第21卷第5期
2012年10月自然灾害学报JOURNAL OF NATURAL DISASTERS Vol．21No．5Oct．2012收稿日期：2011－11－22；修回日期：2012－03－12
基金项目：江苏省科技支撑计划（BE2009680）；江苏高校优势学科建设工程
作者简介：包云轩（1963－），男，教授，博士，主要从事应用气象、气象防灾减灾、农业病虫害测报、资源遥感与环境信息系统研究．
E-mail ：baoyx@nuist．edu．cn
通讯作者：申双和，教授，博士，博士生导师．E-
mail ：yqzhr@nuist．edu．cn 文章编号：1004－4574（2012）05－0197－10
江苏省近30年冰雹灾害的时空变化规律
包云轩1，2，覃文娜1，2，高苹1，3，申双和1，2，蒋义芳
3（1．南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室，江苏南京210044；2．南京信息工程大学应用气象
学院，
江苏南京210044；3．江苏省气象局，江苏南京210008）
摘要：利用江苏省70个气象台站1980－2009年间的冰雹观测资料，分析了江苏省冰雹灾害发生的
时空变化特征，并结合Mann －Kendall 方法探讨了气候变暖对江苏省冰雹发生趋势的影响。研究表
明：（1）江苏省上世纪80年代为降雹多发期，
90年代明显减少，本世纪初以来又有明显回升趋势；（2）江苏省一年中降雹多发季为春、夏两季，降雹日约占全年总降雹日数的94．7%；（3）全省降雹空
间分布的总体特征是：东部沿海多，西部内陆少；中北部多，南部少；（4）这30a 中发生在江苏省的降
雹路径主要有四条；（5）与江苏省冰雹灾情年际不稳定度成正相关的雹日空间变异系数自东北向西
南递增；（6）导致这30a 江苏省冰雹时空变化格局的主要成因是全球气候变暖、大气环流背景、局地
中小尺度大气动力场、
地形起伏和下垫面热力属性等。关键词：冰雹；时空分布；降雹路径；Mann －Kendall 方法；气候变暖
中图分类号：P49文献标志码：A
Spatiotemporal change patterns of hail disaster in Jiangsu
Province during recent 30years
BAO Yunxuan 1，2，QIN Wenna 1，2，GAO Ping 1，3，SHEN Shuanghe 1，2，JIANG Yifang 3
（1．Jiangsu Key Lab of Agricultural Meteorology ，Nanjing University of Information Science ＆Technology ，Nanjing 210044，China ；
2．College of Applied Meteorology ，Nanjing University of Information Science ＆Technology ，Nanjing 210044，China ；
3．Meteorological Bureau of Jiangsu Province ，Nanjing 210008，China ）
Abstract ：Based on the observed hail data of 70meteorological stations in Jiangsu Province from 1980to 2009，this paper analyzed the temporal and spatial distribution characteristics of hails ，and di
scussed the influence of the cli-mate warming on the occurrence tendency of hail disasters in the province using Mann-Kendall method ，a tool of detecting the extraordinary climate variations．The results show that ：（1）the highest frequency of hailing occurred in the 1980s ，and reduced significantly in the 1990s ，while since 2000，the occurrence had a remarkable raising tendency．（2）The main seasons for hails to occur in Jiangsu Province are spring and summer ，which account for 94．7percent of the total hailing days in a year．（3）The spatial distribution of hailing in the province is that ，east-ern coastal regions are more often attacked than the western inland regions ，and the middle and north parts of the province got more hailing days than the south parts．（4）In recent 30years ，the hailing paths appearing in the province has four routes．（5）The spatial variance coefficient of hailing days which is positive correlative to the an-nual instability of hailing calamity increases progressively from northeast to southwest of the province．（6）The
30自然灾害学报第21卷main mechanisms that result in this spatio-temporal change situation of hails in the province are the global climate warming ，the backgrounds of atmospheric circulation ，the local atmospheric dynamic fields ，the landforms undula-tion and the thermodynamics attributes of the surface．
Key words ：hail ；spatiotemporal distribution ；hailing path ；Mann-Kendall method ；climate warmi
ng
近百年来全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化，其引发的极端天气、气候灾害呈明显
上升趋势，对经济社会发展和生态环境产生了严重的影响
［1－2］。冰雹是江苏省重要的灾害性天气之一，虽然发生范围小、时间短促，但来势迅猛、强度大，并常伴随狂风、暴雨，易给局部地区造成重大损失。由于冰雹多出现在农作物生长的关键期，十几分钟的降雹即可使农作物遭受毁灭性损害，甚至威胁到人民
生命财产［3］。2007年5月5日江苏省出现了一次全省范围的强雷电和大风天气，瞬时最大风速达到了24．4m ·s －1，有13个市县出现了冰雹，最大冰雹直径达4cm 。这次雹灾仅连云港市受灾人口就达到75
920人，农作物受灾面积4916hm 2，绝收面积77hm 2，倒塌房屋21间，损坏房屋244间，因雹灾造成的直
接经济损失达1777万元，其中农业直接经济损失就达1715万元。据江苏省民政厅的统计数据显示，从2000年到2003年，4a 中江苏省因冰雹带来的直接经济损失就高达13．7亿元。如何掌握冰雹发生的时空变化规律、准确发布降雹预警预报信息、及时采取消雹防雹措施、减轻雹灾损失，是广大气象工作者
面临的一项重大课题。
近几十年来，国内外在冰雹研究方面取得了许多进展。国外，
Cao ［4］利用回归方程分析验证了加拿大安大略省冰雹发生频率与大气对流不稳定、可降水量的关系，并且发现降雹频率变化与气候变暖密切相关。Michalis 等［5］分析了希腊北部1930－1990年冰雹发生频率、时空分布、强度等级的划分以及冰雹下落动能
对农作物造成的伤害。Tracy 等［6］通过分析冰雹差分反射参数HDR 、线性去极化比率LDR 与冰雹特征指标
的关系，
发现直径大于19mm 的结构破损的冰雹的HDR 在21 30dB ，而LDR 与冰雹直径大小关系不大。Chatterjee 等［7］通过修改中尺度数值模式MM5的云微物理方案，对印度西孟加拉邦的恒河平原两次冰雹过
程进行了模拟，
结果表明适当修改后的方案不仅能很好地模拟冰雹，而且改善了反射模式，提高了24h 降雨量和风场的模拟效果。国内，周嵬等［8］
研究了西北地区冰雹的天气特征、气候规律，探讨了产生冰雹天气的
环流形势和诱发冰雹天气的局地因素，综合分析了雷达观测、卫星观测、闪电定位和数值模拟等手段在西北
地区冰雹研究领域的新进展；纪晓玲等［9］分析了宁夏冰雹发生的大气环流背景和主要影响系统，
得出在不同环流背景下，不同影响系统造成的冰雹落区有较大的差异；巴特尔等［10］研究了雹云发展不同阶段大气重
力波演变特征，开发了重力波冰雹预警系统；吴剑坤等［11］分析了强冰雹天气的有利环境背景，探讨了强雹暴
的多普勒天气雷达识别和预警技术。
有专家和学者对江苏省冰雹的时空分布、气候特征、天气分析及数值模拟等作了研究，取得了明显的进
展。赵燕生［12］分析了江苏省1953－1979年冰雹的气候特征。沈树勤［13］对一次连续性的沿海槽后西北气
流冰雹发生条件进行对比分析，
提出了“优势层结稳定度指数”，为预报冰雹落区提供了重要信息。此外，沈树勤［14］还分析了江苏省下垫面热力非均匀性及其对降雹的影响，结果表明海陆锋、较大水体、不同种类的土
壤构成的热力非均匀性对冰雹等强对流天气有一定的作用与影响；尹东屏等［15］利用自动气象站、
多普勒天气雷达等多种观测资料，分析了2009年6月5日在江苏省出现的罕见大范围强冰雹天气，同时利用WRFV3模式对导致冰雹形成的海风锋的发生、发展过程进行了模拟。结果表明，由于地面加热不均和海陆温湿差异
导致的变形场锋生所形成的海风锋，
是造成这次强对流天气过程的主要中尺度激发和强化系统。本文在诸多国内外研究的基础上，利用江苏省70个常规气象台站1980－2009年30a 冰雹观测资料，深入分析江苏省冰雹时空分布特征及春夏雹暴发生的环境条件，旨在提高江苏省冰雹天气预警预报服务水平，为防雹减灾决策提供科学依据。1
资料和方法1．1资料
冰雹观测资料是由江苏省气候中心提供的，包括全省70个地面气象台站1980－2009年历年冰雹发生日数及各雹日降雹起止时间。
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第5期包云轩，等：江苏省近30年冰雹灾害的时空变化规律
1．2方法
1．2．1距平百分率
距平是气候要素值与多年平均值的偏差，它在气象上是用来确定某个时段或时次的数据相对于该数据的某个长期平均值（如30a平均值）是高还是低。距平百分率就是对距平进行标准化处理，利用它可以反映某一气候要素的相对变率［16］。
1．2．2Mann－Kendall法
M－K法（Mann－Kendall法的缩写）是检测气候突变的新方法，它以检测范围宽、定量化程度高而富有生命力，也是目前世界气候变化研究流域较流行的一种突变检测方法［17］。
1．2．3空间插值分析
本研究在对冰雹空间分布规律分析时采用了反距离权重插值法，反距离权重插值（inverse distance weighted，IDW）是GIS软件中一种常用而简便的空间插值计算方法，它以插值点与样本点间距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点赋予的权重越大，通过距离加权值可以求出各插值点的值［18－19］。1．2．4空间变异系数
变异系数（coefficient of variance）又称“标准差率”，是衡量资料中各观测值变异程度的另一个统计量，可以消除单位、平均数不同对两个或多个站点资料变异程度比较的影响，这也是空间分析中常用的一个参数［20］。
2结果与分析
2．1江苏省冰雹发生概况
以一个测站在一天内出现冰雹，不论其时间的长短都算作一个雹日为标准，统计各测站降雹日数，结果显示江苏省1980－2009年期间共计出现雹日433d，全省年平均出现雹日为14．4d，各站30年平均出现雹日为6．2d。年内最早出现冰雹的时间是3月5日（1981年），最迟为11月10日（2004年）。降雹于3－4月份自北向南依次出现，9－10月份结束，结束时间南北年际间不一致且没有明显规律可循，11月以后一般不出现降雹。连续将雹以1 2d较为多见，3d以上的较为少见。一天出现降雹最大范围达14站，次大范围也有12站，最小范围仅1站。
2．2降雹时间变化特征
2．2．1年代际变化
分别统计出1980 2009年江苏省各气象台站发生的雹日数，按1980－1989，1990－1999，2000－2009，
3个时期绘制GIS空间分布图（见图1），从图1中可以看出：20世纪80年代全省雹日最多，90年代最少，21世纪前10a居中；≥6d/10a的多雹区面积在这30a中经历了大→小→大的演变过程。将江苏省均匀分布的70个气象观测台站分为4个区域：沿海（连云港、盐城、南通）、淮北（徐州、宿迁、淮安北部）、苏中（淮安南部、扬州、泰州）、苏南（镇江、南京、常州、无锡、苏州），分别计算出各个区域及全省20世纪80年代、90年代和21世纪前10a的雹日距平百分率（见表1）。结果表明：江苏省20世纪80年代为冰雹多发期，全省各个区域都有较大的正距平，尤其是淮北地区的雹日正距平百分率显著高于其他区域。到了90年代，全省各区域均为负距平，雹日呈明显减少的趋势，其中淮北、苏南减少趋势最为明显。21世纪前10a的全省雹日与20世纪90年代相比，出现了明显的增加趋势，沿海为正距平，距平百分率比前10a增加了0．46%；苏南正距平较小，雹日基本与往年持平，但比20世纪90年代明显增多；淮北、苏中虽为负距平，雹日少于多年平均值，但比20世纪90年代分别增加了0．31%和0．09%，表明这10a的降雹日比前10a还是增多的。
表1江苏省各区域1980－2009年雹日的年代际变化
Table1Decadal variations of hailing days in different regions of Jiangsu Province from1980to2009
年代
雹日距平百分率
全省沿海淮北苏中苏南
1980－1989年0．350．120．750．360．50 1990－1999年－0．37－0．29－0．53－0．23－0．51 2000－2009年0．020．17－0．22－0．140．01
·
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自然灾害学报第21卷
图1江苏省1980－1989年、
1990－1999年和2000－2009年降雹日数的空间分布Fig．1Spatial distribution of hailing days during 1980to 1989，1990to 1999and 2000to 2009in Jiangsu
Province
图2
江苏省1980－2009年雹日年际变化Fig．2Inter-annual variations of hailing days in Jiangsu Province from 1980to
2009
注：uf 为顺时序变化的雹日距平标准化值；ub 为逆时序变化的雹日距平标准化值
图3江苏省1980－2009年雹日数演变的Mann －Kendll 突变检测
Fig．3Climatic tendency test map of hailing days in Jiangsu Province from 1980to 2009
based on Mann-Kendll method
2．2．2年际变化
根据雹日统计结果绘制江苏省雹日数的历年演变曲线，并进行5阶多项式拟合后，得到图2。图中显示：江苏全省30a 中每年都有冰雹发生，年平均雹日为14．4d ，其中降雹日数最多的年份是1981年，达27·002·
第5期包云轩，等：江苏省近30年冰雹灾害的时空变化规律d ；次多年份是2009年，为25d ；降雹最少的年份是1991年，雹日仅2d ，次少的年份为1996年，雹日为3d 。
从各年雹日数拟合曲线的变化趋势看，1980－2009年这30年中，前15a 雹日数在明显减少，后15a 雹日数
在明显增加，前15a 减幅大，后15a 增幅小；雹日的年际变化起伏大，差异明显：1980－1985年期间是全省
降雹最频繁的时期，每年雹日都在17d 以上，多的年份达27d ；1986年雹日骤减，只有11d ；1987，
1988年雹日数回升，分别达19d 、22d ；1989，1990，1991年连续3a 少雹，雹日均不足10d ；1992年骤增，达22d ；之后
连续9a 处于30a 雹日数的低值期，
2002年开始进入30a 中的第二个冰雹多发期。从图2中直观看来，雹日数年际变化的实际趋势（折线）不像年际变化的拟合趋势（虚线）那样特征明显，
很难确定演变的趋势和突变点，但通过对历年雹日数的Mann －Kendll 气候序列突变检测（见图3）发现：江苏省降雹日年际变化趋势的突变点出现在1984－1985年之间，1980年至突变点期间，冰雹多发，雹日数
明显偏多；突变点之后至2001年期间，雹日数呈减少趋势；2001年之后，又有回升。这30a 中，
1989－2008年期间雹日数增减趋势显著，趋势线超过信度线，其中1989－2001年期间雹日数呈减少趋势，
2001－2008年期间雹日数呈增加趋势，这与图2拟合虚线反映的演变特征基本吻合。
2．2．3年内季节变化
江苏省的冰雹具有季节性强、雹日高度集中的特征，根据江苏省降雹日的统计，将出现降雹的主要季节型分为两类：
（1）春雹期：降雹时间为3－5月，降雹日数占全年总雹日的40%，其中4－5月较为多见，占全年的37
．6%。由此可见，春季是江苏省冰雹较主要的发生季。这与春季江苏省有冷空气不断自北向南入侵、西南暖湿气流北上活跃、冷暖空气交绥频繁、多锋面活动有关。
（2）夏雹期：降雹时间为6－8月，雹日占全年的54．7%，其中6－7月最为多见，占全年的46．4%。夏季
之所以是江苏省冰雹最主要的高发期，
原因有二：一是初夏本省处副高北侧或西北侧与西风带交绥地带，多系统性对流活动，易导致冰雹、飑线等强对流性天气的形成；二是盛夏本省受庞大的副高系统控制或影响，水
网密布的下垫面受太阳辐射加热剧烈，
迅速增温后，若低层大气很不稳定，易产生局地热对流，对流发展到一定强度后会触发冰雹的产生。
图4为江苏省春、夏季节冰雹日数的空间分布图，从中可以看出：不同季节、不同地区具有不同的降雹特点。春雹期中，多雹区在沿海及苏南东南部一带，雹日达4d 以上，连云港、盐城分别有高值中心（7d 以上）；洪泽湖周边地区、南京西部地区、徐州铜山和新沂为少雹区，雹日在1d 以内（见图4a ）。夏雹期的降雹日数要比春雹期明显的多，分布虽然不均，但是特征比较明显。整个江苏省一分为二，连云港、盐城、南通沿海地区及与盐城地区毗邻的里下河地区为多雹区，雹日达5d 以上，其中有两
个高值中心，分别是射阳16d 和兴化14d 。宁镇丘陵、扬州地区西部以及苏州地区大部为最少雹区，雹日在3d 以下（见图4b ）。
图4
江苏省春季和夏季平均降雹日数的空间分布图Fig．4Spatial distribution of average hailing days during spring and summer in Jiangsu Province ·102·