晋宁烟区冰雹灾害时空分布特征及环流形势分析

2019-06-05王占良莫云凯段福君

云南地理环境研究 2019年1期

王占良，莫云凯，段福君*

(1.昆明市气象局，云南昆明 650606；2.昆明市晋宁区气象局，云南昆明 650034)

0 引言

冰雹是由强对流系统引起的一种剧烈的天气现象，具有空间尺度小(多为中小尺度系统)、持续时间短、突发性和局地性强、破坏力大等特征。冰雹过程中常伴随大风等强对流灾害性天气、不仅容易砸伤人畜、破坏大棚等农业设施，还常给花卉、蔬菜、林果、烤烟种植等带来毁灭性的损失。

以往由于观测条件及信息传输交流等因素所限，对冰雹灾害时空分布等的研究主要使用气象站有限的降雹记录，而由于冰雹灾害的时空尺度太小、局地性和突发性强，当冰雹灾害未发生在气象站所在地，或发生在气象站附近而未在观测时间发生时，冰雹事件往往难以记录在案，致使冰雹观测样本十分有限。另外，气象站一般记录的是降雹事件，即只要有降雹即记录一个降雹日，未考虑其是否成灾。也就是说只有少量的冰雹事件发生在台站观测，不能真实记录和反映造成灾害的冰雹事件。

目前，国内很多气象工作者分别从冰雹产生的大气环流背景及诊断分析、数值模拟分析、潜能物理量及对流不稳定因子分析和雷达回波特征等方面进行了研究[1-3]，郭江勇、刘彦忠等[4]对西北地区冰雹发生与海拔高度、气温变化之间的关系进行了分析，并指出冰雹云具有对流发展旺盛、云顶温度低，雷达回波强度强，中层雷达反射率在45 dBz以上、强反射梯度区外悬垂体伸展超过6 km，存在有界弱回波区等特征，王晓立、王艳萍、杨振鑫、唐浩鹏等分别对潍坊、长春、甘肃、黔西南的冰雹时空分布特征等进行了分析[5-8]。

云南冰雹的发生具有明显的季节性和群发性特征[9]，全年各月都有冰雹发生。晋宁区地处滇中腹地，冰雹天气多发、频发，严重威胁烤烟的正常生长，损失巨大。最近10年的数据统计表明，晋宁区平均每年烤烟因雹灾损失约43.5万元，而2018年估计损失高达约126.7万元，可见，冰雹灾害是影响农民增收、地方财政收入的重要因素之一。

晋宁及周边地区烤烟种植主要集中在6～9月(以下简称烟季)，研究分析该时期冰雹发生规律，合理制定人工防雹方案，选择适宜时机开展防雹作业，对当地烤烟生产、烟农增收乃至和谐小康社会构建等具有重要现实意义和实用价值。

晋宁区是云南省重要的烤烟生产基地，烤烟种植一直是当地农民致富增收的重要途径，也是经济收入的最重要来源。本文通过对晋宁境内导致烤烟损失的冰雹灾害进行了统计分析，从冰雹灾害的时空特征分布、产生雹灾的大气环流背景、冰雹随地形及海拔等的变化规律等方面进行了分析研究，为晋宁区烤烟种植冰雹灾害防御和相关单位决策工作提供参考依据。

1 资料来源及灾情分析

1.1 资料来源

(1)中国人民财险公司晋宁支公司提供2009～2018年6～9月烤烟种植冰雹灾害理赔数据、冰雹灾害出现的时间、地点等。

(2)昆明市烟草公司晋宁分公司提供2009～2018年烤烟实际种植面积及分布等资料。

(3)昆明市多普勒雷达及晋宁区各乡镇收集的气象资料、冰雹个例雷达资料等。

1.2 灾情分析

对烤烟造成损失的关键时期是6～9月份，本文针对晋宁区各乡镇烤烟种植6～9月份冰雹灾害进行研究，并定义如下。

(1)冰雹灾害：在晋宁区各乡镇范围内，某天如果有一个以上的乡镇发生冰雹，造成烤烟损失，则视为一个冰雹灾害日。

(2)区气象局和乡镇未观测到冰雹，但保险公司根据各村社烟农上报并经核实为冰雹灾害时，将气象资料、雷达资料等与保险公司理赔冰雹资料相互验证，若二者在冰雹灾害出现的时间、地点上吻合，则该冰雹灾害日视为一个有效冰雹灾害日。

晋宁区烤烟种植因冰雹灾害损失较为严重(图1～图3)，全区因冰雹事件年平均受灾面积125.53 hm2，年平均损失43.5万元。受灾情况年际差异大，受灾面积多年平均为10.6%，最多为22.9%(2011年)。从受灾面积来看，2009年至2018年总的受灾面积是逐渐减少的，最多年份是2009年，总受灾面积298.53 hm2，最少年份是2010年，受灾面积17.13 hm2。这除了气候原因外，可能还与人工防雹作业的提高是分不开的。从理赔损失来看，最多的是2018年，共126.7万元，虽然受灾面积不是最多，但理赔金额最多，这主要与受灾区的绝收面积(100%受损)和当年理赔价格提高等有关。

图1 晋宁区历年冰雹灾害受灾面积

图2 晋宁区历年冰雹灾害损失情况

图3 晋宁区历年烤烟受灾面积与播种面积比值

2 晋宁烟区冰雹灾害时空分布特征分析

2.1 日变化

晋宁区6～9月份冰雹灾害日变化特征明显(图4)，主要集中在午时至傍晚(12∶00～21∶00)，16∶00～18∶00是冰雹灾害高发期，约占73.3%，可见16∶00～18∶00间是晋宁区各防雹点所需重点防范的时段；次高发期为13∶00～14∶00，占13.4%，其他时段冰雹灾害发生频率相对较小，22∶00～11∶00时段无冰雹灾害发生。

主要原因是中午到下午，太阳直接辐射使较低层大气和地面升温较快，造成低层大气加热上升产生不稳定，触发强对流冰雹天气过程的发生；而夜晚到日出之前地面辐射冷却降温，上午地面温度还没有完全升起来，故冰雹发生概率小。

图4 晋宁区6～9月冰雹灾害频率的日变化

2.2 月分布

图5 晋宁区6～9月冰雹灾害频率的月变化

6～9月冰雹灾害具有明显的月变化和季节性特征(图5)，晋宁区冰雹灾害主要集中在7～8月，其中8月最多，为38.4%，7月次之，为35.6%，6月19.2%，9月最少，为6.8%。7～8月为盛夏季节，也是云南的雨季，副高北抬西伸，孟加拉湾和北部湾常有低值系统生成并随副高外围偏南气流向偏北移动，在云南中部形成明显的西南气流和东南气流，特别是当青藏高原东南有北方干冷空气南下，与西南气流和东南气流携带的暖湿气流交汇时，极易形成有利的降雹天气形势。

2.3 年际变化

冰雹灾害发生频率的年际变化很大(图6)，每年发生冰雹灾害的日数变化没有明显规律，2009～2018年6～9月冰雹灾害共出现76次，平均每年出现7.6次，冰雹灾害发生比较频繁，年际差异大，最多年达到14次(2011年)，次多年12次(2017年)，最少年为2010年和2012年各2次，冰雹偏多年与偏少年的冰雹灾害次数相差近10倍。

分析各年天气气候及环流特征，发现2010年云南为严重干旱年份，大部地区长期为高压环流控制，且北方冷空气强度偏弱、位置偏东偏北，暖湿气流和干冷空气难以在云南交汇而形成冰雹的有利形势，因而冰雹次数、损失等都明显少于其它年份。

图6 晋宁区冰雹灾害频率的年际变化

2.4 冰雹灾害空间分布及受损情况

以乡镇为单位，对晋宁区2009～2018年6～9月烤烟种植面积、冰雹灾害及损失等进行统计(表1)，从表1中可看出，冰雹灾害发生次数最多的是晋城镇，平均每年2.2次，其次是双河乡和夕阳乡，平均每年分别为1.8次和1.5次，最少的是六街镇，平均每年0.8次，还不到晋城镇的一半。全区平均每年烤烟受损125.5 hm2，损失金额平均每年43.5万元，受损面积最多的乡镇是晋城镇290.3 ha，最少的是二街镇185.89 hm2。损失金额各乡镇差别也较大，最多的是双河乡，损失金额共185.8万元，最少的是六街镇，共44.2万元。

为客观评估晋宁区各乡镇冰雹灾害风险，本文使用冰雹灾害烤烟受灾面积占当年烤烟播种面积的百分比来表征烤烟冰雹灾害易损性指数Vi，模型如下：

(1)

式中：Sij为第i乡镇在第j年份因雹灾造成的烤烟受灾面积；Hij为第i乡镇在第j年烤烟的总播种面积。

表1 2009～2018年6～9月晋宁区各乡镇烤烟受损情况统计表

以晋宁区冰雹灾害年平均发生次数为衡量晋宁区冰雹灾害风险指标，利用ArcGIS技术进行区域划分，得到各乡镇冰雹灾害风险区划图(图7a)，从图中可看出，晋宁区各乡镇冰雹灾害发生风险从高到低依次为：晋城镇、夕阳乡、双河乡、二街镇、六街镇。

为将冰雹灾害发生次数与烤烟实际受灾面积及损失情况进行关联分析，再以烤烟冰雹灾害易损性指数进行灾害等级划分，等级划分标准如表2。

表2 烤烟易损性等级划分标准

以表1数据和表2划分标准制作易损性风险等级图(图7b)，从图中可看出，因冰雹灾害使烤烟易受损的比例排序为：双河乡、晋城镇、夕阳乡、二街镇、六街镇。

由图晋宁区冰雹灾害频数(7a)和烤烟冰雹灾害易损性等级(7b)空间分布看，总体趋势基本一致，说明烤烟冰雹灾害易损风险与当地冰雹发生频率关系紧密。但烤烟冰雹灾害易损指数与冰雹灾害频数间并非完全一致，如双河并非冰雹高发区，但却是烤烟冰雹灾害易损等最高地区，这对我们开展针对性的防雹具有重要意义。

图7 晋宁区历年6～9月冰雹灾害空间分布图(a)及冰雹灾害易损情况空间分布图(b)

Fig.7 Apatial distribution of hail disaster(a)and vulnerability(b)in Jinning district from June to September over the years

3 地形对晋宁冰雹分布的影响

晋宁区呈现东北西南向的相对狭长地带，东北部面积较大、西南较小；全区属滇中高原浅切割的中山地带及断陷湖盆区，地势南高北低，南部的大梁子山海拔2 648 m，为全区的最高点；西部的小石板河海拔1 340 m，为全区最低点。东部关岭山系的黑汉山(海拔2 494 m)、老虎山(海拔2 629 m)由南而北纵跨晋宁区。蛤蟆山头(海拔2 511 m)、大黑山(海拔2 373 m)横垣昆阳坝子西南部。中部的滇池沿岸为湖滨盆地，海拔1 888 m。晋宁区东北西南向的地形走向使西风带系统东移过程中影响的区域相对较大，也使得西北气流携带的干冷空气流与东南暖湿气流在该区的“正面”交汇更加频繁，为冰雹等强对流天气的产生提供天然的地形环境。

发生冰雹的地方大多位于山区和迎风坡地带，多雹灾地区地形多具有河谷、山谷或马蹄形等明显特征，影响晋宁的天气系统多由东北—西南、北—南、西北—东南方向移动，故冰雹路径多呈上述方向。而造成降雹的冷空气大多是顺山谷、低地或山侧而行，冰雹走向又常与山脉、河流走向一致，使冰雹多降于山腰以下和坝区。

从2009～2018年6～9月晋宁区冰雹灾害空间分布来看，按乡镇冰雹灾害发生次数多少顺序为：晋城、双河、夕阳、二街、六街。根据2015～2018年6～9月32次雹灾天气过程，按乡镇排序为：晋城、双河、夕阳、二街、六街，顺序一致。2009～2014年的冰雹灾害数据里只记录雹灾出现的乡镇而没有标明具体在哪个村，2015～2018年记录到村和村民小组，这32次雹灾天气过程范围共涉及5个乡镇16个村(图8)。其中最多的是晋城镇火石坡村，占36.4%，其次是关岭村，占27.3%，双河乡的荒川村和双河村、夕阳乡的绿溪村以及二街镇的老高村和鲁黑村也都不同程度受灾。出现过冰雹灾害的16个村的海拔高度在1 750～2 300 m以内，出现冰雹灾害较多3个村(火石坡、关岭、荒川)海拔为2 000～2 250 m，而海拔相对较低、地势比较平缓的村镇出现冰雹灾害概率很低(图9)，雹灾基本分布的关岭山系、大梁子山脉、蛤蟆山和大黑山系等沿山地区。

图8 晋宁区各村冰雹灾害出现频率

图9 晋宁区冰雹灾害与地形高度散点图

4 晋宁区冰雹灾害大气环流分型

用欧洲中心数值预报高空位势高度场资料对2009～2018年全部冰雹过程的大气环流形势进行分型和归类，并将不同环流形势对应的冰雹次数分别统计发现有：低压活动型44.4%(西太平洋热带低压登陆西行北抬28%、孟加拉湾热带低压北抬8%、二者打通共同影响6.4%)、低压槽型 27.0%(其中高原倒槽型4.8%)、低涡型4.8%、切变型3.2%，其他20.6%(包括西北气流、西风急流、南支槽、副高外围、两高之间辐合区等)。

对700百帕形势的分型统计分析表明，晋宁区冰雹的主要天气系统为：切变线、西南气流、低压槽、低涡等，其中切变线最多，占53.7%，其次是西南气流和低压槽，分别占26.8%和12.2%。

低压活动型：主要包括孟加拉湾至中南半岛一带随季节或副高外围气流北上的低值系统和北部湾热带低压(西行台风也包括在内)，有时是两个低压都存在，有时只有其中一个低压影响。发生冰雹时，晋宁区一般都是处在低压中心的外围，低压中心过境晋宁区时，则是以降雨为主。有时西行台风登陆后，沿偏西路径移动，云南在低压外围偏东气流控制，冰雹天气发生低压外围偏东风速辐合区中。

例如2018年7月22日17时出现在晋宁区晋城、六街、双河、夕阳4个乡镇6个村的冰雹天气就是由此类型造成的(图10)，这次雹灾造成烤烟受灾面积76.77 hm2，而且都是毁灭性100%损失，经济损失115.15万元，是近10年来受灾最严重的一次。冰雹发生在700 hPa低涡外围东风气流与西南气流汇合区域。

图10 低压活动型(2018年7月22日500 hPa形势场)

图11 低压槽型(2017年7月9日500 hPa形势场)

低压槽型：降雹当天500 hPa高空图上，云南处于低压或低槽辐合中，低层700 hPa常有低涡切变与之相配合。包括东北-西南向大槽、川西高原东南下的冷槽等，该类型低压槽中有冷空气堆积，当遇到从云南南部上来的暖湿气流时，容易产生强对流天气。冰雹天气发生在700 hPa低涡外围西北风和西南风切变南侧的西南气流中。

2017年7月9日出现在晋宁区夕阳乡的冰雹天气就是此类型造成的(图11)，500 hPa可见明显的从河南一直向西南伸到云南的东北-西南向大槽，同时在700 hPa风场上也是与之很好的切变，槽南端伸到云南中部，当遇到从孟加拉湾西南气流上来的暖湿气流时，即发生强对流天气，造成晋宁区夕阳乡冰雹灾害。

副高外围东南气流型：降雹当天500 hPa高空图上，西太平洋副热带高压位于太平洋西部或北抬到中国大陆，云南中部位于高压西南侧或南侧的东南气流里，水汽得以源源不断地输送到云南中部，如果大气低层有切变或对流不稳定条件发生，副高外围东南气流里就会发生局地强对流天气。2014年7月10日和2016年8月26日在云南晋宁区双河乡的冰雹天气就是此类型造成的。