林西地区强对流天气过程时空间特征分析及其对农业的影响.pdf

收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 9林西地区强对流天气过程时空间特征分析及其对农业的影响孙玮鸿(赤峰市气象局,内蒙古 赤峰 0 2 4 0 0 0)摘 要:文章利用内蒙古自治区林西县X波段单偏振多普勒雷达资料对林西地区强对流天气发展演变的时空间特征进行总结分析,并对农业的影响进行了阐述。结果表明:林西地区强对流天气过程集中于68月份,其中7月份强对流过程较其他月份明显偏多,强对流天气过程活动的时空间分布特征与林西地区降水量的时空间分布特征存在明显的相关关系;全天内强对流活动主要发生时段为中午前后,傍晚至入夜前强对流活动较显著;林西地区强对流天气活动主要移动路径为1纵3横,主要移动方向为西北东南方向,在路径交汇处有3个关键区。利用强对流天气活动的时空间分布特征,可有效针对林西地区夏季强对流天气的短时、临近预报、灾害天气预警以及人影防范强对流天气工作作出指导。关键词:强对流天气;时空间特征分析;雷达资料反演;农业影响 中图分类号:P 4 5 8(2 2 6)文献标识码:A 文章编号:1 0 0 76 9 2 1(2 0 2 3)1 30 0 9 80 3 林西县地处内蒙古自治区东南部,赤峰市西北部,位于大兴安岭南段东侧,属中温带半干旱大陆性季风气候,全县总面积为3 9 3 3 k m2,其中耕地面积1 0 7万h m2,2 0 1 8年地区生产总值8 0.1 6亿元,是赤峰市纬度最高的农业大县,全县杂粮杂豆、设施农业产业发达。林西县小地形气候特征明显,夏季强对流天气过程频发,2 0 1 8年林西县主要气象灾害有干旱、冰雹、暴雨洪涝、大风,其中有三大类灾害由强对流天气过程引起,全年合计强对流天气灾害直接经济损失约0.9 5亿元,因此,全面推进林西县气象防灾减灾能力建设,实现基层强对流天气短时临近预报、气象灾害预警、人工防雹作业指挥的科学化、标准化、规范化对保障全县经济社会发展至关重要。强对流天气的短时临近预报、灾害性天气预警是目前迫切需要解决的气象问题之一1。天气雷达是监测分析和研究反演强对流天气的最有效工具之一,利用天气雷达资料总结分析强对流天气的发生演变规律可指导制作强对流天气的短时预报2对雷达探测回波进行物理统计是一项基础却实用性较高的工作3。1 资料及方法本研究采用林西县X波段单偏振多普勒雷达2 0 1 62 0 1 8年基数据资料及d B Z、V、MA X等产品,利用基础统计分析方法,结合S P S S和A r c G I S软件对林西县强对流天气过程的发生演变规律进行时空间特征分析,得出林西县强对流天气的发生演变规律结论,并绘制强对流天气过程主要移动路径图,以期对林西县强对流天气预报预警服务及人工防雹作业工作做出针对性指导。2 林西地区强对流天气过程时间特征分析2.1 强对流回波年际及年内时间特征分析我们利用林西县X波段单偏振多普勒天气雷达2 0 1 62 0 1 8年3年的回波资料进行时间特征分析。若某日内存在9个仰角体扫组合反射率中心回波强度超过5 0 d B Z的雷达回波在林西县域内存在超过1 5 m i n,则称该日为强回波日;对3年内强回波日数及出现时间进行统计分析。3年强回波总日数分别为:2 0 1 6年2 6 d、2 0 1 7年3 3 d、2 0 1 8年2 9 d,强回波总日数年际变化特征不明显,年内强回波日全部出现在夏季(68月),其中7月强回波日数量显著多于6月、8月,占全年的5 0%以上。表1给出了林西地区3年内夏季(68月)各月强回波日频数及频率(单月强回波日数占全年强回波日数比例)分布情况,从表中可以看出,7月为林西地区强回波出现最高频率月份,年内平均占比达4 8.8%,其次892 0 2 3年7月内 蒙 古 科 技 与 经 济J u l y 2 0 2 3第1 3期 总第5 2 7期I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y&E c o n o m yN o.1 3 T o t a l N o.5 2 7为8月,为2 9.7%,6月最少,为2 1.5%。表1 林西县2 0 1 62 0 1 8年夏季(68月)强对流日数分布情况强对流2 0 1 6年2 0 1 7年2 0 1 8年月统计6月7月8月6月7月8月6月7月8月日数/d61 2881 6951 59占比/%2 3.1 4 6.1 3 0.8 2 4.2 4 8.5 2 7.3 1 7.2 5 1.7 3 1.12.2 强对流回波日间分布特征我们依据强回波(X波段雷达9个仰角体扫组合反射率中心回波强度超过5 0 d B Z的回波)在林西县域内发生发展时段分析其日间分布特征。林西县强回波发生时段全部集中于1 42 3 时,我们将其分为1 10 01 40 0;1 40 01 70 0;1 70 02 00 0;2 00 02 30 0 4个时段进行相关分析,依据强对流天气过程发生的一般时间规律,我们定义每日4个时段中,若某时段内强对流回波出现时间大于1 0 m i n,则该时段计发生强对流过程1次;每日每时段最多计数1,表示该日该时段出现强回波过程1次,表2给出了林西县3年内夏季(68月)3个时段强回波出现次数及所占比例。从表中可以看出,1 40 01 70 0为林西地区单日 强 回 波 出 现 最 高 频 率 时 段,3年 平 均 占 比4 2.7%;其次为1 10 01 40 0时段,占3 1.2%;1 70 02 00 0时段占1 7.8%;2 00 02 30 0时段最少,占8.3%。但比照强对流天气过程发生的一般规律,林西地区在2 00 02 30 0时 段1 0%的占比仍然明显偏高,这主要与林西地区位于西风带大地形山后,夏季各方面条件有利于强对流天气过程的发生有关。表2 林西县2 0 1 62 0 1 8年夏季(68月)强对流日内各时段统计强对流日统计2 0 1 6年2 0 1 7年2 0 1 8年1 10 01 40 01 40 01 70 01 70 02 00 02 00 02 30 01 10 01 40 01 40 01 70 01 70 02 00 02 00 02 30 01 10 01 40 01 40 01 70 01 70 02 00 02 00 02 30 0次数/t1 52 2841 82 51 041 62 01 05比例/%3 0.64 4.91 6.38.23 1.64 3.91 7.57.03 1.43 9.21 9.69.83 林西地区强对流天气过程空间特征分析3.1 影响林西地区强对流天气空间特征分析我们将2 0 1 6年、2 0 1 7年、2 0 1 8年3年夏季(68月)X波段雷达9个仰角体扫组合反射率中心回波强度超过5 0 d B Z的回波在林西县域内存在超过1 5 m i n,并且未与同时存在的强回波连成系统,计一个强回波的方法,对强回波在林西地区的生消演变及移动路径、方向、区域进行统计。3年内林西地区强回波数量分别为2 0 1 6年出现6 0个、2 0 1 7年7 2个、2 0 1 8年6 9个,3年总计2 0 1个。为便于划分,我们将林西地区上空按照1/6个纬度跨度,1/6个经度跨度的长方形区域进行划分设定,将每一个区域作为一个统计单元。经过统计计算,林西县各区域移入数量及百分比分别为:从县域外生成移入,影响林西县域的强回波占全县强回波的7 1%,县域内生成强回波影响林西县域的占2 0%,其余源地合计占比9%。其中县外移入强对流天气回波路径为3条:西乌旗自北向南从统部镇北部移入林西,该路径移入强回波数量占强回波总数的3 0%;克旗同兴一带自西向东从统部镇西部移入林西,该路径移入强回波数量占强回波总数的1 8%;克旗大青山一带自西向东从新城子西部移入林西,该路径移入回波数量占强回波总数的2 3%。县内强回波生成方面,强回波源地主要集中在林西县中部偏西山区保林沟一带。3.2 影响林西地区强对流回波主要移动路径根据前述相关统计及分析,我们发现3年夏季对林西县地区产生影响的强回波总数为2 0 1个,其中在确定的4个源地生成发展,移入影响林西县域的回波总计1 8 3个,对这1 8 3个强回波移动路径进行空间分析,绘制影响林西地区的强对流天气过程主要移动路径的4条,其中南北方向1条,东西方向3条,详情如图1所示。4 对农业的影响4.1 农田排水不畅强对流天气可能会产生强降雨,强降雨的出现将极大提升降雨量,造成土壤湿度的急速上升,若土壤湿度饱和后降雨依然继续则很可能造成农田排水不畅的状况。因与常规降雨天气相比,强降雨天气带来的雨量更大、更急,若排水设备不能满足需求就会导致大范围农田积水,这不仅会给农业人员的正常农业活动带来阻碍,更会堵塞农田土壤孔隙,影响农作物根系呼吸,进而使大量农作物发生根系缺氧,对农作物新陈代谢功能带来损害,影响作物正常生产,从而造成减产。严重情况下甚至可能造成农作物大范围死亡,给农业工作者带来巨大经济损失,也99孙玮鸿 林西地区强对流天气过程时空间特征分析及其对农业的影响2 0 2 3年第1 3期对整体农业发展造成不利影响4。图1 林西县强对流活动主要路径4.2 土壤质量下降强降雨的发生将加大雨水对于土地的冲刷力,过多降水还会引发洪涝灾害,这些都会使得农田土壤肥力下降,土壤中的营养物质大量流失,待积水排尽后农田也会因养分不足不能为农作物生长提供所需营养,进而使得整片农田产量下降。不仅如此,长时间的阴雨天气对于喜光作物生长极为不利,影响作物正常生长,导致产量大幅下降,产品质量也会受到损害,给农业工作者带来较大经济损失5。4.3 引发雹灾灾害强对流还容易伴随冰雹灾害,它来势凶猛,常常伴有雷暴和大风,虽然时间短暂,但破坏力巨大。大而密集的冰雹可导致人畜伤亡、农作物损毁、车辆及屋顶门窗破坏等。特别是,夏秋两季农作物遭雹灾后,农作物叶碎秆折,花穗被毁,籽粒脱落,严重的颗粒无收。5 结束语应用林西县X波段单偏振多普勒天气雷达基数据资料及产品进行时空间特征分析,初步得出了影响林西地区的强对流天气过程发生发展及移动路径的规律。时间特征方面,在年际变化上,林西地区强对流天气过程年际变化特征不明显,每年约发生2 9次强对流天气过程,年内分布上,林西地区强对流天气过程全部集中于夏季(68月),主要集中于7月,占比可达全年强对流天气过程的4 9%以上,在日间分布特征上,林西地区强对流天气过程多发于午后,傍晚至入夜强对流活动较一般地区更为显著,午夜后强对流天气过程影响全部结束。空间分布特征方面,林西地区强对流天气活动主要路径为1纵3横,源地主要集中于4个地区,在路径交汇处有3个关键区:东经1 1 7 4 0 0 1 1 7 5 0 0,北纬4 4 0 0 4 4 1 0 0;东经1 1 7 5 0 0 1 1 7 6 0 0,北纬4 3 4 0 0 4 3 5 0 0;东经1 1 8 1 0 0 1 1 8 2 0 0,北纬4 3 1 0 0 4 3 2 0 0,在关键区进行人工影响防范工作可达到较好效果。通过对林西县地区强对流天气过程的时空间特征分析我们可以得出以下建议:在午后至傍晚有针对性地加强对强对流天气过程源地的监测工作,发现强对流天气过程生成信号及时发布相关预警信号,减少损失。在3个关键区设置人工影响天气作业点,加强人工影响天气工作,减少强天气过程对农作物造成的损失。在今后的工作中,我们将进一步结合林西地区强对流天气过程发生时的天气形势,对林西地区强对流天气的生成原理进行总结分析,以期更好地开展强天气监测预警预报工作,为林西县经济社会发展做出崭新贡献。参考文献1 高树俊.临沂地区强对流天气活动规律及雷达回波特征J.山东气象,1 9 9 0,8(2):2 5-2 7.2 陈良栋,陈淑萍.北京地区强对流活动规律再探J.气象科学,1 9 9 4,2(3):2 1 6-2 2 4.3 陈良栋,黄炎,刘凤舞.利用雷达探测资料制作华东地区强对流天气短时预报的几个问题J.气象,1 9 8 6,6(1 5):1 2-1 5.4 陈皓锐,王少丽,韩松俊,等.里下河平原湖区农田涝灾风险评估:以高邮市运东地区为例J.排灌机械工程学报,2 0 1 7,3 5(1 0):8 8 7-8 9 6.5 刘岩松,马玲,舒鹏.农业灾害遥感及空间气候变化前沿研究:访“第七届全国优秀科技工作者”、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所毛克彪研究员/教授J.海峡科技与产业,2 0 1 6(7):1 7 6-1 7 9.001总第5 2 7期内 蒙 古 科 技 与 经 济