2000—2021年三门峡市冰雹时空分布特征

冰雹是在气流强烈升降条件下发生的一种固体降水现象,其直径一般大于5mm [1]。

冰雹多出现在农作物生长的关键时期,对农业生产、国民经济、人民生命财产都构成了极大威胁[2]。

因此,对冰雹的分布特征进行研究,并做好关键时期重点地区人工防雹是十分必要的。

几十年来,很多学者对冰雹分布的时空特征进行了研究。

孔锋等[3]对中国冰雹日数时空演变特征进行了研究,指出了中国冰雹时间变化规律和空间分布特征。

另有较多学者对各地冰雹的时空分布规律进行了分析,并对相应的环流形势、雷达参数等方面进行了深入探讨[4-8],研究成果为各地冰雹防灾减灾提供了一定的技术支撑。

三门峡市地处豫西山区,位于秦岭山脉东延与伏牛山、熊耳山、崤山交汇地带,平均海拔高度为300~1500m ,地貌以山地、丘陵和黄土塬为主,山区面积5750km 2,丘陵面积3777km 2,川原面积969km 2,分别占总面积的54.8%、36%、9.2%,故全市地形有“五山四陵一分川”之称。

由于地形复杂,三门峡市历年冰雹频发,降雹主要集中于4—9月,在各县(市、区)
均有分布,而地方特色产业又以烟叶、苹果等为主,一旦降雹则易造成严重影响,带来较大的经济损失。

为保障农业生产,三门峡市气象部门在每年防雹季节都积极开展人工防雹作业,力求将冰雹造成的损失降到最低,人工防雹在保障农业生产方面发挥了积极作用。

目前,全市冰雹时空分布特征并不明确,掌握这些信息是实际的业务需求,它对于优化人影作业站点布局、增强防雹作业针对性、做好冰雹预报具有重要意义。

1资料与方法
冰雹数据主要来源于三门峡市气象部门的观
测数据(各气象观测站、人影作业点观测点等),再根据各县(市、区)历年灾情报告数据进行补充完善,力求数据完整全面。

同时,根据雷达资料确定降雹点的地理位置信息,数据来源于三门峡市新一代多普勒天气雷达产品数据;地形数据为30m 分辨率的DEM 数字高程数据,来源于中国科学院地理空间数据云。

1.1冰雹资料统计
根据历史降雹资料建立冰雹数据库,统计各县(市、区)每次降雹的时间与地点,时间精确到小时,地点精确到村庄,并且记录相应的经纬度信息;如果没有精确到村庄的数据,相应时段有雷达产品数
摘要利用2000—2021年三门峡市冰雹资料,对三门峡市近22年冰雹时空分布特征进行了分析。

结果表明:2000—2021年,三门峡市降雹次数有明显的周期性波动,周期约为10年;全市6—8月降雹次数占到了全年次数的87%,在月分布方面,上旬、中旬、下旬的降雹次数各存在1个高峰;日内降雹主要集中在12:00—22:00,高峰期集中在16:00—17:00。

在空间分布特征方面,5月降雹主要集中在灵宝市,6—7月降雹范围显著增大,密集区位于崤山南北两侧、熊耳山西侧以及两山之间的河谷地带;8月全市降雹范围减小,密集区位于崤山北侧和渑池县境内。

整体来看,在主汛期6—8月,崤山南北两侧的山区及河谷地带易成为降雹的密集区及高发区。

关键词冰雹;时空分布;强对流;人工影响天气;河南三门峡;2000—2021年中图分类号P426.6文献标识码A 文章编号1007-5739(2022)16-0149-04DOI :10.3969/j.issn.1007-5739.2022.16.041开放科学(资源服务)标识码(OSID ):
2000—2021年三门峡市冰雹时空分布特征
汤晨冰
杨林博*
(三门峡市气象局,河南三门峡472000)
基金项目三门峡市气象局科技项目(SQ202004)。

作者简介
汤晨冰(1993—),女,河南商丘人,助理工程师,从事中短期天气预报及应用气象研究工作。

*通信作者
收稿日期2021-12-01
现代农业科技2022年第16期资源与环境
科学
149
现代农业科技2022年第16期
资源与环境
科学
据的则根据雷达回波来确定具体降雹点的位置;某一时间在某一地点出现冰雹计1次降雹,在同一时间其他地方出现降雹则作为新的数据记录。

总共统计到1960—2021年62年的降雹数据616条。

从统计数据中发现,20世纪降雹次数明显偏少,只有131条记录,而2000—2021年统计数据达到了485条。

因为在21世纪之前,数据来源较为单一,主要是各国家观测站观测数据;进入21世纪后,随着人影作业点的建设完善和气象信息员队伍的稳定,冰雹观测方式明显增多且逐渐趋于稳定,统计数据显著增加。

为了确保分析结果合理全面,减小因数据来源造成的偏差,本文主要对2000—2021年的数据进行分析。

1.2资料处理
主要通过Excel 、Python 、ArcGIS 进行数据分析,使用到的Python 模块包含Numpy 、Pandas 、Matplotlib 等,程序编译、解释和模块管理使用PyCharm +Anaconda 的形式。

2结果与分析
2.1三门峡市冰雹时间分布特征
2.1.1年分布特征。

从逐年降雹次数分布(图1)看,2000—2021年,三门峡市降雹总计485次,年均降雹次数为22次,其中观测到降雹最多的年份在2003年,达到56次,最少的为2007和2012年,均为4次。

基于二次移动平均法的分析显示,22年内降雹次数整体呈现两升两降趋势,波峰分别出现在2004年、2016年,波谷分别出现在2010年、2019年,大致为10年一个周期,从2019年开始,降雹次数又开始有逐年上升的趋势。

2.1.2月分布特征。

根据逐月平均、历年逐月降雹次数分布情况(图2),发现2000—2021年三门峡市降雹出现在3—10月,其中6月最多,达168次;9月最少,仅在2010年9月出现2次。

3—5月、9—10月降雹较少,全年降雹主要集中在6—8月,占到全年次数的87%,月均出现次数分别为7.64、5.68、5.86次。

基于二次移动法的分析表明,6—8月降雹次数达到了一个高峰,在此期间,三门峡市正值主汛期,降水量和平均气温较高,能量充沛,除受到外来强天气影响外,由于区域地形复杂,局地对流频发,使6—8月成为主要降雹月份。

2.1.3日分布特征。

在逐日分布方面,月内逐日分析(图3)表明三门峡市2000—2021年月内除21日外,其余每日均有冰雹出现,其中16日最多,达到50次,日均出现2.27次;29日最少,为5次,日均出现0.23次。

基于二次移动平均法的分析表明,三门峡市月内降雹次数有3个高峰,分别出现在上旬、中旬、下旬,具体为2—4日、16—18日、27—28日。

从年内逐日分布特征看,以5次作为冰雹出现相对较多的边界值,可以发现4月27日至6月15日冰雹
活动相对分散,随后的6月16日至7月18日、7月30日至8月9日冰雹活动明显集中,此后冰雹活动又趋于分散。

这与冰雹月分布特征的分析结论较为一致。

2.1.4小时分布特征。

在统计数据中,由于部分冰雹出现时间并没有统计到小时,为保证数据质量和分析效果,有雷达资料的时段根据实际雷达回波确定具体时间,无雷达资料的则剔除本条数据,据此共得到269条数据。

图12000—2021年三门峡市逐年降雹次数
6010
203040500年份
0图22000—2021年三门峡市逐月平均降雹次数分布
925678041
3月份
9256780
413150
根据分析结果(图4),2000—2021年三门峡市冰雹在一天内集中出现在12:00—22:00,即午后到前半夜这段时间,高峰期集中在16:00—17:00,平均出现次数均达到2次以上。

在这段时间内,白天太阳对大气和地面进行加热,温度较高,对流能量充足,一旦出现合适的抬升触发条件,容易形成对流,从而有利于冰雹形成。

此外,在2006年8月2日凌晨4:00渑池县境内也统计到了8次降雹,此次过程并不是局地形成,而是从山西自西北向东南移动的较强对流系统从本地经过,在渑池县境内多地形成降雹。

2.2三门峡市冰雹空间分布特征
根据建立的冰雹数据库,结合雷达数据确定每
次冰雹天气过程中降雹点的经纬度信息,叠加地形数据绘制冰雹空间分布图(图5)。

根据降雹点分布情况,全市大部分地区在2000—2021年均有冰雹出现,其中:灵宝市降雹132次,主要集中在南部崤山山区(苏村、五亩、朱阳、寺河等乡镇)、小秦岭与崤山之间的河谷地带,另外在北部沿黄河一线也有少
量分布;卢氏县降雹192次,集中出现在北部崤山山区(杜关、官道口、沙河、木桐等乡镇)、东部熊耳山山区(范里镇)以及两山之间的河谷地带;渑池县、义马市降雹111次(渑池县109次、义马市2次),集中出现在中南部(城关、仰韶、果园、洪阳等乡镇);湖滨区、陕州区降雹共计50次(湖滨区9次、陕州区41次),以陕州区宫前乡出现次数较多。

从全市来看,降雹最多的地方为卢氏县官道口镇,总共记录到17次降雹;总体来看,降雹主要集中在灵宝市、卢氏线交界的崤山山区,其中灵宝市苏村、五亩、朱阳、寺
河和卢氏县杜关、官道口、沙河、木桐8个乡镇的降雹次数达到了176次,占到三门峡市冰雹出现次数的36.3%。

为了做好不同月份的冰雹防灾减灾工作,进一步对冰雹月空间分布特征进行详细的分析。

从统计到的诸多数据中可以看出,5—8月的降雹次数达到了449次,占所有次数的92.6%。

结合实际工作经验,此处对5—8月的冰雹月空间分布特征进行重点分析。

由图6可知,2000—2021年三门峡市5—8月降雹累计次数分别为27、168、125、129次。

其中5月降雹主要集中在灵宝市,见图6(a ),卢氏县北部和渑池县南部有少量分布,且每个点的降雹次数仅1~2次。

6月降雹点分布范围显著增大,其中高发区位于灵宝市城关、五亩、阳平等乡镇,在卢氏县北部崤山、东部熊耳山以及两山之间的河谷地带,降雹点分布比较密集,陕州区、湖滨区、渑池县降雹点分布则比较均衡。

进入7月,全市降雹点地理位置、次数的分布
图32000—2021年三门峡市月内逐日平均降雹次数分布
2.50.51.01.52.00
日序
图42000—2021年三门峡市日内逐小时降雹
次数分布
2.50.51.01.52.00
时间
图52000—2021年三门峡市降雹点分布
汤晨冰等:2000—2021年三门峡市冰雹时空分布特征
次数1~413~169~12
5~817~20
151
3结论与展望
三门峡市冰雹在不同时间尺度上都有明显特
征,在年特征、日特征方面有明显的周期性特征,年特征周期约为10年,日特征周期则为10d 左右;在月特征、小时特征方面有明显的集中时段,全年降雹主要集中在6—8月,占年出现次数的87%,月均出现次数分别为7.64、5.68、5.86次,一天内降雹集中出现在12:00—22:00,高峰期集中在16:00—17:00。

在空间分布特征方面,5月降雹主要集中在灵
宝市,6—7月降雹范围显著增大,密集区均位于崤山南北两侧、熊耳山西侧以及两山之间河谷地带,区别在于6月高发区位于灵宝市中东部,7月高发区位于卢氏县北部、渑池县西南部;8月全市降雹分布
范围减小,密集区、高发区位于崤山北侧和渑池县境内。

在主汛期6—8月,崤山南北两侧的山区及河谷易成为降雹的密集区及高发区。

本文明确了三门峡市冰雹时空分布特征,对人工防雹、冰雹预报预警可起到一定的参考作用,但由于冰雹观测数据有限,分析结果仍存在一定的局限性。

随着冰雹数据数量和质量的提高,未来冰雹分布特征将会更加明确。

只有不断总结经验并运用到实际工作中,才能更好地服务气象防灾减灾。

4参考文献
[1]朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理与方法[M].北京:气象出版社,2007.
[2]吴淑梅.1964—2018年兴安盟冰雹时空分布特征[J].内蒙古科技与经济,2020(5):53-55.
(下转第156页)
趋于均衡,崤山山区及其与熊耳山之间的河谷地带降雹点仍较多,降雹高发区则移至卢氏县官道口镇和渑池县城关镇、果园乡附近。

8月全市降雹点分布范围有所缩小,主要集中在崤山北侧与渑池县境内,
降雹高发区位于灵宝市崤山北侧的河谷地带、卢氏县杜关镇—官道口镇、渑池县北部坡头乡附近。

根据这些特征,在相应月份需做好降雹密集区和高发区的防雹工作。

注:a 为5月;b 为6月;c 为7月;d 为8月。

图62000—2021年5—8月三门峡市降雹点分布
次数1~23~4次数1~23~4a
b
7~8
7~8
d
c 5~65~6次数1~27~8
5~63~4次数1~27~8
5~63~4152
(上接第152页)
[3]孔锋,王一飞,吕丽莉,等.1961—2016年中国冰雹日数
时空演变特征[J].水利水电技术,2018,49(3):7-16. [4]李姣,王丽荣,张琪,等.河北省冰雹时空分布特征及对
林果的影响评估[J].干旱地区农业研究,2020,38(5): 198-204.
[5]杨敏,丁建芳.河南省冰雹时空分布及天气形势特征[J].
气象与环境科学,2015,38(1):54-60.[6]孙传东,池再香,刘国强,等.六盘水市冰雹时空分布特
征及预警指标研究[J].中低纬山地气象,2019,43(2): 39-42.
[7]曹水,李玮,邹书平,等.威宁冰雹落点时空分布特征[J].
中低纬山地气象,2019,43(3):67-70.
[8]冯晓莉,马占良,管琴,等.1980—2018年青海高原冰雹
分布特征及其关键影响因素分析[J].气象,2021,47(6): 717-726.
著性水平(P<0.05)。

高温、干燥、日照充足对苹果产
量最为有利。

着色期气温日较差大有利于苹果的着色和糖分积累,形成品质较好的苹果。

光照条件对果实着色至关重要,对果实糖分形成、产量增加有重要影响。

当连阴天气比较多时,可以通过摘袋、转果、增加光照、铺反光膜等措施加快苹果着色,进而提高
产量。

3结论与讨论
研究表明,苹果产量与气象因子存在明显的相关性,近15年来苹果产量总体呈现波动减少的趋势。

影响昌平区苹果产量的主要气象因子为3月底至4月(萌芽至开花期)平均最低气温,7月(果实生长后期)平均气温,8月(果实膨大期)平均气温、日
照时数、湿度,9月(果实着色前期)气温日较差, 10月(果实着色后期)平均气温、平均最低气温、日照时数、湿度。

萌芽至开花期温度偏高对苹果产量有利,低温冻害或者霜冻影响苹果产量。

果实生长期温度偏低,苹果产量比较高,温度过高对苹果生长发育不利。

果实膨大期湿度较大对苹果产量有利,温度比较高、日照比较长对苹果产量不利。

果实着色期高温、日照充足对苹果产量最有利,高湿是果实着色期苹果生产的主要不利气象条件。

今后昌平区苹果种植应重点预防萌芽至开花期低温冻害、果实生长期高温、果实膨大期高温以及果实着色期高湿多雨天
气的不利影响。

4参考文献
[1]贾小琴,马旭洁,尹宪志,等.高寒地区啤特果种植气候
区划与产量预测模型[J].干旱气象,2012,30(4):639-644.
[2]罗梦森,景元书,熊世为.基于遗传优化BP神经网络的
水稻气象产量预报模型[J].气象科学,2012,32(6):665-670.
[3]肖卉,沈瑱,刘杰,等.连云港水稻产量的气象影响因子
分析[J].气象科学,2011(增刊1):81-86.
[4]李香颜,刘忠阳,李彤宵.淹水对夏玉米性状及产量的影
响试验研究[J].气象科学,2011(1):79-82. [5]江晓东,张涛,常亮,等.增温对苏南地区冬小麦产量影
响的模拟[J].科学技术与工程,2020,20(3):968-974. [6]刘玲,高素华,黄增明.广东冬季寒害对香蕉产量的影
响[J].气象,2003,29(10):46-50.
[7]曾燕,邱新法,黄海智.影响我国主要粮食作物产量的气
象因子研究[J].气象,2002,28(9):36-40.
[8]朱拥军,李建国,姚小英,等.黄土高原干旱山地花椒生
长的气象条件分析[J].干旱气象,2009,27(1):52-56. [9]孙智辉,刘志超,曹雪梅,等.延安北部苹果生产主要气
象限制因子变化特征[J].气象科技,2009,37(1):52-56.
[10]周惠彬,谢小燕,张卫东,等.概率论与数理统计[M].成
都:西南财经大学出版社,2001:291-323. [11]许彦平,姚晓红,袁雅萍,等.农业气象灾害对甘肃天水
苹果生产的影响[J].果树学报,2009,26(5):597-602.
156。