书城科普读物冰天雪地:雪灾与低温灾害的防范自救
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第13章 认识低温灾害(1)

低温灾害主要是因为来自极地的强冷空气及寒潮侵入造成的连续多日气温下降,使作物因环境温度过低而受到损伤以致减产的农业气象灾害。低温灾害包括低温连阴雨、低温冷害、霜冻和寒潮等。

下面就简要介绍一下常见的低温灾害。

认识寒潮

所谓寒潮,就是北方的冷空气大规模地向南侵袭我国,造成大范围急剧降温和偏北大风的天气过程。寒潮一般多发生在秋末、冬季、初春时节。我国气象部门规定:冷空气侵入造成的降温,一天内达到10℃以上,而且最低气温在5℃以下,则称此冷空气爆发过程为一次寒潮过程。可见,并不是每一次冷空气南下都称为寒潮。

1.寒潮的形成

寒潮的形成首先要有冷空气的堆积。一个地区的空气冷却后,密度变大体积缩小并下沉,高层周围质量增加,在地面上表现为气压升高。当冷空气堆积到一定程度,与周围较暖地区的气压失去平衡,冷空气就会从气压高的地方向气压低的地方流动。通常冷空气的源地形成于冷却最强烈的地区。冷气团形的空气汇集补充,使地面上方空气成后不会一下消失,而是分裂出一股股冷空气。高纬度地区冷气团持续控制局面要到季节转换才会改观。

当冷空气向暖空气的方向推进时,在冷暖空气交界处空气温度、湿度、气压和风向风速都会发生剧烈的变化,形成冷锋的锋面,在锋面上经常成云降水。冷锋到来时寒风骤起,风向由偏南转偏北,有时还下一阵雨雪,气温剧烈下降。在风力变大以后,当地已完全被冷空气所控制,天空转晴,夜间强烈辐射降温,最低气温常出现在风停之后的清晨。

冷气团控制后,由于天气转晴光照充足,地面被晒热,冷空气逐渐被地面加热变性,成为相对暖的气团,气压逐渐下降。等到气压又失去平衡,从冷区又会分裂出新的一股冷空气补充或形成新的寒潮南下。

地球上接收太阳辐射最少的地区是两极,其中南极被公认是地球上最冷的地方。北极的周围是广阔的北冰洋,由于水体的保温作用,冬季温度高于高纬度的大陆或大岛。

气象学家的研究表明亚洲的寒潮有一部分是起源于亚欧大陆北端的新地岛一带,是北冰洋在亚洲一侧的最大岛屿。另一部分起源于东西伯利亚的勒拿河中游,这里纬度虽低于北极圈,但地处内陆腹地,冬季地面辐射异常强烈,东面和南面又有海拔二三千米的几道山脉,使得暖湿的空气难以进入,来自北冰洋的冷空气却容易进入勒拿河谷并堆积,成为北半球冬季最寒冷的地区,1933年2月6日曾在奥米亚康测得-67.8℃的北半球最低气温记录。

北美洲的寒潮往往发源于格陵兰岛和加拿大北部的大岛屿,由于北美的山脉多为南北向,冷空气能够长驱南下,在低纬度引起的降温强度往往甚于亚洲。

2.寒潮的爆发与路径

寒潮指北方冷空气大规模爆发南侵的过程,中国气象局规定凡24小时内温度下降10℃以上,最低气温在5℃以下者称为寒潮。但对于华南只要出现二个指标之一就被认为是寒潮,足以对农作物产生危害。

中国的《寒潮年鉴》将冷空气活动划分为全国性寒潮、区域性寒潮、强冷空气活动、一般冷空气活动四个等级。

中国的寒潮有明显的季节变化,据统计,影响中国的寒潮发生在冬季12~2月的占40.1%,春季3~5月占29.1%,秋季9~11月占30.4%。夏季虽然也有冷空气的活动,但强度和影响范围一般达不到上述标准。

冬季北方冷空气不断堆积后,爆发南下还需要一定的天气条件。

一个是高空气流的方向由偏南转为偏北,引导北方的冷气团南下。高空偏北气流越强,寒潮南下势头也越猛。在高空天气图上表现出来的最原来近于东西向的低压槽转变成南北向。另一个条件是在冷气团以南有一个低气压在发展,冷气团所在区域的高气压与南边低气区的气压差不断加大,到一定程度就会有大量冷空气的爆发南下,出现强烈降温,形成一次寒潮天气过程。

寒潮入侵中国主要有西路、中路和东路三条途径。

3.寒潮的时空分布

我国寒潮天气非常普遍,从北方到南方,从高原到河谷任何地区都可能受其影响。根据近50多年的资料统计,我国寒潮天气事件地理分布是从北向南发生频次逐渐递减。

内蒙古中部和新疆北部最常发生,每年平均出现8次以上;黄河以北地区,年均寒潮次数在4次以上;中国东部的长江流域到华南一带在3次左右;青藏高原和西南一带最少,年均寒潮次数在2次左右从李节分布来看,春、秋、冬三个季节寒潮发生的次数差别比较大,秋季是寒潮频发的季节,春季次之,冬季最少。通常人们以为冬天是最冷的季节,寒潮天气应该最为活跃,实际上根据气象科学的定义,冬季天气寒冷,基础温度低,冷空气来临造成的降温反而不显着了,因而很多冷空气过程不能够达到寒潮标准,但冬季的冷空气本身还是很强的。我国各月寒潮发生情况,在11、12月份和3、4月份发生最多,9月最少;南方地区的寒潮多发生于春季,以3月份最多;而北方地区刚好相反,10~12月份的寒潮明显多于其他月份,这和来自北方的冷空气的进退时节有关。

4.寒潮的两种降温方式

寒潮爆发南下引起所经地区的强烈降温,主要有平流降温和辐射降温两种形式。

当冷空气堆积到一定程度爆发南下时,首先出现大风降温天气。

由于冷空气的密度大,南下的速度很快,把前方的暖空气赶走取而代之,这就是平流降温,降温的幅度取决于冷暖气团的温差和冷空气推进的速度。

当冷空气已经控制某一地区后,由于空气干燥,又处于高气压下,天气晴朗,夜间辐射散热强烈,到清晨可出现很低的温度。如果在傍晚风停转晴,夜间辐射降温的时间就更长,幅度也更大。

中国北方的纬度并不是很高,冬季仍有较多的太阳辐射,空气又相当干燥,很少有阴天。最低温度一般出现在强冷锋过境,风停天晴,夜间强烈辐射降温之后的清晨,此后升温的速度是比较快的。但不久北方积聚的冷空气又会再次爆发南下补充,这样就形成了北方“三寒四暖”的交替现象。当势力很强的寒潮南下后,不断有小股冷空气从冷气团的主体分裂补充南下,也可能形成持续的严寒天气。

寒潮到达南方时的情况与北方有所不同,主要因为南方的暖湿空气在冬季仍较活跃,北方的冷空气南下与暖湿空气相持往往形成持久的阴雨雪天气,以平流降温为主,辐射降温出现的时间不长。一方面水汽凝结可释放潜热,延缓了降温的速度和幅度;另一方面连阴天又得不到太阳辐射,使得气温难以迅速回升。对于势力不太强的寒潮,到达江淮就已经是强弩之末了,降温幅度不会大。但对于势力强大和不断有冷空气补充南下的情况,连阴雨雪可持续多日,气温持续下降难以回升。有时北方已经回暖了,南方仍然相当寒冷,1998年的春节期间就是这种情况。由于阴湿天气在二三月份出现更多,人们常常觉得南方最冷的时期不在隆冬而是在早春。

倒春寒

倒春寒是指在春季升温后本应继续回暖时节,反而出现比常年温度明显偏低而对作物造成冷害的天气现象。春季气温上升,早春作物开始生长,多数果树陆续进入开花期,抗御低温能力大为减弱,若这时出现倒春寒天气,北方冬小麦会被冻伤冻死,南方水稻面临烂秧死苗,果树开花坐果率降低,其他春种作物生长发育也会受到严重影响。

寒潮的危害

寒潮是一种大型天气过程,往往能引发多种严重的气象灾害。寒潮冷空气可以造成大范围的剧烈降温,对农作物及人、畜造成霜冻害和冻害;冷空气所经之处常常刮起大风,并伴有暴雪等强烈天气,导致暴风雪灾害的发生;寒潮冷空气能致使温度、风、湿度等要素发生剧烈变化,可以在西北地区和黄土高原等地引发沙尘暴天气;还会在影响范围内引发冻雨、雾淞和寒露风等灾害性天气。一次强寒潮天气过程常常会造成路面积雪结冰,电线挂冰,引发交通阻塞,通讯中断。

木及热带作物造成严重的霜冻害,甚至出现绝收情况。由于寒潮出现的地区和季节不同,其强度和危害也不完全一样,但它带来的灾害性天气对工农业生产和百姓日常生活的影响通常都很大,对农业、牧业、交通、电力,甚至人们的健康都有强降温则对正在生长的农作物、果比较大的影响。

寒潮天气对农业的影响最大。

寒潮冷空气带来的降温可以达到10℃甚至20℃以上,通常超过农作物的耐寒能力,造成农作物发生霜冻害或冻害。不同地区不同种类的农作物耐寒的生理学温度都有一定的限度,如北方春小麦、豆类和油料作物属耐寒作物,可以承受-7~-10℃的低温,萝卜可耐-6℃的低温,白菜可耐-4℃的低温,而玉米、黍稷、马铃薯只能忍耐-3~-2℃的低温,棉花和各种瓜类作物只能经受-2~0℃的低温。而且,各种植物不同生长发育阶段的耐寒能力也不同。对于大多数植物来说,当温度降到0℃左右时,就会明显受害。历史上,几乎每次寒潮过程都会造成大面积农作物受灾,其灾害程度因冷空气入侵范围的不同而有较大的差异。

寒潮伴随的大风、雨雪和降温天气会造成大风、低能见度、地表结冰和路面积雪等现象,对公路、铁路交通和海上作业安全带来较大的威胁,严重影响人们的生产生活。

如2013年1月31日,受一股强冷空气影响,北京下了一场小雪,随后造成路面结冰,造成很多起交通事故。

寒潮对民航的影响也十分显着,最直接的影响表现在寒潮大风上。寒潮冷空气所到之处,平均风速一般为15米/秒以上,阵风可达25米/秒以上,并且维持时间较长。大风使起飞和着陆的飞机易发生轮胎破裂和起落架折断等事故。

其次,寒潮往往造成较强的阵性降雨或降雪天气,降水可以增加机场低层湿度,容易形成云底高度在200~600米的低空碎云,严重影响飞机的起飞和着陆,同时也可以造成低层能见度迅速降低,使得飞机无法起飞和着陆。因寒潮降水和恶劣能见度影响飞行安全的事例屡见不鲜,寒潮来临前引发的大雾天气更是影响现代民航的重要因素,常常一天就可能延误上千架次航班的正常飞行,造成严重的旅客滞留和经济损失。另外,寒潮入侵产生的降水伴随着气温剧降,跑道面上迅速积雪或冻结成冰层,飞机起飞和降落易冲出跑道,因此必须临时封闭航空港。

寒潮还影响航海航运。寒潮大风到达海上时,由于海面摩擦因素小,风力一般可达7~8级,阵风甚至达到11~12级,因此当寒潮来袭时,海上的航运常常被迫停止,船只需进港避险。另外,寒潮大风可以制造海上风暴潮,形成数米高的巨浪,对海上船只有毁灭性的打击。

寒潮对人体健康也可以造成较大的危害。例如,初春的寒潮经常给南方地区带来阴冷潮湿天气,容易导致人体患呼吸道疾病,呼吸道疾病又可以引发肺气肿和心脑血管病,若不及时治疗,将可能危及生命。英国科学家对一组健康人的研究表明,在寒冷条件下,当人体的体表温度和核心体温下降时,血压升高,血液血小板、红细胞和胆固醇增加,血液黏稠度增加。血压升高容易引起出血性中风,血液黏稠度增加则容易引起心肌梗塞和缺血性中风。研究表明,冬季是心、脑血管猝死易发季节,特别是寒潮来临时,心、脑血管猝死的危险性大大增加。因此,寒潮来临时,人们要注意保暖和增加衣物。

寒潮天气的影响是广泛的,造成的灾害也比较严重和多样化,有些灾害是寒潮天气直接造成的结果,如风灾、霜冻害、寒害、道路结冰和积雪等,有些是间接引发的,如低温冷害、空气质量下降等。因此,我们应该对寒潮天气和寒潮灾害给予足够重视,以便提前预报并及时采取防御措施,从而减轻和避免灾害损失。

认识冰雹

冰雹灾害是由强对流天气系统引起的一种严重的气象灾害。在世界范围内,冰雹具有明显的地域和季节分布特征。冰雹是否会造成灾害,不仅与雹块大小、积雹密度、降雹范围和降雹的持续时间有关,而且还与被冰雹袭击地区的下垫面特征、雹击物体性质、状况有关。

我国是受季风气候影响冰雹灾害多发的国家。由于降雹季节正是我国绝大部分地区的农作物生长关键时期,所以,冰雹对我国农业生产的危害很大,尤其对国家粮食安全生产构成明显威胁。

一次范围较大、强度较强的降雹,常常伴随着狂风、强降水、急剧降温等阵发性极端灾害性天气过程。近年来,随着我国经济社会的快速发展,城市化的不断扩大和工业生产的迅速发展,我国近年来发生的冰雹灾害不仅给农业带来严重的损失,而且对建筑、通讯、电力、交通也造成很大危害。据有关资料统计,我国每年因冰雹所造成的经济损失达几亿元甚至几十亿元。

据安徽省灾害性天气年鉴资料,1972年4月18日,安徽安庆、巢湖等地区30余个县市遭大风、冰雹、暴雨袭击,风力最大11~12级,一般8~10级,持续时间一般10分钟左右,最长达79分钟;雨量一般30毫米,最大60毫米;冰雹大似拳头、鸡蛋,小如核桃、蚕豆。安庆地区的棉花、油菜、夏季作物受灾面积0.51万公顷,损失红芋200吨,稻种1920吨;巢湖地区刮坏房屋120.52万间,倒塌10.17万间,死33人,伤2273人。

根据中央气象台冰雹档案资料:

1980年6月26~27日,浙江全省9个地区26个市县都出现了冰雹、狂风和暴雨。冰雹直径最大的在5厘米以上,一般有2厘米左右;有的地方每平方米降雹50余个;降雹持续时间约10分钟左右;普遍刮8~10级大风,部分地区有11~12级或12级以上大风。在这次冰雹、大风和暴雨的袭击中,损失较大的有肖山、余杭、海宁、海盐、桐乡、余姚、慈溪、定海、普陀、岱山、镇海11个县和省农垦系统的4个农场,死亡151人,伤262人,下落不明23人;各种农作物受灾约6万公顷;倒塌房屋2844间,损坏房屋11882间;倒断电杆1万余根;损坏、沉没渔船、农船326条;水利设施也受到破坏。

据新京报报道,2005年5月31日,罕见的、鸡蛋大小的冰雹突袭北京,持续时间十几分钟,万辆小车遭损。另据北京市民政局统计,这次冰雹使北京受灾的地区有门头沟、通州、大兴、房山、平谷和怀柔,其中以房山和大兴最为严重,全市农作物受灾面积达13374公顷,受灾人口87666人,造成直接经济损失4815.5万元。