1912—2000年山东极端低温气象灾害空间分析

赵 丽，孟万忠

(太原师范学院历史地理与环境变迁研究所，山西 晋中 030619)

0 引言

基于全球变暖背景，极端低温事件频发，随着建设“美丽中国”的提出，坚持人与自然和谐共生、推进绿色发展、着力解决突出环境问题，加大生态系统保护力度，改革生态环境监管体制。山东是一个人口众多、资源丰富、环境优越的大省，又饱受陆地和海洋双重地域灾害的威胁，因此研究山东不同气象灾害空间分布特征及预警手段是很有学术意义的。

近年来，极端低温气象灾害的研究一直是学者们广泛关注的热点，目前在山东气象灾害研究中，学者们大致是依据致灾环境、致灾因子、受灾体对山东寒潮时空分布、霜冻冻害的划分等级、极端低温的变化趋势进行大量的研究，黄炜楠等[1]利用1979—2013年山东省日最低气温数据,运用经验正交函数分解和Morlet小波分析方法,对山东省寒潮、强寒潮和特强寒潮的时空分布特征与发展趋势进行分析预测，结果表明寒潮频次分布主要表现为东西部地区的差异；王健源等[2]对山东省16个农业气象观测站在1981—2011年冬小麦拔节期、拔节—抽穗期逐日最低气温资料，采用农业气象学和统计学的方法，依据冬小麦霜冻害等级标准同时结合山东实际，制定山东省冬小麦拔节期间霜冻害标准并且进一步进行其分析；陈德英和王兴堂[3]利用山东78个气象台站1961—2008年逐日平均气温、平均最高气温、平均最低气温及降水量资料,分析极端气温和降水事件变化。由上可知目前山东极端低温气象灾害研究，研究角度单一，对寒潮、霜冻以及低温冻害联系探讨甚少；研究方法主要依托于GIS与数理统计，对历史文献研究欠缺；研究内容上，低温气象灾害引发的影响研究较少。本文以灾害预警行业标准作为灾害等级划分的参照依据，从动态的角度研究山东低温气象灾害发生的空间特点以及联系，分析灾害产生的原因以及影响，以期拓展山东低温气象灾害研究的尺度。

1 研究区概况、数据和方法

山东位于我国东部沿海(34°25′～ 38°23′N、114°36′ ～ 122°43′E)。北部和西北部为平坦的黄河冲积平原，是华北大平原的一部分。地势中部高，东北部低。属于暖温带季风气候，年均气温13℃左右，年平均降水量600～700mm，全年无霜期平均174～ 260d。

本文的数据主要来源于《中国气象灾害大典(山东卷)》[4]、山东省自然灾害史[5]、民国山东省志及中国气象灾害统计年鉴等，运用Arcgis软件分析对1912—2000年山东的寒潮、低温、霜冻以及风暴潮资料形成的空间特征及联系。

2 结果与分析

2.1 寒潮—低温霜冻—冻害及寒潮—风暴潮灾害特征及原因

2.1.1 寒潮灾害划分

根据国家气象局对寒潮预警的划分依据，结合山东省灾害发生时农作物温度状况和灾情等文献资料，将山东寒潮灾害预警划分出四级(表1、表2)

表1 1912—2000年山东寒潮灾害预警等级

表2 1912—2000年山东寒潮灾害等级划分

2.1.2 寒潮灾害空间特征及原因

由表1、表2可见，1912—2000年山东寒潮灾害发生45次，其中一级灾害预警和四级灾害预警所占比例较高，结合1912—2000年山东省发生寒潮灾害的县市及频次，运用Arcgis软件绘制出山东省1912—2000寒潮灾害预警等级空间分布图(图1)，由图1可见，山东省寒潮灾情具体特征如下：

(1)寒潮灾情覆盖地域广、灾情频繁。寒潮分布在烟台、青岛、潍坊、菏泽、德州、滨州、济宁等城市，横跨山东4个纬度，在1912—2000期间，共发生45次，其中青岛13次，德州8次。寒潮发生频率基本为两年一次，气候灾害频繁。

(2)受灾地域集中性明显，寒潮多集中沿海地区。山东位于东南沿海,处于海陆结合带,海陆作用对于山东气候气象具有明显影响，由于面向广阔的黄海,譬如青岛临近胶州湾、潍坊临近莱州湾，受西伯利亚北部地区冷空气影响、海陆的相互作用和热力对比，寒潮南下使所经过地区产生急剧降温，沿海城市比内陆降温快,沿海城市寒潮发生频次高[6]，譬如青岛一级预警6次，济宁1次。表明海陆位置是影响山东寒潮空间分布的重要因子之一。

(3)灾情空间分布受地形影响比较大。山东省地形复杂，北部和西北部为平坦的黄河冲积平原，是华北大平原的一部分。地势中部高，东北部低。鲁中南中部山地丘陵突起，冬半年寒潮南下的路径受到阻碍，由于山东存在纬向型寒潮路径，由西路或者西北路侵入山东，造成了山东寒潮地域差异性，譬如鲁中南地区预警频次几乎没有，东北部21次，西部主要集中在菏泽、德州，共发生11次，说明地形地势因素主要影响山东频发寒潮。

图1 1912-2000年山东寒潮灾害预警等级空间分布Fig.1 Spatial distribution of cold wave disaster warning grades in Shandong Province between 1912 and 2000

2.1.3 霜冻低温冻害等级划分

根据中华人民共和国气象行业标准、中国气象局官网提供的霜冻灾害预警以及《中国气象灾害大典(山东卷)》灾害发生时农作物温度、作物减产及人畜受灾状况，划分出三级灾害预警(表3)。

2.1.4 霜冻低温冻害空间特征及原因

根据表3得出，1912—2000年山东霜冻害共发生170次，其中二级灾害预警和一级灾害预警所占比例较高，参考山西霜雪灾害等级的划分依据[7-9]，结合1912—2000年山东省发生霜冻害的县市及频次，运用Arcgis软件绘制出山东省1912—2000霜冻灾害预警等级空间分布图(图2)。由图2可见，山东省霜冻害灾情具体特征如下：

(1)霜冻灾情出现的范围广、面积大。山东霜冻受灾范围几乎遍布全省，文献记载1954年4月中旬，除文登外，全省遭受霜冻灾害，受灾面积3000万亩，承灾287万亩，小麦因霜冻减产两到三成。根据1961—2000年霜冻不同范围出现次数统计可知，局部霜冻害15次、小范围20次、大范围12次、全省性8次。

表3 1912—2000年山东霜冻低温冻害预警等级划分

图2 1912—2000山东霜冻灾害预警等级空间分布Fig.2 Spatial distribution of frost disaster warning grades in Shandong Province between 1912 and 2000

(2)霜冻害与寒潮大风、低温冻害等天气并发，致灾因子一致。山东寒潮过境引起气温骤降、出现气候极端事件，霜冻冻害也随之而来。文献记载1958年日照最低气温连续下降了10.5℃，青地瓜苗受冻害减产三成，麦芯、土豆种豆受到霜冻危害；1990年滕州出现霜冻，地面最低温度-4.1℃，正在出土的土豆全部冻死，花果受冻率95%。因此低温是主要引发寒潮-霜冻-冻害的致灾因子。

(3)霜冻灾害预警主要集中在内陆城市，沿海城市偏少。山东由于地形复杂，在山区和丘陵地带、盆地、洼地、坡地下部和地势低洼的山谷处，夜间空气因冷却而密度变大，从高处下滑沉积在那里，气温降得更低，加重受灾程度。根据霜冻预警等级空间分布，一级预警分布在青岛市、临沂市、菏泽市、济南市、泰安市等中部地区，二级预警分布在聊城市、淄博市、德州市等西北部地区；三级预警是平原区烟台市，表明霜冻的致灾因子受地形的影响较大。

2.2 风暴潮地理等级划分及空间特征

风暴潮是热带气旋、温带气旋和寒潮过境引起的海面异常升高或降低现象，危害极其严重的海洋灾害。造成海水暴涨、冲毁海堤，人畜生存受到威胁，因此提供有效科学的灾害预警可以有效的减少灾害带来的损失。根据《中国气象灾害大典(山东卷)》，统计1912—2000年山东省风暴潮发生的县市及频次(表4、表5)。

表4 1912—1948年山东风暴潮受灾县市频次及地区

表5 1949—2000年山东风暴潮受灾县市频次及地区

图3 1912—2000山东风暴潮受灾县市数Fig.3 The number of storm surge disaster-stricken counties and cities in Shandong Province between 1912 and 2000

依据资料绘制成图3，以6年为一个时间段，统计出1912—2000年山东风暴潮共发生76次，其中1949—1955年频次最高，达到12次，平均每年2次，受灾范围广，包括12个县市，集中分布在烟台、青岛、威海、潍坊、滨州，图3表明除了1926—1939年之外，山东风暴潮受灾地区个数总体上呈增长趋势。

图4 1912—2000年山东风暴潮出现大范围的受灾县市频数Fig.4 The frequency of storm surge disaster-stricken counties and cities in a wide range in Shandong Province between 1912 and 2000

图5 1912—2000年山东风暴潮出现局部范围的受灾县市频数Fig.5 Storm surge occurs in local areas of the affected counties and cities frequency in Shandong Province between 1912 and 2000

按风暴潮出现的受灾县数，将其出现范围划分为4级，局部：1～3个县；小范围：4～7个县；大范围：8～11个；全省性：12个以上。如图4、图5所示，从发生范围看，风暴潮主要集中在青岛、烟台、滨州、东营、潍坊这5个城市。在1912—2000年青岛出现大范围风暴潮7次，局部范围2次，烟台大范围8次，局部范围6次，滨州大范围6次、潍坊大范围4次及局部范围2次。具体特征如下：

(1)受灾地区集中，形成串联效应。莱州湾沿海地区、山东半岛东南部和鲁北沿海地区出现频次高。由于地形因素，胶州湾呈喇叭口形状，海滩平缓，使海浪直抵湾顶，不易向四周扩散，形成剧烈的风暴潮灾害。1956—1962年距离胶州湾近的地区青岛、即墨、崂山、胶南区受灾最重，胶南出现几十年未有的大海潮，即墨人死船毁。

(2)与寒潮大风天气并发。就山东沿海而言，主要是温带风暴潮，由于强风或气压骤变等强烈的天气系统(譬如寒潮)引起持续的刮向岸大风，导致海水水位急剧升降。文献记载1979年沾化、无棣因受寒潮大风影响，海水暴涨，引发大海潮，淹没地区以及土地。

3 致灾原因及社会影响

山东独特的气候特征和地形地势是引发山东寒潮—低温—霜冻灾害链条过程的重要因素；其次，在全球变暖的大背景下，海平面的上升，极端天气气候事件的出现和增多都会引发风暴潮灾害频发[10-11]；最后随着工业化加快，山东城市化作用明显，对气候产生剧烈的影响，主要是农业的减产、工业、交通的中断和受阻、病虫害的滋生、生态环境的恶化。因此，实现寒潮-风暴潮及寒潮-霜冻预警防灾机制是不可阻挡的新趋势。

《山东省志》(粮食志)[12]记载1840—1988年山东粮食流通的状况，山东自然灾害频繁作物产量降低，由于赈灾需要山东成为粮食交易中心，奠定了早期水陆交通沿线地位，扩大了地区间的粮食流通。

《山东省志》(民政志)[13]记载民国以后山东发生的自然灾害是十分频繁的，风暴潮215次，霜冻13次。这些自然灾害的发生不仅直接侵害农作物，造成农作物的歉收乃至绝产，使社会生产造成阻碍，因此人民的生命财产受到损害，生活状况每况愈下，得不到保证，所以才被迫迁徙。《山东省志》(人口志)[14]记载1928年山东由于战乱和严重的自然灾害，人口比例下降，历史上“闯关东”是以山东为主，迁移到东三省一带，加强人口、文化交流，形成独特的区域文化。因此寒潮、低温、霜冻、冻害、风暴潮影响民国时期人口外迁，粮食流通及交通业。

4 结论

通过对1912—2000年山东省寒潮、低温冻害、霜冻以及风暴潮等极端气象灾害资料的分析，得到如下结论：

(1)1912—2000年低温是影响山东寒潮、冻害、霜冻的重要因子，寒潮过境表现为低温，霜冻是由于低温事件频发，因此极端气候事件是贯穿于灾害链条，这三种灾害有共同的地理空间分布特征，由于山东地形、海陆位置，热力性质差异，灾害集中分布在青岛、济南、菏泽、烟台等东北部和西南部地区。

(2)1912—2000年山东寒潮-大风-风暴潮气象灾害事件联系紧密，风暴潮灾害受灾县市个数总体上逐年增加，由于胶州湾特殊地形，受灾范围主要集中在青岛、威海等城市，有明显的区域性。风暴潮频发更是城市化加快的表现，海平面的上升，全球气候变暖导致风暴潮风险程度上升。因此，进一步研究风暴潮的风险评估，对于灾情的科学预警有重要意义。

(3)山东由寒潮灾害引发的气象与海洋双重灾害链都会严重的影响人民作物产量、出行以及资源损失，但是灾害的出现无法避免，只有建立科学有效的预警机制、政府大力鼓励与支持灾害预警设备的投入以及公众参与，才能更有效地减灾防灾[15]。