遼寧設(shè)施農(nóng)業(yè)致災(zāi)暴雪時空分布及天氣學(xué)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(shè)施農(nóng)業(yè)暴雪垮棚過程的時空分布特征及天氣形勢進(jìn)行分析。結(jié)果表明，近55年遼寧單站暴雪垮棚過程總頻次呈現(xiàn)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(xiàn)18次以上，遼寧西部在6次以下，中部地區(qū)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(xué)模型。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè)；暴雪垮棚過程；時空分布；天氣學(xué)模型

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

遼寧地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，以日光溫室和塑料大棚為主，2011年遼寧設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已達(dá)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(shè)施農(nóng)業(yè)已成為遼寧地區(qū)抗災(zāi)避災(zāi)、農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的優(yōu)勢主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，所以設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報已成為氣象為農(nóng)服務(wù)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(fēng)氣候，冬季寒冷期長，多暴風(fēng)雪天氣。近年來，遼寧地區(qū)頻發(fā)暴雪極端事件，初春或秋末還會出現(xiàn)濕雪或雨夾雪等高影響天氣，會造成暴雪垮棚事件，對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(yán)重受損，經(jīng)濟(jì)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(fā)生，因此加強(qiáng)暴雪垮棚預(yù)報技術(shù)研究、提高暴雪垮棚天氣預(yù)報準(zhǔn)確率，對氣象為農(nóng)服務(wù)提供科技支撐具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。目前，關(guān)于天氣條件對農(nóng)業(yè)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(qiáng)暴雪垮棚方面的研究對適應(yīng)遼寧地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求具有重要意義。本試驗在前期研究的基礎(chǔ)上，利用遼寧地區(qū)50個基準(zhǔn)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(jìn)行分型研究，建立短期預(yù)報的天氣學(xué)模型，以期為暴雪垮棚預(yù)報提供參考依據(jù)，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

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(qū)域氣候中心提供。應(yīng)用NCEP（2.5°×2.5°）再分析資料對暴雪垮棚過程天氣形勢進(jìn)行分型研究。

1.2暴雪垮棚過程的標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)實際暴雪垮棚發(fā)生時的遼寧暴雪資料，中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所通過試驗確定暴雪垮棚指標(biāo)，結(jié)果見表1。目前該指標(biāo)也是沈陽中心氣象臺業(yè)務(wù)應(yīng)用指標(biāo)，將每年10月至翌年4月出現(xiàn)雪深大于溫室坡度角小于30°垮棚的雪深指標(biāo)的過程取作暴雪垮棚過程。按上述標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計各站的暴雪垮棚過程時間、頻次資料。

2結(jié)果與分析

2.1設(shè)施農(nóng)業(yè)致災(zāi)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(xiàn)雪深大于17cm或10—11月和2—4月期間出現(xiàn)雪深大于9cm的降雪時，就計該測站出現(xiàn)暴雪垮棚過程1次，統(tǒng)計出1960—2014年遼寧單站暴雪垮棚總頻次，結(jié)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(dá)6～8次，其他大部分地區(qū)在2次以下；12月、1月總頻次最多的海城、大石橋、東港出現(xiàn)2次暴雪垮棚過程，朝陽、錦州、葫蘆島大部分地區(qū)沒有出現(xiàn)過暴雪垮棚過程，其他地區(qū)為1次；2月總頻次呈現(xiàn)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(xiàn)10次以上，遼寧西部在4次以下，中部地區(qū)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(qū)2～6次；10月、4月沒有出現(xiàn)暴雪垮棚過程。

近55年遼寧單站暴雪垮棚過程總頻次呈現(xiàn)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(xiàn)18次以上，遼寧西部在6次以下，中部地區(qū)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(xiàn)，11月中旬是1個小高峰期，11月下旬開始進(jìn)入偏少階段；12月至翌年1月是暴雪垮棚過程出現(xiàn)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(biāo)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(xiàn)11次），其次是2010年（出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)果如圖4所示。通過分析發(fā)現(xiàn)，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(jì)80年代中期開始且強(qiáng)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(qiáng)度在20世紀(jì)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(jì)70—90年代表現(xiàn)明顯，3年周期20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初表現(xiàn)顯著。