王曉立，郭法東，王恬茹，魯 丹，徐太安

（1濰坊市氣象局，山東濰坊261011；2臨朐縣氣象局，山東臨朐262600）

0 引言

濰坊市地處魯中山區(qū)，地勢南高北低，形成西部山地、南部丘陵，東部與北部為平原的復雜地形，因此冰雹成為濰坊的主要氣象災害之一。據(jù)統(tǒng)計，濰坊市年平均雹災面積達4.1×104hm2，人口受災17.4萬人次，直接經濟損失達17776萬元，1987年雹災面積達30.8×104hm2，達最大值[1]，雹災給工農業(yè)生產和人民生命財產帶來嚴重危害。冰雹是一種強對流天氣現(xiàn)象，具有局地性強、突發(fā)性和陣發(fā)性等特點[2-4]，預報難度大，分析冰雹的分布特征是進行冰雹預報和人工防雹的重要基礎[5]。

近年來，有學者對不同地區(qū)的冰雹時空分布規(guī)律進行了研究，結果表明冰雹的時空分布差異較大。符琳等[6]、張芳華等[7]、閔晶晶等[8]]研究表明，中國北方地區(qū)冰雹日數(shù)年代變化均呈下降趨勢；李韜光[9]、楊貴名等[10]、祁紅彥等[11]研究表明，冰雹的空間分布存在多樣性，主要與地理分布和地形有關。

針對濰坊的冰雹研究主要以冰雹天氣過程分析為主[12]，對冰雹分布特征的研究還很少。因此，本研究采用濰坊1971—2010年9個觀測站40年的冰雹觀測資料分析冰雹的時空分布特征，探討冰雹對農業(yè)生產的影響及防護措施，以期為冰雹的預報服務、人工防雹工作以及農業(yè)發(fā)展布局提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

選取濰坊市9個氣象觀測站1971—2010年冰雹日資料，所用資料已經過質量控制，具有較好的代表性。規(guī)定某個觀測站某日出現(xiàn)大于等于1次冰雹天氣現(xiàn)象記為冰雹出現(xiàn)1次，即1個冰雹站次。以冰雹出現(xiàn)次數(shù)作為定量表征指標，采用線性傾向法分析40年濰坊冰雹時間變化特征，利用M-K突變檢驗進行冰雹突變分析，應用EOF正交經驗函數(shù)分析冰雹的空間分布特征。

2 冰雹時空變化特征

2.1 冰雹的時間變化特征

2.1.1 冰雹年際變化特征 圖1為1971—2010年濰坊地區(qū)冰雹出現(xiàn)次數(shù)的時間序列變化趨勢。從圖1可以看出，濰坊地區(qū)冰雹出現(xiàn)次數(shù)最多為1996年，達24站次；出現(xiàn)最少的為1981年，全年未見雹。冰雹出現(xiàn)次數(shù)的年代分布不均勻，1970s與1990s較多，平均值分別為9.6站次、10.3站次，1980s與2000s冰雹出現(xiàn)次數(shù)較少，平均值分別為5.7站次、6.3站次。冰雹出現(xiàn)次數(shù)以-0.55站次/10 a的速度在減少，40年冰雹出現(xiàn)次數(shù)平均值為7.98站次/a；從5年滑動平均可知，1974—1978年、1989—1998年、2002—2005年5年滑動平均值均在線性趨勢線以上，冰雹出現(xiàn)次數(shù)較多，1973年、1979—1988年、1999—2001年、2006—2008年5年滑動平均值均在線性趨勢線以下，冰雹出現(xiàn)次數(shù)較少。

圖1 1971—2010年濰坊年際冰雹出現(xiàn)次數(shù)變化

圖2 1971—2010年濰坊旬、月冰雹出現(xiàn)次數(shù)變化

2.1.2 冰雹旬月變化特征 圖2為1971—2010年濰坊地區(qū)旬、月平均冰雹出現(xiàn)次數(shù)。從圖2可以看出，濰坊地區(qū)冰雹一般出現(xiàn)在3—10月，其中冰雹最早出現(xiàn)在1975年3月10日，最晚出現(xiàn)在1980年10月19日，均出現(xiàn)在安丘。月冰雹出現(xiàn)次數(shù)呈明顯的單峰型，主要出現(xiàn)在5—7月，占冰雹出現(xiàn)總次數(shù)的77.74%；其中，6月最多（130天），占冰雹出現(xiàn)總次數(shù)的40.75%，其次是5月與7月（均為59天），占冰雹出現(xiàn)總次數(shù)的18.50%。11月—次年2月均未出現(xiàn)過冰雹。從旬變化柱狀圖可知，冰雹上旬存在著5—7月的主高峰和8—10月的次高峰，中旬和下旬存在著5—9月的主高峰，其中6月中旬達峰值。每年的5—7月，北方冷空氣活動頻繁，與來自西南的暖濕氣流交匯時易導致大氣層結不穩(wěn)定而引起強對流天氣。

2.1.3 冰雹日變化特征 冰雹是強對流天氣所產生的，屬中小尺度天氣，一天的任何時段均可發(fā)生。圖3表明濰坊地區(qū)的冰雹具有明顯的日變化，濰坊地區(qū)白天（08—20時）冰雹占總冰雹次數(shù)的85.34%，夜間（20—08時）冰雹占總冰雹次數(shù)的14.66%，白天冰雹出現(xiàn)次數(shù)明顯多于夜間。由圖知，14—15時降雹百分率為12.78%，15—16時降雹百分率為14.29%，16—17時降雹百分率為13.91%，17—18時降雹百分率為11.28%，白天其余時段不足8%，由此可知，午后為冰雹多發(fā)時段，其中14—18時降雹百分率為52.26%，主要是因為午后太陽輻射強烈，氣溫較高，易累積不穩(wěn)定能量，在中小尺度天氣系統(tǒng)觸發(fā)時易產生冰雹天氣[13]。

圖3 1971—2010年濰坊逐時降雹百分率

2.1.4 冰雹的氣候突變分析 突變分析可以反映氣候變化過程中氣象要素存在某種不連續(xù)現(xiàn)象，可采用M-K突變檢驗方法[14]分析。由圖4中可見，冰雹出現(xiàn)次數(shù)在1970s呈先增加后減小的趨勢，1976年達到最多，1976年后冰雹發(fā)生次數(shù)呈減少趨勢，1980s后期—1990s又呈增加趨勢，21世紀主要以減少趨勢為主。UF與UB曲線在±1.96的臨界線內出現(xiàn)交點，冰雹出現(xiàn)次數(shù)在2008年發(fā)生突變，突變后呈減少趨勢。

2.2 冰雹的空間變化特征

圖4 1971—2010年冰雹出現(xiàn)次數(shù)的M-K突變檢驗

2.2.1 冰雹的空間分布 利用EOF正交經驗函數(shù)分析1971—2010年9個觀測站年冰雹出現(xiàn)次數(shù)的空間分布特征。從圖5(a)中知，濰坊年冰雹出現(xiàn)次數(shù)分布具有明顯的地域特征：由西南向東北呈遞減分布，主要出現(xiàn)在安丘、諸城、臨朐、青州等山區(qū)地帶，其中安丘冰雹出現(xiàn)次數(shù)最多，達63站次，其次為諸城和臨朐，分別為48站次和47站次，青州為32站次；濰坊東部與北部屬于平原地區(qū)，降雹相對較少，其中，昌樂出現(xiàn)次數(shù)最少，為24站次，昌邑、壽光均出現(xiàn)25站次，高密、寒亭分別出現(xiàn)28站次、27站次，濰坊冰雹分布有著西部多于東部，南部多于北部，山區(qū)多于平原的特點。濰坊西部與南部屬于山區(qū)，這種地形的熱力和動力作用易觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放而產生強對流天氣[15-16]；北部與東部的平原地區(qū)，觸發(fā)強對流條件較山區(qū)弱，冰雹出現(xiàn)次數(shù)相對較少。

圖5(b)為1971—2010年9個觀測站冰雹出現(xiàn)次數(shù)的氣候趨勢系數(shù)空間分布。由圖可知，濰坊地區(qū)東部與北部的昌樂、壽光、寒亭、昌邑氣候趨勢系數(shù)均為正值，表明該地區(qū)冰雹出現(xiàn)次數(shù)呈增加趨勢，且以昌樂為中心，增加趨勢最大；西部與南部的臨朐、青州、安丘、諸城、高密等地的趨勢系數(shù)均為負值，表明冰雹出現(xiàn)次數(shù)均呈減小趨勢，以臨朐減少最明顯。因此，西南部多個站點冰雹出現(xiàn)次數(shù)的減少對濰坊冰雹出現(xiàn)次數(shù)減少的貢獻很大；濰坊市自開展人工影響天氣以來，1990—2010年組織防雹作業(yè)共201次，對冰雹云的發(fā)生和發(fā)展也起到了一定的抑制作用。

2.2.2 冰雹空間分布類型 圖6為濰坊冰雹出現(xiàn)次數(shù)的前8個特征向量對應的方差貢獻。第1特征向量的方差貢獻率達到31.87%，第2特征向量的方差貢獻率達到18.52%，前2個特征量的累加方差貢獻率超過50%。根據(jù)NORTH準則，前2個特征值通過了顯著性檢驗，因此用第1、2特征向量可以較好的反應濰坊冰雹出現(xiàn)次數(shù)的異?？臻g分布特征[17]。

圖5 濰坊冰雹出現(xiàn)次數(shù)的空間分布(a)（單位：站次）和趨勢系數(shù)分布(b)（單位：站次/10 a）特征

圖6 濰坊冰雹出現(xiàn)次數(shù)前8個特征向量的方差貢獻

為了更好地分析濰坊地區(qū)冰雹發(fā)生的空間分布特征，采用EOF正交經驗函數(shù)分析其多個特征向量的特征。圖7(a)為冰雹出現(xiàn)次數(shù)EOF第1特征向量空間分布圖，第1特征向量的方差貢獻最大，代表1971—2010年濰坊年平均冰雹出現(xiàn)次數(shù)的分布狀況，是濰坊冰雹空間分布的主要特征，其特征向量值在全市區(qū)域內均為正值，而且多雹區(qū)處于安丘、臨朐、諸城等山區(qū)一帶，少雹區(qū)位于濰坊北部和東部的平原一帶，空間分布比較均勻，表現(xiàn)出一致性變化特征，因此全市的冰雹發(fā)生規(guī)律具有較好的空間一致性。圖7(b)為冰雹出現(xiàn)次數(shù)EOF第2特征向量空間分布圖，空間分布表現(xiàn)為：南部與西部為負值，最大值位于臨朐縣內，達-62，北部與東部為正值，最大值位于昌樂境內，達34，這種西南—東北反向特征表明冰雹出現(xiàn)次數(shù)在濰坊地區(qū)西南部與東北部分布相反，即西南山區(qū)冰雹多，東北平原冰雹少，這種反相特征主要是由于地形差異造成的，根據(jù)前面的分析，濰坊地區(qū)冰雹發(fā)生和分布與地形多樣性有關。

3 冰雹災害及其防御措施

圖7 冰雹出現(xiàn)次數(shù)EOF第1(a)和第2(b)特征向量分析

冰雹是一種局地性較強的農業(yè)氣象災害，濰坊市冰雹常出現(xiàn)在每年的5—7月，正值農作物生長和成熟階段，而且冰雹發(fā)生頻次高，多雹區(qū)易遭受嚴重損失。根據(jù)冰雹發(fā)生規(guī)律和農業(yè)生產特點，濰坊市冰雹災害對農業(yè)的主要影響有糧食、黃煙、果樹和設施農業(yè)等。

3.1 冰雹對農業(yè)生產的影響

3.1.1 對農作物的影響 濰坊是一個農業(yè)大市，小麥和玉米是主要糧食作物。冰雹的多發(fā)期正值小麥抽穗、灌漿和成熟期，玉米的苗期和拔節(jié)期。冰雹常伴有狂風暴雨，常常造成小麥大面積倒伏，阻礙正常灌漿成熟，砸傷玉米的葉片及莖稈，造成減產或絕產，而且冰雹發(fā)生時，地表氣溫劇降，使生長作物遭受不同程度的冷害，不利于作物根系生長，影響小麥和玉米的生長發(fā)育[18-19]。據(jù)統(tǒng)計，1978年以來，濰坊市農作物因冰雹襲擊造成的損失嚴重，受災面積達45629 hm2，受災人口174340人次，直接經濟損失17.8億元。

3.1.2 冰雹對黃煙的影響 黃煙主要種植在諸城、臨朐、昌樂等地，從冰雹的空間分布看，三地屬于冰雹易發(fā)地，因此冰雹對黃煙的危害最重，冰雹能打斷煙株，打破煙葉，嚴重時造成絕收。從冰雹的旬月變化趨勢知，4月下旬至8月是冰雹的多發(fā)期，正好是濰坊黃煙的整個大田生長期，黃煙還苗期（4月25日—5月8日）是冰雹開始出現(xiàn)的季節(jié)，苗期黃煙遭受冰雹襲擊后，幼苗受傷不能正常生長，砸傷過重需要重新移栽而延誤農事季節(jié)。伸根期（5月9日—31日）遭受雹災，煙株根系的損傷會導致煙草根莖病的發(fā)生。旺長期（6月1日—7月10日）是冰雹多發(fā)期，冰雹可使烤煙葉片殘破不堪，莖稈折斷，造成地上與地下部生長失調，阻礙正常成熟。成熟期（7月10日—8月31日），冰雹易使葉片形成大小不等的穿孔、爛葉或掉葉，帶有雹傷的葉片會降低品質和銷售價格，嚴重雹災很可能造成黃煙的大面積絕產，造成嚴重的經濟損失[20]。2014年6月10日15:20，諸城市石橋子鎮(zhèn)冰雹持續(xù)時間15 min，黃煙受災面積達到350 hm2，成災面積260 hm2，絕產70 hm2。

3.1.3 對果樹的影響 安丘大桃、臨朐大櫻桃、昌樂西瓜和高密葡萄種植區(qū)屬于濰坊的果品種植基地，冰雹發(fā)生在果樹的營養(yǎng)生長期時，主要是摧殘樹葉影響光合作用和養(yǎng)分累積；發(fā)生在幼果期時，可留下傷疤，影響外觀和品質；發(fā)生在成熟期時，不僅打落果實，枝葉折斷，而且影響第2年的生長與結果，易遭受病蟲害[18]。1998年6月16日15時臨朐遭受冰雹襲擊，降雹持續(xù)時間10 min，最大冰雹直徑5 cm，最大積雹厚度5 cm，果樹受災面積5733 hm2，落果率達60%以上，2500多農戶的果樹絕產。

3.1.4 對設施農業(yè)的影響 濰坊是設施農業(yè)大市，發(fā)展規(guī)模比較大，主要是以壽光蔬菜、臨朐、昌樂和高密的瓜果、青州花卉等為主的經濟作物，設施農業(yè)已經成為農業(yè)增效、種植戶增收的主要經濟來源。冰雹出現(xiàn)伴隨的大風對設施農業(yè)機械性破壞較大，易刮起草簾和損壞棚膜，對棚內作物的損壞程度如同對露天作物損壞，冰雹對設施農業(yè)造成的損害是嚴重的。1989年5月8日，壽光遭受冰雹襲擊，降雹時間20 min左右，最長達40 min，積雹厚度達6 cm，雹粒一般如小棗，最大直徑為4 cm，臥鋪1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)就有1620個塑料大棚被砸爛，1000 hm2被打爛葉子，毀壞草苫子3萬多個。

3.2 冰雹防御對策

3.2.1 加強冰雹監(jiān)測，提高預報預警能力 掌握冰雹天氣的發(fā)生規(guī)律和天氣形勢特征，提高預報預測水平，探索中長期冰雹的預報方法；密切關注冰雹多發(fā)季節(jié)的天氣形勢，做好冰雹的短時臨近預報，對可能發(fā)生的冰雹及時發(fā)布預警信號，為防災減災提供信息。

3.2.2 合理布局防雹作業(yè)站點，積極開展防雹作業(yè) 目前，濰坊市人工防雹高炮作業(yè)站點58處，火箭作業(yè)站點18處，在臨朐、安丘、諸城、青州等冰雹多發(fā)地布置的作業(yè)站點較多，冰雹進入防護區(qū)后能及時開展防雹作業(yè)。防雹作業(yè)站點應根據(jù)濰坊各地開展的特色農業(yè)布局和冰雹分布特點，采用固定作業(yè)和移動作業(yè)相結合的方式，加大對防雹作業(yè)點的建設，同時加大人工防雹站點的人員和資金的投入力度，有效開展消雹作業(yè)。

3.2.3 改善生態(tài)環(huán)境，減少冰雹災害 在臨朐、安丘、諸城等海拔較高的山區(qū)和丘陵地帶，大面積種植花草樹木，增加植被覆蓋率，縮小下墊面的熱力差異，擾亂強對流發(fā)生，減少冰雹發(fā)生幾率。在冰雹多發(fā)地帶，調整產業(yè)種植結構，增種抗災能力和恢復能力強的作物。

3.2.4 加強災情調查，及時采取補救措施 調查了解受災作物的品種和受災輕重程度，根據(jù)作物生育期的要求，及時中耕松土提高地溫，加強肥水管理，促進作物恢復生長[19-20]。對無恢復生長能力或絕產的作物區(qū)域，應改種生育期短的作物。設施大棚受損的應及時搶修搶建，盡快恢復作物的生長環(huán)境。

4 結論與討論

（1）濰坊地區(qū)冰雹出現(xiàn)次數(shù)存在著明顯的年變化，以-0.55站次/10 a的速度減少，年平均冰雹出現(xiàn)次數(shù)為7.98站次。年代分布不均勻，1970s與1990s較多，1980s與2000s冰雹出現(xiàn)次數(shù)較少。冰雹一般出現(xiàn)在3—10月，呈明顯的單峰型，以5—7月為主，占冰雹出現(xiàn)總次數(shù)的77.74%。日變化明顯，白天（08—20時）冰雹占總冰雹次數(shù)的85.34%，以午后型為主，14—18時出現(xiàn)次數(shù)多，占總冰雹次數(shù)的52.26%。濰坊冰雹的時間變化特征與符琳等[6-9]對北方冰雹時間序列變化的研究結論一致。濰坊冰雹自2008年開始發(fā)生突變，突變后呈下降趨勢，突變時間較李韜光等[9-10]研究的結果較晚，具體原因有待進一步探討。

（2）濰坊地區(qū)冰雹出現(xiàn)次數(shù)的分布具有明顯的地域特征，由西南向東北方向遞減分布，多雹區(qū)主要分布在臨朐、安丘、諸城等地，平原地區(qū)冰雹較少，多雹區(qū)發(fā)生在山區(qū)，這與楊貴名等[9-11]研究一致，說明冰雹的發(fā)生受地形影響。通過EOF特征向量分析，第1特征向量表明冰雹空間分布表現(xiàn)出一致性變化特征，第2特征向量表明冰雹的分布呈現(xiàn)西南—東北反向特征。

（3）濰坊是農業(yè)大市，冰雹災害的頻發(fā)對糧食、黃煙、果樹和設施農業(yè)等造成嚴重的經濟損失。為有效降低冰雹帶來的氣象災害，要加強冰雹的預測預警水平，利用防雹作業(yè)站點有效開展人工消雹作業(yè)，通過增加植被覆蓋率，降低冰雹發(fā)生幾率，對受災后的農作物要采取多種措施予以補救。

（4）本研究選取的冰雹觀測資料不包含各地災情資料，考慮冰雹發(fā)生的局地性特點，如果結合冰雹災情資料進行分析結果可能更好。地形對冰雹的影響、冰雹與天氣環(huán)流的關系等，是今后主要研究的內容。