山西省主要災害性天氣發生風險及其影響

張祎瑋，李芬

（1.山西省氣候中心，山西 太原 030006；2.山西省預警信息發布中心，山西 太原 030006）

山西地處黃河中游東岸，四周山環水繞，是典型的黃土廣泛覆蓋的山地高原。境內大部分地區海拔在1 500 m 以上，高原內部起伏不平，河谷縱橫，地貌類型復雜多樣，其中山地和丘陵面積占全省總面積的80.1%，平川、河谷面積占總面積的19.9%。該省位于北半球中緯度重災帶、太平洋重災帶，氣候復雜，自然災害多發頻發且影響面較廣[1～3]，是我國易災、多災、災情較為嚴重的省份之一[4～6]。近些年全球氣候變暖促進了山西氣象災害發生的強度和頻率，嚴重影響了該省社會經濟的發展[1，7～9]，給農業生產帶來了巨大損失[10～12]。因此，分析該省主要氣象災害的特點、地域分布及其影響，對于山西各級政府科學指導農業生產、有效開展防災減災工作、促進農業可持續發展具有重要現實意義。

1 數據來源與研究方法

采用山西省109 個氣象觀測站1961～2019 年59 a的氣象觀測資料，以暴雨、降雪、冰雹、大風、高溫、干旱和霜凍1971～2019 年指標值的平均值為基本氣候態，運用氣候傾向率、均值法等數理統計方法，對山西經濟社會影響較大的災害性天氣的特點、空間分布以及造成的損失進行分析[6，11～14]，運用Sufer 軟件對氣象災害數據進行可視化分析。

2 結果與分析

2.1 暴雨天氣

2.1.1 暴雨天氣及發生特點 24 h 內降水量達到50 mm及以上的雨稱為暴雨， 按降水強度可分為暴雨（50～99.9 mm）、大暴雨（100～250 mm）、特大暴雨（＞250 mm）[15]。暴雨往往會引發洪澇災害和嚴重的水土流失，對農業生產造成嚴重的損失，特別是對地勢低洼、地形閉塞地區會造成更為嚴重損失。山西暴雨具有發生日數短、危害性大等特點。

2.1.2 發生暴雨天氣的區域分布 山西降雨集中在夏季且多暴雨，山區降雨量明顯多于盆地。暴雨年均日數呈南多北少、迎風坡多背風坡少的分布特點。全省暴雨年均日數為0.1～1.2 d，長治西北部丘陵區及運城東部地區暴雨年均日數最多（0.8～1.2 d），其中垣曲縣為1.2 d；東南部和中南部地區暴雨年均日數較多（0.6～0.8 d）；中部和北中部地區暴雨年均日數較少（0.2～0.4 d）；大同和朔州暴雨年均日數最少，其中應縣為0.1 d （圖1）。數據顯示，山西東南部是暴雨發生風險最大的地區。

圖1 1961～2019 年山西暴雨年均日數分布Fig.1 Distribution of annual average rainstorm days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.1.3 暴雨天氣造成的損失 2016 年山西共發生暴雨147 站次，造成283.8 萬人受災，16.3 萬間房屋受損，2.9 萬間房屋倒塌，農作物受災面積達到25.7 萬hm2，絕收面積3.6 萬hm2，造成直接經濟損失達70.8 億元。其中，7 月18～20 日受低渦和切變線的影響，山西出現強降雨天氣，全省大部分地區過程雨量＞50 mm，中東部的24 個縣市過程雨量＞100 mm，其中陽泉、平定、昔陽過程雨量＞200 mm。這次暴雨造成晉城地區農作物受災面積達到1.8 萬hm2，成災面積9 000 hm2，絕收面積1 000 hm2[16]。

2.2 降雪天氣

2.2.1 降雪天氣及發生特點 降雪是指大量白色不透明的冰晶（雪晶） 和其聚合物（雪團） 組成的降水，24 h 降水量（雪融化后測量高度） ≤2.4 mm 為小雪、≤4.9 mm 為中雪、≤9.9 mm 為大雪、＞10 mm 為暴雪[15]。山西降雪天氣一般發生在10 月～翌年4 月，集中降雪期在11 月～翌年3 月，且夜間降雪居多。

2.2.2 發生降雪天氣的區域分布 山西降雪年均日數總體呈東南部和西北部地區多、中部和南部地區少、山區多盆地少的分布特點。朔州東部丘陵區、五臺山區、忻州西部高寒區、長治南部、晉中中東部山區以及晉城東部降雪年均日數偏多（25～29.3 d）；運城、臨汾中部、太原、忻州中部及呂梁東部降雪年均日數偏少（8.5～10 d）（圖2）。數據顯示，山西的西北部是降雪風險最大的地區。

2.2.3 降雪天氣造成的損失 2009 年11 月9～12 日山西發生的強降雪天氣，這次降雪全省過程降水量5.1～66.1 mm，107 個縣（市） 降水量＞10 mm，其中18 個縣（市） 降水量為10～20 mm ，17 個縣（市） 降水量為20～30 mm，41 個縣（市） 降水量為30～40 mm，24 個縣（市） 降水量為40～50 mm，7 個縣（市） 降水量＞50 mm，其中陽泉的降水量達到了66.1 mm。此次降雪造成農作物受災面積3.73 萬hm2，絕收面積1.31 萬hm2；農業生產大棚倒塌31 698 座；家畜家禽死亡超過110 萬頭（只）[16]。

2.3 冰雹天氣

2.3.1 冰雹天氣及發生特點 冰雹主要發生于中小尺度天氣系統，空間尺度小，其生命史短暫并具有明顯的突發性。冰雹天氣破壞力大，常伴有雷暴、大風、短時強降水等強烈災害性天氣[15]。山西成災冰雹主要發生在6～8 月，下午至傍晚居多，具有影響范圍廣、雹期長、頻次高、雹粒大、成災重等特點。颮線上發生的冰雹大多伴有強降水或瞬間大風天氣，伴有強降水或暴雨天氣占冰雹總日數的34%，伴有瞬間大風占冰雹總日數的28%。

圖2 1961～2019 年山西降雪年均日數分布Fig.2 Distribution of annual average snow days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.3.2 發生冰雹天氣的區域分布 山西冰雹年均日數呈階梯狀分布，并且具有地域性特點。冰雹年均日數隨緯度升高、海拔升高而增加，山區多于盆地，北部地區多于南部地區，東部地區多于西部地區。大同南部、朔州北部、忻州中西部冰雹年均日數較多（1.95～2.6 d），運城、臨汾、呂梁東部、晉中西部冰雹年均日數較少（0～0.95 d）（圖3）。數據顯示，山西北部及東部是冰雹發生風險最大的地區。

2.3.3 冰雹天氣造成的損失 2016 年6 月12～14 日山西發生冰雹天氣，這次冰雹災害影響范圍廣、破壞力大，長治、大同、晉中、晉城、陽泉、忻州、臨汾、呂梁等地區受強對流天氣的影響出現了冰雹，并伴有短時強降水及大風天氣，44 個縣（市、區）、168 個鄉鎮發生了風雹災害。此次災害造成農作物受災面積5.0 萬hm2，絕收面積3 000 hm2[16]。

2.4 大風天氣

2.4.1 大風天氣及發生特點 瞬時風速≥17.2 m/s 或風力≥8 級稱為大風[15]。山西大風災害主要是冬春季寒潮大風、夏季雷雨大風、秋季強冷空氣入侵而出現的大風，6 級大風可對山西的農作物造成較大危害。另外，地形對大風風速與風力影響顯著，五臺山、恒山以北地區大風年均日數明顯多于兩山以南地區；高海拔地區大風年均日數一般多于低海拔地區。

2.4.2 發生大風天氣的區域分布 山西大風年均日數整體呈北部地區多于南部地區、山區多于盆地的特點。大部分地區大風年均日數為10～15 d；西北部—呂梁山區、中東部地區大風年均日數為20～25 d；平魯（37.1 d）、岢嵐（34.7 d）、大同縣（31.8 d） 大風年均日數在30 d 以上；長治和臨汾地區大風年均日數最少（2～5 d）（圖4）。數據顯示，西北部的大同、朔州、忻州是發生大風最大的地區。

圖3 1961～2019 年山西冰雹年均日數分布Fig.3 Distribution of annual average hail days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.4.3 大風天氣造成的損失 2010 年4 月25～27 日山西出現大范圍的強風天氣。4 月25 日原平、廣靈、方山等28 縣（市） 出現7～9 級大風，部分縣（市） 出現揚沙、浮塵。26 日山西大部分地區出現大風、雨雪天氣，部分地區發生10 級大風，其中昔陽縣瞬時最大風速達到27.7 m/s，給當地居民生產和生活造成巨大損失[16]。

2.5 高溫天氣

2.5.1 高溫天氣及發生特點 日最高氣溫達到或35 ℃以上時稱為高溫天氣，可分為高溫熱浪、干熱型高溫和悶熱型高溫。連續超過3 d 以上的高溫天氣稱為高溫熱浪；氣溫高、太陽輻射強、空氣濕度小的高溫天氣稱為干熱型高溫；氣溫較高、空氣濕度大且感覺悶熱的天氣為悶熱型高溫[15]。

2.5.2 發生高溫天氣的區域分析 山西南部的臨汾、運城是高溫年均日數最多的地區，臨汾中部地區、運城大部高溫年均日數15～20 d；臨汾南部的個別縣、運城北部局部及南部地區高溫年均日數20～30 d，其中稷山、運城和永濟高溫日數最多，分別為26.8、25.4 和25.3 d；其他地區高溫年均日數0～5 d （圖5）。數據顯示，山西南部的運城、臨汾中部是高溫發生風險最大的地區。

圖4 1961～2019 年山西年大風日數分布Fig.4 Distribution of annual average gale days from 1961 to 2019 in Shanxi

圖5 1961～2019 年山西年高溫日數分布Fig.5 Distribution of annual average high temperature days from 1961 to 2019 in Shanxi

2.5.3 高溫天氣造成的損失 2017 年7 月山西共有878 站次出現高溫天氣，其中7 月12 日出現高溫天氣83 站次，13 日出現高溫天氣91 站次；9～13 日及20日每天全省都有超過1/2 的站點出現高溫天氣。高溫天氣引發了干旱災害，數據顯示，2017 年山西因干旱造成農作物受災面積49.7 萬hm2，絕收面積2 萬hm2，直接經濟損失27.4 億元[16]。

2.6 干旱天氣

2.6.1 干旱天氣及發生特點 干旱通常指淡水總量少，不足以滿足人們的生存和經濟發展的氣候現象。氣象干旱可分為輕旱、中旱、重旱、特旱4 個等級。降水較常年偏少，地表空氣干燥，土壤出現水分輕度不足為輕旱；降水持續較常年偏少，土壤表面干燥，土壤出現水分不足，地表植物葉片白天有萎蔫現象為中旱；土壤出現水分持續嚴重不足，土壤出現較厚的干土層，植物萎蔫、葉片干枯、果實脫落為重旱，重旱對農作物和生態環境造成較嚴重影響；土壤出現水分長時間嚴重不足，地表植物干枯、死亡為特旱；特旱對農作物和生態環境造成嚴重影響[17]。

2.6.2 發生干旱天氣區域分析 山西省輕旱災害主要集中在大同盆地、太原盆地和臨汾盆地，輕旱年均日數為140～170 d，其中清徐、祁縣、交城、山陰等地區輕旱年均日數最多（180～184 d），忻州西部、呂梁西部、長治和晉城輕旱年均日數較少（120～140 d），五寨和神池輕旱年均日數最少（117 d）。地形對山西干旱災害的分布具有明顯的影響，太行山、呂梁山對太平洋的東南氣流具有明顯的屏障作用，導致山體以西地區降水較少；另外，由于地形的阻擋和抬升作用，山西旱情則由山區向盆地逐漸嚴重。

山西重旱及以上災害主要集中在太原盆地及南部臨汾和運城。重旱及以上年均日數為27～53 d，其中稷山、臨汾、太谷、臨猗、河津、交城、祁縣、介休、平遙等17 個縣（市） 重旱及以上天氣年均日數最多（51～53 d），忻州西部、長治南部、晉城北部地區重旱及以上天氣年均日數較少（30～35 d），五寨和高平重旱及以上天氣年均日數最少（27～29 d）。數據顯示，大同盆地、太原盆地和臨汾盆地是干旱風險發生最大的地區。

2.6.3 干旱天氣造成的損失 2019 年1 月～4 月7 日山西各地出現嚴重氣象干旱，大部地區土壤缺墑，山西中部和南部大部地區出現重旱，對冬小麥的安全越冬和返青拔節等生育進程造成了嚴重影響，嚴重影響該地區的春耕春播；7 月中旬中南部部分地區干旱進一步發展，對玉米等大秋作物的生長發育和產量造成了嚴重的影響。

2.7 霜凍天氣

2.7.1 霜凍天氣及發生特點 霜凍是指空氣溫度突然下降，地表溫度驟降到0 ℃以下，農作物因此受到損害，甚至死亡。秋、冬、春三個季都會出現霜凍，每年秋季第1 次出現的霜凍叫初霜凍，翌年春季最后1次出現的霜凍叫終霜凍。偏早的初霜凍和偏晚的終霜凍都會對農作物生長產生較大的影響[15]。

2.7.2 發生霜凍天氣的區域分析 山西霜凍天氣主要集中在北部和中部地區，霜凍年均日數由北向南逐漸減少。大同、朔州、忻州大部分地區霜凍年均日數最多（220～240 d），其中西北部呂梁山區霜凍日數為240 d，右玉為254 d；南部大部分地區霜凍年均日數較少（170～200 d），其中永濟最少（152 d）（圖6）。山西初霜日由北向南相繼出現，北部大部分地區9 月30日之前出現初霜日，其中平魯和右玉初霜日（9 月16 日） 出現最早；南部地區的臨汾、晉城、運城10月31 日之后出現初霜日，其中運城和永濟初霜日（11月1 日） 出現最晚。終霜日由南向北相繼結束，南部地區的臨汾、晉城西部、運城4 月20 日之前出現終霜日，其中永濟出現終霜日最早（4 月1 日）；北部大部分地區、中部呂梁和晉中等地區5 月出現終霜日，大同、朔州西部、忻州西部5 月10 日之后出現終霜日，其中右玉終霜日最晚（5 月27 日）（圖6）。數據顯示，山西的中北部、中東部地區是霜日天氣最多的地區。

圖6 1961～2019 年山西霜日分布Fig.6 Distribution of frost day from 1961 to 2019 in Shanxi

2.7.3 霜凍天氣造成的損失 2010 年4 月13～15 日受強冷空氣影響，運城大部分地區出現霜凍，全市小麥受災面積23.6 萬hm2，直接經濟損失約5.32 億元；棉花受災面積1.7 萬hm2，直接損失約0.55 億元；瓜菜受災面積約1.6 萬hm2，直接損失約2.8 億元；水果受災面積16.9 萬hm2，直接經濟損失約36.36 億元。這次低溫凍害給運城的農業生產造成了巨大損失。2018 年4 月3～7 日全省出現大范圍雨雪天氣和強降溫天氣，最低氣溫為-12.5～2.9 ℃，杏、梨、葡萄、櫻桃、核桃、桃、蘋果等經濟林果遭受嚴重凍害且大面積絕收；數據顯示，2018 年山西因低溫冷凍災害造成農作物受災面積51.71 萬hm2，絕收面積15.43 萬hm2，直接經濟損失90.7 億元，占氣象災害經濟損失的83%[16]。

3 主要結論

自然災害的發生不僅影響社會的繁榮穩定，而且制約了山西的現代化進程。氣象災害是自然災害中最為頻繁而又嚴重的災害。研究山西氣象災害及其風險分布具有重大現實意義。選用山西109 個氣象觀測站60 a 的氣象資料，分析了暴雨、降雪、冰雹等災害性天氣特點、發生區域以及造成的危害，得到以下結論：

（1） 山西降雨天氣集中在夏季且多暴雨，具有發生日數短、危害性大的特點，山區降雨量明顯多于盆地。暴雨年均日數呈南多北少、迎風坡多背風坡少的分布特點，全省暴雨年均日數為0.1～1.2 d，其中垣曲縣暴雨年均日數最多（1.2 d），應縣暴雨年均日數最少（0.1 d）。山西東南部地區是暴雨發生風險最大的地區。

（2） 山西降雪天氣主要集中在11 月～翌年3 月，且多出現在夜間。降雪年均日數呈現東南部、西北部地區多，中部、南部地區少；山區多盆地少的分布特點。朔州東部丘陵區、五臺山區、忻州西部高寒區、長治南部、晉中中東部山區以及晉城東部降雪年均日數偏多（25～29.3 d）；運城、臨汾中部、太原、忻州中部及呂梁東部降雪年均日數偏少（8.5～10 d）。山西北部及東部地區是冰雹發生風險最大的地區。

（3） 山西冰雹天氣主要集中在6～8 月，下午至傍晚居多。冰雹年均日數呈階梯狀分布，并且具有地域性特點，冰雹年均日數隨緯度升高、海拔升高而增加，北部地區多于南部地區，山區多于盆地，東部地區多于西部地區。颮線上發生的冰雹大多伴有強降水或瞬間大風天氣，伴有強降水或暴雨天氣占冰雹總日數的34%，伴有瞬間大風占冰雹總日數的28%。山西北部及東部地區是冰雹天氣發生風險最大的地區。

（4） 山西大風主要包括冬春季寒潮大風、夏季雷雨大風、秋季強冷空氣入侵而出現的大風。大風年均日數整體呈北部地區多于南部地區、山區地區多于盆地地區的特點。大部分地區大風年均日數10～15 d，其中山西西北部—呂梁山區、中東部地區大風年均日數20～25 d。西北部的大同、朔州、忻州是發生大風天氣最多的地區。

（5） 山西南部的臨汾、運城是高溫年均日數最多的地區，臨汾南部的個別縣、運城北部局部及南部地區高溫年均日數20～25 d，其中稷山、運城和永濟高溫日數最多，分別為26.8、25.4 和25.3 d。山西南部的運城、臨汾中部是高溫發生風險最大的地區。

（6） 山西輕旱災害主要集中在大同盆地、太原盆地和臨汾盆地，年均日數為117～184 d，其中清徐、祁縣、交城、山陰等地區輕旱年均日數最多（181～184 d）；重旱及以上災害主要集中在太原盆地及南部臨汾和運城，年均日數為27～50 d，其中稷山、臨汾、太谷、臨猗、河津、交城、祁縣、介休、平遙等17 個縣市重旱及以上年均日數最多（51～53 d）。大同盆地、太原盆地和臨汾盆地是干旱風險發生最大的地區。

（7） 山西霜凍主要集中在北部和中部地區，霜凍年均日數由北向南逐漸減少，其中大同、朔州、忻州大部分地區霜日年均日數最多（220～240 d）。山西初霜日由北向南相繼出現，北部大部分地區9 月30 日之前出現初霜日，南部地區的臨汾、晉城、運城10月31 日之后出現初霜日；終霜日由南向北相繼結束，南部地區的臨汾、晉城西部、運城4 月20 日之前出現終霜日，北部大部分地區、中部呂梁和晉中等地區5月出現終霜日。山西的中北部、中東部地區是霜日發生最多的地區。