鲁西北地区气象灾害特征分析与防御研究

2015-11-14魏国盼杨学斌

生物灾害科学 2015年2期

魏国盼，杨学斌

（1.南京信息工程大学，江苏南京210044；2.山东省德州市气象局，山东德州253078）

我国是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一，做好防御和减轻气象灾害工作，必须贯彻两手抓、两手都要硬的方针[1]。冯丽文、郑景云[2]研究我国气象灾害综合区划得出，我国气象灾害表现出种类多、范围广、频率高、灾情重等特点。吴健生[3]在研究城市自然灾害的现状和发展规律指出，在未来的城市建设和规划中必须系统地研究城市自然灾害的现状和发展规律，减少灾害的损失。气象灾害是中国最严重的自然灾害，中国每年受气象灾害影响的人口约6亿人次，造成的直接经济损失约2000亿元[4]，其中气象灾害活动所造成的经济损失占所有自然灾害造成经济总损失的71%左右[5]。干旱是我国最大的自然灾害之一[6-7]，带来的损失占气象灾害造成损失的50%以上。

德州市位于山东省西北部，黄河下游北侧，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，干湿季节明显。年内降水偏少且过分集中，光热资源丰富，光照充足，各季气候特点不同，灾害性天气时有发生。近年来，德州市气象现代化建设水平明显提高，形成了以国家气象观测站、区域气象观测站、卫星观测系统应用和移动观测系统为主要平台，以国家天气观测网、国家专业气象观测网和区域气象观测网为主要架构的地基、空基和天基相结合的综合气象观测系统，气象灾害监测预报能力得到稳步提升，初步建立了“政府主导、部门联动、社会参与”的基层气象灾害防御体系。但是，气象灾害防御能力仍与经济社会发展不相适应，无法满足各级政府和人民群众的要求。特别是突发气象灾害的监测能力较弱，预报准确率有待提高，不能满足气象灾害防御的需求。本文首先对德州市11个县(市)气象灾害性天气的时空分布进行分析，然后通过历史资料计算了气象灾害防御指标，据此提出相应的灾害防御对策，为当地的防灾减灾提供参考和依据。

1 资料与方法

1.1 资料

选用德州市11县（市）1971—2010年近40年气象资料。

1.2 分析方法

1.2.1 气象灾害的时空分布特征分析方法统计逐年和逐月11县（市）大雾、大风、暴雨、冰雹、雷暴和高温等6类气象灾害出现日数，分析各类气象灾害的时空分布特征和规律。

1.2.2 灾害设防指标计算方法利用近40年历史资料，采用皮尔逊Ш型概率分布模型计算气象灾害设防指标，计算灾害防御所需要的2年、3年、4年、5年、10年、20年、30年、50年和100年重现期参数。皮尔逊Ш型概率分布密度函数为[8]：

（1）式中，(x≥a0)，a＞0。设xs、Cv、Cs、s分别为随机变量x的均值、离差系数、偏差系数和标准差，Γ(α)为伽玛函数。取标准化变量：φ=x－xs，则设计概率为p的重现期指标为：xp=(φp，Cv+1)，式中φp可由已知的Cs根据设计概率p查“皮尔逊Ⅲ型分布φ值表”得到。

2 气象灾害时空分布特征

2.1 雾时空分布

图1 德州1971—2010年平均大雾日数年际变化(a)和平均大雾日数月际变化(b)

统计1971—2010年11县（市）气象观测站逐年雾日（图1a），多年平均雾日23d，雾日年际变化较大，最多年份出现在2007年，为36d。最少年份出现在1982年，仅为12d。从各县（市）分布来看（图略），最多出现在1992年的陵县，为64d，最少出现在1981年的齐河，仅为1d。从各县（市）雾日数的逐月变化来看（图1b），12月份最多，6月份最少，呈现明显的“V”型结构，具有明显的冬季多而夏季少的特征。从年平均雾日数的空间分布来看，禹城、临邑大雾日数较多，宁津、齐河、武城大雾日数较少，两者相差12d之多。

2.2 大风时空分布

统计1971—2010年德州市气象观测站逐年大风日（图2a），年平均大风日数8d，大风日数年际变化较大，最多年份出现在1971和1972年，多年平均均为21d。最少年份出现在1999年，仅为2d。从各县（市）分布来看（图略），最多出现在1982年的庆云，为36d。从变化趋势来看，进入20世纪80年代中期，大风日数急剧减少。从平均大风日数的月际变化来看（图2b），4月份最多，9月份最少，春季最多，其次是夏季，最少则为秋季和冬季。从德州市年平均大风日数的空间分布来看（图略），中北部县（市）的德州、宁津、庆云大风日数多，齐河、武城、禹城大风日数相对较少。

图2 德州1971—2010年平均大风日数年际变化(a)和平均大风日数月际变化(b)

2.3 雷电时空分布

图3 德州1971—2010年平均雷电日数年际变化(a)和平均雷电日数月际变化(b)

德州市年平均雷暴日数24d左右，最多的是1977年39d，最少则是1981年的13d。从年代际分布来看，20世纪70年代和90年代初期偏多，从1992年开始偏少，总体分布呈现偏少趋势（图3a）。从区域分布来看（图略），1977年宁津出现最多，达到了45d，最少则为1982年出现在齐河，仅为9d。从德州市雷暴日数月际变化分析（图3b），每年夏季是雷暴多发期，尤其每年7月是本市雷暴市高发期，冬季很少发生。统计发现，雷暴日最早出现在2月，最晚则出现在11月，1月和12月未出现过雷暴。从德州市雷暴日数空间分布来看（图略），宁津、临邑、陵县、庆云是雷暴多发地，齐河、禹城等南部县（市）相对较少。

2.4 高温时空分布

统计1971—2010年德州市气象观测站逐年高温日数（图4a），年平均高温日数9.6d，高温日数年际变化较大，最多年份出现在1997年，多年平均均达到了28d。最少年份出现在2008年，仅为2.9d。从各县（市）分布来看（图略），最多出现在1997年的陵县，为37d。从各县（市）高温日数和全市平均高温日数的季节变化来看（图4b），德州的高温天气出现在5月至9月，6月份最多，9月份最少。从各县（市）变化趋势来看（图略），20世纪70年代初期至90年代中期，高温日数相对较少，90年代中期至本世纪初的10年间，高温日数大幅度增加。

图4 德州1971—2010年平均高温日数年际变化(a)和平均高温日数月际变化(b)

2.5 暴雨时空分布

统计1971—2010年德州市气象观测站逐年暴雨日数（图5a），年平均暴雨日数1.8d，暴雨日数年际变化较大，最多年份出现在2009年，多年平均均达到了4.3d。最少年份出现在2008年，不足1d。从年代际变化趋势来看，20世纪90年代暴雨日数较多，平均暴雨日数为2d，其它时段暴雨日数在1.7～1.8d。从各县（市）分布来看（图略），最多出现在2009年的齐河，为8d。统计1971—2010年各县（市）暴雨的日降水量极值发现，11县（市）中有4县（市）暴雨极值是近10年产生的，4县（市）分别位于历史极值的第2位，也就是说极端暴雨天气有增多趋势。从各县（市）月际变化趋势来看（图5b），全市暴雨出现在4—10月，集中出现在7—8月。统计1971—2010年德州各县（市）气象观测站逐年日降水量极值，最大值出现在1998年7月14日平原县，达到了236.6mm，而禹城市最大值则为142.1mm，两县（市）相差近100mm。从日降水量极值分布图上看出（图略），德州市日降水量极值存在两个大值中心，分别在平原县和临邑县，禹城和陵县较小，区域分布呈现显著不均匀。

图5 德州1971～2010年平均暴雨日数变化（a）和日降水量极值（b）

2.6 冰雹时空分布

统计1971—2010年德州市降雹日数（图6a），最多的是1989年，全市共出现15站次冰雹。从年代际分布来看，20世纪70年代偏多，平均5.8次，80年代最多，平均6.7次，存在两个明显的峰值，即1980年和1989年。进入本世纪，冰雹日数明显减少。

图6 德州1971—2010年平均冰雹日数年际变化(a)和平均冰雹日数月际变化(b)

图7 各种气象灾害日数及降水量极值未来重现概率估测

从德州市冰雹日数月际变化分析，平均而言，6月份冰雹日数最多，占降雹总次数的31.2%，其次是5月，占21.3%，3月冰雹日数最少，占1.42%。但对各县（市）而言，各县（市）降水最多月份不完全相同。德州、平原、庆云、齐河最多月份为5月，陵县、宁津、乐陵、夏津、禹城最多月份为6月，临邑最多出现在4月和7月，武城则为5—6月。冰雹日最早出现在3月，最晚则出现在10月，1、2、11、12月未出现过冰雹。

3 气象灾害设防指标

依据德州市各气象观测站历年大雾日数、大风日数、雷暴日数、高温日数、日降水量极值和冰雹总站次，利用皮尔逊III型概率分布模型，计算所气象灾害设防需要的2年、3年、4年、5年、10年、20年、30年、50年和100年重现期参数（图7）。分析可见，无论哪种灾害性天气，随着重现期延长，出现极端天气的可能性增大。