王曉立，郭法東，王恬茹，魯 丹，徐太安

（1濰坊市氣象局，山東濰坊261011；2臨朐縣氣象局，山東臨朐262600）

0 引言

濰坊市地處魯中山區(qū)，地勢南高北低，形成西部山地、南部丘陵，東部與北部為平原的復雜地形，因此冰雹成為濰坊的主要氣象災害之一。據統(tǒng)計，濰坊市年平均雹災面積達4.1×104hm2，人口受災17.4萬人次，直接經濟損失達17776萬元，1987年雹災面積達30.8×104hm2，達最大值[1]，雹災給工農業(yè)生產和人民生命財產帶來嚴重危害。冰雹是一種強對流天氣現象，具有局地性強、突發(fā)性和陣發(fā)性等特點[2-4]，預報難度大，分析冰雹的分布特征是進行冰雹預報和人工防雹的重要基礎[5]。

近年來，有學者對不同地區(qū)的冰雹時空分布規(guī)律進行了研究，結果表明冰雹的時空分布差異較大。符琳等[6]、張芳華等[7]、閔晶晶等[8]]研究表明，中國北方地區(qū)冰雹日數年代變化均呈下降趨勢；李韜光[9]、楊貴名等[10]、祁紅彥等[11]研究表明，冰雹的空間分布存在多樣性，主要與地理分布和地形有關。

針對濰坊的冰雹研究主要以冰雹天氣過程分析為主[12]，對冰雹分布特征的研究還很少。因此，本研究采用濰坊1971—2010年9個觀測站40年的冰雹觀測資料分析冰雹的時空分布特征，探討冰雹對農業(yè)生產的影響及防護措施，以期為冰雹的預報服務、人工防雹工作以及農業(yè)發(fā)展布局提供參考依據。

1 資料與方法

選取濰坊市9個氣象觀測站1971—2010年冰雹日資料，所用資料已經過質量控制，具有較好的代表性。規(guī)定某個觀測站某日出現大于等于1次冰雹天氣現象記為冰雹出現1次，即1個冰雹站次。以冰雹出現次數作為定量表征指標，采用線性傾向法分析40年濰坊冰雹時間變化特征，利用M-K突變檢驗進行冰雹突變分析，應用EOF正交經驗函數分析冰雹的空間分布特征。

2 冰雹時空變化特征

2.1 冰雹的時間變化特征

2.1.1 冰雹年際變化特征 圖1為1971—2010年濰坊地區(qū)冰雹出現次數的時間序列變化趨勢。從圖1可以看出，濰坊地區(qū)冰雹出現次數最多為1996年，達24站次；出現最少的為1981年，全年未見雹。冰雹出現次數的年代分布不均勻，1970s與1990s較多，平均值分別為9.6站次、10.3站次，1980s與2000s冰雹出現次數較少，平均值分別為5.7站次、6.3站次。冰雹出現次數以-0.55站次/10 a的速度在減少，40年冰雹出現次數平均值為7.98站次/a；從5年滑動平均可知，1974—1978年、1989—1998年、2002—2005年5年滑動平均值均在線性趨勢線以上，冰雹出現次數較多，1973年、1979—1988年、1999—2001年、2006—2008年5年滑動平均值均在線性趨勢線以下，冰雹出現次數較少。

圖1 1971—2010年濰坊年際冰雹出現次數變化

圖2 1971—2010年濰坊旬、月冰雹出現次數變化

2.1.2 冰雹旬月變化特征 圖2為1971—2010年濰坊地區(qū)旬、月平均冰雹出現次數。從圖2可以看出，濰坊地區(qū)冰雹一般出現在3—10月，其中冰雹最早出現在1975年3月10日，最晚出現在1980年10月19日，均出現在安丘。月冰雹出現次數呈明顯的單峰型，主要出現在5—7月，占冰雹出現總次數的77.74%；其中，6月最多（130天），占冰雹出現總次數的40.75%，其次是5月與7月（均為59天），占冰雹出現總次數的18.50%。11月—次年2月均未出現過冰雹。從旬變化柱狀圖可知，冰雹上旬存在著5—7月的主高峰和8—10月的次高峰，中旬和下旬存在著5—9月的主高峰，其中6月中旬達峰值。每年的5—7月，北方冷空氣活動頻繁，與來自西南的暖濕氣流交匯時易導致大氣層結不穩(wěn)定而引起強對流天氣。

2.1.3 冰雹日變化特征 冰雹是強對流天氣所產生的，屬中小尺度天氣，一天的任何時段均可發(fā)生。圖3表明濰坊地區(qū)的冰雹具有明顯的日變化，濰坊地區(qū)白天（08—20時）冰雹占總冰雹次數的85.34%，夜間（20—08時）冰雹占總冰雹次數的14.66%，白天冰雹出現次數明顯多于夜間。由圖知，14—15時降雹百分率為12.78%，15—16時降雹百分率為14.29%，16—17時降雹百分率為13.91%，17—18時降雹百分率為11.28%，白天其余時段不足8%，由此可知，午后為冰雹多發(fā)時段，其中14—18時降雹百分率為52.26%，主要是因為午后太陽輻射強烈，氣溫較高，易累積不穩(wěn)定能量，在中小尺度天氣系統(tǒng)觸發(fā)時易產生冰雹天氣[13]。

圖3 1971—2010年濰坊逐時降雹百分率

2.1.4 冰雹的氣候突變分析 突變分析可以反映氣候變化過程中氣象要素存在某種不連續(xù)現象，可采用M-K突變檢驗方法[14]分析。由圖4中可見，冰雹出現次數在1970s呈先增加后減小的趨勢，1976年達到最多，1976年后冰雹發(fā)生次數呈減少趨勢，1980s后期—1990s又呈增加趨勢，21世紀主要以減少趨勢為主。UF與UB曲線在±1.96的臨界線內出現交點，冰雹出現次數在2008年發(fā)生突變，突變后呈減少趨勢。

2.2 冰雹的空間變化特征

圖4 1971—2010年冰雹出現次數的M-K突變檢驗

2.2.1 冰雹的空間分布 利用EOF正交經驗函數分析1971—2010年9個觀測站年冰雹出現次數的空間分布特征。從圖5(a)中知，濰坊年冰雹出現次數分布具有明顯的地域特征：由西南向東北呈遞減分布，主要出現在安丘、諸城、臨朐、青州等山區(qū)地帶，其中安丘冰雹出現次數最多，達63站次，其次為諸城和臨朐，分別為48站次和47站次，青州為32站次；濰坊東部與北部屬于平原地區(qū)，降雹相對較少，其中，昌樂出現次數最少，為24站次，昌邑、壽光均出現25站次，高密、寒亭分別出現28站次、27站次，濰坊冰雹分布有著西部多于東部，南部多于北部，山區(qū)多于平原的特點。濰坊西部與南部屬于山區(qū)，這種地形的熱力和動力作用易觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放而產生強對流天氣[15-16]；北部與東部的平原地區(qū)，觸發(fā)強對流條件較山區(qū)弱，冰雹出現次數相對較少。

圖5(b)為1971—2010年9個觀測站冰雹出現次數的氣候趨勢系數空間分布。由圖可知，濰坊地區(qū)東部與北部的昌樂、壽光、寒亭、昌邑氣候趨勢系數均為正值，表明該地區(qū)冰雹出現次數呈增加趨勢，且以昌樂為中心，增加趨勢最大；西部與南部的臨朐、青州、安丘、諸城、高密等地的趨勢系數均為負值，表明冰雹出現次數均呈減小趨勢，以臨朐減少最明顯。因此，西南部多個站點冰雹出現次數的減少對濰坊冰雹出現次數減少的貢獻很大；濰坊市自開展人工影響天氣以來，1990—2010年組織防雹作業(yè)共201次，對冰雹云的發(fā)生和發(fā)展也起到了一定的抑制作用。

2.2.2 冰雹空間分布類型 圖6為濰坊冰雹出現次數的前8個特征向量對應的方差貢獻。第1特征向量的方差貢獻率達到31.87%，第2特征向量的方差貢獻率達到18.52%，前2個特征量的累加方差貢獻率超過50%。根據NORTH準則，前2個特征值通過了顯著性檢驗，因此用第1、2特征向量可以較好的反應濰坊冰雹出現次數的異?？臻g分布特征[17]。

圖5 濰坊冰雹出現次數的空間分布(a)（單位：站次）和趨勢系數分布(b)（單位：站次/10 a）特征

圖6 濰坊冰雹出現次數前8個特征向量的方差貢獻

為了更好地分析濰坊地區(qū)冰雹發(fā)生的空間分布特征，采用EOF正交經驗函數分析其多個特征向量的特征。圖7(a)為冰雹出現次數EOF第1特征向量空間分布圖，第1特征向量的方差貢獻最大，代表1971—2010年濰坊年平均冰雹出現次數的分布狀況，是濰坊冰雹空間分布的主要特征，其特征向量值在全市區(qū)域內均為正值，而且多雹區(qū)處于安丘、臨朐、諸城等山區(qū)一帶，少雹區(qū)位于濰坊北部和東部的平原一帶，空間分布比較均勻，表現出一致性變化特征，因此全市的冰雹發(fā)生規(guī)律具有較好的空間一致性。圖7(b)為冰雹出現次數EOF第2特征向量空間分布圖，空間分布表現為：南部與西部為負值，最大值位于臨朐縣內，達-62，北部與東部為正值，最大值位于昌樂境內，達34，這種西南—東北反向特征表明冰雹出現次數在濰坊地區(qū)西南部與東北部分布相反，即西南山區(qū)冰雹多，東北平原冰雹少，這種反相特征主要是由于地形差異造成的，根據前面的分析，濰坊地區(qū)冰雹發(fā)生和分布與地形多樣性有關。

3 冰雹災害及其防御措施

圖7 冰雹出現次數EOF第1(a)和第2(b)特征向量分析

冰雹是一種局地性較強的農業(yè)氣象災害，濰坊市冰雹常出現在每年的5—7月，正值農作物生長和成熟階段，而且冰雹發(fā)生頻次高，多雹區(qū)易遭受嚴重損失。根據冰雹發(fā)生規(guī)律和農業(yè)生產特點，濰坊市冰雹災害對農業(yè)的主要影響有糧食、黃煙、果樹和設施農業(yè)等。

3.1 冰雹對農業(yè)生產的影響

3.1.1 對農作物的影響 濰坊是一個農業(yè)大市，小麥和玉米是主要糧食作物。冰雹的多發(fā)期正值小麥抽穗、灌漿和成熟期，玉米的苗期和拔節(jié)期。冰雹常伴有狂風暴雨，常常造成小麥大面積倒伏，阻礙正常灌漿成熟，砸傷玉米的葉片及莖稈，造成減產或絕產，而且冰雹發(fā)生時，地表氣溫劇降，使生長作物遭受不同程度的冷害，不利于作物根系生長，影響小麥和玉米的生長發(fā)育[18-19]。據統(tǒng)計，1978年以來，濰坊市農作物因冰雹襲擊造成的損失嚴重，受災面積達45629 hm2，受災人口174340人次，直接經濟損失17.8億元。

3.1.2 冰雹對黃煙的影響 黃煙主要種植在諸城、臨朐、昌樂等地，從冰雹的空間分布看，三地屬于冰雹易發(fā)地，因此冰雹對黃煙的危害最重，冰雹能打斷煙株，打破煙葉，嚴重時造成絕收。從冰雹的旬月變化趨勢知，4月下旬至8月是冰雹的多發(fā)期，正好是濰坊黃煙的整個大田生長期，黃煙還苗期（4月25日—5月8日）是冰雹開始出現的季節(jié)，苗期黃煙遭受冰雹襲擊后，幼苗受傷不能正常生長，砸傷過重需要重新移栽而延誤農事季節(jié)。伸根期（5月9日—31日）遭受雹災，煙株根系的損傷會導致煙草根莖病的發(fā)生。旺長期（6月1日—7月10日）是冰雹多發(fā)期，冰雹可使烤煙葉片殘破不堪，莖稈折斷，造成地上與地下部生長失調，阻礙正常成熟。成熟期（7月10日—8月31日），冰雹易使葉片形成大小不等的穿孔、爛葉或掉葉，帶有雹傷的葉片會降低品質和銷售價格，嚴重雹災很可能造成黃煙的大面積絕產，造成嚴重的經濟損失[20]。2014年6月10日15:20，諸城市石橋子鎮(zhèn)冰雹持續(xù)時間15 min，黃煙受災面積達到350 hm2，成災面積260 hm2，絕產70 hm2。

3.1.3 對果樹的影響 安丘大桃、臨朐大櫻桃、昌樂西瓜和高密葡萄種植區(qū)屬于濰坊的果品種植基地，冰雹發(fā)生在果樹的營養(yǎng)生長期時，主要是摧殘樹葉影響光合作用和養(yǎng)分累積；發(fā)生在幼果期時，可留下傷疤，影響外觀和品質；發(fā)生在成熟期時，不僅打落果實，枝葉折斷，而且影響第2年的生長與結果，易遭受病蟲害[18]。1998年6月16日15時臨朐遭受冰雹襲擊，降雹持續(xù)時間10 min，最大冰雹直徑5 cm，最大積雹厚度5 cm，果樹受災面積5733 hm2，落果率達60%以上，2500多農戶的果樹絕產。

3.1.4 對設施農業(yè)的影響 濰坊是設施農業(yè)大市，發(fā)展規(guī)模比較大，主要是以壽光蔬菜、臨朐、昌樂和高密的瓜果、青州花卉等為主的經濟作物，設施農業(yè)已經成為農業(yè)增效、種植戶增收的主要經濟來源。冰雹出現伴隨的大風對設施農業(yè)機械性破壞較大，易刮起草簾和損壞棚膜，對棚內作物的損壞程度如同對露天作物損壞，冰雹對設施農業(yè)造成的損害是嚴重的。1989年5月8日，壽光遭受冰雹襲擊，降雹時間20 min左右，最長達40 min，積雹厚度達6 cm，雹粒一般如小棗，最大直徑為4 cm，臥鋪1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)就有1620個塑料大棚被砸爛，1000 hm2被打爛葉子，毀壞草苫子3萬多個。

3.2 冰雹防御對策

3.2.1 加強冰雹監(jiān)測，提高預報預警能力 掌握冰雹天氣的發(fā)生規(guī)律和天氣形勢特征，提高預報預測水平，探索中長期冰雹的預報方法；密切關注冰雹多發(fā)季節(jié)的天氣形勢，做好冰雹的短時臨近預報，對可能發(fā)生的冰雹及時發(fā)布預警信號，為防災減災提供信息。

3.2.2 合理布局防雹作業(yè)站點，積極開展防雹作業(yè) 目前，濰坊市人工防雹高炮作業(yè)站點58處，火箭作業(yè)站點18處，在臨朐、安丘、諸城、青州等冰雹多發(fā)地布置的作業(yè)站點較多，冰雹進入防護區(qū)后能及時開展防雹作業(yè)。防雹作業(yè)站點應根據濰坊各地開展的特色農業(yè)布局和冰雹分布特點，采用固定作業(yè)和移動作業(yè)相結合的方式，加大對防雹作業(yè)點的建設，同時加大人工防雹站點的人員和資金的投入力度，有效開展消雹作業(yè)。

3.2.3 改善生態(tài)環(huán)境，減少冰雹災害 在臨朐、安丘、諸城等海拔較高的山區(qū)和丘陵地帶，大面積種植花草樹木，增加植被覆蓋率，縮小下墊面的熱力差異，擾亂強對流發(fā)生，減少冰雹發(fā)生幾率。在冰雹多發(fā)地帶，調整產業(yè)種植結構，增種抗災能力和恢復能力強的作物。

3.2.4 加強災情調查，及時采取補救措施 調查了解受災作物的品種和受災輕重程度，根據作物生育期的要求，及時中耕松土提高地溫，加強肥水管理，促進作物恢復生長[19-20]。對無恢復生長能力或絕產的作物區(qū)域，應改種生育期短的作物。設施大棚受損的應及時搶修搶建，盡快恢復作物的生長環(huán)境。

4 結論與討論

（1）濰坊地區(qū)冰雹出現次數存在著明顯的年變化，以-0.55站次/10 a的速度減少，年平均冰雹出現次數為7.98站次。年代分布不均勻，1970s與1990s較多，1980s與2000s冰雹出現次數較少。冰雹一般出現在3—10月，呈明顯的單峰型，以5—7月為主，占冰雹出現總次數的77.74%。日變化明顯，白天（08—20時）冰雹占總冰雹次數的85.34%，以午后型為主，14—18時出現次數多，占總冰雹次數的52.26%。濰坊冰雹的時間變化特征與符琳等[6-9]對北方冰雹時間序列變化的研究結論一致。濰坊冰雹自2008年開始發(fā)生突變，突變后呈下降趨勢，突變時間較李韜光等[9-10]研究的結果較晚，具體原因有待進一步探討。

（2）濰坊地區(qū)冰雹出現次數的分布具有明顯的地域特征，由西南向東北方向遞減分布，多雹區(qū)主要分布在臨朐、安丘、諸城等地，平原地區(qū)冰雹較少，多雹區(qū)發(fā)生在山區(qū)，這與楊貴名等[9-11]研究一致，說明冰雹的發(fā)生受地形影響。通過EOF特征向量分析，第1特征向量表明冰雹空間分布表現出一致性變化特征，第2特征向量表明冰雹的分布呈現西南—東北反向特征。

（3）濰坊是農業(yè)大市，冰雹災害的頻發(fā)對糧食、黃煙、果樹和設施農業(yè)等造成嚴重的經濟損失。為有效降低冰雹帶來的氣象災害，要加強冰雹的預測預警水平，利用防雹作業(yè)站點有效開展人工消雹作業(yè)，通過增加植被覆蓋率，降低冰雹發(fā)生幾率，對受災后的農作物要采取多種措施予以補救。

（4）本研究選取的冰雹觀測資料不包含各地災情資料，考慮冰雹發(fā)生的局地性特點，如果結合冰雹災情資料進行分析結果可能更好。地形對冰雹的影響、冰雹與天氣環(huán)流的關系等，是今后主要研究的內容。