面向區劃的臺風災害綜合風險評價
——以廣東省臺風災害人口與經濟風險為例*

余瀚，郭浩，王靜愛

1.蘭州財經大學農林經濟管理學院，甘肅蘭州 730101

2.北京師范大學地理科學學部，北京 100875

3.浙江師范大學地理與環境科學學院，浙江金華 321004

4.青海師范大學高原科學與可持續發展研究院，青海西寧 810008

臺風是對人類社會造成損失與傷亡最大的災害之一。全球每年約有臺風80～100 個，主要發生于西北太平洋、加勒比海、印度洋、東太平洋、大洋洲北部海域等洋面。其中西北太平洋的臺風發生頻率是最高的，約占全球總數的1/3 以上。臺風引發一系列次生災害與事故，造成巨大經濟損失及人員傷亡［1-5］。

中國地處西北太平洋沿岸，臺風帶來的威脅非常嚴重。隨著臺風預警以及社會進步，臺風災害造成的人員傷亡顯著下降，但受淹農田面積、倒塌房屋數以及直接經濟損失等臺風災情仍然呈上升趨勢［6］。廣東是我國臺風登陸最多且受臺風影響最嚴重的省份，其沿海地區人口與社會經濟高度集中，臺風災害帶來的損失約占廣東省自然災害造成損失的60%。隨著國民經濟的進一步發展和氣候變化影響，廣東省在未來遭遇臺風災害的風險可能還將進一步增大［7］。

自然災害風險區劃是對風險空間分異規律的系統性劃分與總結［8］。從理論研究到實踐應用中，從科學研究到國家需求，都對自然災害風險區域分異規律系統性總結有極大需求［9-14］。自然災害風險區劃是當前自然災害風險研究的熱點與難點問題，但目前自然災害風險區域規律研究基本集中于風險等級高低的分異，系統性與綜合性不足；適應系統性綜合區劃的自然災害風險評估工作還有待深入［13］。

因此，如何使區域自然災害風險評估方法適應自然災害風險綜合區劃要求，成為目前迫切需要研究與探討的科學問題。本文從區域災害系統理論出發，深入分析區域臺風災害風險區劃的需求，以廣東省為例從臺風致災因子強度、人口與經濟社會脆弱性、暴露度，系統性地綜合評價了臺風災害風險，為廣東省臺風災害風險防范提供科學依據，也為后續廣東省臺風災害風險綜合區劃開展提供基礎。

1 數據與方法

1.1 數 據

本研究對獲取的相關研究數據，從區域災害系統理論角度，進行了分類整理（表1）。

表1 研究基本數據Table 1 Basic data

致災因子主要選取臺風災害中影響較大的大風、暴雨、洪澇為3種致災因子。考慮到需要較高空間分辨率數據，大風與暴雨致災數據直接引用了北京師范大學臺風巨災模型組的研究成果［15-19］：①大風致災因子，由于在風荷載下的致損過程主要由瞬時的極大風速決定，是決定臺風災害風災損失的關鍵，通常選擇3 s 極大風速值，它與承災體損失的關系更好，可由參數化臺風風場模型計算獲得［15-17］；②暴雨致災因子選擇臺風過程降雨量，它是由《熱帶氣旋年鑒》中歷史臺風災害過程降水等值線數據，通過數字化后進行空間插值方法，并結合距離平方反比與極端降水觀測值重建得到［18-19］；③洪澇災害致災因子選取洪澇災害等級，由中國洪澇災害綜合危險性等級數據中提取得到［20］。該數據包括山洪災害危險性與淹沒型洪水危險性兩部分，綜合考慮了致災因子（降水量、降水分布的強度與時間特征）與孕災環境（山洪災害相關的地形、地表類型等數據）兩個要素。

人口與經濟承災體數據為2010 年千米網格人口與GDP 數據、第六次人口普查數據、統計年鑒數據，數據來源為中國科學院資源環境科學與數據中心。以2010 年千米網格人口與GDP 數據為基底，計算縣區級行政區總值，與第六次人口普查、統計年鑒數據對比計算比率為校正系數，對千米網格上的人口與GDP數據進行校正得到。

1.2 評估方法

1.2.1 自然災害風險綜合區劃的需求 風險綜合區劃是對風險評價結果的再綜合，風險評價是開展風險綜合區劃的基礎。分析后續風險區劃的需求，臺風災害評價應解決3 個問題：①綜合表達風險的未來不確定性。風險是對未來不利情景的表達［21］，未來性意味著不確定性；②風險評價的系統性與綜合性。以利于風險綜合區劃的多級分區；③提高風險評價基本單元的空間分辨率。以利于提高區劃界線的定量程度。

針對上述問題，① 風險分析過程與結果的表達采用多情景下風險等級圖譜的形式，采用一致的制圖分級標準，確保多個情景下的可比性；②在區域災害系統理論指導下，從風險構成要素綜合、系統地評價廣東省臺風災害人口與經濟風險；③選擇較高空間分辨率的數據。

1.2.2 風險評估模型 依據前述分析，本研究中臺風災害風險分析模型可表達為［22-23］：

其中R為臺風災害風險，H為臺風災害多致災因子綜合強度，V為承災體脆弱性，E為承災體暴露度。分析框架如圖1所示。

圖1 廣東省臺風災害人口與經濟風險分析框架Fig.1 Framework of typhoon disaster risk analysis for Guangdong province

1.2.3 綜合致災因子強度 臺風災害致災因子多樣，是典型的災害鏈，除大風、暴雨外，在不同下墊面的孕災環境下，可能引發洪澇、風暴潮、滑坡、泥石流等次生災害［24］。臺風災害最終造成的損失應當為多種致災因子共同作用的綜合結果［4，24-25］。由于當前災害鏈風險評估從理論到方法的研究還有待進一步深入，以及數據資料所限，本文中臺風多致因子強度仍采用多災種綜合的方法：選擇臺風災害中影響較大的大風、暴雨評價其致災強度，同時考慮洪澇危險性等級進行修正。針對多個重現期情景，首先進行單致災因子強度-概率分析，然后對單致災因子的強度進行綜合。

單致災因子強度-概率分析中，①利用模擬最大風速、降雨量數據，以年為單位分別構建柵格單元臺風年最大風速、臺風年降雨量的極大值樣本序列；②擬合樣本序列累積概率分布函數，利用Gumbel經典極值分布函數

式中μm，σm，c分別是年極大值樣本的數學期望、標準差和歐拉常數；③基于致災因子數據序列長度和風險概率統計可靠性，計算得到5、10、20、50 和100 年一遇重現期下的綜合致災因子強度指數［18-19］

式中T，p(X≥x)，F(x)分別為重現期、超越概率、累積分布概率，并利用K-S 檢驗（Kolmogorov-Smirnov test）進行擬合效度檢驗。

綜合致災因子強度計算中，參考實地調研中走訪當地財產保險公司所獲取的臺風災害保險業務的理賠案例及經驗，結合歷史災情數據分析設定臺風大風、降雨綜合權重分別為0.2和0.8，而暴雨主要的成害原因就是洪澇，利用洪澇危險性等級對暴雨強度進行修正

式中H，Hwind，Hrain，Hflood分別為臺風致災因子綜合強度指數、歸一化的大風、降水、洪澇災害強度指數。

1.2.4 人口經濟承災體脆弱性與暴露度 本文中人口經濟承災體脆弱性是指區域社會脆弱性，是區域內人口經濟系統的固有屬性［26-27］。

人口社會脆弱性評價通過構建指標體系并進行因子分析計算得到［27］。廣東省人口社會脆弱性評價指標體系（見表2），該指標體系參考了原指標體系，也考慮了數據可獲取性與區域適宜性等，對19個指標進行因子分析后，信息量較大的公因子等權重求和得到的社會脆弱性指數。

表2 廣東省人口社會脆弱性評價指標體系Table 2 Indicators of Guangdong population social vulnerability evaluation

經濟社會脆弱性用社會財富值的高低代表［28］。社會財富

式中GDP為國內生產總值，Invt為區域內投資比。

綜合社會脆弱性指數

式中V，Vpop，Veco分別代表綜合、人口、經濟承災體的社會脆弱性指數。參考對廣東省臺風災害風險評估研究中利用人口、經濟發展、農業承災體分別與損失的偏相關系數計算權重［29］，農業歸于經濟承災體，可得的人口、經濟脆弱性的系數分別為0.306、0.694。

暴露度指標選取人口與GDP 數量，受數據資料不完備所限，暫無法考慮防護措施。人口經濟承災體綜合暴露度

式中E，Epop，Eeco分別為綜合、人口、經濟承災體的暴露度指數。根據實地調研獲取的保險公司的實際業務經驗，系數設定為0.2與0.8。

2 結果分析

2.1 臺風綜合致災因子強度

2.1.1 大風致災強度等級 大風致災因子強度以風力等級表達，99.31%的網格通過K-S 檢驗。參考熱帶氣旋等級劃分的國家標準［30］，制圖共劃分為7 個等級，分別為<7，7～9，9～11，11～13，13～15，15～17，>17級（表3，圖2）。

表3 不同重現期情景下廣東3 s年極大風速強度分級面積占比Table 3 Percentage of annual maximum 3 s gust wind speed grades in Guangdong under different return period %

大風致災因子強度具有明顯的地帶規律性：距海岸線距離的遠近形成了NE-SW 的帶狀分異，越深入內陸，風速極大值越小。大風高危險性區域集中于沿海的深圳-汕頭、陽江-湛江一帶。由于地形起伏與地表粗糙度，局地特征較明顯。從5 年到100 年一遇情景，高等級大風強度區域占比不斷增加。

2.1.2 暴雨致災強度等級 降水強度等級劃分以24 h 降水量為指標，95.82%的網格通過K-S 檢驗。參考中國氣象局關于降水強度等級的劃分標準［31］，將過程降水量分布集中的區間適當細化，突顯等級差異（圖2，表4）。

表4 不同重現期情景下廣東省過程降水量強度分級面積占比Table 4 Percentage of annual maximum typhoon precipitation grade in Guangdong under different return period %

暴雨致災因子強度高值區分布具有較明顯地帶規律性：隨著距海岸線距離遠近形成了NE-SW的帶狀分異，越深入內陸，過程降水量越小。在粵北山地區由地形起伏造成地帶性規律較差。暴雨高危險區域集中于珠海-江門、惠州-揭陽一帶。從5 年一遇到100 年一遇情景，高等級降水強度區域占比不斷增加。

2.1.3 洪澇致災強度等級 洪澇災害危險性等級呈現南北分異的宏觀格局（圖2，表5）。北部山區內呈樹枝狀分布，由珠江水系，以及粵東、粵西主要河流水系的分布走向形成，易形成山洪型洪水災害。南部沿海平原區域地勢平坦，易形成河流淹沒型洪水災害。高危險性等級區域面積占比約為1/3。

表5 廣東省洪澇災害危險性分級面積占比Table 5 Percentage of flood hazard grade in Guangdong

2.1.4 綜合致災強度等級 臺風綜合致災因子強度呈現出較明顯的地帶規律性（圖2），高危險區域均集中于沿海。局地尺度上呈現出明顯的高值集中區：沿海地帶主要集中于粵東汕尾市區域內沿海地帶、粵西江門-陽江沿海一帶、湛江東部-茂名的沿海地帶，內陸地區主要分布于沿主要河流水系走向的區域。多重現期情景下隨著超越概率逐漸變小，高等級致災強度指數區域占比逐步增多（表6）。

表6 不同重現期情景下廣東省臺風綜合致災因子歸一化強度分級面積占比Table 6 Percentage of normalized comprehensive typhoon intensity under different return periods %

圖2 不同重現期情景下廣東省臺風災害大風、暴雨、洪澇及綜合致災因子強度以及廣東3 s年極大風速強度分級面積占比Fig.2 Wind，rainstorm，flood，comprehensive typhoon intensity grades and the percentage of annual maximum 3 s gust wind speed grades in Guangdong under different return period

2.2 廣東人口經濟社會脆弱性與暴露度

人口社會脆弱性呈現從內陸到沿海逐漸降低的分異規律（圖3），高脆弱性區域主要集中于粵西、粵西北和粵東北部地區，低脆弱性區域集中于珠三角及其周邊縣市。經濟社會脆弱性呈現明顯地域分異，高脆弱性地區主要集中于珠三角城市群區域、粵東城市群區域，廣州、深圳兩個超大城市尤為突出，其余區域內的高值區與城鎮的空間位置分布一致；低脆弱性等級區主要位于北部-東北部。

廣東人口與經濟承災體綜合社會脆弱性等級分異表現為，珠三角城市群區域、粵東城市群區域的高脆弱區由經濟高脆弱性造成；粵北、粵西區域內部分地區集中分布的高脆弱區由人口與經濟共同產生。

人口承災體暴露度（圖4）：高暴露區集中于珠三角地區、粵東潮汕地區以及粵西湛江和茂名城鎮區域。經濟承災體暴露度與人口相似性且更加集中（圖3），珠三角地區明顯高于其他地區。

圖4 廣東人口、經濟與綜合暴露度指數等級Fig.4 Regional population,economic,comprehensive exposure grades

綜合暴露度呈現沿海高于內陸的分布格局（圖3），3 個高值區分別是珠三角周邊地區、粵東潮汕地區、粵西湛江和茂名地區。低值區分布于粵北與粵東北部分地區，但城鎮區域均處于高暴露等級。

圖3 廣東人口、經濟與綜合社會脆弱性指數等級Fig.3 Regional population,economic,comprehensive social vulnerability grades

2.3 綜合風險評價結果

綜合風險指數評價結果以20 年一遇情景為基礎進行分級標準設定，其他年遇型使用同一分級標準。使5個重現期情景下的結果中的等級具有可比性（圖5，表7）。

圖5 不同重現期情景下廣東省臺風綜合風險等級Fig.5 Comprehensive typhoon risk grade distribution under different return period in Guangdong

廣東省臺風災害風險空間分異顯著：①沿海地區風險高于內陸地區，越深入內陸風險等級越小；②風險最高等級區集中于珠三角區域，每個年遇型情景下均為最高等級。次高等級區主要位于粵東潮汕地區、粵西湛江-茂名地區；③風險等級低值區主要集中于內陸丘陵區域；④內陸丘陵區域內沿河流、交通路線以及城鎮分布有部分高、中值區；④從5年一遇到100年一遇情景，隨著超越概率逐漸變小，高等級風險區域范圍明顯增加。在5、10、20年一遇情景下，超過50%的面積處于較低等級的1級風險區，5級以上較高等級風險區所占面積大多在10%以下。100年一遇情景下，風險處于較高-高等級的面積增加到約15%（表7），北部風險較低的地區變化不明顯。

表7 不同重現期情景下廣東省臺風人口與經濟風險等級分級面積占比Table 7 Percentage of comprehensive typhoon risk grade under different return period in Guangdong %

3 結論與建議

本文根據區域災害系統理論，面向臺風災害風險綜合區劃需求，系統地從要素到綜合分析了廣東省臺風災害風險，獲得風險及形成要素空間分異規律：

1）多個情景下臺風綜合致災因子強度從沿海-內陸逐級遞減，高強度區域主要集中于沿海部分以及內陸沿河流區域。

2）人口經濟承災體高脆弱區域主要分布于珠三角、粵東城市群區域，粵北粵西的城鎮區。

3）人口與經濟高暴露區域集中于珠三角、粵東、粵西城市城鎮區。

4）臺風災害風險等級從沿海到內陸逐漸降低，5 個重現期下中高風險等級區均集中于珠三角一帶、次高級中心在粵東潮州-汕頭城區一帶、粵西的湛江-茂名城區一帶。

本研究從表達方法、系統性與綜合性、數據分辨率等3 個方面進行了探索，希望為進一步開展廣東省臺風災害風險綜合區劃提供了科學依據與支持。在后續研究中可從以下3 個方面進一步深入：① 臺風災害鏈效應。臺風災害是一種典型的災害鏈，多種災害之間相互作用使得災情遠遠超過幾個單災種簡單線性疊加。由于當前災害鏈損失與風險評估基本處于概念模型階段，本文采用多災種疊加來計算綜合致災因子強度可能會低估其影響。未來基于災害鏈內多種災害之間影響過程建模，從災害鏈系統的致災因子危險性、承災體脆弱性與暴露度在災害鏈過程中變化機制入手，是提高準確度的方向；② 未來氣候變化導致情景假設可能不成立。氣候變化可能導致未來臺風災害致災因子強度-概率關系變化，同時人口經濟情景變化可能帶來脆弱性與暴露度的變化。將氣候變化情景下臺風災害風險系統變化要素納入研究，才能使本文臺風災害風險評估在指導風險區劃時提供更科學的依據；③面向風險區劃，多情景風險評價結果的再綜合。自然地理區劃通常用一張區劃圖表達，本文多情景風險評價結果的表達方法，會增加風險區劃中的復雜度以及影響區劃結果表達與應用，因此進行多情景風險評價結果的再綜合是后續研究可深入的方向。