近55年來黑龍江省冰雹氣候特征分析

鄭 凱，王恒宇　(黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030)

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近55年來黑龍江省冰雹氣候特征分析

鄭 凱，王恒宇(黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030)

摘要利用1960～2014年黑龍江省80個氣象觀測站的降雹資料，采用統(tǒng)計分析方法，分析了降雹的時空變化特征。結(jié)果表明，黑龍江省冰雹集中出現(xiàn)在4月下旬～10月上旬，5月上旬～7月上旬和9月中旬冰雹發(fā)生最為頻繁，降雹持續(xù)時間多在10 min以內(nèi)，集中發(fā)生在白天時段；黑龍江省冰雹多發(fā)生在大、小興安嶺山麓、小興安嶺山脈迎風(fēng)坡、松花江和興凱湖沿岸；20世紀(jì)70年代以來，全省降雹呈現(xiàn)顯著減少趨勢；1991年為全省雹日變化的轉(zhuǎn)折點，1991年以后全省站點降雹出現(xiàn)了不同程度的減少，以冰雹易發(fā)區(qū)降雹減少最多。為了更加科學(xué)有效地開展防雹作業(yè)，建議加強冰雹及災(zāi)情的收集工作，提高冰雹預(yù)報和預(yù)警指揮能力，積極開展防雹效果評估工作。

關(guān)鍵詞冰雹；時空分布特征；防雹對策；黑龍江省

Analysis on the Climatic Characteristics of Hail in Recent 55 Years in Heilongjiang Province

ZHENG Kai, WANG Heng-yu

(Heilongjiang Weather Modification Office, Harbin, Heilongjiang 150030)

AbstractUsing hail data from 80 stations in Heilongjiang Province during 1960-2014, the characteristics of temporal-spatial variation of hails were analyzed by using statistical analysis method. The results showed that hail in Heilongjiang mainly appeared from late April to early October, and most frequently from early May to early July and mid-September. Most of hails last less than 10 minutes, and they concentrated in day-time. The hail-hazard-prone areas covered the Greater and Lesser Xing’an Mountains, the windward slope of Lesser Xing’an Mountains, along Songhuajiang River and Xingkaihu Lake. Hail day decreased since 1970s remarkably. The inter-annual variation curve of hail-day in Heilongjiang Province turned at 1991, after which hail happened less than before, and they reduced most in hail-hazard-prone areas. In order to implement hail suppression operation more scientifically, we must enhance the collection works of hail hazards, improve hail forecasting skills and warn-directing ability, conduct joint operations and evaluate the effects of hail suppression.

Key wordsHail; Characteristics of temporal and spatial distribution; Hail suppression strategy Heilongjiang Province

冰雹是強對流天氣的產(chǎn)物，是影響黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)害性天氣之一，其來勢兇猛、強度大，持續(xù)時間雖短，但給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的損失不容忽視，尤其是農(nóng)作物、果樹、蔬菜等生長期與成熟期內(nèi)降雹，輕者造成大面積減產(chǎn)，重者導(dǎo)致絕收。據(jù)統(tǒng)計，黑龍江省平均每年發(fā)生成災(zāi)冰雹51次，占冰雹出現(xiàn)總次數(shù)的34%。受災(zāi)作物廣泛，主要為玉米、大豆、小麥和水稻等農(nóng)作物以及烤煙、瓜類和果樹等經(jīng)濟作物。1995年是典型的多雹年之一，全年雹災(zāi)造成經(jīng)濟損失在1億元以上，尤其6、8月的重雹災(zāi)，致使嫩江、克山、方正等縣受災(zāi)嚴(yán)重。

近年來，國內(nèi)很多學(xué)者針對冰雹災(zāi)害的分布特征、成因等進(jìn)行了研究[1-6]，如葉彩華等[6]分析了北京地區(qū)冰雹的分布特征，提出了應(yīng)對冰雹的對策；李照榮等[7]分析了西北地區(qū)冰雹的分布特征及其與雷暴、海拔的關(guān)系，探討了冰雹多發(fā)的原因，給出了冰雹主要的源地和移動路徑。黑龍江省是農(nóng)業(yè)大省，是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，地面防雹作業(yè)規(guī)模居全國前列，截至2015年，全省擁有高炮火箭地面作業(yè)裝備1 100余部，地面作業(yè)點1 800余個，近年來防雹作業(yè)次數(shù)及用彈量均呈現(xiàn)增加趨勢。新形勢下，糧食增產(chǎn)增收對人工防雹作業(yè)提出了更高的要求，然而關(guān)于該省冰雹分布特征的研究很少，因此，筆者利用1960～2014年黑龍江省80個氣象觀測站的降雹資料，采用統(tǒng)計分析方法，分析了黑龍江省冰雹的時空變化特征，并根據(jù)該省實際，提出人工防雹業(yè)務(wù)發(fā)展的有關(guān)對策，為更加科學(xué)有效地開展防雹業(yè)務(wù)提供參考。

1資料與方法

應(yīng)用黑龍江省1960～2014年80個氣象觀測站(圖1)的資料，數(shù)據(jù)來自黑龍江省氣象信息中心，統(tǒng)計分析了近55年來黑龍江省冰雹的時空分布特征，包括降雹的初終日、日變化、旬際變化、月際變化、年際變化特征及長期趨勢，應(yīng)用累積距平法計算了黑龍江省冰雹變化的轉(zhuǎn)折年份，分析了轉(zhuǎn)折年份前后全省冰雹的空間分布特征，為防雹作業(yè)的指揮及作業(yè)點布局提供了依據(jù)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)該省實際提出了防雹作業(yè)對策。

圖1　黑龍江省氣象觀測站分布 Fig.1　The distribution of meteorological observation stations in Heilongjiang Province

2降雹的時間變化特征分析

2.1冰雹初終日經(jīng)統(tǒng)計，近55年來黑龍江省初終雹日年際變化明顯，初雹日發(fā)生在3月末～5月中旬，根據(jù)站點統(tǒng)計，最早為3月28日，發(fā)生在3月下旬的幾率為7.3%，最晚為5月14日，從全省站點來看，80%的年份4月27日已有冰雹產(chǎn)生。終雹日出現(xiàn)在9月中旬～11月下旬，近55年來有提前的趨勢；終雹日最早為9月22日，最晚為11月24日，80%的年份10月27日降雹已結(jié)束。

2.2降雹持續(xù)時間受冰雹云的類型、強度、尺度及環(huán)境場等眾多因素的影響，冰雹的持續(xù)時間也存在差異。統(tǒng)計分析黑龍江省近55年降雹資料發(fā)現(xiàn)，與其他類型的降水相比，降雹持續(xù)時間較短，多數(shù)降雹持續(xù)時間為1～10 min，占總降雹次數(shù)的85.5%，其中，2～4 min最多，占31.4%，4～6 min次之，為19.9%，2 min以內(nèi)的降雹占16.7%；10～20 min降雹發(fā)生頻率為10.8%，30 min以上的冰雹僅占1.2%。

2.3冰雹日變化由圖2可見，1960～2014年黑龍江省降雹存在明顯的日變化，呈現(xiàn)單峰結(jié)構(gòu)。一天之中，各個時段均有降雹發(fā)生，但主要集中在08：00～19：00，占冰雹發(fā)生總數(shù)的96.7%，08：00開始，降雹次數(shù)明顯增加，12：00降雹幾率顯著增加，14：00達(dá)極大值(14.1%)，之后，降雹頻率開始減少，12：00～16：00降雹頻率占全天的63.3%，20：00～次日08：00冰雹發(fā)生幾率很小，占降雹總數(shù)的3.3%。這主要是由于日出后太陽輻射使地面及近地層空氣逐漸升溫，隨著時間的推移，太陽高度角升高，地面接收的太陽輻射能量增大，被地表增溫的氣層逐漸增厚，氣層不穩(wěn)定度增大，若氣層中具有充足的水汽，地面空氣稍有擾動，有利于強對流天氣的產(chǎn)生[8]。部分站點夜間沒有天氣現(xiàn)象的觀測，導(dǎo)致夜間降雹數(shù)據(jù)較實際值偏少。

圖2　1960～2014年黑龍江省降雹次數(shù)日變化 Fig.2　The daily variation of hailfall times in Heilongjiang Province during 1960-2014

2.4冰雹月際變化由圖3可看出，黑龍江省降雹具有明顯的季節(jié)變化，降雹的月際變化存在2個峰值，分別為春末夏初的5、6月和初秋的9月，且秋季略少。3、4月份，伴隨氣溫回升，冷暖空氣活動頻繁，熱力不穩(wěn)定條件逐漸增強，對流性天氣增多；5、6月冷暖空氣活動頻繁，強對流天氣發(fā)生頻次顯著升高，占全年降雹總數(shù)的58.1%；7月，隨著氣溫的進(jìn)一步升高，0 ℃層明顯升高，不利于冰雹的產(chǎn)生[9]，冰雹發(fā)生幾率顯著降低，7、8月份降雹次數(shù)占全年降雹總數(shù)的21.9%；9月，隨著氣溫的回落，降雹頻率有所增加，達(dá)到全年降雹的次峰值，單月降雹比例為14.4%；10月，隨著溫度的進(jìn)一步降低，對流性天氣減少，降雹發(fā)生幾率減小；12月～次年2月無冰雹發(fā)生。

圖3　1960～2014年黑龍江省降雹次數(shù)月際變化 Fig.3　The monthly variation of hailfall times in Heilongjiang Province during 1960-2014

2.5冰雹旬際變化由圖4可見，黑龍江省冰雹旬際變化同樣呈雙峰結(jié)構(gòu)，與月際變化相比較，呈現(xiàn)出更細(xì)微的特征。近55年黑龍江省冰雹集中出現(xiàn)在4月下旬～10月上旬，降雹開始于3月下旬，5月上旬開始降雹天氣明顯增多，冰雹發(fā)生頻率增大，6月上旬降雹頻率最大，占總降雹的11.9%，6月中旬～8月上旬降雹頻率顯著減少，其中7月下旬和8月上旬降雹頻率<2.5%，8月中旬～9月中旬降雹頻率小幅增加，于9月中旬達(dá)到全年降雹的次峰值，占總樣本數(shù)的6.3%，9月下旬開始降雹頻率再次減少，至11月下旬降雹全部結(jié)束，至此全年降雹結(jié)束，12月上旬～次年3月中旬均無冰雹發(fā)生。

圖4　1960～2014年黑龍江省降雹次數(shù)旬際變化 Fig.4　Ten days change of hailfall times in Heilongjiang Province during 1960-2014

2.6冰雹年際變化據(jù)1960～2014年黑龍江省降雹資料統(tǒng)計，55年間全省累計發(fā)生降雹5 978站次，冰雹的年際變率大，其中1972年最多，達(dá)230站次，全省有93%的站點觀測到降雹，77.5%的站點降雹2次以上，其中蘭西站最多，為9次，慶安、綏芬河、五營和方正等12個站點降雹6～7次；2008年最少，為27站次。對20世紀(jì)70年代以來黑龍江省站點降雹數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果表明黑龍江省降雹呈顯著減少趨勢，減少速率為0.38站次/10a，相關(guān)系數(shù)為0.858。有學(xué)者對寧夏南部山區(qū)和甘肅天水降雹氣候特征研究表明，20世紀(jì)70年代以來這些地區(qū)降雹也呈現(xiàn)顯著減少趨勢[3，5]。由黑龍江省各站平均降雹次數(shù)年際變化(圖5)可見，近55年降雹存在明顯的年際變化特征，其中，20世紀(jì)60～70年代冰雹年際變率最大。對區(qū)域內(nèi)各站平均降雹次數(shù)求累積距平，可見累積曲線存在1個轉(zhuǎn)折點，位于1991年，1991年以前累積曲線呈上升趨勢，以正距平為主，各站平均降雹1.8 d；1992～2014年累積曲線呈下降趨勢，以負(fù)距平為主，平均降雹1.9 d。其原因除了受大的氣候背景影響外，可能與20世紀(jì)90年代以來人工防雹作業(yè)規(guī)模擴大有關(guān)。

圖5　1960～2014年黑龍江省降雹年際變化Fig.5　Annual change of hailfall in Heilongjiang Province during 1960-2014

3降雹的空間分布特征分析

由圖6可見，冰雹分布受地形因素影響較大，降雹高頻區(qū)位于大、小興安嶺，小興安嶺山脈迎風(fēng)坡和松花江、興凱湖沿岸；大興安嶺地區(qū)中東部，黑河、伊春大部，綏化中東部，哈爾濱西南部，雞西中部，鶴崗西部及牡丹江東部的32個臺站歷年平均降雹日數(shù)在1.5 d以上。近55年黑龍江省年降雹日數(shù)分布存在3個高值中心，分別位于大興安嶺地區(qū)中部、雞西中部和伊春綏化交界處，其中，大興安嶺地區(qū)中部高值中心位于塔河、新林，年雹日約為2.5 d；綏棱和密山為另外2個高值中心，年雹日約為2.0 d。松嫩平原、三江平原的大部分縣(市)年雹日相對較少，其中齊齊哈爾、富裕、泰來、杜蒙、樺川和東寧等8個測站的年降雹日數(shù)<1.0 d，西南部的杜蒙、泰來的年雹日最少，為0.8 d。各站點的冰雹年際變化依然很大，從某一特定年份看，并沒有絕對的少雹區(qū)或多雹區(qū)，各站均存在未觀測到冰雹的年份，而所有臺站均曾出現(xiàn)過年降雹3.0 d以上，81%的臺站出現(xiàn)過年降雹日為5.0 d以上。

圖6　1960～2014年黑龍江省降雹日數(shù)空間分布Fig.6　Spatial distribution of hailfall days in Heilongjiang Province during 1960-2014

由1960～1991和1992～2014年各站點降雹的空間分布(圖7)可見，轉(zhuǎn)折年份之后，各站點的降雹日數(shù)也存在改變。1991年以前，冰雹空間分布與55年的冰雹分布情況差別不大，但降雹日數(shù)普遍偏多；大興安嶺地區(qū)、小興安嶺山脈南端、大青山、太平嶺一帶及松花江、興凱湖沿岸臺站降雹較多，塔河、新林、五營和密山等24個站點年均降雹日數(shù)在2.0 d以上，98%的臺站年均雹日在1.0 d以上，其中塔河站的年均降雹日數(shù)最多，為3.5 d，以塔河、五營、雙城、密山為中心存在4個降雹日數(shù)高值區(qū)；松嫩平原及三江平原地區(qū)雹日較少。1991年以后，黑龍江省各臺站降雹日數(shù)明顯減少，全省各站年均雹日為0.3～2.3 d，僅新林1站年均雹日超過2.0 d，48%的臺站年均雹日在1.0 d以上，雹日高值中心位于大興安嶺的新林，為2.3 d；杜蒙、泰來、安達(dá)和蘭西等13個站的年雹日在0.5 d以下，降雹最少的雞東年均雹日僅0.3 d。1992～2014年與1960～1991年年均雹日之差的分布情況(圖8)顯示，全省僅呼中、木蘭年均雹日有小幅增加，增幅為0.4～0.6 d，其余78站均表現(xiàn)出不同程度的減少特征，其中以冰雹易發(fā)區(qū)大小興安嶺山脈、小興安嶺迎風(fēng)坡、松花江和興凱湖沿岸一帶年雹日減少最為明顯，塔河、蘭西、孫吳和五營等28站年均雹日減少1.0 d以上，其中又以塔河減幅最大，年均雹日減少2.4 d。

圖7　1960～1991年(a)和1992～2014年(b)黑龍江省降雹日數(shù)空間分布Fig.7　Spatial distribution of hailfall days in Heilongjiang Province during 1960-1991(a)and 1992-2014(b)

圖8　1992～2014年與1960～1991年黑龍江省年均降雹日數(shù)之差的空間分布Fig.8　The spatial distribution of hail days difference during 1992-2014 and 1960-1991 in Heilongjiang Province

4人工防雹對策

人工防雹是利用播撒催化劑或爆炸等方法，抑制或削弱云中冰雹的生長，以減輕或消除冰雹危害的措施，面對新形勢下防災(zāi)減災(zāi)工作的需求，對人工防雹工作提出以下幾點建議。

4.1加強降雹信息的搜集工作包括氣象部門與政府災(zāi)情部門冰雹災(zāi)情信息的共享，充分發(fā)揮人影作業(yè)隊伍的優(yōu)勢，制定相應(yīng)的規(guī)范，收集降雹信息，建立冰雹天氣個例庫。

4.2提高冰雹的預(yù)報能力整理降雹及相關(guān)作業(yè)信息數(shù)據(jù)，分析冰雹的成因及開展防雹作業(yè)的效果評估工作，建立冰雹預(yù)報指標(biāo)，提高冰雹的預(yù)報能力。

4.3提高防雹作業(yè)指導(dǎo)能力目前防雹作業(yè)主要依據(jù)衛(wèi)星、雷達(dá)等監(jiān)測手段，黑龍江省多普勒天氣雷達(dá)仍然存在觀測盲區(qū)，建議有條件的地區(qū)建設(shè)人影小雷達(dá)填補空白，在冰雹易發(fā)區(qū)引進(jìn)雙偏振雷達(dá)，加強對雹云的監(jiān)測，以此為依據(jù)科學(xué)地組織實施防雹作業(yè)。

4.4加強作業(yè)預(yù)警指揮系統(tǒng)建設(shè)首先，要整合資源，避免重復(fù)建設(shè)，著重完善系統(tǒng)功能性和流程；其次，將人影作業(yè)指揮人員信息納入各級預(yù)警指揮系統(tǒng)中，充分利用智能手機等通訊設(shè)備提高作業(yè)指揮預(yù)警信息的及時下達(dá)和作業(yè)信息實時上傳能力；最后，盡最大能力提高數(shù)據(jù)和信息的傳輸速率，強對流天氣的生命期短暫，要確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時上傳，為作業(yè)時機的選擇爭取時間，同時在提高空域申請速度和效率上下功夫。

4.5合理布局，開展聯(lián)合作業(yè)根據(jù)冰雹的分布特點，進(jìn)一步優(yōu)化作業(yè)點布局，發(fā)揮移動火箭的作業(yè)優(yōu)勢，以作業(yè)預(yù)警指揮系統(tǒng)為依托，有組織地開展聯(lián)合作業(yè)，避免各自為戰(zhàn)。

4.6積極開展防雹作業(yè)效果評估工作從不同層面上開展防雹作業(yè)效果評估工作，作業(yè)實施人員要總結(jié)每次作業(yè)的經(jīng)驗教訓(xùn)，作業(yè)指揮人員要對作業(yè)的指導(dǎo)、指揮、實施和效果進(jìn)行評估，評估作業(yè)時機、作業(yè)部位、作業(yè)高度、用彈量等，優(yōu)化作業(yè)方案，并及時反饋給作業(yè)實施人員，提升作業(yè)效果，充分發(fā)揮人影在防雹減災(zāi)工作中的作用。

5結(jié)論

應(yīng)用1960～2014年黑龍江省80個氣象觀測站的降雹資料，采用統(tǒng)計分析方法，分析了近55年來黑龍江省冰雹的時空分布特征。結(jié)果表明，黑龍江省冰雹集中出現(xiàn)在4月下旬～10月上旬，降雹持續(xù)時間多在10 min以內(nèi)，降雹多發(fā)生在白天時段，主要集中在12：00～16：00，降雹的旬際、月際變化均存在2個峰值，5月上旬～7月上旬和9月中旬冰雹發(fā)生頻繁。黑龍江省冰雹多發(fā)生在大、小興安嶺山麓、小興安嶺山脈迎風(fēng)坡和松花江、興凱湖沿岸。20世紀(jì)70年代以來，全省降雹呈現(xiàn)顯著減少趨勢。近55年來站點降雹存在一個轉(zhuǎn)折點，位于1991年，轉(zhuǎn)折年份之后，97.6%的站點降雹出現(xiàn)了不同程度的減少，以冰雹易發(fā)區(qū)降雹減少最多。

人工防雹是應(yīng)對冰雹的主要手段，應(yīng)加強冰雹及災(zāi)情的收集工作，提高冰雹預(yù)報和預(yù)警指揮能力，抓住作業(yè)時間，開展聯(lián)合作業(yè)，積極開展效果評估工作，為防雹作業(yè)的組織實施提供科學(xué)依據(jù)。

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中圖分類號S 427

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-216-04

收稿日期2016-01-16

作者簡介鄭凱(1960- )，男，福建福州人，副研級高級工程師，從事人工影響天氣相關(guān)研究。