中國橡膠樹種植區臺風災害危險性分區

劉少軍，蔡大鑫，田光輝，甘業星

（海南省氣象科學研究所/海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海南 海口 570203）

【研究意義】橡膠樹是重要的經濟作物，生長于熱帶地區，對氣象條件具有嚴格的要求。橡膠樹生長適合微風，如果風速超過3 m/s，橡膠樹的生長和產膠就會受到影響。臺風是影響我國橡膠樹生長以及產膠量的主要氣象災害之一［1］。臺風不僅可以導致橡膠樹樹冠和花果受損，嚴重時還可以導致橡膠樹發生斷、倒，橡膠樹受強風脅迫后，其生理狀況均比受災年前同期的水平差［2］。橡膠樹遭受臺風災害后產量下降，主要原因在于臺風導致橡膠樹樹冠和篩管受損，光合作用效率降低［3］，生理活性物質合成受到影響，產膠潛力降低［4］，乳膠管堵塞抑制排膠能力［5］，另外臺風帶來的降水也會增大土壤養分的流失［6］。我國是臺風災害嚴重的國家之一，1985—2014年，有218個臺風造成不同程度的直接經濟損失，平均每年致災臺風7.3個［7］。因此，準確掌握橡膠樹種植區臺風危險區域的分布，對有效規避高風險區開展橡膠樹種植具有重要的意義。【前人研究進展】國內外關于臺風對橡膠樹的影響研究，主要集中在橡膠樹風害調查及典型個例分析、橡膠風害成因分析［8］、橡膠樹風害的重現期預測［9-10］、橡膠樹風害評估模型［11-13］、橡膠樹風害評估系統［14］、橡膠風害遙感監測［15-17］、橡膠氣象災害風險區劃［18-23］等方面，而針對整個中國橡膠樹種植區的臺風災害危險性分析未見報道。【本研究切入點】在全球氣候變化背景下，影響我國橡膠樹種植區的臺風年頻數稍有減少的趨勢，但臺風的平均強度總體呈增強趨勢，這必定會對我國橡膠生產帶來嚴重的影響。【擬解決的關鍵問題】根據西太平洋臺風路徑數據集，提取中國橡膠樹主產區內臺風路徑、頻次、平均風速、最大風速等信息，利用橡膠樹臺風災害綜合危險指數模型，開展中國橡膠樹種植區內臺風災害危險性區劃，為中國橡膠樹種植和規避臺風災害的影響提供決策依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

1951—2014年西太平洋臺風路徑數據來源于堪薩斯大學（University of Kansas）網站（https://kuscholarworks.ku.edu/handle/1808/22466），數據集包括臺風頻率和臺風強度（平均和最大風速），數據空間分辨率0.2°。研究區中國橡膠樹種植分布北界來自文獻［20］。基礎地理信息數據來源于國家基礎地理信息網站（http://ngcc.sbsm.gov.cn/）。1951—2014年經過中國橡膠樹種植區臺風路徑見圖1。

1.2 研究方法

通常情況下橡膠樹臺風災害損失與臺風風力正相關，當風力在8級時，橡膠樹斷倒較少；當風力在10級、12級、15級、16級時，橡膠樹斷倒率分別為13%、35%、69%、100%。臺風對橡膠樹的損壞程度除與大風本身強度有關外，還與地形下墊面和橡膠栽培技術等多種因素有關［24］，橡膠樹臺風災害損失主要集中在連根拔起、樹干折斷、根部折斷等3種方式，同時遭受臺風影響的橡膠樹會出現產量降低、死皮增加等現象［2］。根據橡膠樹風害等級標準，風害率≤5.0%為輕微風害，5.0%～10.0%為輕度風害，10.0%～20.0%為中度風害，大于20.0%為嚴重風害［25］。基于以上橡膠樹風害等級研究基礎，利用ArcGIS 10.2軟件的剪切功能，提取中國橡膠樹分布圖對應位置上的臺風頻次、平均風速、最大風速等信息，并進行等級劃分，賦值1，2，3，4表示臺風各要素對橡膠樹影響程度，分別對應表示臺風頻次指數、平均風速指數、最大風速指數。參照文獻［12,14,19］建立橡膠樹臺風災害綜合危險指數模型：

圖1 1951—2014年經過中國橡膠樹種植區臺風路徑圖Fig.1 Typhoon track passing through rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

式中，TF為橡膠樹臺風災害綜合危險指數，用于表示橡膠樹臺風災害危險程度，其值越大，則橡膠樹臺風災害危險程度越大；F1、F2、F3分別為臺風頻次指數、平均風速指數、最大風速指數。

2 結果與分析

我國橡膠樹種植區主要分布在海南、云南、廣東、廣西、福建等5省（區），其中福建和廣西橡膠產量的總量較少。

2.1 臺風影響頻次指數

從圖2可以看出，1951—2014年間我國橡膠樹種植區受臺風影響頻次分布，橡膠樹臺風災害頻次高值區分布在海南、廣東、福建等地，易受到臺風的影響；低值區分布在云南，受到臺風影響的風險較小。將臺風影響的頻次按照［0～2, 2～6,6～9, ＞9］劃分為4個等級，分別賦值1、2、3、4，表示臺風頻次對橡膠樹種植區影響程度，臺風影響頻次指數越大，說明該處橡膠樹受臺風影響的風險越大，更容易受到臺風的影響，危險性越大。

圖2 1951—2014年中國橡膠樹種植區臺風影響頻次分布Fig.2 Distribution of typhoon frequency in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

2.2 臺風最大風速指數

風速是影響橡膠樹受害程度的主要因素，橡膠樹受害程度會因風速加大而呈線性增加［21］，其原因為橡膠樹冠層暴露在大風中的面積較大，而且隨著高度的增加風速也增大，因此橡膠樹受風害的風險越大［24］。從圖3可以看出，1951—2014年間我國橡膠樹種植區在臺風經過期間的最大風速分布，其中臺風最大風速的高值區分布在海南、廣東、廣西、福建等地，易受到臺風的影響；低值區分布在云南，受到臺風影響的風險較小。將臺風最大風速按照［＜20.7, 20.7～24.4, 24.4～28.4,＞28.4］劃分為4個等級，分別賦值1、2、3、4，表示臺風最大風速對橡膠樹種植區影響程度，臺風最大風速指數越大，說明該處橡膠樹受臺風影響的風險越大，更容易受到臺風的破壞，危險性越大。

2.3 臺風平均風速指數

從圖4可以看出，1951—2014年間中國橡膠樹種植區在臺風經過期間的平均風速分布。將臺風平均風速按照［＜20.7, 20.7～24.4, 24.4～28.4,＞28.4］劃分為4個等級，分別賦值1、2、3、4，表示臺風平均風速對橡膠種植區影響程度，臺風平均風速指數越大，說明該處橡膠樹受臺風影響的風險越大，更容易受到臺風的破壞，危險性越大。

圖3 1951—2014年中國橡膠樹種植區臺風最大風速分布Fig.3 Distribution of typhoon maximum wind speed in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

圖4 1951—2014年中國橡膠樹種植區臺風平均風速分布Fig.4 Distribution of typhoon average wind speed in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

2.4 橡膠樹種植區臺風災害危險性分區

根據橡膠樹臺風災害綜合危險指數模型計算橡膠樹臺風災害綜合危險指數，并利用ArcGIS 10.2軟件中的自然斷點法進行分類，將我國橡膠樹種植區臺風災害危險性劃分為高危險區、中危險區、較低危險區、低危險區4個等級（圖5）。從圖5可以看出，橡膠樹種植臺風災害高危險區主要分布在海南三亞、陵水、萬寧、文昌，廣東徐聞、電白、湛江等地，臺風災害綜合危險指數為（27，48］；中危險區主要分布在海南島南部，廣東陽江、茂名，福建詔安等地，臺風災害綜合危險指數為（12，27］；較低危險區主要分布在海南島、中、西部，廣東信宜、廉江，廣西北海、玉林、陸川，福建云霄、長泰等地，臺風災害綜合危險指數為（4-12］；低危險區主要分布在云南境內，臺風災害綜合危險指數為［1-4］。

圖5 中國橡膠樹種植區臺風災害危險性分區Fig.5 Zoning of typhoon disaster risks in rubber tree planting areas of China

3 討論

橡膠樹是典型的多年生熱帶作物，臺風是橡膠樹的主要氣象災害之一，尤其海南、廣東兩大植膠區常年遭受臺風危害［27］，臺風災害帶來的強風可對橡膠樹造成短期、長期及持久性的損害。一場較強的登陸臺風，首先致使當年橡膠產量銳減，損傷的枝葉需要3～5年的回復生長，而臺風造成的倒伏則會形成永久性的“缺苗斷壟”，成為不可逆的低產林地。由于部分橡膠樹種植區選地不當，臺風災害不僅影響橡膠樹的正常生長，而且影響到后期的橡膠樹的產量。因此，可以根據橡膠樹臺風災害危險性區劃結果，合理規劃橡膠樹種植區。為了提高臺風災害較重區域實現橡膠樹可持續發展，應從橡膠樹品種、防護林建設、氣候適宜性評估、經營管理等方面綜合考慮，建立橡膠樹抗風高產栽培技術體系［28］。隨著全球氣候變化和我國適宜種植橡膠樹的土地資源有限，我國橡膠樹種植區的臺風災害影響將長期存在，臺風災害影響程度有可能更為嚴重，因此必須加強橡膠樹抗風栽培技術的研發，增強橡膠樹科學合理抗風避災理念。在優化橡膠種植區布局的同時，大力發展橡膠樹的林下經濟作物種植，在努力增加橡膠產量的同時，獲得林下經濟的附加收入，提高橡膠林地的綜合效益，保證持有一定面積的橡膠戰略性種植。

臺風的危險性評價，前人的研究成果很多，也選用了多種方法和評價指標，如郭騰蛟等［29］選用年均臺風災害次數（災次指數）、殷潔等［30］選用臺風強度等級、張悅等［31］選用年均臺風影響次數（災次比）分別表征危險性，在一定程度上反映了潛在致災性，但并不全面；而尚志海等［32］考慮以臺風登陸頻率、死亡人數和直接經濟損失衡量臺風危險性，將災害防御能力納入危險性評價，這與目前多數學者的觀點并不一致；黃海靜等［33］選取的指標與本研究相似，但未考慮平均風速，而且大風的持續性對于橡膠風害的形成有重要貢獻。本研究從致災體本身出發，充分考慮了臺風對橡膠樹的致災特性，構造的災害危險綜合指數同時兼顧臺風發生的頻率和強度，分析結果更符合實際，得到的危險性分區具有較好的應用價值。

4 結論

根據我國橡膠樹主產區內臺風頻次、平均風速、最大風速指數，構建橡膠樹臺風災害綜合危險指數模型進行分析，結果表明我國橡膠種植區臺風災害危險性分區特點，其中高危險區主要分布在海南東部沿海和廣東的雷州半島等地，低危險區主要分布在云南境內。以上結果對了解中國橡膠樹臺風災害危險性等級分布及采取相應措施減少橡膠樹風災損失具有重要的指導意義。