內蒙古牧區雪災的預警

李興華，朝魯門，劉秀榮，李友文

(1.內蒙古氣象服務中心，內蒙古 呼和浩特 010051； 2.內蒙古生態與農業氣象中心，內蒙古 呼和浩特 010051；3.內蒙古氣象信息中心，內蒙古 呼和浩特 010051)

內蒙古牧區雪災的預警

李興華1,2，朝魯門2，劉秀榮3，李友文2

(1.內蒙古氣象服務中心，內蒙古 呼和浩特 010051； 2.內蒙古生態與農業氣象中心，內蒙古 呼和浩特 010051；3.內蒙古氣象信息中心，內蒙古 呼和浩特 010051)

利用地面和遙感監測相結合的方法，運用雪災監測評估等級國家標準，實現了雪災的定量化評估；結合牧用天氣預報指標閾值，建立了內蒙古牧區不同草地類型雪災等級預警方法，制作了雪災預警等級分布地圖。實況檢驗和預報結論基本相符，說明本預報方法能夠對雪災的范圍和影響程度進行預估，但由于受天氣預報準確率的影響，部分區域雪災預估等級出現偏差。

雪災等級；雪災評估；雪災預警；牧用天氣預報

牧用天氣預報是根據當地畜牧業生產過程中各主要牧事活動以及相關技術措施對天氣條件的需要而制作的一種針對性較強的專業氣象預報。它從畜牧業生產需要出發，在天氣預報、氣候預測、畜牧業氣象預報的基礎上，結合畜牧業氣象服務指標、畜牧業氣象定量評價技術等，預測未來對畜牧業有影響的天氣條件、天氣狀況，并分析其對畜牧業生產的具體影響，提出有針對性的措施和建議，為畜牧業生產提供指導性服務。

牧區雪災是由于降雪過多、積雪過深和雪層維持時間過久，積雪掩蓋草地使牲畜難以采食或無法采食，這時如果飼草料儲備不足或棚圈設施差，加上雪后常出現大風和劇烈降溫，牲畜挨餓受凍，使牲畜瘦弱掉瞟、母畜流產，仔畜成活率降低，老、弱、幼畜死亡率增高的一種氣象災害[1]。由于雪災屬于突發性自然災害，不但影響冬季放牧，而且嚴重威脅著由于前期干旱累積而特別脆弱的冬季畜牧業生產，是制約內蒙古牧區畜牧業持續發展的重要致災因子[2]。內蒙古牧區雪災具有分布集中、發生頻率高、季節性強、影響范圍廣等特點[3-6]。內蒙古主要牧區不同程度的雪災幾乎每年都會發生。牧區雪災災情監測識別、等級劃分和雪災評估一直是雪災研究熱點，于永[7]開展了內蒙古牧區雪災特點和抗災的研究，并得出內蒙古牧區雪災具有災情重、救濟難度大的特點，致災直接原因是“凍”與“餓”；李友文和劉壽東[8]開展了內蒙古牧區黑、白災評估模式及等級指標的研究，并利用連續無積雪日數、可能發生期、最大積雪深度、積雪持續日數和基本因子(家畜抗災能力指數、冬前牧草平均高度)等建立了黑、白災評估模式；林建和范蕙君[9]通過綜合考慮內蒙古各站的積雪深度、積雪持續時間和不同草地的分布情況及牧區白災指標開展了內蒙古雪災監測方法研究；李海紅等[10]依據積雪掩埋牧草程度、積雪持續日數和積雪面積比等指標開展了中國牧區雪災等級指標研究，并在此基礎上制訂了牧區雪災等級國家標準。近年來，利用衛星遙感和地理信息系統開展雪災監測評估研究的成果也越來越多，梁天剛等[11]利用NOAA衛星數據及地面氣象臺站觀測資料，建立了積雪深度遙感反演模型，綜合考慮雪情、草情、畜情和氣象因素的空間分布及其對草地畜牧業的危害程度，開展了牧區雪災評價方法研究；王博等[12]利用GIS開展了內蒙古中部牧區雪災風險評估模型研究；周秉榮等[13-14]開展了青海高原牧區雪災逐級判識模型和預警評估模型研究；張國勝等[15]開展了三江源地區雪災風險預警指標體系及風險管理研究。眾多雪災監測評估方法各具特色，都能滿足不同地區的需求，但隨著經濟的發展，草原畜牧業生產方式的改變，牧民定居和舍飼畜牧業的發展，使部分區域的游牧時代結束，草原畜牧業抵御雪災和其他自然災害的能力不斷加強，同級別雪災造成的損失正在降低。2012年初冬，內蒙古中東部大部地區連續3場大的降雪，按照已有的評估方法應該出現特大雪災，但由于雪災預警及時，牧民及時屠宰出欄、牲畜過冬飼料儲備充足、畜舍保暖設施完善，事實上并沒有出現大量牲畜死亡的現象，主要牧區損失較輕。因此，本研究通過對內蒙古冬季雪災的研究，完善雪災天氣預報流程，提出雪災預警方法，這將有利于牧區在雪災來臨前及時減少人員和牲畜外出活動，從而降低災害損失。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

積雪資料來源于內蒙古草原牧區118個氣象站，牧草資料來自49個草地生態氣象監測站，氣象預測數據來自內蒙古氣象臺和內蒙古氣候中心。2010年11月-2011年2月期間的EOS/MODIS監測的積雪數據，通過內蒙古生態與農業氣象中心擁有的EOS/MODIS接收系統實時接收處理TERRAAQUA星監測的數據，使用分辨率為1 km的MODIS影像，制作雪災等級分布圖。

1.2 研究方法

在數理統計分析的基礎上，利用3S技術將地面積雪深度監測數據與遙感監測的積雪范圍有機結合，主要使用ESRI公司ARCMAP軟件的spline插值方法將地面觀測的雪深轉換為格網數據。

積雪的遙感監測方法采用歸一化差分積雪指數NDSI法，其計算公式為：

NDSI=(RVIS-RSWIR)/(RVIS+RSWIR)

式中，RVIS、RSWIR分別代表可見光和短紅外波段的反射率。通常，雪的NDSI值比其他地物高，當NDSI值大于或等于某一個閾值(K1)時判定為積雪，此外，清澈水體與暗目標NDSI值也可能大于K1，可利用近紅外波段區分清澈水體，利用可見光波段來區分暗目標。因此，可利用如下判別式識別積雪[16]：

式中，RVIS和RSWIR分別代表可見光波段和近紅外波段的反射率；K1、K2、K3分別代表對應判別閾值。

1.3 雪災等級劃分指標

雪災等級的劃分標準采用中華人民共和國牧區雪災等級國家標準(GB/T 20482-2006)，雪災等級確定為輕災、中災、重災、特大災4級，具體分級指標和受災情況見表1。

表1 牧區雪災等級劃分標準[10]

注：掩埋牧草程度相同時，以積雪持續時間長短確定雪災等級。

Note： Grade of snow disaster would be determined by snow duration when grass buried extents are the same.

1.4 雪災牧用天氣預報發布指標

根據前期的積雪深度、牧草高度和衛星遙感監測積雪面積信息，結合未來24～72 h降水(雪)量預報，根據牧區雪災等級劃分標準，當不同草原區雪災預評估等級達到輕度白災以上時，發布雪災天氣預警[17]。不同草原區雪災預警發布指標如下：

(1) 草甸草原區

①地面無積雪，未來24 h降雪達到“暴雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量超過10 mm以上(注：北方地區1 mm降水可以折算8～10 mm積雪深度)。

②地面有5～10 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“大雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量7～10 mm。

③地面有10～15 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“中雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量5～7 mm。

④地面有15 cm以上深積雪，且未來24 h降雪達到“小到中雪”；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量3～5 mm。

(2)典型草原區

①地面無積雪，未來24 h降雪達到“大雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量8 mm以上。

②地面有3～8 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“中雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量5～8 mm。

③地面有8～12 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“小到中雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量3～5 mm。

④地面有12 cm以上深積雪，且未來24 h降雪達到“小雪”；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量2～3 mm。

(3)荒漠草原區

①地面無積雪，未來24 h降雪達到“中到大雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量6 mm以上。

②地面有2～6 cm深積雪，且未來24 h降雪達到“小到中雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量3～5 mm。

③地面有6～10 cm以上深積雪，且未來24 h降雪達到“小雪”以上；或者未來48～72 h內累積降水(雪)量2～3 mm。

1.5 雪災天氣預報技術流程

首先,通過對地面監測的積雪深度進行統計，并確定各地區的積雪持續時間；根據當年8月末測量的牧草高度，確定積雪掩埋牧草深度的百分比；利用EOS/MODIS衛星遙感監測積雪范圍和面積，根據積雪等級劃分標準，確定當前雪災發生的等級。其二，依據氣象臺發布的降雪天氣預報信息(包括降雪量和降雪落區)，結合雪災牧用天氣預報發布條件，制作雪災天氣預報。最后，在充分考慮畜牧業年景、過冬飼草儲備、家畜膘情、飼草補飼量的基礎上，分析降雪過程對畜牧業生產的影響利弊關系，針對預報結論，提出放牧飼養管理、畜舍保暖、飼草調運、補飼保膘、接羔保育、家畜轉移、疫病防治等安全生產和防災保畜生產建議。具體見內蒙古雪災天氣預報技術流程圖1。

圖1 內蒙古雪災預警技術流程圖

2 結果與分析

2.1 2010年12月中旬雪災監測評估狀況

利用雪災等級劃分指標對2010年12月中旬的雪災進行監測評估，內蒙古全區積雪面積為453 684.2 km2，積雪深度為1～38 cm。其中呼倫貝爾市中部和北部、興安盟阿爾山、科右前旗北部(索倫鎮)、錫林郭勒盟東北部最大積雪深度為21～36 cm，持續時間長達40～50 d，牧草掩埋程度大于70%，出現了重度白災，面積為179 442 km2；呼倫貝爾市大部、興安盟大部、錫林郭勒盟東北部積雪深度為13～21 cm，持續時間達40 d，牧草掩埋程度大于50%，出現了中度白災，面積為236 298 km2；滿洲里、興安盟東北部、通遼市北部、錫林郭勒盟中東部偏北地區積雪深度為4～9 cm，持續時間40 d，牧草掩埋程度30%左右，出現了輕度白災(圖2)。

2.2 雪災牧用天氣預報

2010年12月26-28日內蒙古自治區氣象臺連續發布27-29日內蒙古巴彥淖爾市、包頭市、呼和浩特市、烏蘭察布市、錫林郭勒盟北部、呼倫貝爾市、興安盟有小雪，呼倫貝爾市東部、北部個別地區偏大的降雪預報。

根據預報信息提示，結合雪災牧用天氣預報發布條件和中旬的雪災評估結果，預測內蒙古呼倫貝爾市的中度雪災區域將演變成重度雪災；興安盟和錫林郭勒盟中度雪災范圍將擴大；西部地區也將出現積雪，局部地區將有雪災發生，對畜牧業生產造成一定影響。由此提出了由于內蒙古東北部積雪較深，大部地區飼草料入冬前儲備不足，受道路交通的影響，當前飼草料短缺和運輸困難，對牲畜越冬十分不利的事實。并建議各級畜牧部門密切關注天氣變化，抓緊時間調運飼草料，做好抗災救災工作；牧民應就近放牧，晚出早歸或舍飼圈養，確保人畜安全，對妊娠母畜加大補飼量；設施農牧業做好加固設施，防風和保暖，及時清除棚面積雪，通風時注意避開大風和低溫時段。牧用天氣預報信息通過手機短信、電視天氣預報和網站等傳播途徑及時向政府相關部門和農牧民發布。

圖2 內蒙古2010年12月中旬末積雪深度分布圖

2.3 雪災牧用天氣預報實況檢驗

通過對2010年12月下旬降水、積雪深度和積雪面積的統計分析，得出下旬全區大部地區降水偏多，全區積雪面積達到553 877.8 km2，積雪深度為1～40 cm；與中旬相比積雪面積擴大了100 193.6 km2，積雪深度加深了3 cm 。其中,呼倫貝爾市大部、興安盟阿爾山、科右前旗北部(索倫鎮)、錫林郭勒盟東北部雪深度為21～40 cm，出現了重度白災；巴彥淖爾市烏拉特后旗和烏拉特中旗局部地區積雪深度為20 cm，牧草掩埋程度大于70%，也出現了重度白災；重度白災總面積為263 381.6 km2，比12月中旬增加了83 939.7 km2。呼倫貝爾市西部、興安盟中部、錫林郭勒盟東北部積雪深度為13～20 cm，出現了中度白災，面積為69 165.4 km2，比12月中旬減少了298 09.0 km2。呼倫貝爾市西南部、興安盟東部和南部、通遼市北部、錫林郭勒盟中東部地區的積雪深度為4～12 cm，出現了輕度白災；其他地區積雪較淺或無積雪，沒有白災發生(圖3)。

實況驗證顯示，內蒙古呼倫貝爾市的中度雪災區域已經演變成重度雪災；興安盟和錫林郭勒盟中度雪災范圍有所擴大；西部地區出現積雪，局部地區有雪災?？傮w看預報結論基本正確，但巴彥淖爾市烏拉特后旗和烏拉特中旗出現局部重度雪災，受降雪量預報準確率影響，此區域雪災等級預報出現了偏差。

圖3 內蒙古2010年12月下旬雪災等級分布圖

2.4 雪災牧用天氣預報應用效果分析

由于提前3天發布雪災牧用天氣預報，即將遭受雪災影響的地區政府，開展積極動員和加大宣傳，對雪災影響和飼草料缺口較大的地區提前調運飼草料，做好抗災保畜工作；提醒牧民就近放牧，晚出早歸或舍飼圈養，確保了降雪發生時人畜安全；牧民也根據需要加固棚圈，做好了防寒保暖，預防了由于降雪降溫，牲畜擁擠取暖上垛踩踏死亡；同時加大了對妊娠母畜精料的補飼量，預防了由于低溫體能透支掉羔；設施農牧業提前加固設施，降雪時及時清除棚面積雪，預防了垮棚?？傮w看，由于預報準確，生產防御措施得力，盡管降雪較大，雪災等級提高，但災區并沒有出現牲畜和人員傷亡；雪后由于物資儲備充足，災區飼草料價格穩定，人民生活也比較穩定的局面。

3 結論

通過對雪災監測評估等級指標的確定，利用地面和遙感監測相結合的方法，實現了雪災的定量化評估。以氣象預報為基礎，結合雪災牧用天氣預報發布指標，制作的雪災牧用天氣預報能夠對雪災的范圍和影響程度進行預估，并且實況與預報結論基本相符，但受預報準確率的影響，部分區域評估等級出現了偏差。因此，牧用天氣預報的制作，在建立相應的評估指標和預報條件的基礎上，最終限制其發展的將是如何克服天氣預報準確性的問題。雪災牧用天氣預報對生產的指導意義和防災減災效果明顯，但雪災損失的定量化預估與雪災牧用天氣預報的經濟效益定量化評估還有待深入的探討。

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(責任編輯 武艷培)

Snow disaster warning system in pastoral areas of Inner Mongolia

LI Xing-hua1,2, CHAO Lu-men2, LIU Xiu-rong3, LI You-wen2

(1.Inner Mongolia Meteorological Service Center, Inner Mongolia Hohhot 010051, China;2.The Centre of Inner Mongolia Ecology and Agricultural Meteorology, Huhhot 010051, China;3.Inner Mongolia Meteorological Information Center, Hohhot 010051, China)

In the present study, quantitative assessment of snow disaster has been achieved using combined ground and remote sensing (RS) monitoring method with national standards of snow disaster monitor and evaluation. Combined with threshold value of animal husbandry weather forecasting index, snow disaster level warning system has been created for different grassland types in Inner Mongolia pasturing area. And also, the distribution map of snow disaster warning level was drawn. The forecasting results were consistent with truth which suggested that this forecasting system may estimate the scope and impact of the snow disaster. However, grade of snow disaster forecast appeared deviation in some region because of the impacts of the weather forecast accuracy.

Snow disaster grade; Snow disaster assessment; early warning of snow disaster；animal husbandry weather forecasting

LI Xing-hua E-mail：lxh101900@163.com

10.11829j.issn.1001-0629.2013-0196

2013-04-11 接受日期：2014-03-05

內蒙古氣象局科技創新項目(nmgqxkjcx201115)

李興華(1971-)，男，內蒙古翁牛特旗人，高級工程師，碩士，主要從事應用氣象、氣候變化、生態學、遙感應用研究。 E-mail：lxh101900@163.com

S127;X4

A

1001-0629(2014)06-1195-06*1