博兴县冰雹灾害分析与防御对策

2017-05-30刘德安刘慧王新光宋任祥韩澎刘永吉

安徽农业科学 2017年6期

刘德安刘慧王新光宋任祥韩澎刘永吉

摘要利用博兴县冰雹灾害历史资料，通过分类统计的方法，确定了冰雹灾害的多发区，找出了高空低涡横槽是造成冰雹灾害的主要影响天气系统，分析了博兴县冰雹灾害的年、月、日分布和发生规律及冰雹天气的主要侵袭路径，从工程类和非工程类6个方面提出了博兴县防御冰雹灾害的措施；通过开展防雹作业前后雹灾面积对比，对博兴县人工防雹作业效果进行评估；

利用雷达观测资料，结合当地经验，提出了高炮人工防雹作业效益的计算方法。

关键词冰雹灾害；变化特征；人工影响天气；效益计算方法；防御对策

中图分类号 S427 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）06-0194-04

Analysis and Defense Countermeasures of Hail Disaster in Boxing County

LIU De-an， LIU Hui， WANG Xin-guang et al （Boxing County Bureau of Meteorology， Boxing， Shandong 256500）

Abstract By using historical data of hail disaster in Boxing County， through the statistical classification method to determine the hail disaster prone areas， identify that the upper transverse slot vortex is the main cause of hail disaster， analyze annual， monthly and daily distribution of hail disaster in Boxing County and occurrence regularity and main damage path， propose defense measures from 6 aspects of engineering and non engineering； the artificial hail suppression effect was evaluated by comparison of hail disaster area before and after operation of hail suppression；according to the local experience， by using radar data， the calculation method of artillery hail suppression efficiency was put forward.

Key words Hail disaster；Variation characteristics；Weather modification；Benefit calculation method；Defense countermeasures

博興县地处鲁北平原，冰雹灾害是博兴县主要的自然灾害之一，常常给农作物造成严重的危害。1983年5月20日，全县遭受风雹灾害，8 000 hm2以上小麦倒伏，减产600万kg以上；店子、兴福、曹王、寨郝、城关镇、庞家6个乡镇的8 000 hm2棉花遭受雹灾，其中店子公社张侯管区张朱村等7个大队特别严重，冰雹持续时间12 min。1993年6月29日，庞家、城关、陈户3个乡镇遭受了冰雹袭击，冰雹最大直径5 cm，重灾面积1万hm2，直接经济损失6 331万元。2005年6月11日傍晚和20日上午，吕艺镇和纯化镇连续2次遭受强冰雹灾害，总成灾面积8 235 hm2，直接经济损失达3 794万元。1981—2015年博兴县境内共出现34次冰雹灾害，总受灾面积约17.3万hm2，直接经济损失约26 019万元。因此，研究冰雹灾害发生规律，有效防御冰雹灾害，是农业生产防灾减灾的现实需要[1-3]。杨晓霞等[1]分析1986—1998年山东省4—6月份冰雹气候特征发现，鲁西北平原、鲁中山区为多雹区，年平均0.7个雹日以上，以博兴和临朐最多，年均1.6个雹日以上（博兴1.8个，临朐1.6个）。基于博兴县人工防雹工作的开展，笔者根据1981—2015年博兴县冰雹灾害资料，通过分类统计的方法，找出造成冰雹灾害的主要影响天气系统，分析了博兴县冰雹灾害发生规律，对博兴县人工防雹作业效果进行评估[4]，从工程类和非工程类上提出冰雹灾害的防御措施；利用雷达观测资料，结合当地经验，提出一种计算高炮人工防雹作业效益的方法。

1 冰雹灾害的发生规律

1.1 区域分布及演变

据《博兴县志》资料，1985年前，雹灾主要分布在陈户镇官王村东、店子乡利城村以及张候村、东郑村之间3处集中地区，平均每年3遇，最多一年六遇；蔡寨乡与乔庄乡南部、庞家乡的焦集村以南地区和曹王至兴福两镇之间也是降雹频繁地区，每五年一遇。《博兴县农业区划资料手册》对1959—1982年博兴县各地冰雹灾害进行了统计（表1），从冰雹次数和受灾程度来看，雹灾区域与《博兴县志》记载相符。

统计1981—2015年冰雹灾害发现，全县境内均出现过冰雹灾害，以横穿县境内中部的小清河为界，冰雹灾害大部分出现在小清河以北区域，主要有3个多雹灾区域：一个在蔡寨办事处南部、陈户镇西北部和庞家镇东北部；一个在纯化镇东南部、吕艺镇中东部和店子镇北部；一个在庞家镇南部。分析表明，1981年后小清河南部雹灾减少明显，小清河北部成为冰雹灾害的主要发生区。

1.2 年分布

从图1可看出，1981—2015年县境内共出现34次冰雹灾害，平均每年近1次。35年中有2个多雹灾阶段：1987—1995年年均1.7个雹灾日，2001—2007年年均1.9个雹灾日，最多年份一年4个雹灾日（1993年）；3个少雹灾阶段：1981—1986、1996—2000、2008—2015年。近35年博兴县冰雹灾害呈现约6年一个周期的阶段性发生规律，交替出现。雹灾最早出现在4月23日（1993年），最晚的发生在9月18日（1991年）。

1.3 月分布由表2～3可知，1959—1980年5月中旬—7月上旬冰雹出现的机率占全年的60.3%，1981—2015年6月上旬—7月上旬雹灾出现的机率占全年的67.6%。在5—6月份，南方暖空气活跃，但北方冷空气势力仍然较强，而博兴县地处在易受冷空气影响的鲁北地区，冷暖空气不断在鲁北地区交锋，故5—6月份前后是博兴县冰雹灾害频发期。从以上统计可以看出，博兴县冰雹灾害主要发生在5月中旬—7月上旬，这期间正是小麦成熟收获期和棉花苗、蕾期，冰雹灾害对其危害巨大。

1.4 日分布

冰雹是强对流天气产生的，局地性强，属中小尺度天气，一天之中任何时间均可产生，由于下墊面吸收太阳辐射增温，一天之中的下午至傍晚（14：00—22：00），低层热力条件好，易在此时段产生强对流天气，造成冰雹灾害。对34次冰雹灾害出现的时间进行统计，结果发现，发生在10：00—14：00的有5次，14：00—18：00有14次、18：00—22：00有8次、22：00—次日08：00有7次，表明博兴县冰雹的产生属于午后多雹型。

2 冰雹侵袭路径

冰雹云入侵博兴县的路径主要有2条：西北路径从惠民县、滨城区侵入，影响全县；西路从高青县、邹平县侵入，沿小清河东移，主要影响湖滨和店子镇的北部、吕艺镇。降雹路径与天气系统是密切相关的，由于博兴县的冰雹天气多是受低涡横槽天气系统影响，主要的冰雹灾害都是由西北路径入侵的冰雹云造成的。

3 冰雹灾害天气的产生背景

3.1 地理地形条件和下垫面状况

冰雹天气的产生与大气温度、湿度的垂直分布状况、冷暖空气的强弱等密切相关，且直接影响到近地面局部温度的分布和大气稳定性。博兴县地处鲁西北平原东部，而鲁西北平原处于太行山区和鲁中山区之间，春末夏初这一带极易受热增温并引起气压下降，导致这一带经常形成地面热低压，有利于地面热空气在低压内辐合上升，引起对流发展。另外，博兴县系黄河故道区，北部沿黄地区土地盐碱且低洼，由于洼地受热后气温上升快，造成洼地与平地之间、盐碱地与其他地表之间的温差明显，地面热力对比度大，在天气形势有利时，一旦北方有冷空气南下，局部热对流很容易发展强对流，造成冰雹天气。

3.2 强对流天气发生源地

影响博兴县的强对流天气发生源地多是在河北省境内或鲁西北地区的北部，多是西北冷锋侵入热低压而产生，之后向东南移动影响博兴[5]。

3.3 影响天气系统

对博兴县1996年以来的23次冰雹灾害过程的影响天气系统进行分类统计，结果发现，高空的低涡横槽是造成冰雹灾害的主要影响天气系统（占13次）[5]，其次是西北气流类（6次）和低层切变类（4次）。

4 防御措施

由于博兴县地处冰雹灾害多发区，且冰雹灾害损失巨大，防御冰雹灾害将是博兴县一项长期艰巨的工作任务。冰雹防御措施一般有3类：一是雹前预防措施，主要是通过加强防灾工程性与非工程性措施，减少冰雹发生的机会、缩小雹灾范围、降低雹灾强度等手段来减轻灾害损失；二是开展人工防雹作业抗灾措施；三是雹后施救措施，通过经济、技术、管理手段等来控制损失的蔓延，把损失限制在最小范围内。结合国内各地的冰雹灾害防御措施和方法，提出博兴县冰雹灾害防御的如下措施。

4.1 植树造林，改善气候环境

博兴县1949年林木覆盖率只有1.00%，1975年为2.27%，到1985年达5.15%，20世纪末至今，博兴县林业生产发展迅速，2012年林木覆盖率达36.70%，同时周边的邹平、阳信、沾化、无棣等县2012年平均林木覆盖率也达30.00%。随着博兴县现代农业发展规划的实施，以生态绿化为重点的林业生产工作的开展，全县境内提升绿色通道标准，水系生态绿化，“三河两水一湖”生态文化区绿化，吕艺镇益丰和乔庄镇泰丰2个万亩生态林场规模的扩大，开发打渔张森林公园旅游项目，将不断提升全县林木覆盖面积。宜在全县境内大力建设农田林网，既可增加林木面积，又可防御冬小麦成熟季节时的干热风天气。

4.2 发展现代农业

2013年，博兴县设施农业占地面积达1 900 hm2，其中店子镇设施农业占地面积1 200 hm2，其中冬暖式蔬菜大棚800 hm2，拱棚、阳畦等400 hm2，规划未来再发展高效大棚6 000个；乔庄镇境内现有蔬菜大棚140 hm2，水产养殖面积2 000 hm2，在此基础上，规划未来向设施渔业和休闲渔业发展；小清河北部的多雹灾区域可发展有机蔬菜种植等设施农业项目，扩大经济林木种植面积。设施农业的发展，减少了易受冰雹危害的冬小麦、棉花等作物的种植面积，也起到防御和减少冰雹灾害的作用。另外，在冰雹多发区，合理安排种植结构或产业结构比重，有效增强抗雹灾能力。

4.3 发展工业园区建设

位于县境内中部的博兴县经济开发区至纯梁区域，也是冰雹灾害的次多发区域，博兴县近年来致力于工业兴县，工业园区建设的规模不断扩大，也将减少冰雹对农业生产造成的危害。

4.4 积极采取冰雹灾害施救措施

推广农业技术保障，及时开展灾后救助[2]。如5—6月份棉花早期遭受冰雹危害造成断头等，可通过加强管理来促使棉花生长，减少灾害损失。雹灾之后也可根据实际情况进行作物间作套种、努力增加产出及效益。

成熟的作物要及时抢收，当预报冰雹将要出现时，已经或接近成熟的作物抢收堆垛，也可以减轻冰雹的危害。当作物受灾后，要加强田间管理如及时培土、中耕、浇水、施肥，使作物尽快恢复生长；作物灾害严重时，根据具体情况分析和经济核算后，改种重播有时也能在一定程度上补救一些损失。

4.5 提高冰雹天气的监测和预警能力

充分利用天气雷达、卫星云图、计算机和通信传输等先进设备，提高冰雹天气的监测和预警能力，加强对冰雹天气的联防，利用多种渠道提早将冰雹预警信息传送到各级政府和群众中去，提前采取防御措施，为防御冰雹灾害争取主动，避免、减轻灾害损失。

4.6 开展人工防雹作业

4.6.1 博兴县人影炮点布设。

全县炮点分布在南北两块区域，境内中部无炮点布设，协同作业炮点的平均距离为8.0 km，最长的吕艺东炮点与店子炮点相距13.6 km，较近的各炮点之间的距离为5～7 km（图2）。强对流云团为中小尺度（10～200 km）大小的范围，而强冰雹云单体的范围大多在10～30 km，考虑冰雹移动路径，从一门“三七”高炮的作业有效半径3～5 km来计算，全县炮点布局除中东部外基本合理。

4.6.2 人工防雹效益评估。

4.6.2.1 开展防雹作业前后雹灾面积对比。

1981—1993年共出现15次冰雹灾害，平均每次受灾面积为7 063 hm2；开展防雹作业后，1994—2015年共出现19次冰雹灾害，平均雹灾面积为3 407 hm2。雹灾面积平均减少51.8%，防雹作业效果明显。

4.6.2.2 开展防雹作业前后雹灾次数对比。1981—1993年共出现雹灾15次，年均1.15次；开展防雹作业后的1994—2015年共出现雹灾19次，年均0.86次。雹灾次数平均减少25.2%。

4.6.2.3 高炮防雹作业效益计算方法。

博兴县自1994年进行高炮防雹作业以来，都是以预防性作业为前提开展的，没有开展过以效益评估研究试验为目的的防雹作业，早期对高炮防雹作业的效益评估是从定性方面来估计。2000年滨州市新一代天气雷达投入使用后，能够对强对流云团的强度及其变化、范围大小、移动方向及速度等进行直接的监测，为防雹作业的提前准备以及作业部署、指挥提供了较为准确的保障。通过新一代天气雷达的连续观测，一是能够断定强对流云团强度的变化；二是能够断定强对流云团范围的大小及其变化；三是能够断定强对流云团的移动和影响范围。因此，也可以通过以上的雷达观测资料对防雹作业进行效益评估。方法步骤是：①计算冰雹云的影响面积，当一块强对流云团达到产生冰雹的预报指标时，可通过雷达观测得出指标区域（>50 dBz）的大致面积（如约为30 km2），乘以它移动的距离（如10 km），即为冰雹云的影响面积（300 km2）；②从开展防雹作业前的历史资料中统计出每次冰雹灾害的平均受灾面积；③调查收集冰雹云所经过的上、下游地区是否降雹及灾情情况；④根据雷达观测和各作业点天气实况，以及雹打一条线和冰雹落区的蛙跳现象，判定区域内是否降雹；⑤防雹作业实施情况及防护面积。

在定性判断如不进行防雹作业将出现雹灾的前提下，基于本地经验性的研究，可用以下公式计算一次防雹作业取得的经济效益（Y）。

Y=y+E式中，y=MS1/S2，M为预计平均每公顷损失的价值；为未高炮作业防护历年平均每次受灾面积；S1为高炮作业防护面积，S2为雹云影响面积，且S1/S2≤1，当雹云影响区域全在高炮作业防护区域内时，则取得效益的最大值。E为强度误差订正。当冰雹云影响面积>20 000 hm2时，E=y×10%；当影响面积<13 000 hm2时，E=-y×10%。

2001年6月15日，强冰雹云从庞家与博兴镇交界处侵入，于阎坊和店子镇交界处移出，影响面积S2约25 000 hm2，共8个炮点进行了协同防雹作业，防护面积S1约16 000 hm2，历年平均每次受灾面积为7 063 hm2，如平均每公顷损失3 000元，则y为1 356万元，E为135.6万元，这次防雹作业取得的经济效益为1 491.6万元。

4.6.2.4 高炮人工增雨防雹作业效益统计。

博兴县自1994年开展防雹工作以来，共进行增雨防雹作业170余次，其中防雹作业87次，动用高炮394门次，增加降水量2 000万m3以上，高炮作业区内没有出现大范围的冰雹灾害，年雹灾面积平均减少3 656 hm2。人工增雨防雹工作在农业生产防灾减灾中起到了关键作用[6]。

5 结论与讨论

（1） 2008—2015年冰雹灾害较少的原因之一是影响系统高空低涡横槽较少造成的。

（2）当对处于强盛时期的冰雹云进行高炮作业时，由于爆炸作用减弱了上升气流强度，造成降雹。因此，在受冰雹灾害影响小的区域，提前进行高炮作业，促使冰雹早降，可减小对下游地区的灾害影响。

（3）县境内中东部区域为冰雹西北路径和西部路径的必经之处，由于店子镇南部工业园区建设，受冰雹灾害影响的农作物面积减少，建议店子镇地面作业点北迁至大王村，有利于实施对西北路径和西部路径入侵冰雹云的防御作业。

（4）小清河南部的兴福镇，自1993年来的20年间雹灾较少，且近十几年不断发展不锈钢厨房设备、彩钢板等工业项目，园区建设已成较大规模，农田面积减少，高炮防护作业区面积仅占10%，建议撤除该作业点。

参考文献

[1] 杨晓霞，张爱华，贺业坤.山东省4～6月冰雹气候特征分析[J].山东气象，1999，19（3）：22-25.

[2] 王寿元，刘振英，董人伦.山东省冰雹发生规律及防御措施[J].山东农业科学，1991（2）：5-9.

[3] 王青利.黄河三角洲冰雹灾害发生特点分析及防御对策[J].安徽农业科学，2011，39（26）：16032-16034，16036.

[4] 中国气象局科技发展司.人工影响天气岗位培训教材[M].北京：气象出版社，2003：231-232.