趙阿玲,劉引鴿,雷 晶,武洋洋

(陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室/寶雞文理學院 地理與環(huán)境學院,陜西 寶雞 721013)

關中地區(qū)氣象災害分析評價

趙阿玲,劉引鴿*,雷 晶,武洋洋

(陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室/寶雞文理學院 地理與環(huán)境學院,陜西 寶雞 721013)

根據(jù)陜西省關中地區(qū)42個站點1951～2005年冰雹、大風以及雷電災害的觀測資料，對關中地區(qū)這3種氣象災害進行了分析評價。結果表明:(1)關中地區(qū)的3種氣象災害主要發(fā)生在4～9月份,其中冰雹和大風的發(fā)生頻率較高，而雷暴的發(fā)生頻率較小；(2)關中平原地區(qū)的災害性天氣發(fā)生最少;北部地區(qū)的白水，東部的華山、華陰等地,西部以及西南部的太白、鳳縣、隴縣、千陽等地的氣象災害最為嚴重。

氣象災害;分析評價;關中地區(qū)

近年來,過分追逐社會、經濟的發(fā)展使得人類對自然災害的抵御能力十分脆弱,自然災害造成的經濟損失急劇上升,尤其是氣象災害對整個社會及自然生態(tài)環(huán)境的影響更加嚴重和廣泛。關中地區(qū)地處秦嶺北麓渭河沖積平原,平均海拔約500 m,又稱關中盆地,其北部為陜北黃土高原,向南則是陜南山地、秦巴山地、秦巴山脈。以西安為中心的關中地區(qū),為陜西省的工、農業(yè)發(fā)達與人口密集地區(qū),在全國區(qū)域經濟格局中占有重要地位,并被國家確定為全國16個重點建設地區(qū)之一。由于獨特的地理位置與氣候環(huán)境特征,加之受地形復雜和區(qū)域地質構造獨特等自然因素的影響,關中地區(qū)尤其是關中地區(qū)西部已經成為自然災害多發(fā)區(qū)。目前氣象災害已經成為制約整個關中地區(qū)經濟、社會發(fā)展的一大因素,且防災減災任務艱巨。對關中地區(qū)的氣象災害進行綜合分析和評價,掌握自然災害發(fā)生規(guī)律,有利于提高民眾對自然災害的抵御能力，同時對關中地區(qū)乃至陜西省的可持續(xù)發(fā)展與防災減災具有重要意義。

1 資料和方法

根據(jù)關中地區(qū)具有代表性的42個測站點在1951～2005年的冰雹、大風以及雷暴日數(shù)資料,對這些站點55年來冰雹、大風、雷暴3種氣象災害分別進行災害發(fā)生總日數(shù)、年平均發(fā)生日數(shù)、年平均發(fā)生頻率、月發(fā)生率、月平均發(fā)生率等指標的分析比較,得出關中地區(qū)3種氣象災害的季節(jié)變化及多年變化趨勢。將關中地區(qū)分成不同等級的氣象災害區(qū)域,得出關中地區(qū)不同強度冰雹、大風、雷暴災害的空間分布規(guī)律。分別對關中地區(qū)3種氣象災害的時空分布規(guī)律成因進行分析。最后對3種氣象災害數(shù)據(jù)進行綜合分析,按各個站點發(fā)生災害所占比例將整個關中地區(qū)分為多災區(qū)、中災區(qū)以及輕災區(qū),并分別對其進行分析評價。

2 氣象災害的時空分布規(guī)律

2.1 冰雹

冰雹是在強烈發(fā)展的積雨云中出現(xiàn)的固體降水,是一種嚴重的氣象災害。根據(jù)陜西省關中地區(qū)42個站點1951～2005年氣象災害日數(shù)統(tǒng)計資料,關中地區(qū)各地均有冰雹發(fā)生,但是發(fā)生的頻率差異很大。具體來說,1951～2005年,冰雹災害以在華山發(fā)生的次數(shù)最多,共有95次,年平均發(fā)生1.7925次；緊跟其后的是旬邑、銅川、太白,1951～2005年冰雹災害發(fā)生總次數(shù)分別為73、71、59次，年平均發(fā)生次數(shù)分別為1.4898、1.3922、1.2041次；白水、澄城、麟游、長武、韓城、淳化、合陽、隴縣、彬縣等站點55年冰雹災害發(fā)生總次數(shù)相差不大,在31～40間變化;而華陰、寶雞縣、周至、戶縣、眉縣55年來冰雹災害發(fā)生總次數(shù)較少,分別為5、3、3、2和2次。

統(tǒng)計分析得出關中地區(qū)冰雹以華山、旬邑、銅川的發(fā)生頻率較大,年平均發(fā)生頻率分別為9.5%、7.3%、7.1%；太白、白水次之,年平均發(fā)生頻率分別為5.9%、4.0%；寶雞縣、周至、戶縣、眉縣較小,年平均發(fā)生頻率分別為0.3%、0.3%、0.2%、0.2%。

為了了解關中地區(qū)冰雹災害發(fā)生的季節(jié)性分布規(guī)律,對42個測站點55年的雹災數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,得出關中地區(qū)雹災的月平均發(fā)生頻率,見圖1。

圖1 1951～2005年關中地區(qū)雹災發(fā)生頻率的季節(jié)變化

圖1中曲線為雙峰型,雙峰峰值分別出現(xiàn)在6月和8月,然而6月的發(fā)生率高于8月的。11月、12月、1月、2月的發(fā)生率幾乎為0,月均發(fā)生率小于0.0015；3月份雹災發(fā)生的幾率也較小,到4、5月急劇上升,6月份達到最大峰值(0.1098)；7月又急劇下降,8月份又略有回升,形成第二個峰值；9、10月緩慢下降。就整個關中地區(qū)來說,一年之中雹災一般出現(xiàn)在4～10月份,其中以5、6月份為雹災集中出現(xiàn)的月份,其月均發(fā)生率最高,分別達到1.098和1.1031；而12月、1月的發(fā)生率較小,月均發(fā)生率分別只有0.005、0.004。

為了分析關中地區(qū)雹災的空間分布,根據(jù)各站點冰雹年平均發(fā)生頻率,將關中地區(qū)劃分為4個雹災區(qū)域:特重雹災區(qū)Ⅰ,年平均發(fā)生頻率>4%;重雹災區(qū)Ⅱ,4%～2%;輕雹災區(qū)Ⅲ,2%～1%;少雹災區(qū)或無雹災區(qū)Ⅳ,<1%。同時得到關中地區(qū)冰雹區(qū)域分布圖(圖2)。

由圖2可以看出,整個關中地區(qū)以東北部的華山、銅川、合陽、澄城、富平等地,西北部的隴縣、千陽、旬邑、長武、彬縣等地和西南部的太白、鳳縣等地為冰雹重災區(qū);而處于關中平原腹地渭河兩岸的興平、咸陽、西安、長安、高陵等地,則主要為冰雹災害分布的輕災區(qū)和少災區(qū)。這主要與關中地區(qū)的地形、影響的天氣系統(tǒng)、冰雹的移動路線，以及下墊面的性質(主要是植被覆蓋度)有很大的關系[1]。

圖2 關中地區(qū)冰雹災害的等級劃分

關中地區(qū)東北部為黃土高原向南延伸的塬地和川地,西北為千山山脈南側延伸地帶,由于山體的阻擋作用,當東北或西北來的氣流或冰雹云移動到此地區(qū)時,會在該地區(qū)產生強烈的上升運動,極可能發(fā)生冰雹災害。對于地形復雜的關中西北部地區(qū),典型的喇叭口形狀的地形會加劇氣流、冰雹云的匯聚、輻合發(fā)展, 造成不穩(wěn)定能量積聚,使冰雹災害發(fā)生的可能性加大。據(jù)有關研究,關中西北部地區(qū)的雹災與雹災移動的路徑有很大的關系,千陽、隴縣等地的雹災主要來自上游的平涼地區(qū)的六盤山區(qū)[2]。此外,雹災的分布也與植被有一定程度的關系，主要集中在小塊林地、草地、耕地交錯地帶以及無林地；國內外的雹災研究也表明森林區(qū)雹災比無林區(qū)少,少林區(qū)雹災比森林區(qū)重[3]。

2.2 大風

通過對關中地區(qū)42個測站點55年大風日數(shù)的統(tǒng)計分析,得出關中地區(qū)大風災害以華陰、太白、潼關出現(xiàn)的次數(shù)最多,分別為793、673、636次,年平均發(fā)生次數(shù)分別為22.028、13.735、12.980次。同時華陰大風的發(fā)生頻率最大,年均發(fā)生頻率達到7.27%；太白、潼關次之,年平均發(fā)生頻率分別達到6.17%、5.83%。高陵、寶雞縣大風出現(xiàn)的次數(shù)較少,分別為58、57次,年均發(fā)生頻率分別只有0.53%、0.52%。

關中地區(qū)大風的月均發(fā)生頻率見圖3。由圖3可以看出,曲線為雙峰型,最大峰值出現(xiàn)在4月份,其次為6月份,而最小值出現(xiàn)在1月份,3月份急劇上升,4月達到最大峰值。對于整個關中地區(qū)來說,一年內大風一般出現(xiàn)在3、4、5、6月份,其中以4月份和6月份出現(xiàn)的幾率較大,而1、2、9月份出現(xiàn)大風的頻率比較低。而實際上,由于地形影響,華山、華陰、太白3個測站大風發(fā)生的主要時間段與其他測站點有較明顯的差異,其大風災害大多出現(xiàn)在12、1、2、3月份。

圖3 1951～2005年關中地區(qū)大風月均發(fā)生頻率的變化

為了進一步明確關中地區(qū)不同等級大風災害的空間分布規(guī)律,按照各站點大風災害的年平均發(fā)生日數(shù),將關中地區(qū)劃分為5級區(qū)：Ⅰ級區(qū)，大風年平均發(fā)生日數(shù)>20 d;Ⅱ級區(qū),20～16 d;Ⅲ級區(qū),15～11 d;Ⅳ級區(qū),10～5 d;Ⅴ級區(qū),<5 d。

由圖4可見：關中地區(qū)的高頻率大風主要發(fā)生在關中平原東部的華陰、潼關、合陽、白水、華山等地,以及西南部的太白地區(qū)。這主要與關中地區(qū)的地形有關，因為華陰、潼關等地處于關中平原口袋型地形的開口處,形成漏斗形峽谷效應，當空氣移動到此處時,受地形影響,空氣被從寬闊的地域急速抬升并匯集,從而風速加大,風力增強。

圖4 關中地區(qū)大風日數(shù)的等級劃分

2.3 雷暴

通過對關中地區(qū)42個測站點55年雷暴觀測數(shù)據(jù)進行分析,得出關中地區(qū)雷暴以韓城出現(xiàn)日數(shù)最多,年平均發(fā)生次數(shù)達到28.776次,年平均雷暴發(fā)生頻率為3.84%；銅川、華山、旬邑次之,年平均雷暴發(fā)生次數(shù)分別達到26.098、24.755、24.755次,年平均雷暴發(fā)生頻率分別達到3.62%、3.57%、3.30%；高陵和寶雞縣的年平均雷暴發(fā)生次數(shù)較少,年平均發(fā)生頻率分別僅為1.33%、1.25%。這里的雷暴集中在夏季，而春秋季雷暴較少。

對42個測站點55年的雷暴日數(shù)進行統(tǒng)計分析,得出各月雷暴平均發(fā)生頻率(圖5)。由圖5可見,曲線為單峰型,峰值出現(xiàn)在7月份(約為5.51),11月、12月、1月、2月幾乎沒有雷暴出現(xiàn),以1月和12月的發(fā)生頻率較小,分別僅為0.009和0,3月和10月份的發(fā)生頻率不到0.4。雷暴發(fā)生日數(shù)從4月開始逐月增加,7月達到峰值,8月略有回落,9月急劇減少。就整個關中地區(qū)而言,一年之中雷暴出現(xiàn)頻率最高的是夏季,其次為春秋季,冬季極少出現(xiàn)。

圖5 1951～2005年關中地區(qū)雷暴月均發(fā)生頻率的變化

按照年均雷暴日數(shù)，本文將關中地區(qū)劃分為強雷區(qū)(年均雷暴日數(shù)>90 d)、高雷區(qū)(90～41 d)、多雷區(qū)(40～15 d)、少雷區(qū)(<15 d)。各強度雷暴所分布的區(qū)域如圖6所示。

圖6 關中地區(qū)雷暴日數(shù)的等級劃分

從圖6可以看出：整個關中地區(qū)沒有強雷區(qū)和高雷區(qū),大部分地區(qū)為多雷區(qū),小部分為少雷區(qū)。關中地區(qū)的雷暴區(qū)主要分布于具有坡度的地形,多為西部山區(qū)和東部川地、塬地。雷暴產生于中尺度對流天氣系統(tǒng),具有明顯的局地和實效特征,其空間分布受盛行氣流、天氣系統(tǒng)、地形和下墊面性質等多種因素的制約[4]。

關中地區(qū)夏季受東南季風影響,盛行上升氣流,尤其集中于夏季、初秋季節(jié)午后到夜晚時段,這也是雷暴主要發(fā)生于7、8月份的主要原因。其次,關中西部山區(qū)、東部塬地由于空氣受地形的劇烈抬升作用,形成強對流天氣,因此雷暴災害發(fā)生的頻次多于其他平原地區(qū)。另外,雷暴的發(fā)生通常與下墊面的性質有很大聯(lián)系，一般而言,在多水域的地區(qū)雷暴發(fā)生的可能性會更大一些。但雷暴云是可以移動的,若地形阻擋使其只能在本地區(qū)上空回旋,則雷暴的頻次、強度較其他不具備這些條件的地域更強;如有缺口則雷暴順著山口移動[7]。

3 氣象災害分區(qū)評價

通過對關中地區(qū)42個測站點55年的冰雹、大風和雷暴3種氣象災害數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,得出各個測站點氣象災害發(fā)生的比例(表1)。按照氣象災害發(fā)生的比例,將關中地區(qū)分成3種災害區(qū)：比例大于3.5%為多災區(qū)；小于2.0%為輕災區(qū)；2.0%～3.5%為中災區(qū)。分區(qū)結果見圖7。

表1 關中地區(qū)各測站點3種氣象災害所占的比例

圖7 關中地區(qū)3種氣象災害等級的劃分

由圖7中可見,多災區(qū)主要分布于關中地區(qū)東部的華陰、華山,中部地區(qū)的白水,以及西部的太白地區(qū),主要發(fā)生的災害有大風和冰雹,這些氣象災害的發(fā)生與其所處的地理位置和地形地貌有關。在這些多災區(qū)，川地和山間盆地土壤地質優(yōu)良,灌溉水源充沛,可大面積種植農作物；在山地和荒地等應以林業(yè)為主,建立防雹、防大風林帶；此外,應加強對大風、雹災等氣象災害的監(jiān)測,及時做出災害等級預測,發(fā)布災害信息,減輕氣象災害的危害。

中災區(qū)主要分布在北部山地、塬地以及南部部分山地地區(qū)，主要包括西部的隴縣、千陽、鳳縣、麟游、長武等地,中部的旬邑、涇陽、淳化等地,東部的韓城、合陽、大荔、澄城、蒲城等地。該區(qū)氣象災害以雷暴和冰雹為主。在這些中災區(qū)，應結合本區(qū)實際自然狀況,加強水土保持工作,其中在低山、丘陵、緩塬以及陡坡等區(qū)域應以生物治理和工程治理相結合,多種植林木,以達到防災減災的目的。

輕災區(qū)主要分布在以渭河為主軸的關中平原地區(qū),西部的寶雞、岐山、扶風、眉縣等地,中部的興平、咸陽、戶縣、西安、高陵等地,以及東部的渭南、華縣等地。本區(qū)域的氣象災害較少,只有少數(shù)地區(qū)冰雹災害較為嚴重。在這些輕災區(qū)，應注意對生態(tài)環(huán)境的保護,以保證經濟與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。

4 影響關中地區(qū)氣象災害的因素

4.1 地形

關中地區(qū)位于黃土高原南部,陜南山地、秦巴山地、秦巴山脈北部,秦嶺北麓的渭河沖積平原,區(qū)內三面環(huán)山,中部為平坦開闊的渭河沖積平原,東部有開口,總體呈口袋狀。這就在一定程度上決定了雷暴、冰雹等一些受地形影響明顯的氣象災害在地面的分布。雷暴主要產生于強烈發(fā)展的對流性天氣,因而往往與地形有著密切的聯(lián)系。關中地區(qū)北部山區(qū)、緩塬、低緩丘陵以及南部山區(qū)的雷暴發(fā)生較多。對流云在發(fā)展過程中,當遇到高原、山地等地形時會被迫抬升,形成對流天氣;而關中地區(qū)部分微地形呈現(xiàn)峽谷或口袋狀,這對上升中的氣流有強化輻合作用,從而形成強對流天氣。強對流性天氣的發(fā)展有時也會伴有冰雹災害的發(fā)生。因而,地形對于冰雹和雷暴有很大影響。高地形地區(qū)風力通常大于其周邊地區(qū),尤其是高山地區(qū)以及高原面上,由于其海拔較高,近地面大氣運動所受的阻力相對于其他地區(qū)而言要小,因而瞬時風速大,風力等級高。同時,峽谷地區(qū)和口袋狀微地形地區(qū)則可以在短時間內突然增強風力,瞬時風速極速增大,風力變大。地形條件對雷電的影響也很突出。雷電云生成后,通常會沿該地區(qū)地形移動。山區(qū)的雷電云沿山區(qū)地形運動,若有出口,則會向其他區(qū)域移動，若沒有出口,則一直停留在該區(qū)域,雷暴災害發(fā)生的可能性就會增強。

4.2 大氣環(huán)流與氣候條件

關中地區(qū)的氣候為溫帶季風氣候。在冬季,關中地區(qū)受極地大陸氣團與冬季風的影響,空氣干燥,氣溫較低;在春季,關中地區(qū)處于冬夏季風的更替過渡時期,冷空氣活動比較頻繁,冷風較多,霜凍、低溫等災害較為頻繁;在夏季，受熱帶海洋氣團與極地大陸氣團的影響,鋒面活動頻繁,常出現(xiàn)暴雨、雷暴、冰雹等災害性天氣;在秋季,冷暖氣團交綏,常形成連陰雨等災害。在實際狀況中,在氣溫、氣壓、地形以及緯度等因素的綜合影響下,各種氣象災害的時空分布會更加復雜多變。

4.3 下墊面性質

氣象災害是氣象條件的變異和激烈變化,是災害性天氣對自然環(huán)境以及人類社會的不同程度的破壞。因此,近地面水、熱狀況會直接影響災害性天氣的發(fā)生。通常,地面植被覆蓋率高的地區(qū)氣象災害發(fā)生頻率較低；相反,地面裸露面積較多的地區(qū)發(fā)生災害性天氣的可能性會更高。有研究表明,裸地、戈壁的災害性天氣最多,自然條件最差;其次為荒地、荒山等；而植被覆蓋率高的山地以及森林等區(qū)域災害性天氣發(fā)生最少,而且氣候相對穩(wěn)定。就整個關中地區(qū)而言,冰雹的發(fā)生主要集中在小塊林地、草地、耕地交錯地帶以及無林地。

5 結論

本研究結果表明:(1)關中地區(qū)的冰雹、大風以及雷電3種氣象災害主要發(fā)生在4～9月份,其中冰雹和大風的發(fā)生頻率較高,尤其是冰雹災害,已成為關中西部地區(qū)、北部地區(qū)最為嚴重的氣象災害，而雷暴的發(fā)生頻率較?。?2)關中地區(qū)的冰雹、大風以及雷電3種氣象災害的發(fā)生具有重疊性和地域性。關中平原地區(qū)的災害性天氣發(fā)生最少;北部地區(qū)的白水，東部的華山、華陰等地,西部以及西南部的太白、鳳縣、隴縣、千陽等地的氣象災害最為嚴重。

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(責任編輯:黃榮華)

Analysis and Assessment of Meteorological Disasters in Guanzhong Region

ZHAO A-ling, LIU Yin-ge*, LEI Jing, WU Yang-yang

(Key Laboratory of Disaster Monitoring and Mechanism Simulating in Shaanxi Province / College of Geography and Environment, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013, China)

According to the observation data of hailstone, gale, and thunderstorm disasters in 42 stations of Guanzhong region in Shaanxi province during 1951～2005, the author analyzed and assessed these 3 kinds of meteorological disasters in Guanzhong region. The results indicated that: these 3 kinds of meteorological disasters in Guanzhong region occurred mainly from April to September, and the occurrence frequency of hailstone and gale was relatively high, while that of thunderstorm was relatively low; the occurrence of disastrous weather in Guanzhong plain region was the least; while the meteorological disasters were the most serious in Baishui, Huashan, Huayin, Taibai, Fengxian, Longxian and Qianyang of Guanzhong region.

Meteorological disaster; Analysis and assessment; Guanzhong region

2016-12-12

國家社會科學基金項目(15XZZ012);陜西省教育廳計劃項目(13JS010);寶雞文理學院重點項目(ZK16061)。

趙阿玲(1992─),女,陜西咸陽人,碩士研究生,從事資源環(huán)境研究。*通訊作者:劉引鴿。

S42

A

1001-8581(2017)05-0112-05