基于歷史數據的中國臺風災害孕災環境敏感性分析

殷 潔,吳 紹 洪,戴 爾 阜

(1.南通大學地理科學院，城市與區域發展規劃研究院，江蘇 南通 226007；2.中國科學院地理科學與資源研究所，中國科學院陸地表層格局與模擬重點實驗室，北京 100101)

?

基于歷史數據的中國臺風災害孕災環境敏感性分析

殷 潔1,2,吳 紹 洪2*,戴 爾 阜2

(1.南通大學地理科學院，城市與區域發展規劃研究院，江蘇 南通 226007；2.中國科學院地理科學與資源研究所，中國科學院陸地表層格局與模擬重點實驗室，北京 100101)

根據臺風路徑數據，通過計算評價單元內不同強度臺風災害發生頻數和路徑長度，綜合表征臺風孕災環境敏感性的大小。結果表明：1)在四個強度臺風條件下，敏感性最高的區域位于海南省、廣東省沿海、福建省和浙江省沿海，隨著臺風災害強度增強，影響范圍呈現向北、向內陸延伸、擴展的趨勢；2)臺風災害強度達到中度時，高敏感性的區域減少，低敏感性的區域面積大幅度增加，同時，臺風路徑東移明顯，福建所受影響加重，海南和廣東影響有所減小。

臺風；孕災環境敏感性；歷史數據；頻數；路徑長度

中國東部沿海地區是人口積聚、國民經濟和社會發展的重要區域和戰略中心，承載著全國40%以上的人口、50%以上的國內生產總值、65%的工業總產值以及70%以上的大中城市[1-3]。由于沿海地區區位的重要性和面臨臺風災害的高風險性，臺風災害已經引起各級政府及學者的廣泛關注，并開展了相應的研究工作[4]。對于臺風災害造成的風險，由于孕災環境中諸多不確定性的因素交互作用，使得風險評估必須考慮臺風的孕災環境敏感性。目前臺風災害孕災環境敏感性多包含在臺風“危險性”的范疇之內，認為危險性是在特定時間和區域內某種潛在災害發生的可能性[5,6]，多以臺風的風速、暴雨強度指標，采用超越概率、模糊數學方法、可拓學模型計算臺風的災情指數、頻次指標加以表征[6-10]。本文擬采用歷史臺風發生數據，探討區域不同強度臺風災害的孕災環境敏感性，為風險評估及風險管理提供依據。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本文主要數據為1949-2008年臺風路徑數據*http://www.typhoon.gov.cn/research/index.php?style=6，共包含471場臺風，數據內容包括：臺風編號、名稱、臺風中心每隔6 h的位置(經度、緯度)和臺風強度信息;所用行政區劃數據，采用課題組提供的2004年中國東部15個省/市/自治區、1 035個縣市的基礎地理數據，因缺少臺灣數據，故未計算在內。

1.2 指標選擇

自然災害的發生機理復雜，通常涉及較多的孕災環境要素，在前人對于自然災害的相關研究工作中[11-16]，自然災害危險性包含災害強度和孕災環境敏感性的含義，近似于自然災害預測預報研究[17]，這在臺風災害研究中存在類似的問題。臺風孕災環境敏感性是臺風風險評估的重要參數，如與天氣狀況、風壓、氣壓、海洋表面溫度、氣溫、大氣環流以及地轉偏向力密切相關[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，難以量化表達每場臺風對不同區域造成的影響程度[19]。因此，選取較為穩定的指標成為敏感性分析的關鍵。本文試圖建立在較大的區域和長時間序列中已經包含上述不穩定臺風孕災環境的指標體系，來表征不同強度臺風災害孕災環境敏感性的大小。在此理念中，采用歷史臺風發生數據，由于每場臺風事件都包含當時特定的天氣、風壓、氣壓、溫度等孕災環境要素，60年時間跨度的數據可以從區域整體上反映不同強度災害發生的孕災環境敏感性。

臺風的發生頻數可直觀表達臺風發生可能性的高低，McGregor對南海的熱帶氣旋發生頻數進行統計，用來分析區域熱帶氣旋的潛在危險性[20]，這為臺風發生可能性的研究提供了一種思路。本文除考慮臺風發生頻數，還需要考慮不同強度臺風發生的頻數。如果一個地區發生臺風頻數比較高，但強度較低，每次造成的損失不大，而另一個地區發生臺風頻數不高，但記錄中有較大的損失，這兩種情形導致的臺風災害風險存在一定的差異。因此根據臺風災害強度的差異進行孕災環境敏感性的分析，既是完善臺風風險研究的重要內容，也對制定區域的防災減災措施有重大實踐指導意義。

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

1.3 分析方法

基于ArcGIS10.0平臺，根據1949-2008年登陸和影響全國的471次臺風路徑數據，采用文獻[21]中劃分的臺風災害等級，分別提取微度、輕度、中度和重度臺風各163場、129場、75場和104場。參考周俊華對臺風路徑緩沖區處理方法[22]進行調整，依次對以上4個等級的臺風路徑進行75 km、100 km、125 km和150 km半徑的緩沖區分析，緩沖區所覆蓋的縣域單元即為臺風影響區域。在ArcGIS空間分析模塊下，計算每個縣域單元受臺風影響的頻數以及每個縣域單元內穿越的臺風路徑總長度。

由于臺風登陸頻數和所經歷的路徑長度量綱不統一，分別對兩項指標進行式(1)和式(2)歸一化處理，值域范圍為[0.1,0.9]，不同強度等級臺風孕災環境敏感性采用式(3)進行等權重求和[19]。

(1)

(2)

(3)

式中:αij和βij分別代表i級臺風登陸j縣的頻數和臺風路徑長度歸一化指數；Xij和Yij分別代表j縣i級臺風登陸頻數和路徑長度；Ximin(Ximax)和Yimin(Yimax)分別代表i級臺風登陸最少(多)頻數和最短(長)路徑；Pij為j縣發生i級臺風的孕災環境敏感性。

2 結果與分析

2.1 臺風發生頻數

采用空間分析方法，將471次臺風路徑數據與縣域單元數據進行識別疊加(Identity)，可求得影響各縣市的頻數，從圖1可見,臺風災害強度等級越低，發生頻數越高，具體表現為：

圖1 不同強度等級臺風發生頻數

Fig.1 Frequencies of different intensity typhoon disasters

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

(2)輕度臺風影響范圍比微度有所擴大，最北端可影響到大連，但發生頻數高于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的發生頻數較多；發生10～20次輕度臺風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；發生5～10次的縣市范圍與微度臺風時相比呈擴大態勢，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；其余內陸縣市發生頻數均低于5次。

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

(4)重度臺風發生頻數最多的區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生頻數呈輻射狀降低的空間分布格局，表現為：福建省大部、江西省南部、廣東省東部及珠三角地區處于20～30次的頻數范圍；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生10～20次重度臺風。

2.2 臺風路徑長度

對各強度等級臺風路徑與所途經的縣域單元進行運算，分別得到經過每一單元的路徑長度(圖2)。

圖2 不同強度等級臺風經歷路徑長度

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

(1)微度臺風時，每個縣域單元內臺風路徑總長度大于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，由于臺風登陸后繼續前行，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在內陸形成的頻繁影響區域，路徑長度為100～200 km。

(2)輕度臺風發生時，海南西部縣市較東部縣市臺風路徑累計長度更長，廣西南部、廣東沿海臺風路徑長度仍大于200 km，經過福建的臺風路徑小于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路徑長度與微度臺風相比明顯增加。

(3)中度臺風發生時，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、福建及江西東部縣市也有大于100 km的累計路徑，總體上，中度臺風由于發生次數較微度、輕度有所減少，臺風經歷各縣市的累計路徑長度也呈降低趨勢。

(4)重度臺風情況下，海南各縣市臺風路徑長度明顯降低(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，但重度臺風發生時，影響范圍明顯擴大，向北擴展至廣西中部以北、江西、安徽，甚至到達山東、遼寧沿海地區。

2.3 臺風孕災環境敏感性

采用式(1)-式(3)，計算各縣域單元內不同強度等級臺風孕災環境敏感性。對各強度等級臺風可能影響的縣域單元數目進行統計(圖3)，有如下規律：敏感性處于[0.1,0.3]范圍內的縣域占多數，隨著強度增強發生可能性在[0.3～0.7]值域范圍內的縣域增加，表明臺風強度越強，蘊含的能量越高，行進路徑也越長，影響范圍也越廣。

圖3 不同強度等級臺風孕災環境敏感性縣域數目統計

空間上，臺風在海南、廣東、廣西、福建、浙江均有可能登陸，距離海岸線較遠的湖南、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度臺風災害的影響。對每一強度臺風災害孕災環境敏感性進一步分析如下(圖4)：1)微度臺風孕災環境敏感性介于[0.4,0.9]的區域集中在廣東西部、廣西南部、海南沿海縣市，廣東內部縣市、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敏感性高于0.6，這一帶北部縣市以及長三角地區敏感性介于[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域敏感性介于[0.2,0.4]。3)中度臺風敏感性較高的區域呈東移的趨勢，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)重度臺風主要影響福建、廣東東部、江西南部及浙江南部縣市，導致這些區域成為臺風發生敏感性高值區，臺風影響范圍最廣，除了臺風頻發的廣東、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 不同強度等級臺風孕災環境敏感性

Fig.4 Sensitivities of different intensity typhoons

由于西北太平洋及南海生成的臺風對我國產生影響的路徑類型主要有西移、西北移和轉向3種[23]，從上述發生頻數與累計路徑長度分析可見，強度較大的中度、重度臺風逐漸由西移轉為西北移，臺風在登陸后向內陸移動過程中影響的范圍也在擴大。這可能是導致中度、重度臺風孕災環境敏感性較高區域東移的一個原因。

在微度、輕度、中度和重度臺風孕災環境敏感性分析的基礎上，對四個強度臺風進行等權重疊加，得到中國東部臺風孕災環境敏感性空間格局(圖5)。在空間上，海南省、廣西東南部、廣東沿海、福建大部為臺風頻發區，這些區域孕災環境敏感性較高。受西移、西北移臺風影響，位置偏北的浙江、江蘇和上海孕災環境敏感性整體上較弱。

圖5 中國東南部臺風孕災環境敏感性

3 結論與討論

本文從確定不同強度臺風災害孕災環境敏感性的角度，為盡可能包含臺風發生時的孕災環境特征，采用歷史臺風路徑數據，對我國東部臺風災害的孕災環境敏感性進行分析，結論如下：1)在四個強度臺風災害條件下，敏感性最高的區域位于海南、廣東沿海、福建和浙江沿海，臺風災害強度達到中度時，高敏感性的區域減少，低敏感性的區域面積大幅度增加；2)隨著臺風災害強度增強，影響范圍呈向北、向內陸延伸、擴展的趨勢，當臺風發展為中度時，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)臺風災害孕災環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。

對比目前沿海地區臺風災害風險的相關研究[24-27]，本文通過構建評價指標，實現敏感性的空間格局分析，考慮不同強度等級臺風的登陸規律，綜合計算登陸頻數和路徑長度，來表征不同強度臺風災害發生的可能性，最終實現各強度臺風災害下的孕災環境敏感性評估。本文不足之處在于未進行與傳統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。

[1] 牛海燕，劉敏，陸敏，等.中國沿海地區臺風災害損失評估研究[J].災害學,2011,26(3):61-64.

[2] 袁俊，譚傳鳳，常旭.中國沿海城市帶研究[J].城市問題,2007,147:11-17.

[3] 武強，鄭銑鑫，應玉飛，等.21世紀中國沿海地區相對海平面上升及其防治策略[J].中國科學D輯,2002,32(9):760-766.

[4] 趙慶良，許世遠，王軍，等.沿海城市風暴潮災害風險評估研究進展[J].地理科學進展,2007,26(5):32-40.

[5] VARNES D J.Landslide Hazard Zonation:A Review of Principles and Practice[M].Paris:UNESCO:1984.9-15.

[6] 劉少軍，張京紅，何政偉，等.基于GIS的臺風災害損失評估模型研究[J].災害學,2010,25(2):64-67.

[7] 丁燕，史培軍.臺風災害的模糊風險評估模型[J].自然災害學報,2002,11(1):4-43.

[8] 張麗佳，劉敏，陸敏，等.中國東南沿海地區臺風危險性評價[J].人民長江,2010,41(6):81-83,91.

[9] 孫偉，劉少軍，田光輝，等.海南島臺風災害危險性評價研究[J].氣象研究與應用,2008,29(4):7-9.

[10] 歐進萍，段忠東，常亮.中國東南沿海重點城市臺風危險性分析[J].自然災害學報,2002,11(4):9-17.

[11] MOURI G,MINOSHIMA D,VALENTIN G,et al.Probability assessment of flood and sediment disasters in Japan using the Total Runoff-Integrating Pathways model[J].International Journal of Disaster Risk Reduction,2013,3:31-43.

[12] SHIP J,DU J,JI M X,et al.Urban risk assessment research of major natural disasters in China[J].Advances in Earth Science,2006,21(2):170-177.

[13] DEY P K.Managing project risk using combined analytic hierarchy process and risk map[J].Applied Soft Computing,2010,10:990-1000.

[14] BARDOSY G Y,FODOR J.Evaluation of Uncertainties and Risks in Geology[M].Heidelberg:Springer,2004.1-221.

[15] KARIMI I,HULLERMEIER E.Risk assessment system of natural hazards:A new approach based on fuzzy probability[J].Fuzzy Sets and Systems,2007,158(9):987-999.

[16] FENG L H,LUO G Y.Application of possibility-probability distribution in risk analysis of landfall hurricane——A case study along the east coast of the United States[J].Applied Soft Computing,2011,11:4563-4568.

[17] 劉毅，吳紹洪，徐中春，等.自然災害風險評估與分級方法論探研——以山西省地震災害風險為例[J].地理研究,2011,30(2):195-208.

[18] ROY C,KOVORDANYI R.Tropical cyclone track forecasting techniques—A review[J].Atmospheric Research,2012,40-69.

[19] 殷潔，戴爾阜，吳紹洪.中國臺風災害綜合風險評估與區劃[J].地理科學,2013,33(11):1370-1376.

[20] MCGREGOR G R.The tropical cyclone hazard over the South China Sea 1970-1989:Annual spatial and temporal characteristics[J].Applied Geography,1995,15(1):35-52.

[21] 殷潔，戴爾阜，吳紹洪，等.中國臺風強度等級與可能災害損失標準研究[J].地理研究,2013,32(2):266-274.

[22] 周俊華.中國臺風災害綜合風險評估研究[D].北京:北京師范大學,2004.49-54.

[23] 林炳榮.近10年福建臺風災害分析[J].福建地理,1994,14(2):21-28.

[24] 楊慧娟，李寧，雷飏.我國沿海地區近54a臺風災害風險特征分析[J].氣象科學,2007,27(4):413-418.

[25] 殷杰.中國沿海臺風風暴潮災害風險評估研究[D].上海:華東師范大學,2011.21-38.

[26] 牛海燕，劉敏，陸敏，等.中國沿海地區近20年臺風災害風險評價[J].地理科學,2011,31(6):764-768.

[27] 陳文芳，徐偉，史培軍.長三角地區臺風災害風險評估[J].自然災害學報,2011,20(4):77-83.

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)；國家自然科學基金項目(40830741)

殷潔(1983-)，女，博士，主要從事自然災害風險研究。*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