隴南山區(qū)近40年農(nóng)業(yè)冰雹災(zāi)害發(fā)生規(guī)律與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究

肖志強(qiáng) 趙彥鋒

摘要：從青藏高原東側(cè)邊坡地帶隴南山區(qū)1971—2010年冰雹資料入手，分析得出：隴南山區(qū)冰雹主要集中出現(xiàn)在5—8月，5月和8月為2個(gè)雙峰期，降雹時(shí)段主要出現(xiàn)在14：00—20：00時(shí)，占86%，該時(shí)段造成的損失最為嚴(yán)重；降雹的空間分布是西北部多于東南部、山區(qū)多于川區(qū)，并由西北向東南呈遞減趨勢(shì)，這種分布和當(dāng)?shù)氐孛驳匦翁攸c(diǎn)也有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合人口、GDP、耕地比等資料，利用ArcGIS軟件，得到冰雹災(zāi)害危險(xiǎn)性圖層，再同承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)、災(zāi)害的孕災(zāi)背景進(jìn)行疊加、合并以及等級(jí)劃分操作，最后得到冰雹災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其區(qū)劃，結(jié)果表明：隴南市冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)由西北1 800 m以上高海拔區(qū)向東南及低海拔區(qū)遞減，宕昌縣、禮縣西北部和武都區(qū)西北部、文縣西北部高海拔區(qū)為冰雹高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，兩當(dāng)縣、徽縣、成縣、康縣、武都區(qū)、文縣的東南部低海拔區(qū)為冰雹低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

關(guān)鍵詞：隴南山區(qū)；冰雹；發(fā)生規(guī)律；災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

中圖分類(lèi)號(hào)：S427 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）03-0323-04

隴南山區(qū)地處青藏高原東側(cè)邊坡地帶，西部向青藏高原北側(cè)邊緣過(guò)渡，北部向隴中黃土高原過(guò)渡，東部與西秦嶺和漢中盆地連接，南部向四川盆地過(guò)渡，西秦嶺和岷山兩大山系分別從東、西兩方伸入全境，由于這種特殊的地理位置和地形環(huán)境，形成了隴南山區(qū)復(fù)雜獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，即屬北亞熱半濕潤(rùn)氣候向暖溫半干旱氣候的過(guò)渡帶，季風(fēng)性氣候特征顯著。隴南市轄區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，高山河谷交錯(cuò)分布，素以“山大溝深”而著稱(chēng)，地勢(shì)西北高、東南低，是甘肅省唯一的長(zhǎng)江流域市區(qū)；境內(nèi)最高山峰雄黃山，海拔為4 187 m，座落在文縣西北部的屯寨鄉(xiāng)境內(nèi)，最低點(diǎn)罐子溝，海拔為550 m，位于文縣東南部的中廟鄉(xiāng)境內(nèi)，亦為甘肅省海拔最低點(diǎn)。由于受山地地形、大氣環(huán)流和太陽(yáng)幅射的影響，隴南氣候差異懸殊，地域性立體小氣候特點(diǎn)十分明顯，從而形成了“一山有四季，十里不同天”的氣候和自然景觀(guān)特征。雨熱同季，四季分明，光熱充足是隴南市主要的氣候特點(diǎn)。因此，隴南既能生產(chǎn)糧食，也是紋黨、當(dāng)歸、紅芪、油橄欖、茶葉、大紅袍花椒等名貴藥材和稀有樹(shù)種的理想適生區(qū)。其中，隴南市白龍江沿岸是公認(rèn)的全國(guó)油橄欖最佳適生區(qū)，現(xiàn)有油橄欖1.333 3萬(wàn)hm2，是中國(guó)油橄欖栽培種植示范重點(diǎn)區(qū)域之一。同時(shí)，隴南市又是“中國(guó)花椒之鄉(xiāng)”和“中國(guó)核桃之鄉(xiāng)”，現(xiàn)有花椒11.339萬(wàn)hm2，種植面積和產(chǎn)量均居全國(guó)第一；核桃22.211萬(wàn)hm2，約占全國(guó)核桃種植面積的1/4，是我國(guó)核桃主產(chǎn)區(qū)。

冰雹是隴南市危害最大的氣象災(zāi)害之一，它降自強(qiáng)對(duì)流單體的特定部位，范圍僅幾千米至幾十千米，具有明顯的局地性和分散性。冰雹局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、來(lái)勢(shì)猛、強(qiáng)度大，一般都伴有暴雨洪澇、大風(fēng)，對(duì)人民生活、生命財(cái)產(chǎn)安全等造成嚴(yán)重危害，特別是對(duì)農(nóng)作物常常造成不可挽回的損失。隴南山區(qū)冰雹天氣的出現(xiàn)受地形地貌影響很大，局地性很強(qiáng)，很多冰雹因觀(guān)測(cè)地點(diǎn)少而沒(méi)有記載。從隴南市近40年各氣象站冰雹記錄分析，冰雹一般出現(xiàn)在3—10月，主要集中在5—8月，其中5月和8月又為2個(gè)雙峰期，而此時(shí)隴南山區(qū)冬小麥處于抽穗、灌漿、成熟、收割期，各特色經(jīng)濟(jì)林果處于芽期、花期和果實(shí)生長(zhǎng)關(guān)鍵期，如遇冰雹，不但會(huì)直接造成作物枝體破損殘缺，而且作物受傷后抗病力下降，往往導(dǎo)致病蟲(chóng)害嚴(yán)重發(fā)生[1-5]，損失慘重。例如：1997年5月5日，宕昌縣5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)突降冰雹，致死3人，受傷8人，死亡牛、羊、豬數(shù)百頭（只），造成小麥等作物受災(zāi)1 919.4 hm2，成災(zāi) 1 090.9 hm2；2008年6月16日17時(shí)20分，武都區(qū)境內(nèi)突降冰雹、暴雨，冰雹將成熟小麥打落在地，川壩地玉米被淤泥掩埋，陡坡地洋芋被沖淌，特別是大面積已經(jīng)掛果的蠶豆和即將成熟的小麥被冰雹襲擊而幾近絕收，致使該區(qū)西北部高半山7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)作物大面積受災(zāi)，給當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的影響，造成直接經(jīng)濟(jì)損失2 094.87萬(wàn)元；2013年5月22日17時(shí)20分至19時(shí)，武都區(qū)突降冰雹，農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)果樹(shù)嚴(yán)重受損，共有13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)134個(gè)村20 404戶(hù) 86 346 人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積為6 830 hm2，成災(zāi)面積 3 500 hm2，絕收 190 hm2，造成經(jīng)濟(jì)損失19 367.37萬(wàn)元，其中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失11 116萬(wàn)元。

隴南市1971—2010年冰雹資料分析表明：在冰雹災(zāi)害中，農(nóng)業(yè)和農(nóng)村損失最為嚴(yán)重，占所有雹災(zāi)的80%以上。過(guò)去人們對(duì)隴南山區(qū)旱澇方面研究較多[6-9]，而對(duì)冰雹的變化和分布規(guī)律只做了一些簡(jiǎn)單的研究[10-11]，而基于GIS理論繪制冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究，卻從未見(jiàn)報(bào)道。本研究科學(xué)分析了隴南山區(qū)近40年來(lái)冰雹災(zāi)害發(fā)生變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力等多因子綜合分析，利用GIS技術(shù)科學(xué)制作出隴南市冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，它對(duì)指導(dǎo)隴南山區(qū)科學(xué)規(guī)劃、周密部署防雹減災(zāi)工作，趨利避害、合理作物布局，提高應(yīng)對(duì)雹災(zāi)能力，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有一定的指導(dǎo)意義。

1 資料及方法

冰雹資料由隴南市文縣、康縣、成縣、徽縣、兩當(dāng)縣、宕昌縣、西和縣、禮縣、武都區(qū)9個(gè)氣象站提供，按照《地面氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范》要求的方法測(cè)定和統(tǒng)計(jì)。人口、GDP、耕地比等資料來(lái)自隴南市統(tǒng)計(jì)局2011年年鑒。由于過(guò)去氣象站點(diǎn)稀少，現(xiàn)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站的記錄年代太短，因此本研究所用各鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹資料為隴南市8縣1區(qū)9個(gè)氣象站1971—2010年冰雹資料，利用各地地理信息建立經(jīng)度、緯度、海拔高度與年平均冰雹日數(shù)多元線(xiàn)性回歸方程計(jì)算而得，并以此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其方程如下：

y=52.324 2-0.682 6x1+0.572 4x2+0.000 8x3；

（u=3.492 4，Q=0.867 6，F(xiàn)=41.596 2>F（0.01，3，5）=121，R=0.895）

式中：y為年平均冰雹出現(xiàn)日數(shù)（頻率），x1 為經(jīng)度，x2 為緯度，x3為海拔高度。

2 冰雹時(shí)空演變氣候特征及路徑

1971—2010年隴南市各縣（區(qū)）氣象站冰雹記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1、圖1）表明：近40年全市每年都有冰雹出現(xiàn)，共出現(xiàn)冰雹232 d，平均每年5.8 d，每站每年約 0.6 d；1981年出現(xiàn)12 d，為最多年份，1991、2005、2010年各出現(xiàn)1 d，為最少年份。宕昌縣共出現(xiàn)冰雹 98 d，平均每年2.5 d，為全市出現(xiàn)冰雹日數(shù)最多的縣；1978年出現(xiàn)7d，為最多年份。徽縣共出現(xiàn)冰雹2 d，分別出現(xiàn)在1976年和1978年，平均每年約0.05 d，為全市出現(xiàn)冰雹日數(shù)最少的縣。冰雹最早出現(xiàn)在3月19日（宕昌縣1972年），最遲出現(xiàn)在11月13日（宕昌縣1961年）。但這只是各縣（區(qū)）氣象站的記錄，實(shí)際上高半山冰雹出現(xiàn)日數(shù)會(huì)更多。從圖1可見(jiàn)，目前冰雹日數(shù)正處于比較明顯的下降時(shí)期。隴南市降雹的時(shí)間分布規(guī)律比較明顯，一般出現(xiàn)在14：00—20：00，占86%，說(shuō)明降雹對(duì)熱力條件的要求高。降雹的空間分布規(guī)律也比較明顯，基本上是·西北部多于東南部、山區(qū)多于川區(qū)，并由西北向東南呈遞減趨勢(shì)，這種分布和全區(qū)的地貌地形特點(diǎn)也有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是山區(qū)多于川區(qū)，寒冷地區(qū)多于溫暖地區(qū)。這是因?yàn)閺牡匦谓嵌确治觯礁叩貨觯帩穸嘤暧欣趧?dòng)力抬升、輻射增溫和水汽供給，從而產(chǎn)生冰雹；另外，地形起伏大，造成相當(dāng)不均勻的上升氣流，也利于冰雹的產(chǎn)生；還有春末夏初季節(jié)，北方冷空氣仍很活躍，常從西方、西北方侵入，有利冰雹形成，所以冰雹的空間分布受盛行氣流、天氣系統(tǒng)、海拔、地形和下墊面性質(zhì)等多種因素制約。由于冰雹的源地不同，因而其移入隴南市的路徑也就不同，進(jìn)入隴南市的冰雹路徑大體上有西北路和北路兩大類(lèi)。西北路其一是源于卓尼和岷縣交界的殷家山一帶，經(jīng)岷縣西江鄉(xiāng)東南下侵入宕昌縣境內(nèi)；其二是由渭源進(jìn)入漳縣，然后東南下，經(jīng)武山西南部進(jìn)入禮縣境內(nèi)。北路其一是由華家?guī)X通渭一帶，經(jīng)武山、甘谷、秦安、天水縣進(jìn)入徽縣；其二是由漳縣的綠根山和岷縣蒲麻鄉(xiāng)的蟠桃梁一帶南移進(jìn)入宕昌縣境內(nèi)分兩股，一股西北—東南下影響韓院、好梯一帶，經(jīng)禮縣侵入武都區(qū)魚(yú)龍、甘泉鄉(xiāng)一帶，另一路直接南下，侵入武都龐磨、金廠(chǎng)、馬街一帶。

3 冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)分布

利用ArcGIS軟件和隴南市及周邊氣象站年平均冰雹日數(shù)資料及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供的冰雹災(zāi)情資料分析各地冰雹出現(xiàn)頻率，將其分為5級(jí)，得到冰雹災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)分布（圖2）。由圖2可見(jiàn)，隴南市冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)從西北向東南遞減，宕昌和禮縣西北部、文縣西北部以及武都區(qū)的池壩、馬營(yíng)、坪埡海拔1 800 m以上區(qū)域冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)最高，年平均冰雹日數(shù)大于2 d；東部、東南部的徽成盆地和武都區(qū)的五馬、裕河、外納、洛塘、楓相冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)最低，平均3～10年才降雹1次。

4 冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

4.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立

開(kāi)展隴南市冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，是在對(duì)隴南市氣象災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力等多因子綜合分析，構(gòu)建氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的框架、指標(biāo)體系、方法與模型[12-14]，對(duì)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)和等級(jí)劃分，采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、層次分析法、加權(quán)綜合評(píng)分法等數(shù)量化方法，借助GIS繪制相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖系，分為氣象災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5級(jí)。

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性主要由氣象致災(zāi)因子活動(dòng)規(guī)模（強(qiáng)度）和活動(dòng)頻次（概率）決定，強(qiáng)度越大，頻次越高，氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也越大。孕災(zāi)環(huán)境敏感性是指受到氣象災(zāi)害威脅的所在地區(qū)外部環(huán)境對(duì)災(zāi)害或損害的敏感程度，敏感程度越高，氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也越大。承災(zāi)體易損性是指可能受到氣象災(zāi)害威脅的所有人員和財(cái)產(chǎn)的傷害或損失程度，易損性越高，氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大。利用GIS技術(shù)將人口、GDP、耕地比數(shù)據(jù)空間化，采用1 000 m×1 000 m網(wǎng)格，根據(jù)隴南市實(shí)際情況，確定出冰雹氣象災(zāi)害的易損性因子權(quán)重系數(shù)為：人口占0.3，GDP占03，耕地比占0.4。防災(zāi)減災(zāi)能力是指受災(zāi)區(qū)對(duì)氣象災(zāi)害的抵御和恢復(fù)程度，防災(zāi)減災(zāi)能力越高，氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越小。

參照有關(guān)文獻(xiàn)成果[12-14]，建立災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估模型如下：

DRI =（HWh）（EWe）（VWv）（RWr）[0.1（1-a）R+a]；

H=∑WhkXhk、E=∑WekXek、V=∑WvkXvk、R=∑WrkXrk。

式中：DRI是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；H、E、V、R分別表示致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力因子指數(shù)；Wh、We、Wv、Wr表示相應(yīng)的權(quán)重，在該區(qū)劃中通過(guò)專(zhuān)家打分，并根據(jù)隴南市氣象災(zāi)害實(shí)際情況，分別賦值0.5、0.2、02、0.1；Xk是指標(biāo)k量化后的值；Wk為指標(biāo)k的權(quán)重，表示各指標(biāo)對(duì)形成氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的主要因子的相對(duì)重要性；a為常數(shù)，用來(lái)描述防災(zāi)減災(zāi)能力對(duì)于減少總的DRI所起的作用，考慮隴南市的實(shí)際情況，取值0.5。

4.2 冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

冰雹災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃主要從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性3個(gè)方面進(jìn)行綜合分析得到。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性見(jiàn)冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)（圖2）；孕災(zāi)環(huán)境敏感性將地形地貌作為主要指標(biāo)，在迎風(fēng)坡容易形成冰雹的易發(fā)區(qū)域；承災(zāi)體易損性分析主要以人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、耕地比為基本要素。最后將上述3個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行加權(quán)疊加、合并以及等級(jí)劃分操作，得到冰雹風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖（圖3）。由圖3可見(jiàn)，冰雹的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃總體上與冰雹災(zāi)害的空間分布相對(duì)應(yīng)，同時(shí)又受到地形和經(jīng)濟(jì)、人口密度分布的影響，由西北到東南遞減，宕昌縣、禮縣西北部和武都西北部、文縣西北部高海拔區(qū)為冰雹高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；兩當(dāng)縣、徽縣、成縣、康縣、武都區(qū)、文縣的東南部低海拔區(qū)為冰雹低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

5 結(jié)論與討論

隴南市每年都有冰雹出現(xiàn)，平均每年5.8 d， 主要集中出

現(xiàn)在5—8月。其中，宕昌縣平均每年出現(xiàn)冰雹 2.5 d，為全市冰雹日數(shù)最多的縣，但這只是各縣（區(qū)）氣象站的記錄，實(shí)際上高半山冰雹出現(xiàn)日數(shù)會(huì)更多。冰雹的空間分布是西北部多于東南部、山區(qū)多于川區(qū)，并由西北向東南呈遞減趨勢(shì)，這種分布和全市的地貌地形特點(diǎn)也有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

進(jìn)入隴南市的冰雹路徑大體上有西北路和北路兩大類(lèi)：西北路其一是源于卓尼和岷縣交界的殷家山一帶，經(jīng)岷縣西江鄉(xiāng)東南下侵入宕昌縣境內(nèi)；其二是由渭源進(jìn)入漳縣，然后東南下，經(jīng)武山西南部進(jìn)入禮縣境內(nèi)。北路其一是由華家?guī)X通渭一帶，經(jīng)武山、甘谷、秦安、天水縣進(jìn)入徽縣；其二是由漳縣的綠根山和岷縣蒲麻鄉(xiāng)的蟠桃梁一帶南移進(jìn)入宕昌縣境內(nèi)分兩股，一股西北—東南下影響韓院、好梯一帶，經(jīng)禮縣侵入武都區(qū)魚(yú)龍、甘泉鄉(xiāng)一帶；另一路直接南下，侵入武都龐磨、金廠(chǎng)、馬街一帶。

隴南市冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)從西北向東南遞減，宕昌和禮縣西北部、文縣西北部以及武都區(qū)的池壩、馬營(yíng)、坪埡海拔 1 800 m 以上區(qū)域冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)最高，年平均冰雹日數(shù)大于2 d；東部、東南部的徽成盆地和武都區(qū)的五馬、裕河、外納、洛塘、楓相冰雹危險(xiǎn)性等級(jí)最低，平均3～10年才降雹1次。

冰雹災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃總體上與冰雹災(zāi)害的空間分布相對(duì)應(yīng)，同時(shí)又受到地形和經(jīng)濟(jì)、人口密度分布的影響，由西北到東南遞減，宕昌縣、禮縣西北部和武都西北部、文縣西北部高海拔區(qū)為冰雹災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；兩當(dāng)縣、徽縣、成縣、康縣、武都區(qū)、文縣的東南部低海拔區(qū)為冰雹災(zāi)害低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

利用ArcGIS軟件進(jìn)行隴南山區(qū)冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其區(qū)劃的研究，由于條件所限，所取氣象資料站點(diǎn)較少，不能包括各種地形地貌地理位置下的氣象站點(diǎn)的資料。因此，建立的計(jì)算各地冰雹災(zāi)害次數(shù)的模型代表性有限，其結(jié)論與實(shí)際有一定差距。

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