内蒙古牧区雪灾的预警

李兴华，朝鲁门，刘秀荣，李友文

(1.内蒙古气象服务中心，内蒙古 呼和浩特 010051； 2.内蒙古生态与农业气象中心，内蒙古 呼和浩特 010051；3.内蒙古气象信息中心，内蒙古 呼和浩特 010051)

内蒙古牧区雪灾的预警

李兴华1,2，朝鲁门2，刘秀荣3，李友文2

(1.内蒙古气象服务中心，内蒙古 呼和浩特 010051； 2.内蒙古生态与农业气象中心，内蒙古 呼和浩特 010051；3.内蒙古气象信息中心，内蒙古 呼和浩特 010051)

利用地面和遥感监测相结合的方法，运用雪灾监测评估等级国家标准，实现了雪灾的定量化评估；结合牧用天气预报指标阈值，建立了内蒙古牧区不同草地类型雪灾等级预警方法，制作了雪灾预警等级分布地图。实况检验和预报结论基本相符，说明本预报方法能够对雪灾的范围和影响程度进行预估，但由于受天气预报准确率的影响，部分区域雪灾预估等级出现偏差。

雪灾等级；雪灾评估；雪灾预警；牧用天气预报

牧用天气预报是根据当地畜牧业生产过程中各主要牧事活动以及相关技术措施对天气条件的需要而制作的一种针对性较强的专业气象预报。它从畜牧业生产需要出发，在天气预报、气候预测、畜牧业气象预报的基础上，结合畜牧业气象服务指标、畜牧业气象定量评价技术等，预测未来对畜牧业有影响的天气条件、天气状况，并分析其对畜牧业生产的具体影响，提出有针对性的措施和建议，为畜牧业生产提供指导性服务。

牧区雪灾是由于降雪过多、积雪过深和雪层维持时间过久，积雪掩盖草地使牲畜难以采食或无法采食，这时如果饲草料储备不足或棚圈设施差，加上雪后常出现大风和剧烈降温，牲畜挨饿受冻，使牲畜瘦弱掉瞟、母畜流产，仔畜成活率降低，老、弱、幼畜死亡率增高的一种气象灾害[1]。由于雪灾属于突发性自然灾害，不但影响冬季放牧，而且严重威胁着由于前期干旱累积而特别脆弱的冬季畜牧业生产，是制约内蒙古牧区畜牧业持续发展的重要致灾因子[2]。内蒙古牧区雪灾具有分布集中、发生频率高、季节性强、影响范围广等特点[3-6]。内蒙古主要牧区不同程度的雪灾几乎每年都会发生。牧区雪灾灾情监测识别、等级划分和雪灾评估一直是雪灾研究热点，于永[7]开展了内蒙古牧区雪灾特点和抗灾的研究，并得出内蒙古牧区雪灾具有灾情重、救济难度大的特点，致灾直接原因是“冻”与“饿”；李友文和刘寿东[8]开展了内蒙古牧区黑、白灾评估模式及等级指标的研究，并利用连续无积雪日数、可能发生期、最大积雪深度、积雪持续日数和基本因子(家畜抗灾能力指数、冬前牧草平均高度)等建立了黑、白灾评估模式；林建和范蕙君[9]通过综合考虑内蒙古各站的积雪深度、积雪持续时间和不同草地的分布情况及牧区白灾指标开展了内蒙古雪灾监测方法研究；李海红等[10]依据积雪掩埋牧草程度、积雪持续日数和积雪面积比等指标开展了中国牧区雪灾等级指标研究，并在此基础上制订了牧区雪灾等级国家标准。近年来，利用卫星遥感和地理信息系统开展雪灾监测评估研究的成果也越来越多，梁天刚等[11]利用NOAA卫星数据及地面气象台站观测资料，建立了积雪深度遥感反演模型，综合考虑雪情、草情、畜情和气象因素的空间分布及其对草地畜牧业的危害程度，开展了牧区雪灾评价方法研究；王博等[12]利用GIS开展了内蒙古中部牧区雪灾风险评估模型研究；周秉荣等[13-14]开展了青海高原牧区雪灾逐级判识模型和预警评估模型研究；张国胜等[15]开展了三江源地区雪灾风险预警指标体系及风险管理研究。众多雪灾监测评估方法各具特色，都能满足不同地区的需求，但随着经济的发展，草原畜牧业生产方式的改变，牧民定居和舍饲畜牧业的发展，使部分区域的游牧时代结束，草原畜牧业抵御雪灾和其他自然灾害的能力不断加强，同级别雪灾造成的损失正在降低。2012年初冬，内蒙古中东部大部地区连续3场大的降雪，按照已有的评估方法应该出现特大雪灾，但由于雪灾预警及时，牧民及时屠宰出栏、牲畜过冬饲料储备充足、畜舍保暖设施完善，事实上并没有出现大量牲畜死亡的现象，主要牧区损失较轻。因此，本研究通过对内蒙古冬季雪灾的研究，完善雪灾天气预报流程，提出雪灾预警方法，这将有利于牧区在雪灾来临前及时减少人员和牲畜外出活动，从而降低灾害损失。

1 资料来源与方法

1.1 资料来源

积雪资料来源于内蒙古草原牧区118个气象站，牧草资料来自49个草地生态气象监测站，气象预测数据来自内蒙古气象台和内蒙古气候中心。2010年11月-2011年2月期间的EOS/MODIS监测的积雪数据，通过内蒙古生态与农业气象中心拥有的EOS/MODIS接收系统实时接收处理TERRAAQUA星监测的数据，使用分辨率为1 km的MODIS影像，制作雪灾等级分布图。

1.2 研究方法

在数理统计分析的基础上，利用3S技术将地面积雪深度监测数据与遥感监测的积雪范围有机结合，主要使用ESRI公司ARCMAP软件的spline插值方法将地面观测的雪深转换为格网数据。

积雪的遥感监测方法采用归一化差分积雪指数NDSI法，其计算公式为：

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

式中，RVIS、RSWIR分别代表可见光和短红外波段的反射率。通常，雪的NDSI值比其他地物高，当NDSI值大于或等于某一个阈值(K1)时判定为积雪，此外，清澈水体与暗目标NDSI值也可能大于K1，可利用近红外波段区分清澈水体，利用可见光波段来区分暗目标。因此，可利用如下判别式识别积雪[16]：

式中，RVIS和RSWIR分别代表可见光波段和近红外波段的反射率；K1、K2、K3分别代表对应判别阈值。

1.3 雪灾等级划分指标

雪灾等级的划分标准采用中华人民共和国牧区雪灾等级国家标准(GB/T 20482-2006)，雪灾等级确定为轻灾、中灾、重灾、特大灾4级，具体分级指标和受灾情况见表1。

表1 牧区雪灾等级划分标准[10]

注：掩埋牧草程度相同时，以积雪持续时间长短确定雪灾等级。

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

1.4 雪灾牧用天气预报发布指标

根据前期的积雪深度、牧草高度和卫星遥感监测积雪面积信息，结合未来24～72 h降水(雪)量预报，根据牧区雪灾等级划分标准，当不同草原区雪灾预评估等级达到轻度白灾以上时，发布雪灾天气预警[17]。不同草原区雪灾预警发布指标如下：

(1) 草甸草原区

①地面无积雪，未来24 h降雪达到“暴雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量超过10 mm以上(注：北方地区1 mm降水可以折算8～10 mm积雪深度)。

②地面有5～10 cm深积雪，且未来24 h降雪达到“大雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量7～10 mm。

③地面有10～15 cm深积雪，且未来24 h降雪达到“中雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量5～7 mm。

④地面有15 cm以上深积雪，且未来24 h降雪达到“小到中雪”；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量3～5 mm。

(2)典型草原区

①地面无积雪，未来24 h降雪达到“大雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量8 mm以上。

②地面有3～8 cm深积雪，且未来24 h降雪达到“中雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量5～8 mm。

③地面有8～12 cm深积雪，且未来24 h降雪达到“小到中雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量3～5 mm。

④地面有12 cm以上深积雪，且未来24 h降雪达到“小雪”；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量2～3 mm。

(3)荒漠草原区

①地面无积雪，未来24 h降雪达到“中到大雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量6 mm以上。

②地面有2～6 cm深积雪，且未来24 h降雪达到“小到中雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量3～5 mm。

③地面有6～10 cm以上深积雪，且未来24 h降雪达到“小雪”以上；或者未来48～72 h内累积降水(雪)量2～3 mm。

1.5 雪灾天气预报技术流程

首先,通过对地面监测的积雪深度进行统计，并确定各地区的积雪持续时间；根据当年8月末测量的牧草高度，确定积雪掩埋牧草深度的百分比；利用EOS/MODIS卫星遥感监测积雪范围和面积，根据积雪等级划分标准，确定当前雪灾发生的等级。其二，依据气象台发布的降雪天气预报信息(包括降雪量和降雪落区)，结合雪灾牧用天气预报发布条件，制作雪灾天气预报。最后，在充分考虑畜牧业年景、过冬饲草储备、家畜膘情、饲草补饲量的基础上，分析降雪过程对畜牧业生产的影响利弊关系，针对预报结论，提出放牧饲养管理、畜舍保暖、饲草调运、补饲保膘、接羔保育、家畜转移、疫病防治等安全生产和防灾保畜生产建议。具体见内蒙古雪灾天气预报技术流程图1。

图1 内蒙古雪灾预警技术流程图

2 结果与分析

2.1 2010年12月中旬雪灾监测评估状况

利用雪灾等级划分指标对2010年12月中旬的雪灾进行监测评估，内蒙古全区积雪面积为453 684.2 km2，积雪深度为1～38 cm。其中呼伦贝尔市中部和北部、兴安盟阿尔山、科右前旗北部(索伦镇)、锡林郭勒盟东北部最大积雪深度为21～36 cm，持续时间长达40～50 d，牧草掩埋程度大于70%，出现了重度白灾，面积为179 442 km2；呼伦贝尔市大部、兴安盟大部、锡林郭勒盟东北部积雪深度为13～21 cm，持续时间达40 d，牧草掩埋程度大于50%，出现了中度白灾，面积为236 298 km2；满洲里、兴安盟东北部、通辽市北部、锡林郭勒盟中东部偏北地区积雪深度为4～9 cm，持续时间40 d，牧草掩埋程度30%左右，出现了轻度白灾(图2)。

2.2 雪灾牧用天气预报

2010年12月26-28日内蒙古自治区气象台连续发布27-29日内蒙古巴彦淖尔市、包头市、呼和浩特市、乌兰察布市、锡林郭勒盟北部、呼伦贝尔市、兴安盟有小雪，呼伦贝尔市东部、北部个别地区偏大的降雪预报。

根据预报信息提示，结合雪灾牧用天气预报发布条件和中旬的雪灾评估结果，预测内蒙古呼伦贝尔市的中度雪灾区域将演变成重度雪灾；兴安盟和锡林郭勒盟中度雪灾范围将扩大；西部地区也将出现积雪，局部地区将有雪灾发生，对畜牧业生产造成一定影响。由此提出了由于内蒙古东北部积雪较深，大部地区饲草料入冬前储备不足，受道路交通的影响，当前饲草料短缺和运输困难，对牲畜越冬十分不利的事实。并建议各级畜牧部门密切关注天气变化，抓紧时间调运饲草料，做好抗灾救灾工作；牧民应就近放牧，晚出早归或舍饲圈养，确保人畜安全，对妊娠母畜加大补饲量；设施农牧业做好加固设施，防风和保暖，及时清除棚面积雪，通风时注意避开大风和低温时段。牧用天气预报信息通过手机短信、电视天气预报和网站等传播途径及时向政府相关部门和农牧民发布。

图2 内蒙古2010年12月中旬末积雪深度分布图

2.3 雪灾牧用天气预报实况检验

通过对2010年12月下旬降水、积雪深度和积雪面积的统计分析，得出下旬全区大部地区降水偏多，全区积雪面积达到553 877.8 km2，积雪深度为1～40 cm；与中旬相比积雪面积扩大了100 193.6 km2，积雪深度加深了3 cm 。其中,呼伦贝尔市大部、兴安盟阿尔山、科右前旗北部(索伦镇)、锡林郭勒盟东北部雪深度为21～40 cm，出现了重度白灾；巴彦淖尔市乌拉特后旗和乌拉特中旗局部地区积雪深度为20 cm，牧草掩埋程度大于70%，也出现了重度白灾；重度白灾总面积为263 381.6 km2，比12月中旬增加了83 939.7 km2。呼伦贝尔市西部、兴安盟中部、锡林郭勒盟东北部积雪深度为13～20 cm，出现了中度白灾，面积为69 165.4 km2，比12月中旬减少了298 09.0 km2。呼伦贝尔市西南部、兴安盟东部和南部、通辽市北部、锡林郭勒盟中东部地区的积雪深度为4～12 cm，出现了轻度白灾；其他地区积雪较浅或无积雪，没有白灾发生(图3)。

实况验证显示，内蒙古呼伦贝尔市的中度雪灾区域已经演变成重度雪灾；兴安盟和锡林郭勒盟中度雪灾范围有所扩大；西部地区出现积雪，局部地区有雪灾。总体看预报结论基本正确，但巴彦淖尔市乌拉特后旗和乌拉特中旗出现局部重度雪灾，受降雪量预报准确率影响，此区域雪灾等级预报出现了偏差。

图3 内蒙古2010年12月下旬雪灾等级分布图

2.4 雪灾牧用天气预报应用效果分析

由于提前3天发布雪灾牧用天气预报，即将遭受雪灾影响的地区政府，开展积极动员和加大宣传，对雪灾影响和饲草料缺口较大的地区提前调运饲草料，做好抗灾保畜工作；提醒牧民就近放牧，晚出早归或舍饲圈养，确保了降雪发生时人畜安全；牧民也根据需要加固棚圈，做好了防寒保暖，预防了由于降雪降温，牲畜拥挤取暖上垛踩踏死亡；同时加大了对妊娠母畜精料的补饲量，预防了由于低温体能透支掉羔；设施农牧业提前加固设施，降雪时及时清除棚面积雪，预防了垮棚。总体看，由于预报准确，生产防御措施得力，尽管降雪较大，雪灾等级提高，但灾区并没有出现牲畜和人员伤亡；雪后由于物资储备充足，灾区饲草料价格稳定，人民生活也比较稳定的局面。

3 结论

通过对雪灾监测评估等级指标的确定，利用地面和遥感监测相结合的方法，实现了雪灾的定量化评估。以气象预报为基础，结合雪灾牧用天气预报发布指标，制作的雪灾牧用天气预报能够对雪灾的范围和影响程度进行预估，并且实况与预报结论基本相符，但受预报准确率的影响，部分区域评估等级出现了偏差。因此，牧用天气预报的制作，在建立相应的评估指标和预报条件的基础上，最终限制其发展的将是如何克服天气预报准确性的问题。雪灾牧用天气预报对生产的指导意义和防灾减灾效果明显，但雪灾损失的定量化预估与雪灾牧用天气预报的经济效益定量化评估还有待深入的探讨。

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(责任编辑 武艳培)

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

内蒙古气象局科技创新项目(nmgqxkjcx201115)

李兴华(1971-)，男，内蒙古翁牛特旗人，高级工程师，硕士，主要从事应用气象、气候变化、生态学、遥感应用研究。 E-mail：lxh101900@163.com

S127;X4

A

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