遼寧設施農業致災暴雪時空分布及天氣學模型

閻琦　陳妮娜　田莉　陸井龍　李爽　黃閣

摘要：利用1960—2014年遼寧省50個氣象站逐日降水、雪深資料和NCEP再分析資料，對遼寧省設施農業暴雪垮棚過程的時空分布特征及天氣形勢進行分析。結果表明，近55年遼寧單站暴雪垮棚過程總頻次呈現自東向西減少的空間分布特征，東部的本溪、撫順東部、丹東北部最多出現18次以上，遼寧西部在6次以下，中部地區在6～18次之間；暴雪垮棚過程中月頻次2月最多，其次是3月和11月，最少的是12月和1月，暴雪垮棚過程年頻次存在14、9、5、3年的變化周期；遼寧暴雪垮棚過程按照海平面氣壓場分為倒槽型、黃河氣旋型和江淮氣旋型3類天氣學模型。

關鍵詞：設施農業；暴雪垮棚過程；時空分布；天氣學模型

中圖分類號：S427；S165⁺.25 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0373—04

遼寧地區設施農業發展迅速，以日光溫室和塑料大棚為主，2011年遼寧設施農業面積已達50.53萬hm²，2012年增長至66.67萬hm²，占遼寧種植面積的1/6，居全國第一。設施農業已成為遼寧地區抗災避災、農業增效和農民增收的優勢主導產業，所以設施農業氣象預報已成為氣象為農服務的重點之一。遼寧省地處歐亞大陸東岸，中緯度地帶，屬溫帶大陸季風氣候，冬季寒冷期長，多暴風雪天氣。近年來，遼寧地區頻發暴雪極端事件，初春或秋末還會出現濕雪或雨夾雪等高影響天氣，會造成暴雪垮棚事件，對設施農業生產影響顯著。2007年3月3—5日暴雪垮棚過程中，遼寧省有448 536棟冷暖大棚倒塌或嚴重受損，經濟損失約為48.11億元。幾乎每年都有不同程度暴雪垮棚事件發生，因此加強暴雪垮棚預報技術研究、提高暴雪垮棚天氣預報準確率，對氣象為農服務提供科技支撐具有一定的經濟效益。目前，關于天氣條件對農業影響的分析較多，但在暴雪垮棚方面的研究卻比較少，因此加強暴雪垮棚方面的研究對適應遼寧地區設施農業發展的需求具有重要意義。本試驗在前期研究的基礎上，利用遼寧地區50個基準站1960—2014年逐日降水、雪深資料、NCEP再分析資料對暴雪垮棚天氣過程的天氣形勢進行分型研究，建立短期預報的天氣學模型，以期為暴雪垮棚預報提供參考依據，更好地為農業生產服務。

1材料與方法

1.1材料

選取遼寧50個基本氣象站1960—2014年共55年10月至翌年4月的逐日降水、雪深資料，分析遼寧暴雪垮棚過程時空分布特征。所用資料由遼寧省沈陽區域氣候中心提供。應用NCEP（2.5°×2.5°）再分析資料對暴雪垮棚過程天氣形勢進行分型研究。

1.2暴雪垮棚過程的標準

根據實際暴雪垮棚發生時的遼寧暴雪資料，中國氣象局沈陽大氣環境研究所通過試驗確定暴雪垮棚指標，結果見表1。目前該指標也是沈陽中心氣象臺業務應用指標，將每年10月至翌年4月出現雪深大于溫室坡度角小于30°垮棚的雪深指標的過程取作暴雪垮棚過程。按上述標準，統計各站的暴雪垮棚過程時間、頻次資料。

2結果與分析

2.1設施農業致災暴雪過程的時空分布特征

2.1.1單站暴雪垮棚過程頻次空間分布對于某測站來講，冬季12月至翌年1月出現雪深大于17cm或10—11月和2—4月期間出現雪深大于9cm的降雪時，就計該測站出現暴雪垮棚過程1次，統計出1960—2014年遼寧單站暴雪垮棚總頻次，結果見圖1。近55年遼寧單站暴雪垮棚頻次時空變化情況是：11月總頻次在遼寧東北部最大，達6～8次，其他大部分地區在2次以下；12月、1月總頻次最多的海城、大石橋、東港出現2次暴雪垮棚過程，朝陽、錦州、葫蘆島大部分地區沒有出現過暴雪垮棚過程，其他地區為1次；2月總頻次呈現自東向西減少的空間分布特征，東部的本溪、撫順東部、丹東北部最多出現10次以上，遼寧西部在4次以下，中部地區在4～10次之間；3月總頻次大值中心位于丹東北部，為6～8次，其他地區2～6次；10月、4月沒有出現暴雪垮棚過程。

近55年遼寧單站暴雪垮棚過程總頻次呈現自東向西減少的空間分布特征，東部的本溪、撫順東部、丹東北部最多出現18次以上，遼寧西部在6次以下，中部地區在6～18次之間（圖1）。

2.1.2單站暴雪垮棚頻次多時間尺度變化特征

2.1.2.1逐月、逐句的變化情況 單站暴雪垮棚頻次旬變化特征（圖2-a）是：11月上旬就開始出現，11月中旬是1個小高峰期，11月下旬開始進入偏少階段；12月至翌年1月是暴雪垮棚過程出現最少的時期；2月上旬暴雪垮棚過程開始增多，2月中旬是暴雪垮棚過程最多的階段；從2月下旬開始到3月下旬暴雪垮棚過程逐漸減少。單站暴雪垮棚頻次逐月變化情況（圖2-b）是：2月最多，其次是3月和11月，最少的是12月和1月。

2.1.2.2年際變化情況 暴雪垮棚過程定義為某日有≥1站次滿足暴雪垮棚指標的過程即為1次暴雪垮棚過程。1960—2014年暴雪垮棚過程年頻次多年變化情況（圖3），近55年平均為3.3次，1962年最多（出現11次），其次是2010年（出現10次），最少的為0次。從3年滑動平均曲線分析可知，暴雪垮棚過程偏多的時段有1962—1964年、1971—1973年、2010—2013年；暴雪垮棚過程偏少的時段有1965—1970年、1984—1995年、2010—2013年。

2.1.2.3周期變化情況 采用標準Morlet小波變換分析1960—2014年遼寧年暴雪垮棚過程頻次的周期變化，結果如圖4所示。通過分析發現，遼寧暴雪垮棚過程年頻次存在14、9、5、3年的變化周期。14年左右周期的變化信號從20世紀80年代中期開始且強度維持至今，目前處于14年周期偏少階段；9年周期的變化信號強度在20世紀80年代后期開始逐漸減弱，直至消失；5年的變化信號一直存在，5年周期的變化在20世紀70—90年代表現明顯，3年周期20世紀90年代和21世紀初表現顯著。