內(nèi)蒙古牧區(qū)雪災(zāi)的預(yù)警

李興華，朝魯門，劉秀榮，李友文

(1.內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051； 2.內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古氣象信息中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

內(nèi)蒙古牧區(qū)雪災(zāi)的預(yù)警

李興華1,2，朝魯門2，劉秀榮3，李友文2

(1.內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051； 2.內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古氣象信息中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

利用地面和遙感監(jiān)測相結(jié)合的方法，運用雪災(zāi)監(jiān)測評估等級國家標準，實現(xiàn)了雪災(zāi)的定量化評估；結(jié)合牧用天氣預(yù)報指標閾值，建立了內(nèi)蒙古牧區(qū)不同草地類型雪災(zāi)等級預(yù)警方法，制作了雪災(zāi)預(yù)警等級分布地圖。實況檢驗和預(yù)報結(jié)論基本相符，說明本預(yù)報方法能夠?qū)ρ?zāi)的范圍和影響程度進行預(yù)估，但由于受天氣預(yù)報準確率的影響，部分區(qū)域雪災(zāi)預(yù)估等級出現(xiàn)偏差。

雪災(zāi)等級；雪災(zāi)評估；雪災(zāi)預(yù)警；牧用天氣預(yù)報

牧用天氣預(yù)報是根據(jù)當?shù)匦竽翗I(yè)生產(chǎn)過程中各主要牧事活動以及相關(guān)技術(shù)措施對天氣條件的需要而制作的一種針對性較強的專業(yè)氣象預(yù)報。它從畜牧業(yè)生產(chǎn)需要出發(fā)，在天氣預(yù)報、氣候預(yù)測、畜牧業(yè)氣象預(yù)報的基礎(chǔ)上，結(jié)合畜牧業(yè)氣象服務(wù)指標、畜牧業(yè)氣象定量評價技術(shù)等，預(yù)測未來對畜牧業(yè)有影響的天氣條件、天氣狀況，并分析其對畜牧業(yè)生產(chǎn)的具體影響，提出有針對性的措施和建議，為畜牧業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)性服務(wù)。

牧區(qū)雪災(zāi)是由于降雪過多、積雪過深和雪層維持時間過久，積雪掩蓋草地使牲畜難以采食或無法采食，這時如果飼草料儲備不足或棚圈設(shè)施差，加上雪后常出現(xiàn)大風(fēng)和劇烈降溫，牲畜挨餓受凍，使牲畜瘦弱掉瞟、母畜流產(chǎn)，仔畜成活率降低，老、弱、幼畜死亡率增高的一種氣象災(zāi)害[1]。由于雪災(zāi)屬于突發(fā)性自然災(zāi)害，不但影響冬季放牧，而且嚴重威脅著由于前期干旱累積而特別脆弱的冬季畜牧業(yè)生產(chǎn)，是制約內(nèi)蒙古牧區(qū)畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要致災(zāi)因子[2]。內(nèi)蒙古牧區(qū)雪災(zāi)具有分布集中、發(fā)生頻率高、季節(jié)性強、影響范圍廣等特點[3-6]。內(nèi)蒙古主要牧區(qū)不同程度的雪災(zāi)幾乎每年都會發(fā)生。牧區(qū)雪災(zāi)災(zāi)情監(jiān)測識別、等級劃分和雪災(zāi)評估一直是雪災(zāi)研究熱點，于永[7]開展了內(nèi)蒙古牧區(qū)雪災(zāi)特點和抗災(zāi)的研究，并得出內(nèi)蒙古牧區(qū)雪災(zāi)具有災(zāi)情重、救濟難度大的特點，致災(zāi)直接原因是“凍”與“餓”；李友文和劉壽東[8]開展了內(nèi)蒙古牧區(qū)黑、白災(zāi)評估模式及等級指標的研究，并利用連續(xù)無積雪日數(shù)、可能發(fā)生期、最大積雪深度、積雪持續(xù)日數(shù)和基本因子(家畜抗災(zāi)能力指數(shù)、冬前牧草平均高度)等建立了黑、白災(zāi)評估模式；林建和范蕙君[9]通過綜合考慮內(nèi)蒙古各站的積雪深度、積雪持續(xù)時間和不同草地的分布情況及牧區(qū)白災(zāi)指標開展了內(nèi)蒙古雪災(zāi)監(jiān)測方法研究；李海紅等[10]依據(jù)積雪掩埋牧草程度、積雪持續(xù)日數(shù)和積雪面積比等指標開展了中國牧區(qū)雪災(zāi)等級指標研究，并在此基礎(chǔ)上制訂了牧區(qū)雪災(zāi)等級國家標準。近年來，利用衛(wèi)星遙感和地理信息系統(tǒng)開展雪災(zāi)監(jiān)測評估研究的成果也越來越多，梁天剛等[11]利用NOAA衛(wèi)星數(shù)據(jù)及地面氣象臺站觀測資料，建立了積雪深度遙感反演模型，綜合考慮雪情、草情、畜情和氣象因素的空間分布及其對草地畜牧業(yè)的危害程度，開展了牧區(qū)雪災(zāi)評價方法研究；王博等[12]利用GIS開展了內(nèi)蒙古中部牧區(qū)雪災(zāi)風(fēng)險評估模型研究；周秉榮等[13-14]開展了青海高原牧區(qū)雪災(zāi)逐級判識模型和預(yù)警評估模型研究；張國勝等[15]開展了三江源地區(qū)雪災(zāi)風(fēng)險預(yù)警指標體系及風(fēng)險管理研究。眾多雪災(zāi)監(jiān)測評估方法各具特色，都能滿足不同地區(qū)的需求，但隨著經(jīng)濟的發(fā)展，草原畜牧業(yè)生產(chǎn)方式的改變，牧民定居和舍飼畜牧業(yè)的發(fā)展，使部分區(qū)域的游牧?xí)r代結(jié)束，草原畜牧業(yè)抵御雪災(zāi)和其他自然災(zāi)害的能力不斷加強，同級別雪災(zāi)造成的損失正在降低。2012年初冬，內(nèi)蒙古中東部大部地區(qū)連續(xù)3場大的降雪，按照已有的評估方法應(yīng)該出現(xiàn)特大雪災(zāi)，但由于雪災(zāi)預(yù)警及時，牧民及時屠宰出欄、牲畜過冬飼料儲備充足、畜舍保暖設(shè)施完善，事實上并沒有出現(xiàn)大量牲畜死亡的現(xiàn)象，主要牧區(qū)損失較輕。因此，本研究通過對內(nèi)蒙古冬季雪災(zāi)的研究，完善雪災(zāi)天氣預(yù)報流程，提出雪災(zāi)預(yù)警方法，這將有利于牧區(qū)在雪災(zāi)來臨前及時減少人員和牲畜外出活動，從而降低災(zāi)害損失。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

積雪資料來源于內(nèi)蒙古草原牧區(qū)118個氣象站，牧草資料來自49個草地生態(tài)氣象監(jiān)測站，氣象預(yù)測數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古氣象臺和內(nèi)蒙古氣候中心。2010年11月-2011年2月期間的EOS/MODIS監(jiān)測的積雪數(shù)據(jù)，通過內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心擁有的EOS/MODIS接收系統(tǒng)實時接收處理TERRAAQUA星監(jiān)測的數(shù)據(jù)，使用分辨率為1 km的MODIS影像，制作雪災(zāi)等級分布圖。

1.2 研究方法

在數(shù)理統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，利用3S技術(shù)將地面積雪深度監(jiān)測數(shù)據(jù)與遙感監(jiān)測的積雪范圍有機結(jié)合，主要使用ESRI公司ARCMAP軟件的spline插值方法將地面觀測的雪深轉(zhuǎn)換為格網(wǎng)數(shù)據(jù)。

積雪的遙感監(jiān)測方法采用歸一化差分積雪指數(shù)NDSI法，其計算公式為：

NDSI=(RVIS-RSWIR)/(RVIS+RSWIR)

式中，RVIS、RSWIR分別代表可見光和短紅外波段的反射率。通常，雪的NDSI值比其他地物高，當NDSI值大于或等于某一個閾值(K1)時判定為積雪，此外，清澈水體與暗目標NDSI值也可能大于K1，可利用近紅外波段區(qū)分清澈水體，利用可見光波段來區(qū)分暗目標。因此，可利用如下判別式識別積雪[16]：

式中，RVIS和RSWIR分別代表可見光波段和近紅外波段的反射率；K1、K2、K3分別代表對應(yīng)判別閾值。

1.3 雪災(zāi)等級劃分指標

雪災(zāi)等級的劃分標準采用中華人民共和國牧區(qū)雪災(zāi)等級國家標準(GB/T 20482-2006)，雪災(zāi)等級確定為輕災(zāi)、中災(zāi)、重災(zāi)、特大災(zāi)4級，具體分級指標和受災(zāi)情況見表1。

表1 牧區(qū)雪災(zāi)等級劃分標準[10]

注：掩埋牧草程度相同時，以積雪持續(xù)時間長短確定雪災(zāi)等級。

Note： Grade of snow disaster would be determined by snow duration when grass buried extents are the same.

1.4 雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報發(fā)布指標

根據(jù)前期的積雪深度、牧草高度和衛(wèi)星遙感監(jiān)測積雪面積信息，結(jié)合未來24～72 h降水(雪)量預(yù)報，根據(jù)牧區(qū)雪災(zāi)等級劃分標準，當不同草原區(qū)雪災(zāi)預(yù)評估等級達到輕度白災(zāi)以上時，發(fā)布雪災(zāi)天氣預(yù)警[17]。不同草原區(qū)雪災(zāi)預(yù)警發(fā)布指標如下：

(1) 草甸草原區(qū)

①地面無積雪，未來24 h降雪達到“暴雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量超過10 mm以上(注：北方地區(qū)1 mm降水可以折算8～10 mm積雪深度)。

②地面有5～10 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“大雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量7～10 mm。

③地面有10～15 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“中雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量5～7 mm。

④地面有15 cm以上深積雪，且未來24 h降雪達到“小到中雪”；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量3～5 mm。

(2)典型草原區(qū)

①地面無積雪，未來24 h降雪達到“大雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量8 mm以上。

②地面有3～8 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“中雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量5～8 mm。

③地面有8～12 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“小到中雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量3～5 mm。

④地面有12 cm以上深積雪，且未來24 h降雪達到“小雪”；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量2～3 mm。

(3)荒漠草原區(qū)

①地面無積雪，未來24 h降雪達到“中到大雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量6 mm以上。

②地面有2～6 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“小到中雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量3～5 mm。

③地面有6～10 cm以上深積雪，且未來24 h降雪達到“小雪”以上；或者未來48～72 h內(nèi)累積降水(雪)量2～3 mm。

1.5 雪災(zāi)天氣預(yù)報技術(shù)流程

首先,通過對地面監(jiān)測的積雪深度進行統(tǒng)計，并確定各地區(qū)的積雪持續(xù)時間；根據(jù)當年8月末測量的牧草高度，確定積雪掩埋牧草深度的百分比；利用EOS/MODIS衛(wèi)星遙感監(jiān)測積雪范圍和面積，根據(jù)積雪等級劃分標準，確定當前雪災(zāi)發(fā)生的等級。其二，依據(jù)氣象臺發(fā)布的降雪天氣預(yù)報信息(包括降雪量和降雪落區(qū))，結(jié)合雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報發(fā)布條件，制作雪災(zāi)天氣預(yù)報。最后，在充分考慮畜牧業(yè)年景、過冬飼草儲備、家畜膘情、飼草補飼量的基礎(chǔ)上，分析降雪過程對畜牧業(yè)生產(chǎn)的影響利弊關(guān)系，針對預(yù)報結(jié)論，提出放牧飼養(yǎng)管理、畜舍保暖、飼草調(diào)運、補飼保膘、接羔保育、家畜轉(zhuǎn)移、疫病防治等安全生產(chǎn)和防災(zāi)保畜生產(chǎn)建議。具體見內(nèi)蒙古雪災(zāi)天氣預(yù)報技術(shù)流程圖1。

圖1 內(nèi)蒙古雪災(zāi)預(yù)警技術(shù)流程圖

2 結(jié)果與分析

2.1 2010年12月中旬雪災(zāi)監(jiān)測評估狀況

利用雪災(zāi)等級劃分指標對2010年12月中旬的雪災(zāi)進行監(jiān)測評估，內(nèi)蒙古全區(qū)積雪面積為453 684.2 km2，積雪深度為1～38 cm。其中呼倫貝爾市中部和北部、興安盟阿爾山、科右前旗北部(索倫鎮(zhèn))、錫林郭勒盟東北部最大積雪深度為21～36 cm，持續(xù)時間長達40～50 d，牧草掩埋程度大于70%，出現(xiàn)了重度白災(zāi)，面積為179 442 km2；呼倫貝爾市大部、興安盟大部、錫林郭勒盟東北部積雪深度為13～21 cm，持續(xù)時間達40 d，牧草掩埋程度大于50%，出現(xiàn)了中度白災(zāi)，面積為236 298 km2；滿洲里、興安盟東北部、通遼市北部、錫林郭勒盟中東部偏北地區(qū)積雪深度為4～9 cm，持續(xù)時間40 d，牧草掩埋程度30%左右，出現(xiàn)了輕度白災(zāi)(圖2)。

2.2 雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報

2010年12月26-28日內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象臺連續(xù)發(fā)布27-29日內(nèi)蒙古巴彥淖爾市、包頭市、呼和浩特市、烏蘭察布市、錫林郭勒盟北部、呼倫貝爾市、興安盟有小雪，呼倫貝爾市東部、北部個別地區(qū)偏大的降雪預(yù)報。

根據(jù)預(yù)報信息提示，結(jié)合雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報發(fā)布條件和中旬的雪災(zāi)評估結(jié)果，預(yù)測內(nèi)蒙古呼倫貝爾市的中度雪災(zāi)區(qū)域?qū)⒀葑兂芍囟妊?zāi)；興安盟和錫林郭勒盟中度雪災(zāi)范圍將擴大；西部地區(qū)也將出現(xiàn)積雪，局部地區(qū)將有雪災(zāi)發(fā)生，對畜牧業(yè)生產(chǎn)造成一定影響。由此提出了由于內(nèi)蒙古東北部積雪較深，大部地區(qū)飼草料入冬前儲備不足，受道路交通的影響，當前飼草料短缺和運輸困難，對牲畜越冬十分不利的事實。并建議各級畜牧部門密切關(guān)注天氣變化，抓緊時間調(diào)運飼草料，做好抗災(zāi)救災(zāi)工作；牧民應(yīng)就近放牧，晚出早歸或舍飼圈養(yǎng)，確保人畜安全，對妊娠母畜加大補飼量；設(shè)施農(nóng)牧業(yè)做好加固設(shè)施，防風(fēng)和保暖，及時清除棚面積雪，通風(fēng)時注意避開大風(fēng)和低溫時段。牧用天氣預(yù)報信息通過手機短信、電視天氣預(yù)報和網(wǎng)站等傳播途徑及時向政府相關(guān)部門和農(nóng)牧民發(fā)布。

圖2 內(nèi)蒙古2010年12月中旬末積雪深度分布圖

2.3 雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報實況檢驗

通過對2010年12月下旬降水、積雪深度和積雪面積的統(tǒng)計分析，得出下旬全區(qū)大部地區(qū)降水偏多，全區(qū)積雪面積達到553 877.8 km2，積雪深度為1～40 cm；與中旬相比積雪面積擴大了100 193.6 km2，積雪深度加深了3 cm 。其中,呼倫貝爾市大部、興安盟阿爾山、科右前旗北部(索倫鎮(zhèn))、錫林郭勒盟東北部雪深度為21～40 cm，出現(xiàn)了重度白災(zāi)；巴彥淖爾市烏拉特后旗和烏拉特中旗局部地區(qū)積雪深度為20 cm，牧草掩埋程度大于70%，也出現(xiàn)了重度白災(zāi)；重度白災(zāi)總面積為263 381.6 km2，比12月中旬增加了83 939.7 km2。呼倫貝爾市西部、興安盟中部、錫林郭勒盟東北部積雪深度為13～20 cm，出現(xiàn)了中度白災(zāi)，面積為69 165.4 km2，比12月中旬減少了298 09.0 km2。呼倫貝爾市西南部、興安盟東部和南部、通遼市北部、錫林郭勒盟中東部地區(qū)的積雪深度為4～12 cm，出現(xiàn)了輕度白災(zāi)；其他地區(qū)積雪較淺或無積雪，沒有白災(zāi)發(fā)生(圖3)。

實況驗證顯示，內(nèi)蒙古呼倫貝爾市的中度雪災(zāi)區(qū)域已經(jīng)演變成重度雪災(zāi)；興安盟和錫林郭勒盟中度雪災(zāi)范圍有所擴大；西部地區(qū)出現(xiàn)積雪，局部地區(qū)有雪災(zāi)?？傮w看預(yù)報結(jié)論基本正確，但巴彥淖爾市烏拉特后旗和烏拉特中旗出現(xiàn)局部重度雪災(zāi)，受降雪量預(yù)報準確率影響，此區(qū)域雪災(zāi)等級預(yù)報出現(xiàn)了偏差。

圖3 內(nèi)蒙古2010年12月下旬雪災(zāi)等級分布圖

2.4 雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報應(yīng)用效果分析

由于提前3天發(fā)布雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報，即將遭受雪災(zāi)影響的地區(qū)政府，開展積極動員和加大宣傳，對雪災(zāi)影響和飼草料缺口較大的地區(qū)提前調(diào)運飼草料，做好抗災(zāi)保畜工作；提醒牧民就近放牧，晚出早歸或舍飼圈養(yǎng)，確保了降雪發(fā)生時人畜安全；牧民也根據(jù)需要加固棚圈，做好了防寒保暖，預(yù)防了由于降雪降溫，牲畜擁擠取暖上垛踩踏死亡；同時加大了對妊娠母畜精料的補飼量，預(yù)防了由于低溫體能透支掉羔；設(shè)施農(nóng)牧業(yè)提前加固設(shè)施，降雪時及時清除棚面積雪，預(yù)防了垮棚?？傮w看，由于預(yù)報準確，生產(chǎn)防御措施得力，盡管降雪較大，雪災(zāi)等級提高，但災(zāi)區(qū)并沒有出現(xiàn)牲畜和人員傷亡；雪后由于物資儲備充足，災(zāi)區(qū)飼草料價格穩(wěn)定，人民生活也比較穩(wěn)定的局面。

3 結(jié)論

通過對雪災(zāi)監(jiān)測評估等級指標的確定，利用地面和遙感監(jiān)測相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了雪災(zāi)的定量化評估。以氣象預(yù)報為基礎(chǔ)，結(jié)合雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報發(fā)布指標，制作的雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報能夠?qū)ρ?zāi)的范圍和影響程度進行預(yù)估，并且實況與預(yù)報結(jié)論基本相符，但受預(yù)報準確率的影響，部分區(qū)域評估等級出現(xiàn)了偏差。因此，牧用天氣預(yù)報的制作，在建立相應(yīng)的評估指標和預(yù)報條件的基礎(chǔ)上，最終限制其發(fā)展的將是如何克服天氣預(yù)報準確性的問題。雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報對生產(chǎn)的指導(dǎo)意義和防災(zāi)減災(zāi)效果明顯，但雪災(zāi)損失的定量化預(yù)估與雪災(zāi)牧用天氣預(yù)報的經(jīng)濟效益定量化評估還有待深入的探討。

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[15] 張國勝,伏洋,顏亮東,劉寶康,石德軍,楊力軍.三江源地區(qū)雪災(zāi)風(fēng)險預(yù)警指標體系及風(fēng)險管理研究[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(5):144-150.

[16] 宋珍,陳曉玲,劉海,田禮喬,吳瑋.基于HJ-1A/1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的積雪識別方法研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2011,20(5):554.

[17] 烏蘭,烏蘭巴特爾,李云鵬.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)牧業(yè)氣象服務(wù)體系研究[M].北京:氣象出版社,2009:85-86.

(責(zé)任編輯 武艷培)

Snow disaster warning system in pastoral areas of Inner Mongolia

LI Xing-hua1,2, CHAO Lu-men2, LIU Xiu-rong3, LI You-wen2

(1.Inner Mongolia Meteorological Service Center, Inner Mongolia Hohhot 010051, China;2.The Centre of Inner Mongolia Ecology and Agricultural Meteorology, Huhhot 010051, China;3.Inner Mongolia Meteorological Information Center, Hohhot 010051, China)

In the present study, quantitative assessment of snow disaster has been achieved using combined ground and remote sensing (RS) monitoring method with national standards of snow disaster monitor and evaluation. Combined with threshold value of animal husbandry weather forecasting index, snow disaster level warning system has been created for different grassland types in Inner Mongolia pasturing area. And also, the distribution map of snow disaster warning level was drawn. The forecasting results were consistent with truth which suggested that this forecasting system may estimate the scope and impact of the snow disaster. However, grade of snow disaster forecast appeared deviation in some region because of the impacts of the weather forecast accuracy.

Snow disaster grade; Snow disaster assessment; early warning of snow disaster；animal husbandry weather forecasting

LI Xing-hua E-mail：lxh101900@163.com

10.11829j.issn.1001-0629.2013-0196

2013-04-11 接受日期：2014-03-05

內(nèi)蒙古氣象局科技創(chuàng)新項目(nmgqxkjcx201115)

李興華(1971-)，男，內(nèi)蒙古翁牛特旗人，高級工程師，碩士，主要從事應(yīng)用氣象、氣候變化、生態(tài)學(xué)、遙感應(yīng)用研究。 E-mail：lxh101900@163.com

S127;X4

A

1001-0629(2014)06-1195-06*1