武都山区农业冰雹灾害发生规律及风险区划研究*

肖志强，樊 明，赵彦锋

(甘肃省陇南市气象局，甘肃武都 746000)

陇南市武都区位于甘肃东南部北亚热带向北暖温带过渡地带，属典型的大陆性季风气候，辖区内沟壑纵横，高山河谷交错分布，区内最高山峰海拔3 600m，最低河谷海拔660m，白龙江横贯全境，向东南流过，地势西北高，东南低，大部分耕地为坡耕地，由于受地理位置、地势等因素的影响，形成了独特的、兼有暖温带和北亚热带的立体多样化气候特色，因此，既能生产粮食，也是纹党、当归、红芪、油橄榄、茶叶、大红袍花椒等名贵药材和特产的理想适生区。其中，武都区白龙江沿岸是专家公认的全国油橄榄最佳适生区，现有油橄榄约1.333 3万hm2，是中国油橄榄栽培种植示范重点区域之一。同时，武都区又是全国花椒之乡，现有花椒约6.666 7万hm2，种植面积和产量均居全国第一，冰雹是武都区危害最大的气象灾害之一，它来势凶、时间短、强度大，并伴有强烈阵风和暴雨天气［1-9］，往往使农业生产及人民生命财产在短时间内遭受严重损失。冰雹天气的出现受地形地貌影响很大，局地性很强，很多冰雹因观测地点少而没有记载。2005年4月22日武都区隆兴、龙坝、鱼龙、佛崖、黄坪、马营等乡镇遭受狂风冰雹天气袭击，持续时间约50分钟，瞬间风速20.5m/s，冰雹的最大直径为5cm，积雹厚达5～30cm，使6 424户2.811 1人受灾，小麦等受灾面积3 040.8hm2，成灾面积2 073.5hm2，绝收面积641.5hm2。2008年6月16日17时20分，武都区境内突降凶猛的冰雹、暴雨，使近乎干涸的北峪河马街站流量上涨到100m3/s，冰雹所到之处将成熟小麦打落在地，川坝地玉米被淤泥掩埋，陡坡地洋芋被冲淌，特别是大面积已经挂果的蚕豆和即将成熟的小麦被冰雹袭击而几近绝收，致使武都区柏林、马街、马营、隆兴、安化、佛崖、鱼龙等七个乡镇农作物大面积受灾，部分山体滑坡，道路损毁严重，给当地群众的生产生活造成了严重的影响，全区造成直接经济损失2 094.87万元。

因此，作为资源集中区的武都山区，也是气象灾害多发性、多类型突出的灾区。长期以来，山区灾害一直缺乏可操作的、准确的量化方法，从而导致对山区及其内部资源、环境、人口和发展问题认识得不全面。同时，准确界定山区灾害是实施数字山区战略的一项基础性工作，在此项工作的基础上，构建武都山区灾害属性及其地理空间信息平台，从而进一步为数字山区灾害奠定基础。近40年冰雹灾害资料证明:在冰雹造成的灾害中，农业和农村灾损最为严重，占所有雹灾损失的80%以上。因此，研究武都山区农业冰雹灾害时空变化规律及风险区划，对趋利避害，提高应对冰雹灾害能力，具有十分重要的作用。过去人们对武都山区冰雹的变化和分布规律仅仅只做了一些简单的研究［5-7］，而基于GIS理论绘制冰雹灾害风险区划的研究，却从未见报道。2011年甘肃省气象局将县级气象灾害防御规划列为本年度陇南市气象局重点工作任务，因此，陇南市气象局自筹资金、自立课题，笔者经过近一年时间的努力，完成了县级气象灾害防御规划编写，并由武都区政府发文下发到各乡镇和有关部门。文章就是气象灾害防御规划中的一部分内容，它科学分析了武都山区近40年来冰雹灾害发生变化规律，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等多因子综合分析，利用GIS技术科学制作出武都区冰雹风险区划，它对指导武都山区科学规划、周密部署防雹抗灾工作，进一步提高防雹能力，保障人民群众生命财产安全，具有一定的指导意义。

1 资料来源

冰雹资料由陇南市8县1区 (武都区)气象站提供，按照《地面气象观测规范》要求的方法测定和统计。人口、GDP、耕地比等资料由武都区统计局2011年年鉴提供。由于过去气象站点稀少，现在各乡镇区域自动气象站的记录年代太短，因此，文章所用各乡镇年平均冰雹日数为陇南市8县1区9个气象站1971～2010年资料，利用各地地理信息建立经度、纬度、海拔高度与冰雹日数多元线性回归方程计算而得，并以此进行统计分析。其方程如下:

式中，y为年平均冰雹日数，X1为经度，X2为纬度，X3为海拔高度。

2 冰雹时空演变气候特征及路径

统计武都区气象站1971～2010年冰雹记录 (图1)，共出现冰雹33次，平均每年近1次，1988年出现4次，为最多年份，这只是武都区气象站单点记录，通过分析近20年雨情点的记录和武都区雹灾记录，实际发生在武都区境内的冰雹次数每年至少在4次以上。降雹时段14:00～20:00，即午后和傍晚，占86%，说明降雹对热力条件的要求高。武都区降雹的空间分布规律比较明显，基本上西北部多于东南部，山区多于川区，并由西北向东南呈递减趋势，这种分布和全区的地貌特点也有着较好的对应关系，正如群众所说:“雹打高山，霜杀湾湾”，往往是山区多于川区，寒冷地区多于温暖地区;由于冰雹的源地不同，因而其移入武都区的路径也就不同，大体上可以将进入武都区的冰雹路径按其移入方位划分为两条 (图2):一条是西北路径，自宕昌入境，途经池坝、庞磨、金厂、蒲池、马街、城郊、东江等地;另一条是北方路径，自西和礼县入境，途经隆兴、龙坝、鱼龙、甘泉、佛崖、龙风、郭河、三河、透防等地。此两条路径南移过程中逐渐合为一条，影响月照、霹琶、洛塘等地。

图1 武都区气象站冰雹日数年际变化

3 冰雹危险性等级分布

利用ArcGIS软件和武都区及周边气象站年平均冰雹日数资料及各乡镇提供的冰雹灾情资料分析冰雹出现频率，将其分为5级，得到冰雹灾害危险性等级分布 (图3)。由图可见武都区冰雹危险性等级从西北向东南递减，和冰雹路径相符，该区西北部的池坝、马营、坪垭海拔1 600m以上区域冰雹危险性等级最高，年平均冰雹日数大于2天，灾情较重;该区东南部的五马、裕河、外纳、洛塘、枫相冰雹危险性等级最低，平均3～10年才降雹一次。

4 冰雹灾害风险区划

4.1 风险评估模型的建立

开展武都区冰雹灾害风险区划，是在对武都区气象灾害进行调查、统计和分析的基础上，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等多因子综合分析，构建气象灾害风险评价的框架、指标体系、方法与模型，对气象灾害风险程度进行评价和等级划分，采用风险指数法、层次分析法、加权综合评分法等数量化方法［10-3］，借助GIS绘制相应的风险区划图系，分为气象灾害高风险区、次高风险区、中等风险区、次低风险区和低风险区5级。

致灾因子危险性:指气象灾害异常程度，主要是由气象致灾因子活动规模 (强度)和活动频次 (概率)决定的。一般致灾因子强度越大，频次越高，气象灾害所造成的破坏损失越严重，气象灾害的风险也越大。

孕灾环境敏感性:指受到气象灾害威胁的所在地区外部环境对灾害或损害的敏感程度。在同等强度的灾害情况下，敏感程度越高，气象灾害所造成的破坏损失越严重，气象灾害的风险也越大。

图2 武都区冰雹路径

承灾体易损性:指可能受到气象灾害威胁的所有人员和财产的伤害或损失程度，如人员、牲畜、房屋、农作物、生命线等。一个地区人口和财产越集中，易损性越高，可能遭受潜在损失越大，气象灾害风险越大。利用GIS技术将人口、GDP、耕地比数据空间化，采用1 000m×1 000m网格，由于承灾体对不同灾种的相对重要程度不同，因此在计算承灾体易损性时要赋予他们不同的易损性因子系统，根据武都实际情况，确定出冰雹气象灾害的易损性因子权重系数为:人口占0.3，GDP占 0.3，耕地比占 0.4。

防灾减灾能力:受灾区对气象灾害的抵御和恢复程度。包括应急管理能力、减灾投入资源准备等，防灾减灾能力越高，可能遭受的潜在损失越小，气象灾害风险越小。

参照兰州市永登县气象灾害防御规划成果，建立灾害风险指数评估模型如下:

其中:DRI是灾害风险指数;H、E、V、R分别表示致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力因子指数;WH、WE、WV、WR表示相应的权重，在该区划中通过专家打分，并根据武都区气象灾害实际情况，分别赋值0.5、0.2、0.2、0.1;Xk是指标k量化后的值;Wk为指标k的权重，表示各指标对形成气象灾害风险的主要因子的相对重要性;a为常数，用来描述防灾减灾能力对于减少总的DRI所起的作用，考虑武都区的实际情况，取值0.5。

图3 武都区冰雹危险性等级分布

4.2 冰雹灾害风险区划

冰雹灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性3个方面进行综合分析得到。致灾因子危险性见冰雹危险性等级 (图3);孕灾环境敏感性将地形地貌作为主要指标，在迎风坡容易形成冰雹的易发区域;承灾体易损性分析主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素。最后将上述3个方面内容进行加权叠加、合并以及等级划分操作，得到冰雹风险区划图 (图4)。由图可见，冰雹的风险区划总体上与冰雹灾害的空间分布相对应，同时又受到地形和经济、人口密度分布的影响，由西北到东南递减，池坝乡、马营乡、蒲池乡、鱼龙镇、安化镇、汉林乡、龙凤乡、马街镇、坪垭乡为冰雹高风险区;裕河乡、枫相乡、五马乡大部为冰雹低风险区。

图4 武都区冰雹风险区划

5 结论

(1)武都区冰雹主要集中出现在5～8月，5月和8月为两个双峰期，降雹时段在14～20时，即午后和傍晚，占86%，说明降雹对热力条件的要求高。武都区境内的冰雹次数每年至少在4次以上。武都区降雹的空间分布规律比较明显，基本上西北部多于东南部，山区多于川区，并由西北向东南呈递减趋势，这种分布和全区的地貌地形特点也有着较好的对应关系。

(2)进入武都区的冰雹路径按其移入方位划分为两条:一条是西北路径，自宕昌入境，途经池坝、庞磨、金厂、蒲池、马街、城郊、东江等地;另一条是北方路径，自西和礼县入境，途经隆兴、龙坝、鱼龙、甘泉、佛崖、龙风、郭河、三河、透防等地。此两条路径南移过程中逐渐合为一条，影响月照、霹琶、洛塘等地。

(3)武都区冰雹危险性等级从西北向东南递减，和冰雹路径相符，该区西北部的池坝、马营、坪垭海拔1 600m以上区域冰雹危险性等级最高，年平均冰雹日数大于2天，灾情较重;该区东南部的五马、裕河、外纳、洛塘、枫相冰雹危险性等级最低，平均3～10年才降雹一次。

(4)冰雹的风险区划总体上与冰雹灾害的空间分布相对应，同时又受到地形和经济、人口密度分布的影响，由西北到东南递减，池坝乡、马营乡、蒲池乡、鱼龙镇、安化镇、汉林乡、龙凤乡、马街镇、坪垭乡为冰雹高风险区;裕河乡、枫相乡、五马乡大部为冰雹低风险区。

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