殷 潔,吳 紹 洪,戴 爾 阜

(1.南通大學(xué)地理科學(xué)院，城市與區(qū)域發(fā)展規(guī)劃研究院，江蘇 南通 226007；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，中國科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實驗室，北京 100101)

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基于歷史數(shù)據(jù)的中國臺風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性分析

殷 潔1,2,吳 紹 洪2*,戴 爾 阜2

(1.南通大學(xué)地理科學(xué)院，城市與區(qū)域發(fā)展規(guī)劃研究院，江蘇 南通 226007；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，中國科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實驗室，北京 100101)

根據(jù)臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)，通過計算評價單元內(nèi)不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害發(fā)生頻數(shù)和路徑長度，綜合表征臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性的大小。結(jié)果表明：1)在四個強(qiáng)度臺風(fēng)條件下，敏感性最高的區(qū)域位于海南省、廣東省沿海、福建省和浙江省沿海，隨著臺風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度增強(qiáng)，影響范圍呈現(xiàn)向北、向內(nèi)陸延伸、擴(kuò)展的趨勢；2)臺風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度達(dá)到中度時，高敏感性的區(qū)域減少，低敏感性的區(qū)域面積大幅度增加，同時，臺風(fēng)路徑東移明顯，福建所受影響加重，海南和廣東影響有所減小。

臺風(fēng)；孕災(zāi)環(huán)境敏感性；歷史數(shù)據(jù)；頻數(shù)；路徑長度

中國東部沿海地區(qū)是人口積聚、國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要區(qū)域和戰(zhàn)略中心，承載著全國40%以上的人口、50%以上的國內(nèi)生產(chǎn)總值、65%的工業(yè)總產(chǎn)值以及70%以上的大中城市[1-3]。由于沿海地區(qū)區(qū)位的重要性和面臨臺風(fēng)災(zāi)害的高風(fēng)險性，臺風(fēng)災(zāi)害已經(jīng)引起各級政府及學(xué)者的廣泛關(guān)注，并開展了相應(yīng)的研究工作[4]。對于臺風(fēng)災(zāi)害造成的風(fēng)險，由于孕災(zāi)環(huán)境中諸多不確定性的因素交互作用，使得風(fēng)險評估必須考慮臺風(fēng)的孕災(zāi)環(huán)境敏感性。目前臺風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性多包含在臺風(fēng)“危險性”的范疇之內(nèi)，認(rèn)為危險性是在特定時間和區(qū)域內(nèi)某種潛在災(zāi)害發(fā)生的可能性[5,6]，多以臺風(fēng)的風(fēng)速、暴雨強(qiáng)度指標(biāo)，采用超越概率、模糊數(shù)學(xué)方法、可拓學(xué)模型計算臺風(fēng)的災(zāi)情指數(shù)、頻次指標(biāo)加以表征[6-10]。本文擬采用歷史臺風(fēng)發(fā)生數(shù)據(jù)，探討區(qū)域不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境敏感性，為風(fēng)險評估及風(fēng)險管理提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文主要數(shù)據(jù)為1949-2008年臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)*http://www.typhoon.gov.cn/research/index.php?style=6，共包含471場臺風(fēng)，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：臺風(fēng)編號、名稱、臺風(fēng)中心每隔6 h的位置(經(jīng)度、緯度)和臺風(fēng)強(qiáng)度信息;所用行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，采用課題組提供的2004年中國東部15個省/市/自治區(qū)、1 035個縣市的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，因缺少臺灣數(shù)據(jù)，故未計算在內(nèi)。

1.2 指標(biāo)選擇

自然災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理復(fù)雜，通常涉及較多的孕災(zāi)環(huán)境要素，在前人對于自然災(zāi)害的相關(guān)研究工作中[11-16]，自然災(zāi)害危險性包含災(zāi)害強(qiáng)度和孕災(zāi)環(huán)境敏感性的含義，近似于自然災(zāi)害預(yù)測預(yù)報研究[17]，這在臺風(fēng)災(zāi)害研究中存在類似的問題。臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性是臺風(fēng)風(fēng)險評估的重要參數(shù)，如與天氣狀況、風(fēng)壓、氣壓、海洋表面溫度、氣溫、大氣環(huán)流以及地轉(zhuǎn)偏向力密切相關(guān)[18]，但這些要素在較大的時間、空間尺度上變化較大，存在較高的不確定性，難以量化表達(dá)每場臺風(fēng)對不同區(qū)域造成的影響程度[19]。因此，選取較為穩(wěn)定的指標(biāo)成為敏感性分析的關(guān)鍵。本文試圖建立在較大的區(qū)域和長時間序列中已經(jīng)包含上述不穩(wěn)定臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境的指標(biāo)體系，來表征不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性的大小。在此理念中，采用歷史臺風(fēng)發(fā)生數(shù)據(jù)，由于每場臺風(fēng)事件都包含當(dāng)時特定的天氣、風(fēng)壓、氣壓、溫度等孕災(zāi)環(huán)境要素，60年時間跨度的數(shù)據(jù)可以從區(qū)域整體上反映不同強(qiáng)度災(zāi)害發(fā)生的孕災(zāi)環(huán)境敏感性。

臺風(fēng)的發(fā)生頻數(shù)可直觀表達(dá)臺風(fēng)發(fā)生可能性的高低，McGregor對南海的熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，用來分析區(qū)域熱帶氣旋的潛在危險性[20]，這為臺風(fēng)發(fā)生可能性的研究提供了一種思路。本文除考慮臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)，還需要考慮不同強(qiáng)度臺風(fēng)發(fā)生的頻數(shù)。如果一個地區(qū)發(fā)生臺風(fēng)頻數(shù)比較高，但強(qiáng)度較低，每次造成的損失不大，而另一個地區(qū)發(fā)生臺風(fēng)頻數(shù)不高，但記錄中有較大的損失，這兩種情形導(dǎo)致的臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險存在一定的差異。因此根據(jù)臺風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度的差異進(jìn)行孕災(zāi)環(huán)境敏感性的分析，既是完善臺風(fēng)風(fēng)險研究的重要內(nèi)容，也對制定區(qū)域的防災(zāi)減災(zāi)措施有重大實踐指導(dǎo)意義。

除了不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)，還需要考慮臺風(fēng)路徑長度，一般臺風(fēng)對某一特定區(qū)域造成的影響與臺風(fēng)穿越路徑長短有關(guān)，即存在從邊緣“掃過”和中心“貫穿”的差異[19]，以此揭示臺風(fēng)路經(jīng)區(qū)域的影響方式。因此，選擇計算不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害登陸各縣域單元的頻數(shù)和所經(jīng)歷各縣域單元的路徑長度兩個指標(biāo)，反映某一強(qiáng)度的臺風(fēng)可能在某些縣域登陸或造成影響，即該區(qū)域發(fā)生臺風(fēng)災(zāi)害的敏感性。

1.3 分析方法

基于ArcGIS10.0平臺，根據(jù)1949-2008年登陸和影響全國的471次臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)，采用文獻(xiàn)[21]中劃分的臺風(fēng)災(zāi)害等級，分別提取微度、輕度、中度和重度臺風(fēng)各163場、129場、75場和104場。參考周俊華對臺風(fēng)路徑緩沖區(qū)處理方法[22]進(jìn)行調(diào)整，依次對以上4個等級的臺風(fēng)路徑進(jìn)行75 km、100 km、125 km和150 km半徑的緩沖區(qū)分析，緩沖區(qū)所覆蓋的縣域單元即為臺風(fēng)影響區(qū)域。在ArcGIS空間分析模塊下，計算每個縣域單元受臺風(fēng)影響的頻數(shù)以及每個縣域單元內(nèi)穿越的臺風(fēng)路徑總長度。

由于臺風(fēng)登陸頻數(shù)和所經(jīng)歷的路徑長度量綱不統(tǒng)一，分別對兩項指標(biāo)進(jìn)行式(1)和式(2)歸一化處理，值域范圍為[0.1,0.9]，不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性采用式(3)進(jìn)行等權(quán)重求和[19]。

(1)

(2)

(3)

式中:αij和βij分別代表i級臺風(fēng)登陸j縣的頻數(shù)和臺風(fēng)路徑長度歸一化指數(shù)；Xij和Yij分別代表j縣i級臺風(fēng)登陸頻數(shù)和路徑長度；Ximin(Ximax)和Yimin(Yimax)分別代表i級臺風(fēng)登陸最少(多)頻數(shù)和最短(長)路徑；Pij為j縣發(fā)生i級臺風(fēng)的孕災(zāi)環(huán)境敏感性。

2 結(jié)果與分析

2.1 臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)

采用空間分析方法，將471次臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)與縣域單元數(shù)據(jù)進(jìn)行識別疊加(Identity)，可求得影響各縣市的頻數(shù)，從圖1可見,臺風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度等級越低，發(fā)生頻數(shù)越高，具體表現(xiàn)為：

圖1 不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)

Fig.1 Frequencies of different intensity typhoon disasters

(1)微度臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)最高，尤其海南省、廣東沿海、廣西沿海地區(qū)成為臺風(fēng)最為頻繁登陸的區(qū)域，發(fā)生30次以上；福建省大部分縣市有10～30次微度臺風(fēng)登陸，是微度臺風(fēng)影響較多的區(qū)域；微度臺風(fēng)最北影響到安徽省中部地區(qū)。

(2)輕度臺風(fēng)影響范圍比微度有所擴(kuò)大，最北端可影響到大連，但發(fā)生頻數(shù)高于30次的范圍有所縮小，海南北部、雷州半島以及江門部分縣市輕度臺風(fēng)的發(fā)生頻數(shù)較多；發(fā)生10～20次輕度臺風(fēng)的范圍主要包括廣東北部、江西南部、福建大部、浙江省、上海市以及江蘇南部縣市；發(fā)生5～10次的縣市范圍與微度臺風(fēng)時相比呈擴(kuò)大態(tài)勢，影響范圍集中在廣西東北部、湖南南部、江西中部、福建西北部、安徽南部；其余內(nèi)陸縣市發(fā)生頻數(shù)均低于5次。

(3)中度臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)呈降低趨勢，最大發(fā)生次數(shù)不足30次，與微度、輕度臺風(fēng)發(fā)生情況相比，廣東西部、廣西中南部發(fā)生頻數(shù)呈減少的趨勢，而福建省及江西省東部發(fā)生頻數(shù)較高(10～20次)。

(4)重度臺風(fēng)發(fā)生頻數(shù)最多的區(qū)域位于福建沿海的福州市、泉州市及莆田市，形成以此為中心的發(fā)生頻數(shù)呈輻射狀降低的空間分布格局，表現(xiàn)為：福建省大部、江西省南部、廣東省東部及珠三角地區(qū)處于20～30次的頻數(shù)范圍；海南、廣西東部南部、廣東西部、江西北部、浙江、安徽南部、江蘇南部較大范圍均發(fā)生10～20次重度臺風(fēng)。

2.2 臺風(fēng)路徑長度

對各強(qiáng)度等級臺風(fēng)路徑與所途經(jīng)的縣域單元進(jìn)行運(yùn)算，分別得到經(jīng)過每一單元的路徑長度(圖2)。

圖2 不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)經(jīng)歷路徑長度

Fig.2 The track line lengths of different intensity typhoon disasters

(1)微度臺風(fēng)時，每個縣域單元內(nèi)臺風(fēng)路徑總長度大于300 km的縣市集中在海南省、廣西南部、廣東沿海；福建南部各縣市累積路徑長度處于100～300 km，由于臺風(fēng)登陸后繼續(xù)前行，使得江西東中部、安徽西部及浙江西北部縣市成為微度臺風(fēng)在內(nèi)陸形成的頻繁影響區(qū)域，路徑長度為100～200 km。

(2)輕度臺風(fēng)發(fā)生時，海南西部縣市較東部縣市臺風(fēng)路徑累計長度更長，廣西南部、廣東沿海臺風(fēng)路徑長度仍大于200 km，經(jīng)過福建的臺風(fēng)路徑小于200 km，且中部縣市較少受到直接影響，浙江、上海及江蘇沿海各縣市臺風(fēng)路徑長度與微度臺風(fēng)相比明顯增加。

(3)中度臺風(fēng)發(fā)生時，路徑最長(超過200 km)的縣市位于海南、廣西南部、雷州半島，珠三角地區(qū)、福建及江西東部縣市也有大于100 km的累計路徑，總體上，中度臺風(fēng)由于發(fā)生次數(shù)較微度、輕度有所減少，臺風(fēng)經(jīng)歷各縣市的累計路徑長度也呈降低趨勢。

(4)重度臺風(fēng)情況下，海南各縣市臺風(fēng)路徑長度明顯降低(低于200 km)，路徑最長的縣市位于福建、廣東東部、江西南部、浙江東北部，與中度臺風(fēng)相比，盡管受影響縣市累計路徑長度均低于300 km，但重度臺風(fēng)發(fā)生時，影響范圍明顯擴(kuò)大，向北擴(kuò)展至廣西中部以北、江西、安徽，甚至到達(dá)山東、遼寧沿海地區(qū)。

2.3 臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性

采用式(1)-式(3)，計算各縣域單元內(nèi)不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性。對各強(qiáng)度等級臺風(fēng)可能影響的縣域單元數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(圖3)，有如下規(guī)律：敏感性處于[0.1,0.3]范圍內(nèi)的縣域占多數(shù)，隨著強(qiáng)度增強(qiáng)發(fā)生可能性在[0.3～0.7]值域范圍內(nèi)的縣域增加，表明臺風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，蘊(yùn)含的能量越高，行進(jìn)路徑也越長，影響范圍也越廣。

圖3 不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性縣域數(shù)目統(tǒng)計

空間上，臺風(fēng)在海南、廣東、廣西、福建、浙江均有可能登陸，距離海岸線較遠(yuǎn)的湖南、江西、安徽以及沿海的江蘇、上海、山東、遼寧均有可能受到不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害的影響。對每一強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性進(jìn)一步分析如下(圖4)：1)微度臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性介于[0.4,0.9]的區(qū)域集中在廣東西部、廣西南部、海南沿海縣市，廣東內(nèi)部縣市、江西南部、福建大部敏感性介于[0.2,0.4]。2)廣西南部-廣東西部一線輕度臺風(fēng)敏感性高于0.6，這一帶北部縣市以及長三角地區(qū)敏感性介于[0.4,0.6]，福建、江蘇南部、遼寧東部、湖南南部、江西南部及安徽南部區(qū)域敏感性介于[0.2,0.4]。3)中度臺風(fēng)敏感性較高的區(qū)域呈東移的趨勢，除海南外，廣東西部、廣西南部及福建敏感性等級較高，介于[0.4,0.8]。4)重度臺風(fēng)主要影響福建、廣東東部、江西南部及浙江南部縣市，導(dǎo)致這些區(qū)域成為臺風(fēng)發(fā)生敏感性高值區(qū)，臺風(fēng)影響范圍最廣，除了臺風(fēng)頻發(fā)的廣東、廣西、海南外，遼寧中部、山東東部、江蘇、安徽、江西、湖南東部都處于敏感性高于0.2的值域范圍。

圖4 不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性

Fig.4 Sensitivities of different intensity typhoons

由于西北太平洋及南海生成的臺風(fēng)對我國產(chǎn)生影響的路徑類型主要有西移、西北移和轉(zhuǎn)向3種[23]，從上述發(fā)生頻數(shù)與累計路徑長度分析可見，強(qiáng)度較大的中度、重度臺風(fēng)逐漸由西移轉(zhuǎn)為西北移，臺風(fēng)在登陸后向內(nèi)陸移動過程中影響的范圍也在擴(kuò)大。這可能是導(dǎo)致中度、重度臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性較高區(qū)域東移的一個原因。

在微度、輕度、中度和重度臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性分析的基礎(chǔ)上，對四個強(qiáng)度臺風(fēng)進(jìn)行等權(quán)重疊加，得到中國東部臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性空間格局(圖5)。在空間上，海南省、廣西東南部、廣東沿海、福建大部為臺風(fēng)頻發(fā)區(qū)，這些區(qū)域孕災(zāi)環(huán)境敏感性較高。受西移、西北移臺風(fēng)影響，位置偏北的浙江、江蘇和上海孕災(zāi)環(huán)境敏感性整體上較弱。

圖5 中國東南部臺風(fēng)孕災(zāi)環(huán)境敏感性

3 結(jié)論與討論

本文從確定不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性的角度，為盡可能包含臺風(fēng)發(fā)生時的孕災(zāi)環(huán)境特征，采用歷史臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)，對我國東部臺風(fēng)災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境敏感性進(jìn)行分析，結(jié)論如下：1)在四個強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害條件下，敏感性最高的區(qū)域位于海南、廣東沿海、福建和浙江沿海，臺風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度達(dá)到中度時，高敏感性的區(qū)域減少，低敏感性的區(qū)域面積大幅度增加；2)隨著臺風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度增強(qiáng)，影響范圍呈向北、向內(nèi)陸延伸、擴(kuò)展的趨勢，當(dāng)臺風(fēng)發(fā)展為中度時，路徑東移明顯，福建所受影響加重，海南和廣東影響有所減小；3)臺風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性綜合分析表明，海南、廣西東南部、廣東沿海和福建大部敏感性較高。

對比目前沿海地區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險的相關(guān)研究[24-27]，本文通過構(gòu)建評價指標(biāo)，實現(xiàn)敏感性的空間格局分析，考慮不同強(qiáng)度等級臺風(fēng)的登陸規(guī)律，綜合計算登陸頻數(shù)和路徑長度，來表征不同強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的可能性，最終實現(xiàn)各強(qiáng)度臺風(fēng)災(zāi)害下的孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估。本文不足之處在于未進(jìn)行與傳統(tǒng)的概率分布分析方法的對比，這將在下一步工作中深入探討。

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Analysis of Typhoon Disaster-Informative Environment Sensitivity Based on Historical Data in China

YIN Jie1,2,WU Shao-hong2，DAI Er-fu2

(1.SchoolofGeographicalScience,NantongUniversity,InstituteofUrbanandRegionalPlanning,Nantong226007; 2.KeyLaboratoryofLandSurfacePatternandSimulation,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China)

China is a country repeatedly hit by landfall typhoons every year,which caused great losses on population and social property for their high densities in East China.Typhoon disaster-formative environment analysis is an important work for risk assessment and avoiding losses.In this paper,typhoon disaster-informative environment sensitivity was analyzed with the geographical information system technology,using typhoon track line data.Different intensity typhoon disasters sensitivities were calculated by means of the frequencies and track line lengths in each county,based on 471 historical typhoon track line data from 1949 to 2008.The results showed that:1) in four situations of slight,light,medium and sever typhoon disasters,the highest sensitivity regions were in Hainan Province,coastal of Guangdong Province,Fujian Province,and coastal of Zhejiang Province.The affected regions extended northward and inland,with typhoon intensity increasing from slight to severe.2) The area of high sensitivity was shrinking with typhoon intensity enhancing up to medium,however,the area of low sensitivity expanded sharply.In the case of medium,influence areas in Fujian was increasing,but decreasing in Hainan and Guangdong Province,for typhoon track lines eastward-moving obviously.

typhoon;disaster-informative environment sensitivity;historical data;frequency;track line length

2014-02-17；

2014-07-02

國家科技支撐計劃(2013BAK05B04、2008BAH31B01、2009BAC61B05)；國家自然科學(xué)基金項目(40830741)

殷潔(1983-)，女，博士，主要從事自然災(zāi)害風(fēng)險研究。*通訊作者E-mail:wush@igsnrr.ac.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.01.021

X43

A

1672-0504(2015)01-0101-05