雷向杰，程肖俠，毛明策

(陜西省氣候中心，陜西西安710014)

2012年極端天氣氣候事件監(jiān)測系統(tǒng)在陜西應(yīng)用，提高了極端天氣氣候事件監(jiān)測的時(shí)效性和定量化程度，在2012年陜西氣象服務(wù)和氣象災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)中發(fā)揮了重要作用［1－3］。極端天氣氣候事件監(jiān)測系統(tǒng)的使用，為研究氣候變化特點(diǎn)提供了一個(gè)新的定量化的分析工具，為災(zāi)情快速評估和預(yù)評估，氣候年景、氣象災(zāi)害災(zāi)情年景的定量化評估提供了一個(gè)新的角度和定量化手段，也豐富了歷史重大氣象災(zāi)害分析的方法［4－9］?；谠撓到y(tǒng)，本文分析了陜西2012年極端天氣氣候事件出現(xiàn)次數(shù)、強(qiáng)度和氣象災(zāi)害特點(diǎn)，探討極端天氣氣候事件次數(shù)與災(zāi)情年景評估指數(shù)之間的相關(guān)性。為極端天氣氣候事件實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果在今后氣象災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)和氣象災(zāi)害評估、預(yù)評估和氣候影響評價(jià)工作中更好地發(fā)揮作用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 極端天氣氣候事件的定義和分析方法

1.1 極端天氣氣候事件的定義

目前關(guān)于極端天氣氣候事件還沒有一個(gè)明確的定義，并且在不同氣候類型下極端事件的定義具有很強(qiáng)的地域性和季節(jié)性差異。常用極端事件定義有3種:①事件發(fā)生的頻率相對較低;②事件有相對較大或較小的強(qiáng)度值;③事件導(dǎo)致了嚴(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)損失。對某一具體的極端事件，往往并不能同時(shí)滿足以上3類標(biāo)準(zhǔn)，例如以第一類標(biāo)準(zhǔn)定義出來的干旱區(qū)極端降水，強(qiáng)度并不會很大，而且可能對社會經(jīng)濟(jì)還是有利的。

IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專業(yè)委員會)第四次評估報(bào)告將極端天氣事件定義為對一特定時(shí)間和地點(diǎn)，發(fā)生概率極小的事件，通常發(fā)生概率只占該類天氣現(xiàn)象的10%或者更低，從這樣的定義來看，極端天氣事件的特征是隨地點(diǎn)而變的;極端氣候事件就是在給定時(shí)期內(nèi)，大量極端天氣事件的平均狀況，這種平均狀態(tài)相對于該類天氣現(xiàn)象的氣候平均態(tài)也是極端的。從氣候?qū)W研究的角度來看，這一定義簡潔而明確，雖然只涉及事件的發(fā)生概率，但卻避免了事件的絕對強(qiáng)度隨區(qū)域不同而差異較大，很難用同一標(biāo)準(zhǔn)作比較的問題。因此，極端天氣氣候事件可以定義為在一定時(shí)期內(nèi)，某一區(qū)域或地點(diǎn)發(fā)生的出現(xiàn)頻率較低的或有相當(dāng)強(qiáng)度的對人類社會有重要影響的天氣氣候事件。

1.2 極端天氣氣候事件監(jiān)測對象

極端天氣氣候事件監(jiān)測的主要對象包括氣溫、降水等不同氣象要素的極端性以及高影響災(zāi)害性天氣氣候事件，例如高溫、干旱、低溫、暴雨等。目前陜西極端天氣氣候事件監(jiān)測業(yè)務(wù)使用的資料來源于歷史和實(shí)時(shí)逐日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量等觀測數(shù)據(jù)。為了使極端天氣氣候事件監(jiān)測結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)具有可比性，監(jiān)測選用了歷史資料較為完整地96個(gè)國家自動氣象站。

1.3 極端天氣氣候事件閾值計(jì)算

極端事件閾值:采用排位法計(jì)算，對指標(biāo)歷史序列從小到大進(jìn)行排位，定義序列第95百分位值為極端多事件，第5百分位值為極端少事件;具體做法:取氣候標(biāo)準(zhǔn)期(目前為1981－2010年，以后根據(jù)WMO規(guī)定替換)內(nèi)每年某一指標(biāo)(如:日降水量)的極值和次值，得到一個(gè)包含60個(gè)樣本的序列。對序列從小到大進(jìn)行排序，第3個(gè)值為發(fā)生偏少(小)極端事件閾值，小于該值的事件為極端偏少(小)事件;第58個(gè)值為偏多(大)極端事件閾值，大于該值的事件為極端偏多(大)事件。如果該事件在氣候標(biāo)準(zhǔn)期內(nèi)有較多的缺測或沒有出現(xiàn)，該站點(diǎn)就不參加計(jì)算。

極端事件強(qiáng)度:用廣義極值分布模型(GEV)擬合各指標(biāo)序列的概率分布函數(shù)，統(tǒng)計(jì)概率事件的重現(xiàn)期，即多年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 極端天氣氣候事件指標(biāo)分析方法

1.4.1 絕對域值法

即選擇某一氣象要素的絕對值大于等于或者小于等于某一特定值的方法，如:高溫(日最高氣溫≥35℃)、暴雨(日降水量≥50 mm)。

1.4.2 百分位法

統(tǒng)計(jì)學(xué)中把一組按大小排序的數(shù)據(jù)分為100等分后，選取某個(gè)長期序列的固定百分位值(通常取第95或5個(gè)百分位數(shù)等)作為閾值，超過這個(gè)閾值的值被認(rèn)為是極端值，該事件被認(rèn)為是極端事件。

1.4.3 歷史排位法

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即根據(jù)監(jiān)測值的歷史變化序列進(jìn)行排序，挑選出當(dāng)年值在序列中所處的位置，如1951年以來歷史同期最高、1951年以來次高等。

1.4.4 重現(xiàn)期

指某一現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)的頻率，本指標(biāo)體系中采用廣義極值分布(GEV)模型來計(jì)算。

2 極端天氣氣候事件和氣象災(zāi)害分析

2.1 2012年極端天氣氣候事件少于多年平均值

陜西全省96個(gè)國家自動氣象站2012年出現(xiàn)極端天氣氣候事件50次，少于1981－2010年平均值162次，是1981年以來次少年，僅多于1990年25次;打破歷史紀(jì)錄8次，少于1981－2010年平均值57次，也是1981年以來次少年，僅多于1990年6次(圖1)。

圖1 陜西歷年極端天氣氣候事件(實(shí)線)和打破歷史紀(jì)錄(虛線)次數(shù)

相對于2012年極端天氣氣候事件次數(shù)為1981年以來的次少年而言，極端降水事件相對較多。2012年陜西出現(xiàn)極端強(qiáng)降水事件18次，少于1981－2010年平均值39次，在1981年以來的32年中從多到少排第20位;打破歷史紀(jì)錄4次，小于1981－2010年平均值13次，從多到少排第25位(圖2)。極端降水事件包括極端日降水量、極端3日降水量、極端連續(xù)降水量、極端連續(xù)降水日數(shù)，本文降水量使用20－20時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。2012年陜西極端連續(xù)無降水日數(shù)、極端低溫和極端高溫事件次數(shù)和打破歷史紀(jì)錄次數(shù)都明顯少于1981－2010年平均值。

圖2 陜西歷年極端降水事件(實(shí)線)和打破歷史紀(jì)錄(虛線)次數(shù)

2.2 佳縣出現(xiàn)歷史罕見極端降水事件，災(zāi)情嚴(yán)重

2012年6月上旬至9月，陜西大部降水較常年偏多，陜北大部偏多20%以上，佳縣偏多100%以上，全省平均降水量較常年偏多3.1%。有12個(gè)縣出現(xiàn)極端降水事件18次，佳縣出現(xiàn)百年不遇的極端降水，榆林地區(qū)災(zāi)情嚴(yán)重。

6月18－25日定邊連續(xù)8 d降水、21－29日府谷連續(xù)9d降水、7月4日漢陰降水量、華陰降水量、2－4日華陰3 d降水量均大于極端閾值，其中4日華陰降水量、2－4日華陰3 d降水量超過40年一遇(表1)，省內(nèi)多處道路被沖毀。

7月21日府谷降水量、19－21日府谷3 d降水量大于極端閾值，極端降水造成府谷8人死亡，13人失蹤，全縣受災(zāi)人口達(dá)8.98萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失約1.2億元［10］。21日陜西省氣象局啟動重大氣象災(zāi)害(暴雨)Ⅳ應(yīng)急(表2)。

佳縣27日降水量、26－28日3 d降水量、24－28日連續(xù)降水量，榆林26－28日3 d降水量均超過30年一遇，其中佳縣27日降水量、26－28日3 d降水量突破歷史紀(jì)錄，超過200年一遇。302省道、204省道、210國道多處路段嚴(yán)重水毀，佳縣境內(nèi)佳蘆河出現(xiàn)1971年以來最大洪水，佳縣通往榆林、米脂、吳堡的三條主干道路全部中斷，整個(gè)縣城斷水?dāng)嚯姡菂^(qū)市政等公共設(shè)施嚴(yán)重破壞［1］。

8月18日澄城降水量、17日延川降水量超過極端閾值。8月31日至9月2日漢中市11個(gè)縣區(qū)11.7萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.3億元［11］。17日、30日、31日陜西省氣象局啟動重大氣象災(zāi)害(暴雨)Ⅳ應(yīng)急。

表1 2012年陜西極端降水和極端連續(xù)無降水日數(shù)

2.3 關(guān)中西部1月出現(xiàn)極端低溫事件

冬季冷空氣活動頻繁，全省月平均氣溫與常年相比1月偏低1.0℃，2月偏低1.8℃，3月偏低0.5℃，1－3月連續(xù)三個(gè)月月平均氣溫都偏低為1996年以來第1次出現(xiàn)，有效積溫偏少，果區(qū)花期較往年推遲。

1月出現(xiàn)4次大范圍降溫過程，25日岐山、眉縣、周至最低氣溫分別達(dá)到－15.5℃、－14.1℃、－13.7℃，低于極端事件閾值;12月20日陜南14個(gè)氣象站最低氣溫低于極端事件閾值(表3)。

3月31日寶雞縣日降溫9.7℃，6月15日岐山、咸陽日降溫分別為11.6℃、11.5℃，10月15日鎮(zhèn)坪日降溫11.1℃，達(dá)到或者大于極端閾值。

2.4 眉縣出現(xiàn)極端連續(xù)酷熱

6月5－13日商南連續(xù)暖晝?nèi)諗?shù)達(dá)9 d，超過極端閾值，13日31個(gè)氣象站日最高氣溫在37℃

表2 2012年陜西省氣象局啟動重大氣象災(zāi)害(暴雨)應(yīng)急情況

表3 2012年陜西極端低溫、降溫和極端高溫事件

以上，蒲城、華縣最高氣溫達(dá)39.8℃。6月23日眉縣連續(xù)酷熱日數(shù)3 d，達(dá)到極端閾值(表3)。2012年陜西高溫天氣主要集中在6月，上中旬果園旱象顯現(xiàn)，蘋果生長緩慢，關(guān)中西部部分果園果實(shí)出現(xiàn)高溫“灼傷”和病蟲害。

氣候標(biāo)準(zhǔn)期內(nèi)當(dāng)日及前后各兩天日最高氣溫90%的閾值稱為暖晝閾值;如果日最高氣溫連續(xù)高于暖晝閾值稱出現(xiàn)連續(xù)暖晝。連續(xù)暖晝?nèi)諗?shù)達(dá)到或超過極端連續(xù)暖晝?nèi)諗?shù)閾值稱出現(xiàn)了極端連續(xù)暖晝。極端連續(xù)酷熱日數(shù)是截至某日日最高氣溫≥37℃的連續(xù)日數(shù)大于極端連續(xù)高溫日數(shù)的閾值。氣候標(biāo)準(zhǔn)期內(nèi)當(dāng)日及前后各兩天日最低氣溫90%的閾值稱為暖夜閾值;如果日最低氣溫連續(xù)高于暖夜閾值稱出現(xiàn)連續(xù)暖夜。連續(xù)暖夜日數(shù)達(dá)到或超過極端連續(xù)暖夜日數(shù)閾值稱出現(xiàn)了極端連續(xù)暖夜。

表4 陜西歷年春季第一場透墑雨出現(xiàn)日期

2.5 旬陽連續(xù)無降水日數(shù)破歷史紀(jì)錄

2月29日洋縣、城固連續(xù)無降水日數(shù)46 d，3月14日漢陰、旬陽連續(xù)無降水日數(shù)分別為53 d和60 d，超過極端閾值，其中旬陽突破歷史極值(1998年至12月29日59 d)。

全省月平均降水量與常年同期相比2月偏少82%、3月偏少40%、4月偏少52%，春季第一場透墑雨(關(guān)中、陜南30個(gè)指標(biāo)氣象站半數(shù)或者半數(shù)以上過程降水量≥20 mm)開始時(shí)間為5月10日，出現(xiàn)日期偏晚(表4)。3月下旬中后期陜北和關(guān)中部分地區(qū)出現(xiàn)輕旱，陜南南部出現(xiàn)中旱。

3 極端天氣氣候事件次數(shù)與災(zāi)情年景相關(guān)分析

極端天氣氣候事件可能導(dǎo)致嚴(yán)重自然災(zāi)害，也可能無明顯災(zāi)害，類似于有暴雨不一定有災(zāi)害，暴雨災(zāi)害的嚴(yán)重程度與暴雨強(qiáng)度和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況密切相關(guān)。研究極端天氣氣候事件次數(shù)與災(zāi)情的相關(guān)性，可以為今后把極端天氣氣候事件實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果更好地應(yīng)用到氣象災(zāi)害的快速評估和預(yù)評估，有效組織氣象災(zāi)害應(yīng)急工作積累背景資料和信息。

陜西1984－2010年歷年極端天氣氣候事件、突破歷史紀(jì)錄次數(shù)和陜西氣象災(zāi)害災(zāi)情綜合評估指數(shù)、人員死亡率、農(nóng)作物受災(zāi)率、直接經(jīng)濟(jì)損失率［12－13］相關(guān)分析結(jié)果表明:陜西極端天氣氣候事件、突破歷史紀(jì)錄次數(shù)和綜合災(zāi)情指數(shù)、人員死亡率、農(nóng)作物受災(zāi)率、直接經(jīng)濟(jì)損失率的相關(guān)系數(shù)均沒有通過信度為0.10的顯著性檢驗(yàn)，但極端天氣氣候事件出現(xiàn)次數(shù)和氣象災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)率之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.24。分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明極端高溫事件次數(shù)與農(nóng)作物受災(zāi)率之間的相關(guān)系數(shù)為0.33，超過信度為0.10的顯著性水平檢驗(yàn)，可能與極端高溫事件常伴隨較為嚴(yán)重的干旱，嚴(yán)重的夏季干旱往往影響夏、秋兩季作物，造成大面積農(nóng)作物受災(zāi)有關(guān)。極端降水事件次數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失率的相關(guān)系數(shù)也較高，為0.25。

上述結(jié)果僅是對全省年極端天氣氣候事件、突破歷史紀(jì)錄次數(shù)與各種災(zāi)情年景評估指數(shù)相關(guān)性的宏觀分析，相關(guān)性不太顯著是可以理解的。如果進(jìn)一步加大分析的針對性，例如專門分析陜南秦巴山區(qū)歷年極端降水事件次數(shù)與暴雨洪澇災(zāi)害造成的人員死亡率、直接經(jīng)濟(jì)損失率，或者是分析秦巴山區(qū)典型暴雨洪澇災(zāi)害中出現(xiàn)極端事件站數(shù)、強(qiáng)度與其造成的人員死亡率、直接經(jīng)濟(jì)損失率的相關(guān)性應(yīng)該會高一些。

4 結(jié)論與討論

(1)2012年陜西極端天氣氣候事件出現(xiàn)次數(shù)較多年平均值少，氣象災(zāi)害總體較輕，但佳縣百年不遇的極端降水造成嚴(yán)重人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，說明即便是氣候年景較好的年份，局地仍有可能出現(xiàn)強(qiáng)度極大的極端天氣氣候事件，造成嚴(yán)重災(zāi)情。文中極端天氣氣候事件的定義和分析方法引自極端天氣氣候事件監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)手冊和相關(guān)技術(shù)材料［14－16］。本文統(tǒng)計(jì)歷年極端天氣氣候事件次數(shù)為選定時(shí)段1月1日至12月31日只進(jìn)行一次查詢的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，與每年逐日查詢的統(tǒng)計(jì)結(jié)果相比，前者等于或者小于后者。

(2)我們曾經(jīng)將春季透雨指標(biāo)站擴(kuò)充到關(guān)中、陜南歷史資料比較完整的59個(gè)氣象站，計(jì)算1961以來每年春季第一場透雨出現(xiàn)日期與30個(gè)指標(biāo)氣象站的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，兩者相差3天或者3天以上的有 8年:1968、1979、1984、1986、1992、1993、1995、1996年，其余年份基本一致。

(3)極端天氣氣候事件，特別是極端降水事件出現(xiàn)次數(shù)和強(qiáng)度與重大氣象災(zāi)害應(yīng)急啟動次數(shù)有一定的關(guān)系。近3年陜西省氣象局啟動重大氣象災(zāi)害應(yīng)急次數(shù):2010年7次(不完全統(tǒng)計(jì)):干旱四級1次，暴雨二級3次，暴雨三級2次，暴雨四級1次。2011年8次:暴雨二級1次，暴雨三級2次，暴雨四級5次。2012年8次均為暴雨四級。從啟動應(yīng)急響應(yīng)的次數(shù)和級別看，2012年陜西重大氣象災(zāi)害影響范圍和強(qiáng)度為近三年較輕的一年。

(4)極端天氣氣候事件出現(xiàn)次數(shù)和領(lǐng)導(dǎo)對氣象服務(wù)的關(guān)注程度有一定關(guān)系。省長、副省長在氣象服務(wù)材料批示情況:2010年25次，2011年24次，2012年22次。2010年是近幾年極端降水出現(xiàn)次數(shù)最多，災(zāi)情最重的一年［17－19］，2012年災(zāi)情較輕，批示相對較少。

致謝:陜西省氣象局減災(zāi)中心提供啟動重大氣象災(zāi)害應(yīng)急和領(lǐng)導(dǎo)批示有關(guān)資料，在此表示衷心感謝。

［1］ 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“我國主要極端天氣氣候事件及重大氣象災(zāi)害監(jiān)測、檢測和預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)研究”通過驗(yàn)收［EB/OL］．(2012－10－11)［2012－12 － 18］．http://news．hexun．com/2012 － 10 － 11/146637134．html．

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