廣東省熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)時(shí)空分布特征

張之琳，邱 靜，洪昌紅，劉 達(dá)

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；2.河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣州 510635)

廣東省位于太平洋西岸，瀕臨南海，是我國(guó)熱帶氣旋(Tropical Cyclone，TC)災(zāi)害最嚴(yán)重的省份。熱帶氣旋在廣東省內(nèi)造成的影響具有顯著的時(shí)空不均勻性，針對(duì)登陸廣東省的熱帶氣旋開展時(shí)空分布特征分析具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

多年來(lái)，學(xué)者們對(duì)登陸或影響廣東省熱帶氣旋進(jìn)行了規(guī)律分析。謝寶永[1]根據(jù)1949—1993年的資料對(duì)熱帶氣旋登陸頻次、強(qiáng)度、移動(dòng)路徑、高峰期、區(qū)域性等活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；劉春霞[2]給出了1949—1996年熱帶氣旋出現(xiàn)次數(shù)的分布及初臺(tái)和終臺(tái)出現(xiàn)的時(shí)間；王捷純[3]統(tǒng)計(jì)分析了1949—2009年熱帶氣旋的活動(dòng)季節(jié)、生成源地及移動(dòng)路徑特征；劉天紹[4]對(duì)1951—2015年影響廣東沿海的臺(tái)風(fēng)從路徑變化、源地分布、強(qiáng)度級(jí)別等方面做了統(tǒng)計(jì)分析；胡婭敏[5]提出，自2006年開始，登陸或嚴(yán)重影響廣東的熱帶氣旋出現(xiàn)個(gè)數(shù)略增、登陸強(qiáng)度明顯增強(qiáng)的新特點(diǎn)。近年來(lái)，熱帶氣旋帶來(lái)的危險(xiǎn)和損失特征分析越來(lái)越受到關(guān)注。例如，丑潔明[6]利用災(zāi)害指標(biāo)核算出災(zāi)害損失的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；尹宜舟[7]利用風(fēng)雨因子危險(xiǎn)性模型[8]計(jì)算我國(guó)沿海熱帶氣旋風(fēng)、雨因子危險(xiǎn)性及總危險(xiǎn)性；趙珊珊[9]研究了熱帶氣旋直接經(jīng)濟(jì)損失與降水和大風(fēng)的關(guān)系，建立的評(píng)估模型能較好地評(píng)估廣東縣域單元熱帶氣旋經(jīng)濟(jì)損失；張文[10]基于演化建模方法建立了廣東各區(qū)域熱帶氣旋經(jīng)濟(jì)災(zāi)損率評(píng)估模型。此外，學(xué)者們對(duì)熱帶氣旋帶來(lái)的降水影響開展了分析[11-12]。Chen等[13-15]基于各地觀測(cè)臺(tái)站風(fēng)速和降水資料提出的3種潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(大風(fēng)影響指數(shù)、降水影響指數(shù)和風(fēng)雨綜合影響指數(shù))可以很好地反映與熱帶氣旋關(guān)系密切的降水、大風(fēng)等區(qū)域性災(zāi)害的影響。翁錦文[16]基于這3種潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)比了1970—2018年登陸廣東與登陸我國(guó)的熱帶氣旋災(zāi)害指數(shù)的特征，然而，其尚未討論廣東各地區(qū)及年內(nèi)的分布特征。

熱帶氣旋引起的狂風(fēng)[17]、暴雨、風(fēng)暴潮[18-19]等災(zāi)害已嚴(yán)重制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[5]。本文對(duì)1949—2022年間登陸廣東的熱帶氣旋情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)1949—2018年熱帶氣旋3種潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，揭示登陸廣東熱帶氣旋的一些事實(shí)和特征，以期對(duì)廣東沿海防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及方法

本文使用中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心建立的中國(guó)登陸熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)數(shù)據(jù)集(PRITC V1.0)[13-15]，其包括1949—2018年登陸中國(guó)大陸所有熱帶氣旋的3種潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)——大風(fēng)影響指數(shù)(index of TC-induced wind，IWT)、降水影響指數(shù)(index of TC-induced precipitation，IPT)、風(fēng)雨綜合影響指數(shù)(combined index of TC-induced precipitation and wind，IPWT)——及影響等級(jí)(the category of IPWT，CAT_IPWT)。大風(fēng)影響指數(shù)、降水影響指數(shù)分別基于風(fēng)速不低于13.9 m/s、當(dāng)天雨量不低于50 mm的熱帶氣旋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，風(fēng)雨綜合影響指數(shù)結(jié)合大風(fēng)和降水影響；潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及影響等級(jí)的計(jì)算方法詳見Chen等[15]。其中，熱帶氣旋的影響等級(jí)分為0～4級(jí)，當(dāng)IPTW<0.023 4時(shí)，CAT_IPWT為0級(jí)，代表熱帶氣旋基本無(wú)影響；當(dāng)IPTW≥0.420 0時(shí)，CAT_IPWT為4級(jí)，代表熱帶氣旋產(chǎn)生特重影響。數(shù)據(jù)集還包含熱帶氣旋登陸年份、國(guó)際編號(hào)、名稱、登陸地點(diǎn)、登陸強(qiáng)度等信息。

根據(jù)資料復(fù)核并補(bǔ)充2019—2022年登陸廣東省的熱帶氣旋數(shù)據(jù)。利用曼-肯德爾(Mann-Kendall)方法檢驗(yàn)分析時(shí)間序列數(shù)據(jù)的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)p值(p<0.05)表示顯著性檢驗(yàn)水平，其值越小表示存在趨勢(shì)越顯著。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 熱帶氣旋登陸廣東省情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1949—2022年間有262個(gè)熱帶氣旋278次登陸廣東省，其中超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuperTY)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)、臺(tái)風(fēng)(TY)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)、熱帶風(fēng)暴(TS)、熱帶低壓(TD)、強(qiáng)度未知或弱于熱帶低壓(NTC)等不同登陸等級(jí)熱帶氣旋登陸次數(shù)分別為2、9、57、75、63、58、14次。

逐年不同等級(jí)熱帶氣旋累計(jì)登陸廣東省次數(shù)見圖1所示。結(jié)果顯示，SuperTY、TY、STS、TS、TD、NTC登陸次數(shù)，登陸總次數(shù)及其5 a滑動(dòng)平均皆未通過(guò)曼-肯德爾檢驗(yàn)，即對(duì)應(yīng)變化趨勢(shì)不明顯。然而，登陸總次數(shù)的10 a、15 a、20 a滑動(dòng)平均通過(guò)檢驗(yàn)(p值分別為0.00 494、0.00 016、0.00 016)，顯示長(zhǎng)期來(lái)看熱帶氣旋總登陸次數(shù)有逐漸減少的趨勢(shì)。

圖1 不同等級(jí)熱帶氣旋登陸廣東省次數(shù)示意

圖2顯示了1949—2022年間逐月熱帶氣旋登陸情況。結(jié)果顯示，熱帶氣旋主要在6—10月登陸廣東省，數(shù)量分別占全年12.6%、24.1%、26.6%、23.0%、7.9%，合計(jì)占比94.2%。歷史數(shù)據(jù)顯示，2008年“浣熊”(TS等級(jí))最早于4月19日登陸陽(yáng)江陽(yáng)東；1974年“Irma”(TS等級(jí))最晚于12月2日登陸江門臺(tái)山。

圖2 逐月不同等級(jí)熱帶氣旋登陸廣東省次數(shù)示意

不同等級(jí)熱帶氣旋登陸各地市次數(shù)及登陸地市總次數(shù)(圖中數(shù)字)見圖3，其中登陸地點(diǎn)橫跨兩市的40次在兩市都計(jì)入，即熱帶氣旋登陸地市總次數(shù)為318次。

圖3 不同等級(jí)熱帶氣旋登陸地市次數(shù)示意

結(jié)果顯示，區(qū)分各地市統(tǒng)計(jì)時(shí)，以湛江、陽(yáng)江、江門、汕尾登陸的數(shù)量最多，分別占廣東省27.0%、13.8%、10.1%、9.7%。區(qū)分地區(qū)統(tǒng)計(jì)時(shí)，粵西(湛江、茂名、陽(yáng)江)、珠三角(江門、珠海、中山、廣州、深圳、惠州)、粵東(汕尾、揭陽(yáng)、汕頭、潮州)的登陸總次數(shù)逐漸減少，分別占47.8%、31.4%、20.8%。區(qū)分珠江口東西岸統(tǒng)計(jì)時(shí)，熱帶氣旋主要在珠江口以西登陸，而且該區(qū)域登陸的熱帶氣旋也較珠江口以東更強(qiáng)，包括2次SuperTY和大多數(shù)STY。

2.2 熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)時(shí)間分布特征

PRITC V1.0數(shù)據(jù)集提供了1949—2018年間有登陸廣東省的249場(chǎng)熱帶氣旋數(shù)據(jù)，但其未根據(jù)多次登陸地點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分。其中47場(chǎng)由于也登陸海南、廣西、臺(tái)灣、香港等地，需根據(jù)多次登陸的等級(jí)、地點(diǎn)折算潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。基本原則如下：① 由于數(shù)據(jù)集提供的數(shù)據(jù)僅包括大陸地區(qū)，潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)不折算至香港；② 當(dāng)同一場(chǎng)熱帶氣旋以相同等級(jí)多次登陸各省時(shí)，將指數(shù)均分；③ 當(dāng)同一場(chǎng)熱帶氣旋以相鄰等級(jí)多次登陸，STY：TY、TY：STS、STS：TS時(shí)各省指數(shù)折算比例分別為3∶1、3∶1、2∶1；④ 當(dāng)同一場(chǎng)熱帶氣旋多次登陸的等級(jí)相差兩級(jí)或其中一次為TD、NTC時(shí)，指數(shù)不折算至更低等級(jí)登陸省份。

廣東省逐年累計(jì)、逐年平均潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(IPWT、IPT、IWT)、影響等級(jí)(CAT_IPWT)及對(duì)應(yīng)10 a滑動(dòng)平均值分別見圖4、圖5所示。結(jié)果顯示，1949年以來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值皆通過(guò)曼-肯德爾檢驗(yàn)，呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。例如，逐年累計(jì)、逐年平均IPWT曼-肯德爾檢驗(yàn)的p值分別為0.00 063、1.1×10-6。然而，水利設(shè)施愈加完善的1970年以來(lái)，逐年累計(jì)、逐年平均潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)皆未通過(guò)檢驗(yàn)、未呈現(xiàn)明顯趨勢(shì)；僅逐年平均指數(shù)10 a滑動(dòng)平均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)(IPWT、IPT、IWT檢驗(yàn)的p值分別為2.2×10-7、6.5×10-7、5.8×10-7)，說(shuō)明變化趨勢(shì)需要從數(shù)十年的尺度來(lái)看才明顯。值得注意的是，年際間變化較大，在了解趨勢(shì)的同時(shí)要做好針對(duì)每年度實(shí)際情況的準(zhǔn)備。4個(gè)指標(biāo)的變化趨勢(shì)相似，對(duì)于廣東省，IPT值最大，IPWT值次之，IWT值最小，說(shuō)明熱帶氣旋帶來(lái)的降水影響超過(guò)大風(fēng)影響。

圖4 逐年累計(jì)熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)示意

圖5 逐年平均熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)示意

逐月累計(jì)、逐月平均潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見圖6、圖7。結(jié)果顯示，熱帶氣旋對(duì)廣東省的累計(jì)影響主要集中在7—9月。從月平均來(lái)看，5月的潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增大，說(shuō)明單個(gè)熱帶氣旋帶來(lái)的影響較強(qiáng)，可能是“龍舟水”與熱帶氣旋影響疊加的結(jié)果。

圖6 逐月累計(jì)熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)示意

圖7 逐月平均熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)示意

2.3 熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布特征

廣東省沿海各地市累計(jì)潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見圖8。其中，當(dāng)熱帶氣旋在廣東省的登陸地點(diǎn)橫跨兩市時(shí)，將各指數(shù)均分至兩市。結(jié)果顯示，湛江的累計(jì)潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，汕尾、陽(yáng)江、江門依次減小；指數(shù)最小的為廣州，潮州、中山、惠州依次增大。粵東的揭陽(yáng)與粵西的茂名情況接近，汕頭、珠海、深圳情況接近。

2.4 熱帶氣旋潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)時(shí)空分布特征

各地市逐年累計(jì)、逐年平均風(fēng)雨綜合指數(shù)(IPWT)及對(duì)應(yīng)10 a滑動(dòng)平均結(jié)果見圖9、圖10，1949—2018年及1970—2018年各指數(shù)值曼-肯德爾檢驗(yàn)的結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，粵西、粵東的風(fēng)雨綜合指數(shù)顯著高于珠三角地區(qū)。對(duì)于IPWT逐年累計(jì)和逐年平均數(shù)據(jù)，僅1949—2018年間湛江呈現(xiàn)增加(IN)，其他地市皆無(wú)明顯趨勢(shì)(NT)。

表1 各地市風(fēng)雨綜合影響指數(shù)(IPWT)變化趨勢(shì)

圖9 各地市逐年累計(jì)風(fēng)雨綜合影響指數(shù)示意

針對(duì)10 a滑動(dòng)平均結(jié)果進(jìn)一步開展長(zhǎng)期趨勢(shì)分析，中山、廣州、深圳、惠州的IPWT滑動(dòng)平均隨時(shí)間無(wú)明顯趨勢(shì)；珠海、揭陽(yáng)呈現(xiàn)減小(DE)趨勢(shì)；陽(yáng)江、江門、汕尾、潮州1949—2018年間呈現(xiàn)增加，但1970—2018年間江門、潮州無(wú)明顯趨勢(shì)而陽(yáng)江、汕尾呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；湛江、茂名、汕頭的IPWT滑動(dòng)平均基本呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。各指數(shù)變化可呈現(xiàn)波動(dòng)性，例如，對(duì)于逐年平均IPWT滑動(dòng)平均值，湛江的波動(dòng)增加周期約為18 a。

各地市不同月份累計(jì)風(fēng)雨綜合影響指數(shù)見圖11。結(jié)果顯示，對(duì)于粵西，8月的影響最大，其次是7月、9月、6月、10月、11月；珠三角和粵東隨月份沒(méi)有明顯的影響趨勢(shì)，總的來(lái)說(shuō)，7月、9月的影響較大。

圖11 各地市累計(jì)熱帶氣旋風(fēng)雨綜合影響指數(shù)示意

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)1949—2022年74 a間熱帶氣旋登陸廣東省情況進(jìn)行分析，并根據(jù)PRITC V1.0數(shù)據(jù)集提供的數(shù)據(jù)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的時(shí)空分布特征開展分析。結(jié)果表明：① 登陸廣東的熱帶氣旋以臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、熱帶風(fēng)暴、熱帶低壓為主，累計(jì)登陸次數(shù)分別為57、75、63、58次；主要在6—10月登陸，數(shù)量占登陸總數(shù)的94.2%；主要在珠江口以西登陸且在該區(qū)域登陸的強(qiáng)度也較珠江口以東更大。② 1970年以來(lái)，逐年平均潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)10 a滑動(dòng)平均呈上升趨勢(shì)；對(duì)于廣東省熱帶氣旋帶來(lái)的降水影響超過(guò)大風(fēng)影響；5月單個(gè)熱帶氣旋帶來(lái)的影響更強(qiáng)。③ 累計(jì)潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高的4座沿海城市為湛江、汕尾、陽(yáng)江、江門，最低的為廣州。④ 湛江、茂名、汕頭的風(fēng)雨綜合指數(shù)10 a滑動(dòng)平均基本呈增加趨勢(shì)，珠海、揭陽(yáng)的對(duì)應(yīng)值減小。