河北省近30年大风时空分布及成灾特征分析*

俞海洋，李 婷，陈笑娟，赵 亮，魏 军

(河北省气象灾害防御中心，河北 石家庄，050021)

河北省近30年大风时空分布及成灾特征分析*

俞海洋，李 婷，陈笑娟，赵 亮，魏 军

(河北省气象灾害防御中心，河北 石家庄，050021)

采用1984-2013年河北省142个气象观测站的大风数据与灾情普查资料，分析河北大风的时空分布及成灾特征。结果表明：河北省大风的空间分布呈两高三低，大风日数、最大风速高值区集中在张家口、承德西北部及沧州、唐山东南部地区，中部与东北部地区相对较低，但受承灾体的影响，大风灾情主要集中在中东部平原地区和农业种植集中区。而且随着河北农副产品种植面积的增加，单位面积价值较高的设施农业已经成为大风灾害影响的重点对象，大风灾害次数、直接经济损失呈增加趋势。

大风灾害；时空特征；最大风速；大风日数

目前，我国大风日数的减少趋势已成共识[1-2]。王小玲等[3]研究得到1975-2005年中国5级以上的日数和每个季节的风日数均呈线性减少，尤其是在北方地区。闫访等[4]分析1972-2010年石家庄春季三个等级大风日数的年际变化，也得到显著减少的结论。但是，大风灾害仍然是河北省主要气象灾害之一，平均每年省内发生大风灾害100余县次[5]。根据河北气象灾害灾情统计，风灾对农作物的影响占所有气象灾害的比例已越来越大。近10年风灾造成的经济损失平均值达33 718.82万元，比1994-2003年的10年平均值增加了71.81%，其中农业经济损失已有大幅增加，全年损失甚至达到上亿元。

但是，目前的风灾研究主要集中在大风日数、最大风速等致灾因子方面[6-7]。闫访等[8]认为石家庄地区风灾的发生和风的气候特征存在一定的相关性，春季大风日数增加，风灾发生频次也随之增多，且与瞬时极大风速有较好的对应关系。李超等[9]发现近30年江苏沿海地区6级以上最大风速表现出减小的趋势，且夏季多雷雨大风，秋季多台风。而对于河北省全省大风灾情的时空特征还缺少研究，因此，需要结合全省大风历史气象数据和灾情数据，从致灾、成灾两个角度，对河北省大风灾害行系统总结，分析大风灾情上升的原因，以期为全省大风灾害防御工作提供政策建议。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文大风数据来自河北省142个地面气象观测站，时间跨度为1984-2013年。大风采用天气预报业务规范的定义：10 min平均风速大于等于6级(10.8 m/s)[10]，1d中有一次或者多次大风出现，则均记作1个大风日。

大风灾情数据来自《中国气象灾害大典(河北卷)》[11]、河北省各县气象局和河北省民政局。在多渠道的灾情数据基础上，根据河北省气象数据，对灾情信息进行核对、删除重复等数据控制，若有数据矛盾，则以民政部门为准。

1.2 研究方法

应用EXCEL 2010对大风观测数据进行统计，并绘制月、年际变化图。

应用ArcGIS利用反距离权重法对6级以上的大风平均日数进行插值。原理是通过计算附近各点值的加权平均来决定待估计点的数值，权重与距离成反比，在空间上输入点离目标越远，权重越小，因此该方法的插值误差对空间位置有着较强的依赖关系[12]，计算公式为：

(1)

式中：Z为待估计的数值，Zi为第i(i=1,2，…，n)个气象站点的数据，n为气象数值插值的站点数，di为插值到第i个气象站点的距离，r为距离的幂数[13]。

利用专业气象插值软件Anusplin[14]对最大风速进行空间插值，采用薄盘光滑样条函数法。该方法适合不规则分布数据的多变量平滑内插，通过光滑参数使数据逼真度与拟合曲面光滑度得到优化平衡，确保得到的结果平滑连续[15]，理论统计模型为：

Zi=f(xi)+bTyi+ei,(i=1,2,…,N)。

(2)

式中：Zi为位于空间i点的因变量；xi为d维样条独立变量，f为要估算的关于xi未知平滑函数；yi为p维独立协变量，b为yi的p维系数；ei为自变量的随机误差；N代表数据数量。f与b可通过最小二乘法来计算：

(3)

式中：r为最小二乘多项式，需求解偏差平方和最小时的b；Jm(f)为函数f(xi)的粗糙度测度函数，定义为函数f的m阶偏导；ρ为正的光滑参数，保证数据逼真度和粗糙度的平衡状态，通过广义交叉验证GCV和最大似然法GML的最小化得到。

2 大风及大风灾害的时间分布特征

河北省大风日数月变化见图1a，全年中，春季(3-5月)平均大风日数最多，冬季(12月-次年2月)次之，秋季(9-11月)名列第三，夏季(6-8月)最少。但是风灾多发生在大风日数相对较少的夏季(见图1b)，主要集中在6-8月，其中7月次数最多，年平均达到13县次。10月至次年2月为全年风灾发生次数最少的月份，每月年平均不足1县次。

图1 河北省6级以上大风日数与大风灾情次数月变化

为什么风灾最多的月份，与大风次数最多的月份不一致？分析原因，河北省全年大风以偏北大风为主，春季的3-4月份发生次数最多，雷雨大风仅占全年大风次数的21.39%(见图2a)，但主要发生在夏季，其中，6月份发生次数最多，达2 337次，持续时间短，风速大，具有较强的破坏性。引发河北省大风灾害的主要是雷雨大风，占到灾情案例总数的90%以上，见图2b。因此，夏季是河北风灾多发季节。

图2 河北省大风与大风灾害类别

河北省大风日数逐年减小。1984-2013年，河北省大风日数明显减少，平均减少42 d/(10年)，2011年减少到了最低，仅62 d，比1984年减少了143 d(图3a)。虽然大风日数呈下降趋势，但在风灾多发的夏季，大风日数的减少趋势较为平缓，每10年仅减少9 d。然而，河北省大风灾害次数总体呈增长趋势，1984-1993、1994-2003和2004-2013年的10年大风灾害次数平均值分别为45.3、36.5和70.1次，本世纪以来较上世纪后10年年平均次数增长了近一倍(图3b)。

图3 河北省大风日数与大风灾害次数年际变化

3 大风及大风灾害的空间分布特征

河北省大风日数与最大风速均呈现两高三低的空间分布(图4)。高值区一是冀北高原(俗称坝上)地区，年大风日数60～80 d/年，最大风速为25～28 m/s，因为张家口地区的海拔较高，且来自蒙古的冷气流在南下过程中途径坝上，因而其大风日数相对较多；二是渤海沿海及海岛年大风日数27～40 d/年，最大风速28～35 m/s。低值区一是燕山的低丘山区年均大风日数2～6 d/年，最大风速在20 m/s以下；二是中部地区，包括石家庄东部、保定东北部和衡水沧州西部，年均大风日数不足7 d以下，最大风速在15 m/s以下；三是邯郸的西部山区，年平均大风日数不足10 d/年，最大风速在20 m/s以下。

图4 河北省6级以上大风平均日数与最大风速分布

图5 河北省大风灾情灾次比分布

图6 河北省最大风速与雷雨大风次数年际变化

河北省的大风灾情大多发生于东部衡水、沧州北部、唐山北部等中东部地区，灾次比的最大值出现在唐山，为0.028(图5)。保定地区受灾次数最多，年平均为10县次，其次是衡水和唐山年平均6～8县次，而前述大风高值区的张家口、承德、秦皇岛地区年平均不足2县次。致灾因子与灾情在空间上的不吻合，与承灾体有很大的关系，由于河北省农业种植集中区分布在平原地区，故风灾灾情次数发生较高的地区是河北中东部地区，而不是大风高值区。

4 变化趋势分析

4.1 大风的变化

目前，我国大风日数表现出减少趋势，有研究指出春季大风日数的减少更为突出[4,16]。国内外气象学家认为，大风日数减少是由于气候变暖导致亚洲大陆与太平洋之间，海平面的气压差与近地面的温度差距明显变小[17-18]，东亚大槽在向东北方向偏移的过程中有所减弱，因而季风强度减弱[1,19]。

河北省四个季节的最大风速也呈下降趋势，但相对大风日数，其下降速率较小。大风灾害多发的夏季，其最大风速每10年仅下降0.8 m/s，见图6a。近30年雷雨大风发生次数呈下降趋势，在1990年发生次数最多，达499次，2010年最低，仅为101次，每10年减少89.7次，2010年后稳定在130次左右(图6b)。但是，雷雨大风的最大风速平均每10年仅下降1.7 m/s。因此，即使大风日数明显减少，但在风灾多发的夏季，大风强度并无剧烈变化，风灾次数及损失仍可呈增加趋势。

4.2 大风灾情的变化

根据大风灾害历史资料分析，河北省2000年之前风灾产生的影响多为民房倒塌、人员伤亡、作物绝收。百人以上伤亡，千间以上民房被毁的记录屡有发生。至2000年后，随着民房建筑质量的提高，因风灾倒塌房屋，及死亡人数明显降低(图7a)。但是，风灾导致的农作物受灾面积、成灾面积、绝收面积均有增加趋势，2000年后明显大于2000年前(图7b)。农作物受灾面积最大发生在2002年，当年在邢台隆尧县、保定唐县、廊坊固安县等地都发生了严重的风灾。根据河北气象灾害灾情统计，风灾对农作物的影响占所有气象灾害的比例已越来越大，风灾造成的农业经济损失已有大幅增加，全年损失甚至达到上亿元。

图7 风灾死亡人口、倒塌房屋与农作物受灾面积、农业经济损失年际变化

风灾灾情的加剧与近年来河北省农产品种植面积的增加密切相关。据统计，2010年全省农业增加值为2 563亿元，蔬菜面积达124.3万hm2，分别比2005年上涨了22.5%和2.6%。2014年河北省设施农业种植面积为40.0万hm2，产量达2 677.4万t，成为全国设施蔬菜生产及产品供应大省。设施农业正逐渐成为大风灾害影响的主要对象。2010年3月20日大风导致武邑县各类棚膜和蔬菜受损，直接经济损失420万元。2012年3月23日，8级大风导致衡水留仲村的10个钢架大棚塌落，540个小拱棚的膜被撕破，韭菜基本绝收。未来河北省风灾损失仍可能继续增加，因此风灾风险防范应成为河北省防灾减灾的工作重点。

5 结论与讨论

本文根据河北省1984-2013年142个地面气象观测站数据，对河北省大风灾害时空分布特征进行分析，得到以下结论。

(1)河北省大风灾害季节性强，春季大风日数相对较多。但造成灾害的主要是雷雨大风，多发生在夏季7-8月。河北省大风日数、最大风速逐年减小，但在风灾多发的夏季，最大风速与大风强度无大幅下降，风在发生次数总体呈增加趋势。

(2)河北省大风的空间分布呈两高三低，大风日数、最大风速高值区集中在张家口、承德西北部及沧州、唐山东南部地区，中部与东北部地区相对较低，但受承灾体的影响，大风灾情主要集中在中东部平原地区，平原地区和农业种植集中区风灾发生较多。

(3)随着河北省农产品种植面积的增加，大风灾害次数、直接经济损失仍然呈增加趋势，设施农业已经成为大风灾害影响的重点对象，风灾导致的死亡人口与倒塌房屋呈下降趋势。

通过对河北省大风灾情的时空特征及其影响对象的分析，从承灾体角度出发提出防御思路(如开展风险预警、完善防御标准、制定防御措施等)是开展大风防御工作的最有效途径，也将是下一步的研究重点。

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The Spatio-temporal Distribution and Disaster Characteristics Analysis of the Gale in Hebei Province for Nearly 30 Years

YU Haiyang, LI Ting, CHEN Xiaojuan, ZHAO Liang and WEI Jun

(HebeiMeteorologicalDisasterPreventionCenter,Shijiazhuang050021,China)

Galedatafrom1984to2013of142meteorologicalstationsanddisastersurveyinformationinHebeiProvinceareusedinthispaper.Thespatio-temporaldistributionanddisastercharacteristicsofthegaleareanalyzed.TheresultsshowthatthespatialdistributionofgaleappearedtwohighpeaksandthreevalleysinHebeiProvince.ThehighvalueofgaledaysandmaximumwindspeedappearinZhangjiakou,northwestofChengde,CangzhouandsoutheastofTangshan.Thevalueincentralandnortheasternregionsisrelativelylower.Butduetotheimpactofhazard-bearingbodies,galedisastersconcentratedinthemiddle-eastofHebei,mainlyoccurredintheplainandagriculturalplantingareas.Withtheincreaseofplantingareaofagriculturalandsidelineproducts,thefacilityagriculturewithhigherperunitareavaluehasbecomethefocusofgaledisaster.Thefrequencyanddirecteconomiclossesbothincreased.

galedisaster;temporalandspatialcharacteristics;maximumwindspeed;galedays

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.011.]

2016-10-12

2016-12-14

河北省气象事业发展“十二五规划”；河北省农村气象灾害防御与农业气象服务工程(2016023889)

俞海洋(1983- )，男，江苏徐州人，工程师，主要从事气象灾害防御技术研究. E-mail:8yhy8@sohu.com

X43；S424；P42

A

1000-811X(2017)02-0059-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.011

俞海洋，李 婷，陈笑娟,等. 河北省近30年大风时空分布及成灾特征分析[J]. 灾害学，2017，32(2)：59-63. [YU Haiyang, LI Ting, CHEN Xiaojuan,et al. The Spatio-temporal Distribution and Disaster characteristics Analysis of the Gale in Hebei Province for Nearly 30 Years[J]. Journal of Catastrophology，2017，32(2)：59-63.