1951-2020年中国南...地区低温雨雪冰冻危险性评估_李倩.pdf

李倩,闫正涛,许映军.19512020 年中国南方地区低温雨雪冰冻危险性评估 J.地理科学,2023,43(1):163-172.Li Qian,Yan Zhengtao,Xu Yingjun.Assessment oflow temperature,rain/snow and freezing events of the southern China from 1951 to 2020.Scientia Geographica Sinica,2023,43(1):163-172.doi:10.13249/ki.sgs.2023.01.01719512020 年中国南方地区低温雨雪冰冻危险性评估李倩1，闫正涛2，许映军3（1.中国气象局气象宣传与科普中心（中国气象报社），北京 100081；2.北京师范大学地理科学学部，北京 100875；3.北京师范大学国家安全与应急管理学院，北京 100875）摘要摘要：基于 19512020 年中国南方 12 个省（市、区）258 个气象站的平均温度和降水量日数据，提取低温雨雪冰冻事件及其过程负积温、累积降水量及日最大降水量等指标，表征不同重现期下（5 a、10 a、30 a、50 a）的低温、雨雪、冰冻灾害危险性分布，再依据交通线路数据评估暴露风险。结果表明，发生次数较多地区集中在海拔较高的贵州、湖北、安徽、江苏等。平均持续时间的空间分布呈条带状，高值区边界较清晰，其中持续时间较长的区域在贵州和湖南。50 a 一遇下的低温、雨雪、冰冻的负积温最低值为78.2，累积降水量最大值为 83.2 mm，日降水量最大值为38.9 mm。湖北、湖南、贵州、安徽及江西等地危险性较高，上述高危险区均存在高风险路段。关键词关键词：低温雨雪冰冻；致灾因子；危险性；暴露风险；中国南方地区中图分类号中图分类号：P429文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1000-0690(2023)01-0163-10 受寒潮影响，华中、西南一带常会出现急剧降温现象，引发低温、雨雪、冰冻天气。2008 年 1 月起，中国南方发生大范围低温、雨雪、冰冻等自然灾害，经历了近 30 a 来最严重的一次寒冬，长江中下游至江南地区的最大连续低温日数、最大连续降雪量和最大连续冰冻日数均为 1951 年以来冬季最大值1-2。这次灾害过程严重影响了交通运输、电力传输、通讯设施、农业生产及人民生活。据民政部救灾救济司统计，直接经济损失达 1 516.5 亿元（http:/ 21 世纪以来偏寒冷事件有所增多和增强5。同时，南方冷昼日数有轻微增加6-7；未来广东、广西北部等部分地区连续低温日数呈增多趋势，江西等地降雪量将有所增加，强降雪事件增多8。现有研究主要围绕南方低温雨雪冰冻灾害的致灾机理、气候特征及风险防范等方面展开。从致灾机理看，以 2008 年南方重大低温、雨雪、冰冻灾害为例，此次灾害与热带西太平洋和西北大西洋海温异常导致中高纬度及副热带环流异常有关9。其中，拉尼娜事件所造成的大气环流异常导致了大范围的持续低温10-11，而与此同时来自极地的冷气团和来自热带洋面的暖气团长时间交汇于长江中下游地区12，在持续低温的作用下发生雨雪冰冻，引发了大范围低温雨雪冰冻灾害。气候特征方面，研究主要分析了低温、雨雪、冰冻灾害影响范围、持续时间、发生强度，以及历史极端低温、雨雪、冰冻灾害13-14。此外，研究还涉及南方地区农林种植业、渔业、电力等行业的灾害防范15-19。南方地区由于其气候特征，容易忽视冬季的低 收稿日期收稿日期：2021-07-01；修订日期修订日期：2022-01-12基金项目基金项目：国家自然科学基金项目（41977406）资助。Foundation:National Natural Science Foundation of China(41977406).作者简介作者简介：李倩（1992），女，河北保定人，博士，工程师，主要从事气象灾害风险与科普研究。E-mail: 第 43 卷第 1 期地理科学Vol.43 No.12023 年 01 月Scientia Geographica SinicaJan.,2023温雨雪冰冻天气。相比暴雨等其他灾害，南方低温雨雪冰冻的风险防范有待加强。目前研究主要针对重大低温灾害的成因、特征及相关产业防范，探究灾害机理和影响，而对于路网暴露度的研究较少。为此，本文基于历史气象数据，开展南方低温雨雪冰冻事件危险性分析，并结合交通线路分布，识别高风险路段，以期为低温雨雪冰冻事件的风险评估与区划提供数据支持，为交通运输等相关管理部门风险防范提供参考依据。1 研究区概况及数据方法1.1研究区概况研究区概况依据“秦岭淮河”南北分界线，选取南方 12 个省（市、区）（未含港澳台），包括上海、江苏、浙江、安徽、湖北、湖南、江西、贵州、重庆、福建、广东及广西为研究区。该地区地势西高东低，以热带亚热带季风气候为主，人口分布密集，经济发达。根据国家统计局（https:/ 7.0 亿，GDP 共计 64.7 万亿元，分别占全国的 49.3%和 56.9%。虽然该地区冬季气温总体温和，但也存在低温雨雪冰冻现象，如 2008 年历史罕见的低温雨雪冰冻灾害20，多灾种的时间和空间的叠加，放大了灾害危险性21；2016 年 1 月下旬，南方出现的低温雨雪冰冻灾害刷新了中国下雪最南线22。1.2数据与方法数据与方法 1.2.1 数据来源与处理考虑气象记录完整性等因素，筛选了 258 个国家气象站。数据包括 19512020 年日平均气温和日降水量，涵盖每年 12 月至次年 2 月，来源于中国气象数据网（http:/ 90M”来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http:/）。铁路和公路分布数据，来源于国家基础地理信息中心国家基础地理信息数据库（https:/ mm，则认为有低温雨雪冰冻发生20,23-24。筛选出各站点符合条件的降水和温度数据，确定一个低温雨雪冰冻日，若有 2 个或多个低温雨雪冰冻日相邻，则合并确定为一个低温雨雪冰冻事件。据此建立近 70 a 研究区低温雨雪冰冻事件集，求得单次事件过程的持续时间、累积降水量、负积温等指标，衡量每次低温雨雪冰冻事件的强度。1.2.2 危险性评估方法极值理论是基于历史数据预测极端事件发生的可能性，在气象水文领域应用广泛。运用年极值抽样法计算每年冬季特征指标的极值，选取最优拟合分布。降水、负积温均为连续变量，考虑站点差异，选取多种常用分布进行拟合，即广义极值、指数、正态、泊松、伽马、韦伯及 Gumbel 分布。采用极大似然法对各站点分别求得分布参数，通过 Kolmog-orov-Smirnov 检验方法进行拟合优度检验，确定最优分布函数。超越概率（Exceeding Probability，EP）是超越某个极限发生的可能性。假设 X 为连续型随机变量，对于任意实数 x，小于其的累积概率用 F(X)表示。“百年一遇”是超越概率的具体体现形式，其中“百年”表征重现期（Return period，RP），表达式25-27如下：EP=1F(X)=1P(X 2.52.02.51.52.01.01.52.52.02.51.52.01.01.52.5272.5161 期李倩等：19512020 年中国南方地区低温雨雪冰冻危险性评估165 州等地存在部分高危路段，具体路段名称如表 2。其中，低温雨雪冰冻的低温和降水过程主要影响贵州、湖北、湖南、安徽，以及安徽、湖北、江西三省交界处31。截至 2021 年，全国高速公路的总里程已经达到 16.9 万 km，位居世界第一。研究区部分地区具有较长的高速公路里程，如贵州 7 010 km，湖北 7 151km，均位列全国前十，而这些地区都是低温雨雪冰冻影响的高危区，均存在高危路段。此外，上海、江苏及浙江等省（市）涉及中国的重要物流通道之一，其重点城市形成的货运线路，承担了全国 8.07%的货运活动，所占份额最大。而经由江浙沪向西部及其他内陆地区进行货物运输时，将经过研究区内的高危险线路，因而应加强高危路段的风险防范意识和应急响应措施。2.52008 年雪灾案例分析年雪灾案例分析筛选 2008 年冬季气象数据，依次与重现期为5 a、10 a、30 a、50 a 下指标进行比较，评估灾害强度（图 8）。整体来看，2008 年研究区内站点负积温较严重的区域主要集中在研究区的西北部地区，即贵州、重庆、湖南、湖北及重庆等地，降水量较严重地区主要集中在研究区中部一带，呈条带分布。因而，研究区中西部的贵州和中部的湖南等地发生低温雨雪冰冻时，温度较低，日最大降水量较小，但过程累积降水量较大；中部和东北部地区的江西、江苏、浙江、及安徽等地，负积温较小，但降水量较多；而南部的广西、广东、及福建等地则较少或无低温雨雪冰冻发生。这与诸多文献反映的“2008 年低温雨雪冰冻最严重的 5 个省份为安徽、贵州、湖北、湖南和江西”的研究结果基本一致24-30。负积温空间分布中，超过 50 a 一遇的站点38 个，主要分布在贵州和湖南；重现期相当于3050 a 一遇的站点 11 个，主要分布在贵州、湖南、湖北、及安徽等地；1030 a 一遇水平的站点有 重庆湖北安徽江苏上海浙江福建广东广西0300 kma 重现期5 aNb 重现期10 a2省、自治区、直辖市界贵州湖南江西负积温/2负积温/2负积温/2负积温/重庆湖北安徽江苏上海浙江福建广东广西0300 km省、自治区、直辖市界贵州湖南江西N重庆湖北安徽江苏上海浙江福建广东广西0300 kmc 重现期30 aNd 重现期50 a省、自治区、直辖市界贵州湖南江西重庆湖北安徽江苏上海浙江福建广东广西0300 km省、自治区、直辖市界贵州湖南江西N图 2 南方地区不同重现期下低温雨雪冰冻事件负积温空间分布Fig.2 Spatial distribution of negative accumulated temperature under different return periods in the southern China166地理科学43 卷 33 个，主要分布在湖南、湖北、及安徽等地；而西南部和南部等省（市、区）基本低于 5 a 一遇水平或无低温雨雪冰冻事件发生。累积降水量和日最大降水量空间分布中，较严重的区域主要在研究区的中部地区，呈条带分布。其中，累积降水量超过 50 a 一遇的站点 20 个，主要分布在贵州、湖南、安徽及江西等地；重现期相当于 3050 a 一遇的站点 18 个；1030 a 一遇水平的站点 53 个，这 2 种站点主要分布在湖南、湖北、江西、安徽、江苏及浙江等地；日最大降水量高值主要分布在湖南、江西、浙江、及江苏等地区。超过 50 a一遇的站点 6 个，零星分布在湖南、江西、及福建等地；重现期相当于 3050 a 一遇的站点 16 个；1030 a 一遇水平的站点 41 个。3 结论本文利用南方 12 个省（市、区）258 个气象站点的平均温度、降水量日数据，建立了近 70 a 低温雨雪冰冻事件集，选取过程负积温、累积降水量及日最大降水量，评估了低温雨雪冰冻的危险性，结合公路和铁路交通线路分布，分析其空间暴露程度，主要结论有：1）低温雨雪冰冻发生次数和持续时间上，贵州省由于海拔较高，发生频次较多、持续较长；湖南省的事件呈低频长时的特征；北部的湖北、江苏及安徽北部等地呈高频短时的特征；南部的广西、广东及福建则较少发生。2）负积温较低的地区主要分布在研究区北部和中西部，包括贵州、湖南、湖北及安徽等。重现期为 5 a、10 a、30 a 和 50 a 时，负积温最低值分别为47.3、57.9、72.2 和78.2。其中，贵州、湖南、湖北、及安徽等地存在高危路段，易受低温影响。3）过程降水量中，较危险区域为中部的湖南、重庆湖北安徽江苏上海浙江福建广东广西0300 kma 重现期5 aNb 重现期10 a45304515308154530451530815453045153081545