青海海西地区近41年雪灾时空分布特征

2022-07-23李金凤陈宏松谭丽娜韩廷芳

青海环境 2022年2期

李兴，李金凤，陈宏松，谭丽娜，韩廷芳

(1.青海省格尔木市气象局，青海格尔木 816000；2.青海省海东市气象局，青海平安 810600)

引言

雪灾是由于大量的降雪和积雪，加之环境的脆弱性和承载体的敏感性，对畜牧生产及人们日常生活造成危害和经济损失的一种气象灾害[1]。由于冬季降雪量多且积雪厚，加之高原气温低，雪层维持时间长，严重影响牲畜采食，同时影响着交通、通讯、输电线路等生命线工程。对于青藏高原积雪和雪灾的研究很广泛，如董文杰等[2]对青藏高原东部牧区雪灾特征的研究表明，雪灾主要发生在巴颜喀拉山南缘和东麓地区，近30年来呈上升趋势。时兴合等[3]对青海南部牧区雪灾变化特征研究表明，20世纪60～90年代，青南牧区中雪和大雪出现站次以及雪灾出现站次均呈初步增多趋势，未来10年冬季积雪增多趋势仍将持续。张涛涛等[4]研究表明，青藏高原近51年雪灾频次呈增长趋势，雪灾发生站次不断增多，尤其是20世纪90年代以来增加趋势更为显著，初春为雪灾多发季节，前冬其次，后冬最少；雪灾发生频次空间分布很不均匀，雪灾发生较多区域，轻、中、重度雪灾都频繁发生，这些地区主要位于高原中部和高原东南部边缘。时兴合等[5]对1961～2004年青海积雪及雪灾变化研究表明，海西东部和环青海湖地区出现区域性雪灾的概率为15.9%，而出现局部雪灾的概率仅为9.1%。

前人对青海高原和青南牧区雪灾特征和时空分布研究较多，但对于海西地区雪灾研究很少。海西位于青藏高原北部、青海省西部，北临甘肃，西接新疆，东西长约837 km，南北宽约486 km，总面积32.58万Km2，境域以昆仑山、阿尔金山和祁连山环抱着的柴达木盆地为主体，盆地海拔2675～3200 m，四周高山海拔3500～4500 m，地势西北高，东南低[6]。西南小唐古拉地区的沱沱河、五道梁是青藏铁路和公路进藏的重要交通节点，1985年10月17～18日，海西州昆仑山连降暴雪，小唐古拉地区连续降雪32.5 h，沱沱河降雪量达65.6 mm，积雪深度55 cm，部分路段超过100 cm，交通中断，最低气温达-42 ℃，造成27户880多口牧民和10.6万头(只)牲畜受灾，许多牧民手脚被冻伤，患上雪盲症。都兰、天峻、乌兰等县是海西地区牧业主要分布区，1993年 3月15～19日，天峻县连续降雪，积雪深度达67 cm，24～27日再次出现降雪天气，死亡牲畜59 544头(只)，死亡1人，冻伤32人，患雪盲356人，感冒126人，痢疾549人，德令哈市死亡牲畜29 901头(只)；乌兰县在雪灾中有1 095人和9.42万头(只)牲畜遭受灾，死亡牲畜12 173万头[7]。雪灾的发生严重影响和制约人民的生活和经济的发展。本文利用1978～2019年海西地区国家基准气象观测站资料，在前人研究的基础上，从天气学角度出发探讨海西地区雪灾时间发生趋势和空间分布特征，为气象灾害防御和地方经济建设发展提供事实依据。

1 数据来源及方法

本文选取1978～2019年共41a德令哈、乌兰、都兰、天峻、茶卡、格尔木、小灶火、诺木洪、冷湖、茫崖、大柴旦、沱沱河和五道梁13个国家基准气象观测站的降水量、气温、最大积雪深度和积雪日数等气象资料；选取《中国气象灾害大典·青海卷》《青海省志·气象志》《青海地方志》及各气象台灾情直报系统中灾情数据资料。采用线性倾向估计方法来描述雪灾发生频次随时间的年际变化趋势，并利用Excel软件绘制出雪灾发生的倾向率变化图，分析海西地区的雪灾发生频次与时间和空间特征，结合青海省地方标准《气象灾害分级指标》(DB63/T372-2018)[8]，利用积雪深度指标，评估雪灾致灾因子危险性大小，借助ArcGIS绘制海西地区雪灾危险性区划。

2 海西地区雪灾特征分析

2.1 雪灾定义及等级指标

雪灾是冬、春季因降雪量大、气温低造成积雪持续不融化，致使家畜冻伤、采食困难或不能采食而发生的不同程度的牲畜伤亡事件，并可能伴有牧民冻伤、交通阻塞、电力和通信线路中断等灾害。由于各地气候、地理环境等差异，相同的积雪量造成的灾害程度并不相同，因此目前对于雪灾的定义及划分没有统一标准，关于雪灾等级指标的研究相对较少，相关研究有单从气象气候要素的指标定义，也有结合实际灾情要素的综合指标定义[9]。本文从雪灾发生时段降水量、积雪和气温等气象要素，结合实际灾情，依据青海省地方标准《气象灾害分级指标》(DB63/T372-2018)[8]，将海西地区雪灾按照积雪深度(D)(单位：厘米)和积雪持续时间(T)(单位：天)进行等级及分级划分(表1)

表1 雪灾等级及分级指标划分表

2.2 雪灾时间变化趋势

2.2.1雪灾总频次年际变化

对海西地区1978～2019年13个气象观测站点气温、降水量、积雪深度和积雪持续时间，按照青海省地方标准《气象灾害分级指标》(DB63/T372-2018)定义雪灾标准进行统计分析，利用线性倾向估计法得出雪灾年总频次变化趋势(图1)，斜线即表示雪灾发生总频次随时间变化的趋势。通过对图1的表达式可以看出，1978～2019年海西地区雪灾总频次在减少，减少趋势为0.0115次/a，对相关系数r进行变化趋势显著性检验，结果显示未通过显著性检验，表明雪灾频次减少不显著。近41年的13个站累计发生104次雪灾，平均每年发生8次，其中，1983年是近41年雪灾发生频次最多年份，为9次。

图1 1978～2019年海西地区雪灾年总频次年际变化特征

从每10 a变化倾向率来看(表2)，1978～1988年雪灾频次呈增加趋势，增加趋势为0.2次/a；1989～1999年雪灾频次呈减少趋势，减少趋势为-0.01次/a；2000～2010年雪灾频次呈减少趋势，减少趋势为-0.1次/a；2011～2019年呈增加趋势，增加趋势为0.68次/a。可以看出2000～2010年是近41年中雪灾频次减少的主要时段，2011～2019年是近41年中雪灾发生频次增长最显著的10 a。1979、1980、1981、1984、1990、1996、2001、2007、2011、2013、2014、2016年无雪灾事件发生。

表2 1978～2019年海西地区雪灾年段发生趋势特征

2.2.2雪灾发生的时间变化特征

雪灾主要发生时段在每年10月到翌年4月，参考相关文献划分标准，根据雪灾发生时期将10～12月定义为前冬，翌年1～2月为后冬、3～4月为初春[10～11]，各时段雪灾发生频次不同(表3)。从表3可以看出，海西地区共发生的104次雪灾事件中，后冬发生次数最多为79次，占雪灾总次数的75.9%，其次是前冬发生次数为23次，占雪灾总次数的22.1%，初春仅发生2次，占雪灾总次数的2%。说明前冬和后冬是雪灾发生的主要时段，初春占比很少。

表3 1978～2019年海西地区雪灾发生时段特征

从站点雪灾发生时段统计分析(表4)，有2个站点在初春有雪灾事件发生，分别是天峻1次，沱沱河1次，共计2次；其余102次均发生在各区域的前、后冬，占雪灾总次数的98%。德令哈、都兰是海西地区雪灾易发和多发地，占雪灾总次数的57.6%，且全部雪灾发生在前冬和后冬，可见冬季是雪灾发生的主要时间段。

表4 1978～2019年海西地区各站不同时间段雪灾发生频次特征

2.3 雪灾空间变化特征

2.3.1雪灾频次空间分布

根据海西地区13个气象台站地理位置划分为中东部、盆区、西北部和西南部4个地区，其中中东部地区包括德令哈、乌兰、都兰、天峻和茶卡，盆区包括格尔木、小灶火和诺木洪，西北部地区包括冷湖、茫崖和大柴旦，西南部地区包括沱沱河和五道梁。从海西地区雪灾年总频次空间分布图2可见，12个站都有不同程度的雪灾发生，雪灾空间分布很不均匀。雪灾频次最高的地方位于海西中东部地区，占雪灾发生总次数的68.2%，西北部地区占雪灾发生总次数的18.2%，西南部地区占雪灾发生总次数的10.6%，盆区占雪灾发生总次数的3%。中东部地区雪灾以德令哈、都兰为主要发生地，盆区以诺木洪为主要发生地，西北部地区以大柴旦为主要发生地，西南地区以沱沱河为主要发生地。

海西中东部地区是全区雪灾主要发生地，从站点雪灾发生频次分布来看，德令哈、都兰同时也是雪灾发生频次最多的地方，两地雪灾次数共计达到了60次，占总雪灾频次的57.6%；西北部地区是第二个雪灾易发区，以大柴旦发生次数为最多；西南地区仅有两个观测站，沱沱河是该地区雪灾易发生地区；盆区是海西地区雪灾发生次数最少的地区，在近41年中仅有3次雪灾事件发生，仅占总雪灾频次的3%左右，格尔木市在统计时间内未发生雪灾。

图2 1978～2019年海西地区雪灾年总频次空间分布

2.3.2雪灾等级频次空间分布特征

根据雪灾的分级指标，海西地区轻、中、重、特重雪灾频次站点分布特征见表5，其中轻度雪灾发生频次55次，中度雪灾36次，重度雪灾8次，特重度雪灾5次。轻度雪灾占海西地区总雪灾频次的52.9%，为主要雪灾事件，中度雪灾占海西地区总雪灾频次的34.6%，重度雪灾占海西地区总雪灾频次的7.7%，特重度雪灾最少，只占海西地区总雪灾频次的4.8%。

从各区域雪灾等级分布统计来看，轻度雪灾发生分布情况为，海西中东部地区发生41次，占海西地区总雪灾频次的39.5%，盆区发生1次，占海西地区总雪灾频次的0.9%，西北部地区发生7次，占海西地区总雪灾频次的6.7%，西南地区发生6次，占海西地区总雪灾频次的5.8%；中度雪灾发生分布情况为，海西中东部地区发生21次，占海西地区总雪灾频次的20.2%，盆区发生2次，占海西地区总雪灾频次的2%，西北部地区发生10次，占海西地区总雪灾频次的9.6%，西南地区发生3次，占海西地区总雪灾频次的2.8%；重度雪灾发生分布情况为，海西中东部地区发生7次，占海西地区总雪灾频次的6.8%，盆区未发生重度雪灾，西北部地区发生1次，占海西地区总雪灾频次的0.9%，西南地区未发生重度雪灾；特重度雪灾发生分布情况为，海西中东部地区发生2次，占海西地区总雪灾频次的1.95%，盆区未发生特重度雪灾，西北部地区发生1次，占海西地区总雪灾频次的0.9%，西南地区发生2次，占海西地区总雪灾频次的1.95%。

海西中东部地区均有轻度、中度、重度、特重度雪灾发生，盆区仅有轻度和中度雪灾发生，西北部地区均有轻度、中度、重度、特重度雪灾发生，西南地区有轻度、中度、特重度雪灾发生。值得注意的是，从5次特重度雪灾分布来看，其中有2次为一个站点(沱沱河)，其余3次分别位于中东部地区的德令哈和都兰及西北部地区的大柴旦。不同时间段雪灾发生的分布特点为，初春发生雪灾次数为2站次，分别是天峻中度雪灾，沱沱河轻度雪灾，其余102次各地区都有不同程度发生，均发生在前、后冬时段。

表5 1978～2019年海西地区轻、中、重、特重雪灾频次站点分布特征

2.3.3雪灾致灾因子危险性评估

致灾因子危险性指气象灾害异常程度，主要由气象致灾因子活动规模(强度)和活动频次(频率)决定。一般致灾因子强度越大，频次越高，气象灾害的风险也越大。用来反映雪灾致灾因子危险性大小的指标有很多，其中最为直接和常用的是利用积雪深度和积雪持续时间来表示。当积雪深度超过2 cm且持续一段时间后，就会出现雪灾，根据此指标评估雪灾致灾因子危险性大小[12]。借助ArcGIS制作海西地区雪灾危险性区划(图3)。可以看出，海西东北部与西南部地区是雪灾发生的高风险区，西北部地区属于中低风险区，盆区及中部地区属于低风险区。

结合上述，海西地区雪灾事件发生的时间、空间、灾害等级的特征，在雪灾危险性区划图中也有所表现，海西雪灾高风险地区位于海西中部德令哈市周边和西南地区的沱沱河地区，与该两地发生的雪灾频次和特重度雪灾等级相吻合；位于中间区域的柴达木盆地是雪灾发生的低风险和较低风险区，与该地雪灾事件频次和降水特征是基本吻合的；柴达木盆地周边随着地形的变化，雪灾频次较盆区增多，风险等级也升至中等风险。