威宁冰雹落点时空分布特征

曹 水,李 玮,邹书平1，,曾 勇,杨 哲

(1.贵州省冰雹防控工程技术中心,贵州 贵阳 550081;2.贵州省大气探测技术与保障中心,贵州 贵阳 550081; 3.贵州省人工影响天气办公室,贵州 贵阳 550081;4.贵州省气象灾害防御技术中心,贵州 贵阳 550081)

1 引言

冰雹是由强对流天气系统引起的一种严重的天气灾害，对农业、交通和人民生命财产安全等都能造成严重影响[1]。孙杭生等根据我国降雹日把中国冰雹分布划分为南北两个多雹带[2]，南方多雹带主要分布在海拔1～2 km的云贵高原，云贵高原冰雹带又集中分布在云贵高原台地和斜坡过渡带区域内，主要位于云南东部和贵州中西部。威宁县地处云贵高原台地和斜坡过渡带核心区域内，属亚热带季风性湿润气候，境内中部开阔平缓，四周低矮，峰壑交错，平均海拔2.2 km，由于海拔高，境内冰雹灾害频发、多发，具有该区域冰雹发生、发展的典型性和代表性。

目前，国内专家学者[3-6]多从省、市等大区域范围研究分析冰雹的时空分布特征，在雹区分布、冰雹形成机制等方面，提供了大量的技术方法和经验，但对县域级的冰雹时空分布特征研究较少。

本文通过ArcGIS空间插值等方法对县域级的冰雹时空分布进行研究，期望通过研究县域级的冰雹时空分布特征，对威宁县防雹减灾、农作物种植区域和气象观测设备布局规划等方面提供一定的参考依据。

2 资料来源和数据处理方法

2.1 资料来源

本文采用威宁县37个炮站2010—2017年降雹资料，以每个炮站观测到的降雹作为一条降雹记录，但是一块冰雹云在移动过程中，沿途有多个降雹点且降雹点地理位置不同，此时降雹记录次数根据降雹点个数来决定，算多次降雹记录。资料内容包括降雹开始时间、降雹结束时间、降雹地点、冰雹直径、降雹密度和受灾程度。其中一条降雹记录代表一次降雹次数。数字高程模型图采用30 m分辨率的ASTGTM2数据。

2.2 数据处理方法

2.2.1 降雹资料处理 在处理降雹资料过程中发现，降雹记录存在重复、记录不全和有误数据，其中在处理部分有误数据时，由于时间长、跨度大不能凭记忆来进行筛选，本文采取的冰雹记录数据处理方法为：①找到和有误数据时间相对应的雷达基数据；②通过对雷达基数据进行雷达回波动画处理，找出雷达回波路径；③通过对比降雹记录点是否在雷达回波路径上，从而筛选出真实有效的降雹数据。本次共筛选出272条有效降雹记录(表1)，其中冰雹成灾次数是通过统计降雹资料中的农作物受灾情况作为依据，如降雹次数中存在农作物受灾的情况，则算为成灾次数。

表1 2010—2017年威宁县各月降雹数据Tab.1 Monthly Hail in Weining County, 2010—2017

2.2.2 炮站降雹次数处理 利用ArcGIS中数据管理功能，经过经纬度坐标转换，对炮站进行地理坐标投影，将带有地理坐标系的炮站与威宁县行政区划图进行叠加，并将降雹次数赋值给炮站，得到威宁炮站布局及降雹次数(图1)。

图1 2010—2017年威宁县炮站布局及降雹次数Fig.1 The Distribution of Weining County Artillery Station and Frequency of Hail during 2010—2017

3 冰雹落点时空分布特征

本文研究分析冰雹落点分布，通过ArcGIS软件中的空间分析功能，根据炮站分布和降雹次数进行空间插值，以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，通过对邻近区域的每个采样点值平均运算获得内插单元。

为了更直观的显示不同区域的降雹分布特征，将每一个炮站降雹次数按照相等间隔分类统计法分为5个类别，得到威宁县降雹概率分布图(图2)。

图2 2010—2017年威宁县降雹概率分布Fig.2 Distribution of Hail Probability in Weining County during 2010—2017

3.1 冰雹落点空间分布

柯莉萍等[7]通过威宁县雷达观测资料和冰雹日数受灾情况分析得出威宁冰雹主要路径(图3)，县内冰雹主要出现在县的北部、西部至西北部、南部至西南部一线。

从图2威宁县降雹概率分布中发现，威宁县冰雹落点分布趋势呈南北向分布的一条多雹带，境内有多个区域降雹次数较多，其中雪山降雹次数多达20次，每年平均降雹次数为2.2次，得磨、兔街、云贵和牛棚次之，每年平均降雹次数为1.7～1.8次；西部至西北部降雹次数较少，平均为0.4次左右。

威宁冰雹受大气环流和地形等因素影响，县内冰雹分为两种降雹类型：一类是大范围带状分布性降雹：另一类是暖气团内局地单点性降雹。

大范围带状分布性降雹：环流形势是在地面冷锋和高空槽，切变线的前部，呈带状分布，由于受地形地势的影响，常随切变线东南移呈跳跃式的前进。

暖气团内局地单点性降雹：地面气温高易形成低压，热力对流强烈，高空受孟加拉湾南支槽影响，无冷空气南下等因素的影响，容易产生局地单点性降雹，此类降雹范围较小。

威宁县西部牛棚站降雹次数较周边炮站降雹次数较多，根据王瑾等[8]在研究贵州冰雹分布与地形因子关系中发现，大范围的地势抬升及暖湿空气的迎风坡有利于降雹，从图3分析得知，牛棚站处于谷地和高山之间，周边地形平缓，并且在冰雹移动路径上的迎风坡，有利于冰雹的形成，降雹次数较周边偏多。

在3条主要冰雹路径中，威宁县西部和西北部冰雹路径上的降雹概率明显偏低，分析威宁冰雹主要路径(图3)和炮站布局，发现西部至西北部的冰雹移动路径上布置的炮站较其他区域密度大，结合周永水等[5]利用1971—2007年贵州省观测站有记录的实测冰雹资料，通过以10 a为周期对最近30 a的冰雹频数研究，贵州的冰雹发生频数呈现逐渐减少的趋势。同时柯莉萍等[7]对威宁县1997—2014年的降雹资料研究发现，冰雹日数呈现下降趋势。

根据历史降雹资料研究结论可以得知，冰雹减少与炮站布局程度存在一定的关系，炮站布局越多，冰雹降雹次数越少，所以在炮站布局密集的区域降雹次数明显偏低，客观上讲人影作业在人工防雹中具有一定的成效。

图3 威宁数字高程模型和冰雹主要路径[7]Fig.3 Digital Elevation Model and Hail Main Path in Weining County

3.2 冰雹落点时间分布

本文根据威宁县降雹数据分析，威宁降雹时间主要集中在每年的4—8月份，7月降雹次数多达94次，占总降雹次数的34.6%，平均年降雹次数为11.8次。文中涉及到的冰雹成灾率是根据本月成灾次数除以本月总降雹次数得到。

通过计算各月冰雹数据得到4—8月冰雹成灾率(表2)，其中4月冰雹成灾次数和成灾率分别为12次和24%，为4—8月中降雹成灾次数最少和成灾率最低的月份。经分析威宁当地气候和农作物种植时间等因素，受气候和高海拔的影响，4月气温相对于同纬度低海拔地区，温度较低，平均温度在11.5 ℃左右，马铃薯、烟草等经济作物种植时间较晚，一般在4月底开始种植，冰雹灾害对易受损的农作物影响较小，导致成灾率低。

表2 2010—2017年威宁县各月降雹数据Tab.2 Monthly Hail of Weining County during 2010—2017

4 结论与讨论

①研究表明：在空间分布上，由于炮站分布和地势抬升及暖湿空气的迎风坡等地形因素的影响，冰雹落点在空间分布上具有带状和局地单点性降雹的空间分布特征。

②炮站布局于降雹次数存在一定的反比关系，即炮站布局区域越密集，降雹次数越少。

③在时间上，降雹次数最多的月份发生在7月，占总降雹次数的34.6%；4月份冰雹成灾次数是最少，占总成灾次数中的8.7%，是由于威宁本地气候环境和农作物种植时间等原因，导致4月份冰雹成灾次数较其他月份偏少。

④构建威宁降雹概率分布图，可以为今后的区域性农业布局和气象观测设备规划提供一定的理论依据。