魯西北地區(qū)氣象災(zāi)害特征分析與防御研究

魏國盼，楊學(xué)斌

（1.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京210044；2.山東省德州市氣象局，山東 德州253078）

我國是世界上受氣象災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國家之一，做好防御和減輕氣象災(zāi)害工作，必須貫徹兩手抓、兩手都要硬的方針[1]。馮麗文、鄭景云[2]研究我國氣象災(zāi)害綜合區(qū)劃得出，我國氣象災(zāi)害表現(xiàn)出種類多、范圍廣、頻率高、災(zāi)情重等特點。吳健生[3]在研究城市自然災(zāi)害的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)律指出，在未來的城市建設(shè)和規(guī)劃中必須系統(tǒng)地研究城市自然災(zāi)害的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)律，減少災(zāi)害的損失。氣象災(zāi)害是中國最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，中國每年受氣象災(zāi)害影響的人口約6億人次，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約2000億元[4]，其中氣象災(zāi)害活動所造成的經(jīng)濟(jì)損失占所有自然災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)總損失的71%左右[5]。干旱是我國最大的自然災(zāi)害之一[6-7]，帶來的損失占?xì)庀鬄?zāi)害造成損失的50%以上。

德州市位于山東省西北部，黃河下游北側(cè)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，干濕季節(jié)明顯。年內(nèi)降水偏少且過分集中，光熱資源豐富，光照充足，各季氣候特點不同，災(zāi)害性天氣時有發(fā)生。近年來，德州市氣象現(xiàn)代化建設(shè)水平明顯提高，形成了以國家氣象觀測站、區(qū)域氣象觀測站、衛(wèi)星觀測系統(tǒng)應(yīng)用和移動觀測系統(tǒng)為主要平臺，以國家天氣觀測網(wǎng)、國家專業(yè)氣象觀測網(wǎng)和區(qū)域氣象觀測網(wǎng)為主要架構(gòu)的地基、空基和天基相結(jié)合的綜合氣象觀測系統(tǒng)，氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報能力得到穩(wěn)步提升，初步建立了“政府主導(dǎo)、部門聯(lián)動、社會參與”的基層氣象災(zāi)害防御體系。但是，氣象災(zāi)害防御能力仍與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展不相適應(yīng)，無法滿足各級政府和人民群眾的要求。特別是突發(fā)氣象災(zāi)害的監(jiān)測能力較弱，預(yù)報準(zhǔn)確率有待提高，不能滿足氣象災(zāi)害防御的需求。本文首先對德州市11個縣(市)氣象災(zāi)害性天氣的時空分布進(jìn)行分析，然后通過歷史資料計算了氣象災(zāi)害防御指標(biāo)，據(jù)此提出相應(yīng)的災(zāi)害防御對策，為當(dāng)?shù)氐姆罏?zāi)減災(zāi)提供參考和依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

選用德州市11縣（市）1971—2010年近40年氣象資料。

1.2 分析方法

1.2.1 氣象災(zāi)害的時空分布特征分析方法統(tǒng)計逐年和逐月11縣（市）大霧、大風(fēng)、暴雨、冰雹、雷暴和高溫等6類氣象災(zāi)害出現(xiàn)日數(shù)，分析各類氣象災(zāi)害的時空分布特征和規(guī)律。

1.2.2 災(zāi)害設(shè)防指標(biāo)計算方法利用近40年歷史資料，采用皮爾遜Ш型概率分布模型計算氣象災(zāi)害設(shè)防指標(biāo)，計算災(zāi)害防御所需要的2年、3年、4年、5年、10年、20年、30年、50年和100年重現(xiàn)期參數(shù)。皮爾遜Ш型概率分布密度函數(shù)為[8]：

（1）式中，(x≥a0)，a＞0。設(shè)xs、Cv、Cs、s分別為隨機(jī)變量x的均值、離差系數(shù)、偏差系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，Γ(α)為伽瑪函數(shù)。取標(biāo)準(zhǔn)化變量：φ=x－xs，則設(shè)計概率為p的重現(xiàn)期指標(biāo)為：xp=(φp，Cv+1)，式中φp可由已知的Cs根據(jù)設(shè)計概率p查“皮爾遜Ⅲ型分布φ值表”得到。

2 氣象災(zāi)害時空分布特征

2.1 霧時空分布

圖1 德州1971—2010年平均大霧日數(shù)年際變化(a)和平均大霧日數(shù)月際變化(b)

統(tǒng)計1971—2010年11縣（市）氣象觀測站逐年霧日（圖1a），多年平均霧日23d，霧日年際變化較大，最多年份出現(xiàn)在2007年，為36d。最少年份出現(xiàn)在1982年，僅為12d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現(xiàn)在1992年的陵縣，為64d，最少出現(xiàn)在1981年的齊河，僅為1d。從各縣（市）霧日數(shù)的逐月變化來看（圖1b），12月份最多，6月份最少，呈現(xiàn)明顯的“V”型結(jié)構(gòu)，具有明顯的冬季多而夏季少的特征。從年平均霧日數(shù)的空間分布來看，禹城、臨邑大霧日數(shù)較多，寧津、齊河、武城大霧日數(shù)較少，兩者相差12d之多。

2.2 大風(fēng)時空分布

統(tǒng)計1971—2010年德州市氣象觀測站逐年大風(fēng)日（圖2a），年平均大風(fēng)日數(shù)8d，大風(fēng)日數(shù)年際變化較大，最多年份出現(xiàn)在1971和1972年，多年平均均為21d。最少年份出現(xiàn)在1999年，僅為2d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現(xiàn)在1982年的慶云，為36d。從變化趨勢來看，進(jìn)入20世紀(jì)80年代中期，大風(fēng)日數(shù)急劇減少。從平均大風(fēng)日數(shù)的月際變化來看（圖2b），4月份最多，9月份最少，春季最多，其次是夏季，最少則為秋季和冬季。從德州市年平均大風(fēng)日數(shù)的空間分布來看（圖略），中北部縣（市）的德州、寧津、慶云大風(fēng)日數(shù)多，齊河、武城、禹城大風(fēng)日數(shù)相對較少。

圖2 德州1971—2010年平均大風(fēng)日數(shù)年際變化(a)和平均大風(fēng)日數(shù)月際變化(b)

2.3 雷電時空分布

圖3 德州1971—2010年平均雷電日數(shù)年際變化(a)和平均雷電日數(shù)月際變化(b)

德州市年平均雷暴日數(shù)24d左右，最多的是1977年39d，最少則是1981年的13d。從年代際分布來看，20世紀(jì)70年代和90年代初期偏多，從1992年開始偏少，總體分布呈現(xiàn)偏少趨勢（圖3a）。從區(qū)域分布來看（圖略），1977年寧津出現(xiàn)最多，達(dá)到了45d，最少則為1982年出現(xiàn)在齊河，僅為9d。從德州市雷暴日數(shù)月際變化分析（圖3b），每年夏季是雷暴多發(fā)期，尤其每年7月是本市雷暴市高發(fā)期，冬季很少發(fā)生。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，雷暴日最早出現(xiàn)在2月，最晚則出現(xiàn)在11月，1月和12月未出現(xiàn)過雷暴。從德州市雷暴日數(shù)空間分布來看（圖略），寧津、臨邑、陵縣、慶云是雷暴多發(fā)地，齊河、禹城等南部縣（市）相對較少。

2.4 高溫時空分布

統(tǒng)計1971—2010年德州市氣象觀測站逐年高溫日數(shù)（圖4a），年平均高溫日數(shù)9.6d，高溫日數(shù)年際變化較大，最多年份出現(xiàn)在1997年，多年平均均達(dá)到了28d。最少年份出現(xiàn)在2008年，僅為2.9d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現(xiàn)在1997年的陵縣，為37d。從各縣（市）高溫日數(shù)和全市平均高溫日數(shù)的季節(jié)變化來看（圖4b），德州的高溫天氣出現(xiàn)在5月至9月，6月份最多，9月份最少。從各縣（市）變化趨勢來看（圖略），20世紀(jì)70年代初期至90年代中期，高溫日數(shù)相對較少，90年代中期至本世紀(jì)初的10年間，高溫日數(shù)大幅度增加。

圖4 德州1971—2010年平均高溫日數(shù)年際變化(a)和平均高溫日數(shù)月際變化(b)

2.5 暴雨時空分布

統(tǒng)計1971—2010年德州市氣象觀測站逐年暴雨日數(shù)（圖5a），年平均暴雨日數(shù)1.8d，暴雨日數(shù)年際變化較大，最多年份出現(xiàn)在2009年，多年平均均達(dá)到了4.3d。最少年份出現(xiàn)在2008年，不足1d。從年代際變化趨勢來看，20世紀(jì)90年代暴雨日數(shù)較多，平均暴雨日數(shù)為2d，其它時段暴雨日數(shù)在1.7～1.8d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現(xiàn)在2009年的齊河，為8d。統(tǒng)計1971—2010年各縣（市）暴雨的日降水量極值發(fā)現(xiàn)，11縣（市）中有4縣（市）暴雨極值是近10年產(chǎn)生的，4縣（市）分別位于歷史極值的第2位，也就是說極端暴雨天氣有增多趨勢。從各縣（市）月際變化趨勢來看（圖5b），全市暴雨出現(xiàn)在4—10月，集中出現(xiàn)在7—8月。統(tǒng)計1971—2010年德州各縣（市）氣象觀測站逐年日降水量極值，最大值出現(xiàn)在1998年7月14日平原縣，達(dá)到了236.6mm，而禹城市最大值則為142.1mm，兩縣（市）相差近100mm。從日降水量極值分布圖上看出（圖略），德州市日降水量極值存在兩個大值中心，分別在平原縣和臨邑縣，禹城和陵縣較小，區(qū)域分布呈現(xiàn)顯著不均勻。

圖5 德州1971～2010年平均暴雨日數(shù)變化（a）和日降水量極值（b）

2.6 冰雹時空分布

統(tǒng)計1971—2010年德州市降雹日數(shù)（圖6a），最多的是1989年，全市共出現(xiàn)15站次冰雹。從年代際分布來看，20世紀(jì)70年代偏多，平均5.8次，80年代最多，平均6.7次，存在兩個明顯的峰值，即1980年和1989年。進(jìn)入本世紀(jì)，冰雹日數(shù)明顯減少。

圖6 德州1971—2010年平均冰雹日數(shù)年際變化(a)和平均冰雹日數(shù)月際變化(b)

圖7 各種氣象災(zāi)害日數(shù)及降水量極值未來重現(xiàn)概率估測

從德州市冰雹日數(shù)月際變化分析，平均而言，6月份冰雹日數(shù)最多，占降雹總次數(shù)的31.2%，其次是5月，占21.3%，3月冰雹日數(shù)最少，占1.42%。但對各縣（市）而言，各縣（市）降水最多月份不完全相同。德州、平原、慶云、齊河最多月份為5月，陵縣、寧津、樂陵、夏津、禹城最多月份為6月，臨邑最多出現(xiàn)在4月和7月，武城則為5—6月。冰雹日最早出現(xiàn)在3月，最晚則出現(xiàn)在10月，1、2、11、12月未出現(xiàn)過冰雹。

3 氣象災(zāi)害設(shè)防指標(biāo)

依據(jù)德州市各氣象觀測站歷年大霧日數(shù)、大風(fēng)日數(shù)、雷暴日數(shù)、高溫日數(shù)、日降水量極值和冰雹總站次，利用皮爾遜III型概率分布模型，計算所氣象災(zāi)害設(shè)防需要的2年、3年、4年、5年、10年、20年、30年、50年和100年重現(xiàn)期參數(shù)（圖7）。分析可見，無論哪種災(zāi)害性天氣，隨著重現(xiàn)期延長，出現(xiàn)極端天氣的可能性增大。

4 結(jié)論

通過對德州市各類災(zāi)害性天氣的研究，得出以下結(jié)論。

（1）大霧日數(shù)以冬季最多，其次是春季，最少則為夏季。12月份最多，6月份最少。

（2）大風(fēng)日數(shù)以春季最多，其次是夏季，最少則為秋季和冬季，4月份最多，9月份最少。

（3）夏季是雷暴多發(fā)期，尤其每年7月是本市雷暴高發(fā)期，冬季很少發(fā)生。

（4）德州的高溫天氣出現(xiàn)在5月—9月，6月份最多，9月份最少，高溫日數(shù)年際變化較大。

（5）暴雨出現(xiàn)在4—10月，集中出現(xiàn)在7—8月，區(qū)域分布明顯不均勻，暴雨日降水量極值差別較大。

（6）德州市冰雹日出現(xiàn)在3—10月，6月份冰雹日數(shù)最多，其次是5月，占21.3%，3月冰雹日數(shù)最少。

（7）對于特定的氣象要素值，其對應(yīng)的時間間隔具有頻率意義，因此，分析特定要素的重現(xiàn)期兼具強(qiáng)度和頻率的指示意義。

（8）掌握氣象災(zāi)害的特點，抓住氣象災(zāi)害防御的重點，統(tǒng)籌制定完善氣象災(zāi)害防御的措施，全面提高氣象災(zāi)害防御能力，減少經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失是可行的。

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