魯西北地區氣象災害特征分析與防御研究

魏國盼，楊學斌

（1.南京信息工程大學，江蘇 南京210044；2.山東省德州市氣象局，山東 德州253078）

我國是世界上受氣象災害影響最嚴重的國家之一，做好防御和減輕氣象災害工作，必須貫徹兩手抓、兩手都要硬的方針[1]。馮麗文、鄭景云[2]研究我國氣象災害綜合區劃得出，我國氣象災害表現出種類多、范圍廣、頻率高、災情重等特點。吳健生[3]在研究城市自然災害的現狀和發展規律指出，在未來的城市建設和規劃中必須系統地研究城市自然災害的現狀和發展規律，減少災害的損失。氣象災害是中國最嚴重的自然災害，中國每年受氣象災害影響的人口約6億人次，造成的直接經濟損失約2000億元[4]，其中氣象災害活動所造成的經濟損失占所有自然災害造成經濟總損失的71%左右[5]。干旱是我國最大的自然災害之一[6-7]，帶來的損失占氣象災害造成損失的50%以上。

德州市位于山東省西北部，黃河下游北側，屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，干濕季節明顯。年內降水偏少且過分集中，光熱資源豐富，光照充足，各季氣候特點不同，災害性天氣時有發生。近年來，德州市氣象現代化建設水平明顯提高，形成了以國家氣象觀測站、區域氣象觀測站、衛星觀測系統應用和移動觀測系統為主要平臺，以國家天氣觀測網、國家專業氣象觀測網和區域氣象觀測網為主要架構的地基、空基和天基相結合的綜合氣象觀測系統，氣象災害監測預報能力得到穩步提升，初步建立了“政府主導、部門聯動、社會參與”的基層氣象災害防御體系。但是，氣象災害防御能力仍與經濟社會發展不相適應，無法滿足各級政府和人民群眾的要求。特別是突發氣象災害的監測能力較弱，預報準確率有待提高，不能滿足氣象災害防御的需求。本文首先對德州市11個縣(市)氣象災害性天氣的時空分布進行分析，然后通過歷史資料計算了氣象災害防御指標，據此提出相應的災害防御對策，為當地的防災減災提供參考和依據。

1 資料與方法

1.1 資料

選用德州市11縣（市）1971—2010年近40年氣象資料。

1.2 分析方法

1.2.1 氣象災害的時空分布特征分析方法統計逐年和逐月11縣（市）大霧、大風、暴雨、冰雹、雷暴和高溫等6類氣象災害出現日數，分析各類氣象災害的時空分布特征和規律。

1.2.2 災害設防指標計算方法利用近40年歷史資料，采用皮爾遜Ш型概率分布模型計算氣象災害設防指標，計算災害防御所需要的2年、3年、4年、5年、10年、20年、30年、50年和100年重現期參數。皮爾遜Ш型概率分布密度函數為[8]：

（1）式中，(x≥a0)，a＞0。設xs、Cv、Cs、s分別為隨機變量x的均值、離差系數、偏差系數和標準差，Γ(α)為伽瑪函數。取標準化變量：φ=x－xs，則設計概率為p的重現期指標為：xp=(φp，Cv+1)，式中φp可由已知的Cs根據設計概率p查“皮爾遜Ⅲ型分布φ值表”得到。

2 氣象災害時空分布特征

2.1 霧時空分布

圖1 德州1971—2010年平均大霧日數年際變化(a)和平均大霧日數月際變化(b)

統計1971—2010年11縣（市）氣象觀測站逐年霧日（圖1a），多年平均霧日23d，霧日年際變化較大，最多年份出現在2007年，為36d。最少年份出現在1982年，僅為12d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現在1992年的陵縣，為64d，最少出現在1981年的齊河，僅為1d。從各縣（市）霧日數的逐月變化來看（圖1b），12月份最多，6月份最少，呈現明顯的“V”型結構，具有明顯的冬季多而夏季少的特征。從年平均霧日數的空間分布來看，禹城、臨邑大霧日數較多，寧津、齊河、武城大霧日數較少，兩者相差12d之多。

2.2 大風時空分布

統計1971—2010年德州市氣象觀測站逐年大風日（圖2a），年平均大風日數8d，大風日數年際變化較大，最多年份出現在1971和1972年，多年平均均為21d。最少年份出現在1999年，僅為2d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現在1982年的慶云，為36d。從變化趨勢來看，進入20世紀80年代中期，大風日數急劇減少。從平均大風日數的月際變化來看（圖2b），4月份最多，9月份最少，春季最多，其次是夏季，最少則為秋季和冬季。從德州市年平均大風日數的空間分布來看（圖略），中北部縣（市）的德州、寧津、慶云大風日數多，齊河、武城、禹城大風日數相對較少。

圖2 德州1971—2010年平均大風日數年際變化(a)和平均大風日數月際變化(b)

2.3 雷電時空分布

圖3 德州1971—2010年平均雷電日數年際變化(a)和平均雷電日數月際變化(b)

德州市年平均雷暴日數24d左右，最多的是1977年39d，最少則是1981年的13d。從年代際分布來看，20世紀70年代和90年代初期偏多，從1992年開始偏少，總體分布呈現偏少趨勢（圖3a）。從區域分布來看（圖略），1977年寧津出現最多，達到了45d，最少則為1982年出現在齊河，僅為9d。從德州市雷暴日數月際變化分析（圖3b），每年夏季是雷暴多發期，尤其每年7月是本市雷暴市高發期，冬季很少發生。統計發現，雷暴日最早出現在2月，最晚則出現在11月，1月和12月未出現過雷暴。從德州市雷暴日數空間分布來看（圖略），寧津、臨邑、陵縣、慶云是雷暴多發地，齊河、禹城等南部縣（市）相對較少。

2.4 高溫時空分布

統計1971—2010年德州市氣象觀測站逐年高溫日數（圖4a），年平均高溫日數9.6d，高溫日數年際變化較大，最多年份出現在1997年，多年平均均達到了28d。最少年份出現在2008年，僅為2.9d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現在1997年的陵縣，為37d。從各縣（市）高溫日數和全市平均高溫日數的季節變化來看（圖4b），德州的高溫天氣出現在5月至9月，6月份最多，9月份最少。從各縣（市）變化趨勢來看（圖略），20世紀70年代初期至90年代中期，高溫日數相對較少，90年代中期至本世紀初的10年間，高溫日數大幅度增加。

圖4 德州1971—2010年平均高溫日數年際變化(a)和平均高溫日數月際變化(b)

2.5 暴雨時空分布

統計1971—2010年德州市氣象觀測站逐年暴雨日數（圖5a），年平均暴雨日數1.8d，暴雨日數年際變化較大，最多年份出現在2009年，多年平均均達到了4.3d。最少年份出現在2008年，不足1d。從年代際變化趨勢來看，20世紀90年代暴雨日數較多，平均暴雨日數為2d，其它時段暴雨日數在1.7～1.8d。從各縣（市）分布來看（圖略），最多出現在2009年的齊河，為8d。統計1971—2010年各縣（市）暴雨的日降水量極值發現，11縣（市）中有4縣（市）暴雨極值是近10年產生的，4縣（市）分別位于歷史極值的第2位，也就是說極端暴雨天氣有增多趨勢。從各縣（市）月際變化趨勢來看（圖5b），全市暴雨出現在4—10月，集中出現在7—8月。統計1971—2010年德州各縣（市）氣象觀測站逐年日降水量極值，最大值出現在1998年7月14日平原縣，達到了236.6mm，而禹城市最大值則為142.1mm，兩縣（市）相差近100mm。從日降水量極值分布圖上看出（圖略），德州市日降水量極值存在兩個大值中心，分別在平原縣和臨邑縣，禹城和陵縣較小，區域分布呈現顯著不均勻。

圖5 德州1971～2010年平均暴雨日數變化（a）和日降水量極值（b）

2.6 冰雹時空分布

統計1971—2010年德州市降雹日數（圖6a），最多的是1989年，全市共出現15站次冰雹。從年代際分布來看，20世紀70年代偏多，平均5.8次，80年代最多，平均6.7次，存在兩個明顯的峰值，即1980年和1989年。進入本世紀，冰雹日數明顯減少。

圖6 德州1971—2010年平均冰雹日數年際變化(a)和平均冰雹日數月際變化(b)

圖7 各種氣象災害日數及降水量極值未來重現概率估測

從德州市冰雹日數月際變化分析，平均而言，6月份冰雹日數最多，占降雹總次數的31.2%，其次是5月，占21.3%，3月冰雹日數最少，占1.42%。但對各縣（市）而言，各縣（市）降水最多月份不完全相同。德州、平原、慶云、齊河最多月份為5月，陵縣、寧津、樂陵、夏津、禹城最多月份為6月，臨邑最多出現在4月和7月，武城則為5—6月。冰雹日最早出現在3月，最晚則出現在10月，1、2、11、12月未出現過冰雹。

3 氣象災害設防指標

依據德州市各氣象觀測站歷年大霧日數、大風日數、雷暴日數、高溫日數、日降水量極值和冰雹總站次，利用皮爾遜III型概率分布模型，計算所氣象災害設防需要的2年、3年、4年、5年、10年、20年、30年、50年和100年重現期參數（圖7）。分析可見，無論哪種災害性天氣，隨著重現期延長，出現極端天氣的可能性增大。

4 結論

通過對德州市各類災害性天氣的研究，得出以下結論。

（1）大霧日數以冬季最多，其次是春季，最少則為夏季。12月份最多，6月份最少。

（2）大風日數以春季最多，其次是夏季，最少則為秋季和冬季，4月份最多，9月份最少。

（3）夏季是雷暴多發期，尤其每年7月是本市雷暴高發期，冬季很少發生。

（4）德州的高溫天氣出現在5月—9月，6月份最多，9月份最少，高溫日數年際變化較大。

（5）暴雨出現在4—10月，集中出現在7—8月，區域分布明顯不均勻，暴雨日降水量極值差別較大。

（6）德州市冰雹日出現在3—10月，6月份冰雹日數最多，其次是5月，占21.3%，3月冰雹日數最少。

（7）對于特定的氣象要素值，其對應的時間間隔具有頻率意義，因此，分析特定要素的重現期兼具強度和頻率的指示意義。

（8）掌握氣象災害的特點，抓住氣象災害防御的重點，統籌制定完善氣象災害防御的措施，全面提高氣象災害防御能力，減少經濟財產損失是可行的。

[1]章國才.防御和減輕氣象災害[J].氣象,2006,32(3):3-5.

[2]馮麗文,鄭景云.我國氣象災害綜合區劃[J].自然災害學報,1994,3(4):49-55.

[3]吳健生.自然災害對深圳城市建設發展的影響[J].自然災害學報,2004,13(2):39-45.

[4]章國材.中國天情[M].北京:開明出版社,2002:103-131.

[5]黃榮輝，張慶云，阮水根，等.我國氣象災害的預測預警與科學防災減災對策[M].北京:氣象出版社,2005:3-22.

[6]李克讓.中國自然災害災情分析與減災對策[M].武漢:湖北科技出版社,1990:227-234.

[7]LiKerangeta.Droughtassessment.managementandplanning:Theoryandcasestudies[M].KluwerAcademicPublisher-s.1993:263-290.

[8]謝國慶,朱補全.嘉興市氣象災害防御規劃技術研究[M].北京:氣象出版社,2010.