山西省主要灾害性天气发生风险及其影响

张祎玮，李芬

（1.山西省气候中心，山西 太原 030006；2.山西省预警信息发布中心，山西 太原 030006）

山西地处黄河中游东岸，四周山环水绕，是典型的黄土广泛覆盖的山地高原。境内大部分地区海拔在1 500 m 以上，高原内部起伏不平，河谷纵横，地貌类型复杂多样，其中山地和丘陵面积占全省总面积的80.1%，平川、河谷面积占总面积的19.9%。该省位于北半球中纬度重灾带、太平洋重灾带，气候复杂，自然灾害多发频发且影响面较广[1～3]，是我国易灾、多灾、灾情较为严重的省份之一[4～6]。近些年全球气候变暖促进了山西气象灾害发生的强度和频率，严重影响了该省社会经济的发展[1，7～9]，给农业生产带来了巨大损失[10～12]。因此，分析该省主要气象灾害的特点、地域分布及其影响，对于山西各级政府科学指导农业生产、有效开展防灾减灾工作、促进农业可持续发展具有重要现实意义。

1 数据来源与研究方法

采用山西省109 个气象观测站1961～2019 年59 a的气象观测资料，以暴雨、降雪、冰雹、大风、高温、干旱和霜冻1971～2019 年指标值的平均值为基本气候态，运用气候倾向率、均值法等数理统计方法，对山西经济社会影响较大的灾害性天气的特点、空间分布以及造成的损失进行分析[6，11～14]，运用Sufer 软件对气象灾害数据进行可视化分析。

2 结果与分析

2.1 暴雨天气

2.1.1 暴雨天气及发生特点 24 h 内降水量达到50 mm及以上的雨称为暴雨， 按降水强度可分为暴雨（50～99.9 mm）、大暴雨（100～250 mm）、特大暴雨（＞250 mm）[15]。暴雨往往会引发洪涝灾害和严重的水土流失，对农业生产造成严重的损失，特别是对地势低洼、地形闭塞地区会造成更为严重损失。山西暴雨具有发生日数短、危害性大等特点。

2.1.2 发生暴雨天气的区域分布 山西降雨集中在夏季且多暴雨，山区降雨量明显多于盆地。暴雨年均日数呈南多北少、迎风坡多背风坡少的分布特点。全省暴雨年均日数为0.1～1.2 d，长治西北部丘陵区及运城东部地区暴雨年均日数最多（0.8～1.2 d），其中垣曲县为1.2 d；东南部和中南部地区暴雨年均日数较多（0.6～0.8 d）；中部和北中部地区暴雨年均日数较少（0.2～0.4 d）；大同和朔州暴雨年均日数最少，其中应县为0.1 d （图1）。数据显示，山西东南部是暴雨发生风险最大的地区。

图1 1961～2019 年山西暴雨年均日数分布Fig.1 Distribution of annual average rainstorm days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.1.3 暴雨天气造成的损失 2016 年山西共发生暴雨147 站次，造成283.8 万人受灾，16.3 万间房屋受损，2.9 万间房屋倒塌，农作物受灾面积达到25.7 万hm2，绝收面积3.6 万hm2，造成直接经济损失达70.8 亿元。其中，7 月18～20 日受低涡和切变线的影响，山西出现强降雨天气，全省大部分地区过程雨量＞50 mm，中东部的24 个县市过程雨量＞100 mm，其中阳泉、平定、昔阳过程雨量＞200 mm。这次暴雨造成晋城地区农作物受灾面积达到1.8 万hm2，成灾面积9 000 hm2，绝收面积1 000 hm2[16]。

2.2 降雪天气

2.2.1 降雪天气及发生特点 降雪是指大量白色不透明的冰晶（雪晶） 和其聚合物（雪团） 组成的降水，24 h 降水量（雪融化后测量高度） ≤2.4 mm 为小雪、≤4.9 mm 为中雪、≤9.9 mm 为大雪、＞10 mm 为暴雪[15]。山西降雪天气一般发生在10 月～翌年4 月，集中降雪期在11 月～翌年3 月，且夜间降雪居多。

2.2.2 发生降雪天气的区域分布 山西降雪年均日数总体呈东南部和西北部地区多、中部和南部地区少、山区多盆地少的分布特点。朔州东部丘陵区、五台山区、忻州西部高寒区、长治南部、晋中中东部山区以及晋城东部降雪年均日数偏多（25～29.3 d）；运城、临汾中部、太原、忻州中部及吕梁东部降雪年均日数偏少（8.5～10 d）（图2）。数据显示，山西的西北部是降雪风险最大的地区。

2.2.3 降雪天气造成的损失 2009 年11 月9～12 日山西发生的强降雪天气，这次降雪全省过程降水量5.1～66.1 mm，107 个县（市） 降水量＞10 mm，其中18 个县（市） 降水量为10～20 mm ，17 个县（市） 降水量为20～30 mm，41 个县（市） 降水量为30～40 mm，24 个县（市） 降水量为40～50 mm，7 个县（市） 降水量＞50 mm，其中阳泉的降水量达到了66.1 mm。此次降雪造成农作物受灾面积3.73 万hm2，绝收面积1.31 万hm2；农业生产大棚倒塌31 698 座；家畜家禽死亡超过110 万头（只）[16]。

2.3 冰雹天气

2.3.1 冰雹天气及发生特点 冰雹主要发生于中小尺度天气系统，空间尺度小，其生命史短暂并具有明显的突发性。冰雹天气破坏力大，常伴有雷暴、大风、短时强降水等强烈灾害性天气[15]。山西成灾冰雹主要发生在6～8 月，下午至傍晚居多，具有影响范围广、雹期长、频次高、雹粒大、成灾重等特点。飑线上发生的冰雹大多伴有强降水或瞬间大风天气，伴有强降水或暴雨天气占冰雹总日数的34%，伴有瞬间大风占冰雹总日数的28%。

图2 1961～2019 年山西降雪年均日数分布Fig.2 Distribution of annual average snow days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.3.2 发生冰雹天气的区域分布 山西冰雹年均日数呈阶梯状分布，并且具有地域性特点。冰雹年均日数随纬度升高、海拔升高而增加，山区多于盆地，北部地区多于南部地区，东部地区多于西部地区。大同南部、朔州北部、忻州中西部冰雹年均日数较多（1.95～2.6 d），运城、临汾、吕梁东部、晋中西部冰雹年均日数较少（0～0.95 d）（图3）。数据显示，山西北部及东部是冰雹发生风险最大的地区。

2.3.3 冰雹天气造成的损失 2016 年6 月12～14 日山西发生冰雹天气，这次冰雹灾害影响范围广、破坏力大，长治、大同、晋中、晋城、阳泉、忻州、临汾、吕梁等地区受强对流天气的影响出现了冰雹，并伴有短时强降水及大风天气，44 个县（市、区）、168 个乡镇发生了风雹灾害。此次灾害造成农作物受灾面积5.0 万hm2，绝收面积3 000 hm2[16]。

2.4 大风天气

2.4.1 大风天气及发生特点 瞬时风速≥17.2 m/s 或风力≥8 级称为大风[15]。山西大风灾害主要是冬春季寒潮大风、夏季雷雨大风、秋季强冷空气入侵而出现的大风，6 级大风可对山西的农作物造成较大危害。另外，地形对大风风速与风力影响显著，五台山、恒山以北地区大风年均日数明显多于两山以南地区；高海拔地区大风年均日数一般多于低海拔地区。

2.4.2 发生大风天气的区域分布 山西大风年均日数整体呈北部地区多于南部地区、山区多于盆地的特点。大部分地区大风年均日数为10～15 d；西北部—吕梁山区、中东部地区大风年均日数为20～25 d；平鲁（37.1 d）、岢岚（34.7 d）、大同县（31.8 d） 大风年均日数在30 d 以上；长治和临汾地区大风年均日数最少（2～5 d）（图4）。数据显示，西北部的大同、朔州、忻州是发生大风最大的地区。

图3 1961～2019 年山西冰雹年均日数分布Fig.3 Distribution of annual average hail days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.4.3 大风天气造成的损失 2010 年4 月25～27 日山西出现大范围的强风天气。4 月25 日原平、广灵、方山等28 县（市） 出现7～9 级大风，部分县（市） 出现扬沙、浮尘。26 日山西大部分地区出现大风、雨雪天气，部分地区发生10 级大风，其中昔阳县瞬时最大风速达到27.7 m/s，给当地居民生产和生活造成巨大损失[16]。

2.5 高温天气

2.5.1 高温天气及发生特点 日最高气温达到或35 ℃以上时称为高温天气，可分为高温热浪、干热型高温和闷热型高温。连续超过3 d 以上的高温天气称为高温热浪；气温高、太阳辐射强、空气湿度小的高温天气称为干热型高温；气温较高、空气湿度大且感觉闷热的天气为闷热型高温[15]。

2.5.2 发生高温天气的区域分析 山西南部的临汾、运城是高温年均日数最多的地区，临汾中部地区、运城大部高温年均日数15～20 d；临汾南部的个别县、运城北部局部及南部地区高温年均日数20～30 d，其中稷山、运城和永济高温日数最多，分别为26.8、25.4 和25.3 d；其他地区高温年均日数0～5 d （图5）。数据显示，山西南部的运城、临汾中部是高温发生风险最大的地区。

图4 1961～2019 年山西年大风日数分布Fig.4 Distribution of annual average gale days from 1961 to 2019 in Shanxi

图5 1961～2019 年山西年高温日数分布Fig.5 Distribution of annual average high temperature days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.5.3 高温天气造成的损失 2017 年7 月山西共有878 站次出现高温天气，其中7 月12 日出现高温天气83 站次，13 日出现高温天气91 站次；9～13 日及20日每天全省都有超过1/2 的站点出现高温天气。高温天气引发了干旱灾害，数据显示，2017 年山西因干旱造成农作物受灾面积49.7 万hm2，绝收面积2 万hm2，直接经济损失27.4 亿元[16]。

2.6 干旱天气

2.6.1 干旱天气及发生特点 干旱通常指淡水总量少，不足以满足人们的生存和经济发展的气候现象。气象干旱可分为轻旱、中旱、重旱、特旱4 个等级。降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分轻度不足为轻旱；降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分不足，地表植物叶片白天有萎蔫现象为中旱；土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，植物萎蔫、叶片干枯、果实脱落为重旱，重旱对农作物和生态环境造成较严重影响；土壤出现水分长时间严重不足，地表植物干枯、死亡为特旱；特旱对农作物和生态环境造成严重影响[17]。

2.6.2 发生干旱天气区域分析 山西省轻旱灾害主要集中在大同盆地、太原盆地和临汾盆地，轻旱年均日数为140～170 d，其中清徐、祁县、交城、山阴等地区轻旱年均日数最多（180～184 d），忻州西部、吕梁西部、长治和晋城轻旱年均日数较少（120～140 d），五寨和神池轻旱年均日数最少（117 d）。地形对山西干旱灾害的分布具有明显的影响，太行山、吕梁山对太平洋的东南气流具有明显的屏障作用，导致山体以西地区降水较少；另外，由于地形的阻挡和抬升作用，山西旱情则由山区向盆地逐渐严重。

山西重旱及以上灾害主要集中在太原盆地及南部临汾和运城。重旱及以上年均日数为27～53 d，其中稷山、临汾、太谷、临猗、河津、交城、祁县、介休、平遥等17 个县（市） 重旱及以上天气年均日数最多（51～53 d），忻州西部、长治南部、晋城北部地区重旱及以上天气年均日数较少（30～35 d），五寨和高平重旱及以上天气年均日数最少（27～29 d）。数据显示，大同盆地、太原盆地和临汾盆地是干旱风险发生最大的地区。

2.6.3 干旱天气造成的损失 2019 年1 月～4 月7 日山西各地出现严重气象干旱，大部地区土壤缺墒，山西中部和南部大部地区出现重旱，对冬小麦的安全越冬和返青拔节等生育进程造成了严重影响，严重影响该地区的春耕春播；7 月中旬中南部部分地区干旱进一步发展，对玉米等大秋作物的生长发育和产量造成了严重的影响。

2.7 霜冻天气

2.7.1 霜冻天气及发生特点 霜冻是指空气温度突然下降，地表温度骤降到0 ℃以下，农作物因此受到损害，甚至死亡。秋、冬、春三个季都会出现霜冻，每年秋季第1 次出现的霜冻叫初霜冻，翌年春季最后1次出现的霜冻叫终霜冻。偏早的初霜冻和偏晚的终霜冻都会对农作物生长产生较大的影响[15]。

2.7.2 发生霜冻天气的区域分析 山西霜冻天气主要集中在北部和中部地区，霜冻年均日数由北向南逐渐减少。大同、朔州、忻州大部分地区霜冻年均日数最多（220～240 d），其中西北部吕梁山区霜冻日数为240 d，右玉为254 d；南部大部分地区霜冻年均日数较少（170～200 d），其中永济最少（152 d）（图6）。山西初霜日由北向南相继出现，北部大部分地区9 月30日之前出现初霜日，其中平鲁和右玉初霜日（9 月16 日） 出现最早；南部地区的临汾、晋城、运城10月31 日之后出现初霜日，其中运城和永济初霜日（11月1 日） 出现最晚。终霜日由南向北相继结束，南部地区的临汾、晋城西部、运城4 月20 日之前出现终霜日，其中永济出现终霜日最早（4 月1 日）；北部大部分地区、中部吕梁和晋中等地区5 月出现终霜日，大同、朔州西部、忻州西部5 月10 日之后出现终霜日，其中右玉终霜日最晚（5 月27 日）（图6）。数据显示，山西的中北部、中东部地区是霜日天气最多的地区。

图6 1961～2019 年山西霜日分布Fig.6 Distribution of frost day from 1961 to 2019 in Shanxi

2.7.3 霜冻天气造成的损失 2010 年4 月13～15 日受强冷空气影响，运城大部分地区出现霜冻，全市小麦受灾面积23.6 万hm2，直接经济损失约5.32 亿元；棉花受灾面积1.7 万hm2，直接损失约0.55 亿元；瓜菜受灾面积约1.6 万hm2，直接损失约2.8 亿元；水果受灾面积16.9 万hm2，直接经济损失约36.36 亿元。这次低温冻害给运城的农业生产造成了巨大损失。2018 年4 月3～7 日全省出现大范围雨雪天气和强降温天气，最低气温为-12.5～2.9 ℃，杏、梨、葡萄、樱桃、核桃、桃、苹果等经济林果遭受严重冻害且大面积绝收；数据显示，2018 年山西因低温冷冻灾害造成农作物受灾面积51.71 万hm2，绝收面积15.43 万hm2，直接经济损失90.7 亿元，占气象灾害经济损失的83%[16]。

3 主要结论

自然灾害的发生不仅影响社会的繁荣稳定，而且制约了山西的现代化进程。气象灾害是自然灾害中最为频繁而又严重的灾害。研究山西气象灾害及其风险分布具有重大现实意义。选用山西109 个气象观测站60 a 的气象资料，分析了暴雨、降雪、冰雹等灾害性天气特点、发生区域以及造成的危害，得到以下结论：

（1） 山西降雨天气集中在夏季且多暴雨，具有发生日数短、危害性大的特点，山区降雨量明显多于盆地。暴雨年均日数呈南多北少、迎风坡多背风坡少的分布特点，全省暴雨年均日数为0.1～1.2 d，其中垣曲县暴雨年均日数最多（1.2 d），应县暴雨年均日数最少（0.1 d）。山西东南部地区是暴雨发生风险最大的地区。

（2） 山西降雪天气主要集中在11 月～翌年3 月，且多出现在夜间。降雪年均日数呈现东南部、西北部地区多，中部、南部地区少；山区多盆地少的分布特点。朔州东部丘陵区、五台山区、忻州西部高寒区、长治南部、晋中中东部山区以及晋城东部降雪年均日数偏多（25～29.3 d）；运城、临汾中部、太原、忻州中部及吕梁东部降雪年均日数偏少（8.5～10 d）。山西北部及东部地区是冰雹发生风险最大的地区。

（3） 山西冰雹天气主要集中在6～8 月，下午至傍晚居多。冰雹年均日数呈阶梯状分布，并且具有地域性特点，冰雹年均日数随纬度升高、海拔升高而增加，北部地区多于南部地区，山区多于盆地，东部地区多于西部地区。飑线上发生的冰雹大多伴有强降水或瞬间大风天气，伴有强降水或暴雨天气占冰雹总日数的34%，伴有瞬间大风占冰雹总日数的28%。山西北部及东部地区是冰雹天气发生风险最大的地区。

（4） 山西大风主要包括冬春季寒潮大风、夏季雷雨大风、秋季强冷空气入侵而出现的大风。大风年均日数整体呈北部地区多于南部地区、山区地区多于盆地地区的特点。大部分地区大风年均日数10～15 d，其中山西西北部—吕梁山区、中东部地区大风年均日数20～25 d。西北部的大同、朔州、忻州是发生大风天气最多的地区。

（5） 山西南部的临汾、运城是高温年均日数最多的地区，临汾南部的个别县、运城北部局部及南部地区高温年均日数20～25 d，其中稷山、运城和永济高温日数最多，分别为26.8、25.4 和25.3 d。山西南部的运城、临汾中部是高温发生风险最大的地区。

（6） 山西轻旱灾害主要集中在大同盆地、太原盆地和临汾盆地，年均日数为117～184 d，其中清徐、祁县、交城、山阴等地区轻旱年均日数最多（181～184 d）；重旱及以上灾害主要集中在太原盆地及南部临汾和运城，年均日数为27～50 d，其中稷山、临汾、太谷、临猗、河津、交城、祁县、介休、平遥等17 个县市重旱及以上年均日数最多（51～53 d）。大同盆地、太原盆地和临汾盆地是干旱风险发生最大的地区。

（7） 山西霜冻主要集中在北部和中部地区，霜冻年均日数由北向南逐渐减少，其中大同、朔州、忻州大部分地区霜日年均日数最多（220～240 d）。山西初霜日由北向南相继出现，北部大部分地区9 月30 日之前出现初霜日，南部地区的临汾、晋城、运城10月31 日之后出现初霜日；终霜日由南向北相继结束，南部地区的临汾、晋城西部、运城4 月20 日之前出现终霜日，北部大部分地区、中部吕梁和晋中等地区5月出现终霜日。山西的中北部、中东部地区是霜日发生最多的地区。