/T372-2018）中的雪災(zāi)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及牲畜死亡狀況制定了雪災(zāi)等級(jí)分級(jí)指標(biāo)，并據(jù)此統(tǒng)計(jì)了近20年來(lái)青藏高原牧區(qū)發(fā)生輕度、中度、重度和特重度等級(jí)雪災(zāi)的日數(shù)，形成的雪災(zāi)數(shù)據(jù)集可為青藏高原雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

從中國(guó)氣象局綜合氣象信息共享平臺(tái)（China Integrated Meteorological Information Sharing System,CIMISS）獲取青藏高原109個(gè)氣象臺(tái)站2000-2020年逐日雪深觀測(cè)資料，并已在CIMISS平臺(tái)中按照氣象行業(yè)規(guī)范進(jìn)行了質(zhì)量控制[20]，地面氣象站點(diǎn)分布狀況見(jiàn)圖1。地面災(zāi)情資料主要包括：牲畜存欄數(shù)、牲畜死亡率、受災(zāi)人口數(shù)、財(cái)產(chǎn)損失等，上述資料來(lái)自于《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》[17]、《青海統(tǒng)計(jì)年鑒》[21]、《西藏統(tǒng)計(jì)年鑒》[22]以及各地氣象部門(mén)收集和調(diào)查資料等。根據(jù)文中構(gòu)建的雪災(zāi)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在Matlab2018b軟件中通過(guò)編寫(xiě)程序，逐年統(tǒng)計(jì)了近20年來(lái)青藏高原各地發(fā)生輕度、中度、重度和特重度等級(jí)雪災(zāi)的日數(shù)，最后依據(jù)政府部門(mén)發(fā)布的災(zāi)情數(shù)據(jù)和現(xiàn)有文獻(xiàn)資料對(duì)數(shù)據(jù)集質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，具體流程如圖2所示。

圖1 青藏高原氣象站點(diǎn)分布Figure 1 Distribution of meteorological stations on the Tibetan Plateau

圖2 數(shù)據(jù)處理流程Figure 2 Data processing flow

1.2 雪災(zāi)等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

在《氣象災(zāi)害分級(jí)指標(biāo)》[19]（DB63/T372-2018）中主要采用了積雪深度和積雪維持時(shí)間兩項(xiàng)指標(biāo)用于評(píng)估雪災(zāi)的異常程度，而李紅梅等[14]研究指出高原內(nèi)牧區(qū)雪災(zāi)對(duì)牲畜影響程度最大，因而可使用牲畜死亡率來(lái)表征雪災(zāi)的損失程度，并且在積雪深度、積雪維持時(shí)間和牲畜死亡率間具有較好相關(guān)性，綜合上述指標(biāo)能更好地開(kāi)展青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)評(píng)估。本文在上述研究成果的基礎(chǔ)上制定了青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)等級(jí)分級(jí)指標(biāo)（具體見(jiàn)表1），其中冬季指當(dāng)年10月至次年2月，而春季指次年3月至5月，積雪深度是指從積雪表面到地面的垂直深度，積雪維持時(shí)間是指地面積雪穩(wěn)定維持的連續(xù)日數(shù)，牲畜死亡率是指受雪災(zāi)造成的大牲畜（主要包括牛、羊和馬）死亡數(shù)占年初的大牲畜存欄數(shù)的比例，上述指標(biāo)均可通過(guò)各地氣象部門(mén)的觀測(cè)資料和氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)獲得。

表1 雪災(zāi)等級(jí)指標(biāo)Table 1 Indices of snow disaster levels

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2000-2020年青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)等級(jí)數(shù)據(jù)集包含4個(gè)數(shù)據(jù)文件，分別為輕度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)、中度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)、重度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)和特重度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)，格式為shp，數(shù)據(jù)量42 KB。文件屬性表中“sta”為站點(diǎn)編號(hào)，“總和”為2000-2020年對(duì)應(yīng)級(jí)別雪災(zāi)發(fā)生的總?cè)諗?shù)，而以年份（例如2000）命名的屬性列中記錄了該年內(nèi)對(duì)應(yīng)級(jí)別雪災(zāi)發(fā)生的日數(shù)，圖3為數(shù)據(jù)集的制圖示例。

圖3 2000-2020年青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)Figure 3 Days of snow disasters in pastoral areas of the Tibetan Plateau during 2000-2020

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

青藏高原內(nèi)有109個(gè)有人值守的氣象臺(tái)站，均分布在有從事畜牧業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的牧業(yè)和半牧業(yè)市縣內(nèi)。在雪災(zāi)發(fā)生后地方政府會(huì)及時(shí)通報(bào)災(zāi)情狀況，而當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)則會(huì)通過(guò)氣象災(zāi)害管理系統(tǒng)(http://10.1.64.146/disaster/)對(duì)政府發(fā)布的災(zāi)情信息以及實(shí)地調(diào)查的災(zāi)損情況進(jìn)行上報(bào)，主要包括災(zāi)害類別、災(zāi)害時(shí)間、經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等情況。為驗(yàn)證本數(shù)據(jù)集的精度和可靠性，篩選出117個(gè)有詳細(xì)地面災(zāi)情調(diào)查資料的雪災(zāi)案例，逐個(gè)對(duì)比案例中雪災(zāi)發(fā)生地區(qū)內(nèi)政府部門(mén)發(fā)布的雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)和本數(shù)據(jù)集中統(tǒng)計(jì)的雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)，總體上兩者相關(guān)程度較高，R2達(dá)到了0.84，平均絕對(duì)誤差保持在5 d。同時(shí)從2000-2020年青藏高原不同等級(jí)雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)空間分布圖來(lái)看（圖3），輕度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)較多的是清水河、甘德、嘉黎、達(dá)日、石渠、錯(cuò)那和德令哈等地區(qū)，累計(jì)輕度雪災(zāi)日數(shù)超過(guò)100 d；中度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)較多的是瑪多、甘德、清水河、聶拉木、普蘭和錯(cuò)那等地區(qū)，累計(jì)中度雪災(zāi)日數(shù)超過(guò)75 d；重度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)較多的是清水河、聶拉木、普蘭、瑪多、雜多和德令哈地區(qū)，累計(jì)重度雪災(zāi)日數(shù)超過(guò)75 d；特重度雪災(zāi)發(fā)生日數(shù)最多的是聶拉木、普蘭、錯(cuò)那、清水河和瑪多地區(qū)，累計(jì)特重度雪災(zāi)日數(shù)超過(guò)75 d?？傮w上三江源地區(qū)易發(fā)生中度及以上牧區(qū)雪災(zāi)，青藏高原的喀喇昆侖山脈、昆侖山脈、喜馬拉雅山脈和阿尼瑪卿山等地易發(fā)生特重度雪災(zāi)，而柴達(dá)木盆地、青海湖流域、青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)和藏南谷地雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較低，本數(shù)據(jù)集展現(xiàn)的雪災(zāi)分布特征與李紅梅等[14]和韓炳宏等[15]的研究結(jié)果一致。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

本數(shù)據(jù)以2000-2020年青藏高原地面氣象臺(tái)站積雪觀測(cè)資料和災(zāi)情資料為基礎(chǔ)，以雪災(zāi)等級(jí)分級(jí)指標(biāo)作為判別標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)了青藏高原牧區(qū)發(fā)生輕度、中度、重度和特重度等級(jí)雪災(zāi)的日數(shù)，經(jīng)驗(yàn)證數(shù)據(jù)精度較高，并能較好反映青藏高原不同等級(jí)雪災(zāi)的分布空間特征，將對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和牧區(qū)雪災(zāi)防治等方面工作發(fā)揮重要作用。