基于历史数据的中国台风灾害孕灾环境敏感性分析

殷 洁,吴 绍 洪,戴 尔 阜

(1.南通大学地理科学院，城市与区域发展规划研究院，江苏 南通 226007；2.中国科学院地理科学与资源研究所，中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室，北京 100101)



基于历史数据的中国台风灾害孕灾环境敏感性分析

殷 洁1,2,吴 绍 洪2*,戴 尔 阜2

(1.南通大学地理科学院，城市与区域发展规划研究院，江苏 南通 226007；2.中国科学院地理科学与资源研究所，中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室，北京 100101)

根据台风路径数据，通过计算评价单元内不同强度台风灾害发生频数和路径长度，综合表征台风孕灾环境敏感性的大小。结果表明：1)在四个强度台风条件下，敏感性最高的区域位于海南省、广东省沿海、福建省和浙江省沿海，随着台风灾害强度增强，影响范围呈现向北、向内陆延伸、扩展的趋势；2)台风灾害强度达到中度时，高敏感性的区域减少，低敏感性的区域面积大幅度增加，同时，台风路径东移明显，福建所受影响加重，海南和广东影响有所减小。

台风；孕灾环境敏感性；历史数据；频数；路径长度

中国东部沿海地区是人口积聚、国民经济和社会发展的重要区域和战略中心，承载着全国40%以上的人口、50%以上的国内生产总值、65%的工业总产值以及70%以上的大中城市[1-3]。由于沿海地区区位的重要性和面临台风灾害的高风险性，台风灾害已经引起各级政府及学者的广泛关注，并开展了相应的研究工作[4]。对于台风灾害造成的风险，由于孕灾环境中诸多不确定性的因素交互作用，使得风险评估必须考虑台风的孕灾环境敏感性。目前台风灾害孕灾环境敏感性多包含在台风“危险性”的范畴之内，认为危险性是在特定时间和区域内某种潜在灾害发生的可能性[5,6]，多以台风的风速、暴雨强度指标，采用超越概率、模糊数学方法、可拓学模型计算台风的灾情指数、频次指标加以表征[6-10]。本文拟采用历史台风发生数据，探讨区域不同强度台风灾害的孕灾环境敏感性，为风险评估及风险管理提供依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文主要数据为1949-2008年台风路径数据*http://www.typhoon.gov.cn/research/index.php?style=6，共包含471场台风，数据内容包括：台风编号、名称、台风中心每隔6 h的位置(经度、纬度)和台风强度信息;所用行政区划数据，采用课题组提供的2004年中国东部15个省/市/自治区、1 035个县市的基础地理数据，因缺少台湾数据，故未计算在内。

1.2 指标选择

自然灾害的发生机理复杂，通常涉及较多的孕灾环境要素，在前人对于自然灾害的相关研究工作中[11-16]，自然灾害危险性包含灾害强度和孕灾环境敏感性的含义，近似于自然灾害预测预报研究[17]，这在台风灾害研究中存在类似的问题。台风孕灾环境敏感性是台风风险评估的重要参数，如与天气状况、风压、气压、海洋表面温度、气温、大气环流以及地转偏向力密切相关[18]，但这些要素在较大的时间、空间尺度上变化较大，存在较高的不确定性，难以量化表达每场台风对不同区域造成的影响程度[19]。因此，选取较为稳定的指标成为敏感性分析的关键。本文试图建立在较大的区域和长时间序列中已经包含上述不稳定台风孕灾环境的指标体系，来表征不同强度台风灾害孕灾环境敏感性的大小。在此理念中，采用历史台风发生数据，由于每场台风事件都包含当时特定的天气、风压、气压、温度等孕灾环境要素，60年时间跨度的数据可以从区域整体上反映不同强度灾害发生的孕灾环境敏感性。

台风的发生频数可直观表达台风发生可能性的高低，McGregor对南海的热带气旋发生频数进行统计，用来分析区域热带气旋的潜在危险性[20]，这为台风发生可能性的研究提供了一种思路。本文除考虑台风发生频数，还需要考虑不同强度台风发生的频数。如果一个地区发生台风频数比较高，但强度较低，每次造成的损失不大，而另一个地区发生台风频数不高，但记录中有较大的损失，这两种情形导致的台风灾害风险存在一定的差异。因此根据台风灾害强度的差异进行孕灾环境敏感性的分析，既是完善台风风险研究的重要内容，也对制定区域的防灾减灾措施有重大实践指导意义。

除了不同强度等级台风发生频数，还需要考虑台风路径长度，一般台风对某一特定区域造成的影响与台风穿越路径长短有关，即存在从边缘“扫过”和中心“贯穿”的差异[19]，以此揭示台风路经区域的影响方式。因此，选择计算不同强度台风灾害登陆各县域单元的频数和所经历各县域单元的路径长度两个指标，反映某一强度的台风可能在某些县域登陆或造成影响，即该区域发生台风灾害的敏感性。

1.3 分析方法

基于ArcGIS10.0平台，根据1949-2008年登陆和影响全国的471次台风路径数据，采用文献[21]中划分的台风灾害等级，分别提取微度、轻度、中度和重度台风各163场、129场、75场和104场。参考周俊华对台风路径缓冲区处理方法[22]进行调整，依次对以上4个等级的台风路径进行75 km、100 km、125 km和150 km半径的缓冲区分析，缓冲区所覆盖的县域单元即为台风影响区域。在ArcGIS空间分析模块下，计算每个县域单元受台风影响的频数以及每个县域单元内穿越的台风路径总长度。

由于台风登陆频数和所经历的路径长度量纲不统一，分别对两项指标进行式(1)和式(2)归一化处理，值域范围为[0.1,0.9]，不同强度等级台风孕灾环境敏感性采用式(3)进行等权重求和[19]。

(1)

(2)

(3)

式中:αij和βij分别代表i级台风登陆j县的频数和台风路径长度归一化指数；Xij和Yij分别代表j县i级台风登陆频数和路径长度；Ximin(Ximax)和Yimin(Yimax)分别代表i级台风登陆最少(多)频数和最短(长)路径；Pij为j县发生i级台风的孕灾环境敏感性。

2 结果与分析

2.1 台风发生频数

采用空间分析方法，将471次台风路径数据与县域单元数据进行识别叠加(Identity)，可求得影响各县市的频数，从图1可见,台风灾害强度等级越低，发生频数越高，具体表现为：

图1 不同强度等级台风发生频数

Fig.1 Frequencies of different intensity typhoon disasters

(1)微度台风发生频数最高，尤其海南省、广东沿海、广西沿海地区成为台风最为频繁登陆的区域，发生30次以上；福建省大部分县市有10～30次微度台风登陆，是微度台风影响较多的区域；微度台风最北影响到安徽省中部地区。

(2)轻度台风影响范围比微度有所扩大，最北端可影响到大连，但发生频数高于30次的范围有所缩小，海南北部、雷州半岛以及江门部分县市轻度台风的发生频数较多；发生10～20次轻度台风的范围主要包括广东北部、江西南部、福建大部、浙江省、上海市以及江苏南部县市；发生5～10次的县市范围与微度台风时相比呈扩大态势，影响范围集中在广西东北部、湖南南部、江西中部、福建西北部、安徽南部；其余内陆县市发生频数均低于5次。

(3)中度台风发生频数呈降低趋势，最大发生次数不足30次，与微度、轻度台风发生情况相比，广东西部、广西中南部发生频数呈减少的趋势，而福建省及江西省东部发生频数较高(10～20次)。

(4)重度台风发生频数最多的区域位于福建沿海的福州市、泉州市及莆田市，形成以此为中心的发生频数呈辐射状降低的空间分布格局，表现为：福建省大部、江西省南部、广东省东部及珠三角地区处于20～30次的频数范围；海南、广西东部南部、广东西部、江西北部、浙江、安徽南部、江苏南部较大范围均发生10～20次重度台风。

2.2 台风路径长度

对各强度等级台风路径与所途经的县域单元进行运算，分别得到经过每一单元的路径长度(图2)。

图2 不同强度等级台风经历路径长度

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

(1)微度台风时，每个县域单元内台风路径总长度大于300 km的县市集中在海南省、广西南部、广东沿海；福建南部各县市累积路径长度处于100～300 km，由于台风登陆后继续前行，使得江西东中部、安徽西部及浙江西北部县市成为微度台风在内陆形成的频繁影响区域，路径长度为100～200 km。

(2)轻度台风发生时，海南西部县市较东部县市台风路径累计长度更长，广西南部、广东沿海台风路径长度仍大于200 km，经过福建的台风路径小于200 km，且中部县市较少受到直接影响，浙江、上海及江苏沿海各县市台风路径长度与微度台风相比明显增加。

(3)中度台风发生时，路径最长(超过200 km)的县市位于海南、广西南部、雷州半岛，珠三角地区、福建及江西东部县市也有大于100 km的累计路径，总体上，中度台风由于发生次数较微度、轻度有所减少，台风经历各县市的累计路径长度也呈降低趋势。

(4)重度台风情况下，海南各县市台风路径长度明显降低(低于200 km)，路径最长的县市位于福建、广东东部、江西南部、浙江东北部，与中度台风相比，尽管受影响县市累计路径长度均低于300 km，但重度台风发生时，影响范围明显扩大，向北扩展至广西中部以北、江西、安徽，甚至到达山东、辽宁沿海地区。

2.3 台风孕灾环境敏感性

采用式(1)-式(3)，计算各县域单元内不同强度等级台风孕灾环境敏感性。对各强度等级台风可能影响的县域单元数目进行统计(图3)，有如下规律：敏感性处于[0.1,0.3]范围内的县域占多数，随着强度增强发生可能性在[0.3～0.7]值域范围内的县域增加，表明台风强度越强，蕴含的能量越高，行进路径也越长，影响范围也越广。

图3 不同强度等级台风孕灾环境敏感性县域数目统计

空间上，台风在海南、广东、广西、福建、浙江均有可能登陆，距离海岸线较远的湖南、江西、安徽以及沿海的江苏、上海、山东、辽宁均有可能受到不同强度台风灾害的影响。对每一强度台风灾害孕灾环境敏感性进一步分析如下(图4)：1)微度台风孕灾环境敏感性介于[0.4,0.9]的区域集中在广东西部、广西南部、海南沿海县市，广东内部县市、江西南部、福建大部敏感性介于[0.2,0.4]。2)广西南部-广东西部一线轻度台风敏感性高于0.6，这一带北部县市以及长三角地区敏感性介于[0.4,0.6]，福建、江苏南部、辽宁东部、湖南南部、江西南部及安徽南部区域敏感性介于[0.2,0.4]。3)中度台风敏感性较高的区域呈东移的趋势，除海南外，广东西部、广西南部及福建敏感性等级较高，介于[0.4,0.8]。4)重度台风主要影响福建、广东东部、江西南部及浙江南部县市，导致这些区域成为台风发生敏感性高值区，台风影响范围最广，除了台风频发的广东、广西、海南外，辽宁中部、山东东部、江苏、安徽、江西、湖南东部都处于敏感性高于0.2的值域范围。

图4 不同强度等级台风孕灾环境敏感性

Fig.4 Sensitivities of different intensity typhoons

由于西北太平洋及南海生成的台风对我国产生影响的路径类型主要有西移、西北移和转向3种[23]，从上述发生频数与累计路径长度分析可见，强度较大的中度、重度台风逐渐由西移转为西北移，台风在登陆后向内陆移动过程中影响的范围也在扩大。这可能是导致中度、重度台风孕灾环境敏感性较高区域东移的一个原因。

在微度、轻度、中度和重度台风孕灾环境敏感性分析的基础上，对四个强度台风进行等权重叠加，得到中国东部台风孕灾环境敏感性空间格局(图5)。在空间上，海南省、广西东南部、广东沿海、福建大部为台风频发区，这些区域孕灾环境敏感性较高。受西移、西北移台风影响，位置偏北的浙江、江苏和上海孕灾环境敏感性整体上较弱。

图5 中国东南部台风孕灾环境敏感性

3 结论与讨论

本文从确定不同强度台风灾害孕灾环境敏感性的角度，为尽可能包含台风发生时的孕灾环境特征，采用历史台风路径数据，对我国东部台风灾害的孕灾环境敏感性进行分析，结论如下：1)在四个强度台风灾害条件下，敏感性最高的区域位于海南、广东沿海、福建和浙江沿海，台风灾害强度达到中度时，高敏感性的区域减少，低敏感性的区域面积大幅度增加；2)随着台风灾害强度增强，影响范围呈向北、向内陆延伸、扩展的趋势，当台风发展为中度时，路径东移明显，福建所受影响加重，海南和广东影响有所减小；3)台风灾害孕灾环境敏感性综合分析表明，海南、广西东南部、广东沿海和福建大部敏感性较高。

对比目前沿海地区台风灾害风险的相关研究[24-27]，本文通过构建评价指标，实现敏感性的空间格局分析，考虑不同强度等级台风的登陆规律，综合计算登陆频数和路径长度，来表征不同强度台风灾害发生的可能性，最终实现各强度台风灾害下的孕灾环境敏感性评估。本文不足之处在于未进行与传统的概率分布分析方法的对比，这将在下一步工作中深入探讨。

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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

国家科技支撑计划(2013BAK05B04、2008BAH31B01、2009BAC61B05)；国家自然科学基金项目(40830741)

殷洁(1983-)，女，博士，主要从事自然灾害风险研究。*通讯作者E-mail:wush@igsnrr.ac.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.01.021

X43

A

1672-0504(2015)01-0101-05