新疆南部风灾的空间格局和年际变化特征

荆海亮，牟 欢，王 军

（1新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室，新疆 乌鲁木齐 830000；2新疆维吾尔自治区气象台，新疆 乌鲁木齐 830002；3伊宁市气象局，新疆 伊宁市 835000）

0 引言

风灾属于气象灾害的一种，在一定天气形势与特殊地形共同作用下产生。风灾对于农业的危害主要是拔树、折苗，严重情况下可使农作物颗粒无收。对于工业、交通运输和人民生活的危害主要是损坏房屋、厂房、电线等建筑设施。风灾对新疆境内铁路运营的影响也尤为严重，特别是“百里风区”、“三十里风区”等特殊地段常出现大风吹翻火车、打碎玻璃、阻碍交通的事件。新疆风灾每年造成平均2.4 亿元的经济损失，风灾损失值随工农业生产总值的增长而增加，且其增长速度比经济增长速度快[1]。

国内学者对大风的时空变化特征开展了广泛的研究[2-5]，认为大风呈减少的变化趋势，并根据风灾灾情普查资料分析不同区域风灾的时空变化特征[6-7]。其中，对新疆区域的风灾主要根据大风造成的灾害损失，进行风灾时空变化评估[8-9]，这些研究工作主要集中在2008年以前，之后再没开展此类工作。而开展新疆南部风灾的空间格局和年际变化特征分析，对全面了解风灾的发生、灾害程度、发展趋势，及时调整当地农牧业生产结构和实现农牧业的可持续发展具有十分重要的意义。

本文基于 1980—2019 年新疆南部 48 个县/市（以下简称县市）每次风灾事件的死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、死亡牲畜数量和农作物受灾面积，对风灾的强弱进行等级划分与区划，并对新疆南部风灾的年际变化特征进行分析，以阐明新疆南部风灾的空间分布和季节变化特点，为风灾多发地区做好防灾、减灾和抗灾提供理论依据和数据支撑。

1 资料和方法

1.1 资料

本文根据新疆维吾尔自治区民政厅记载的风灾灾情信息，整理得到1980－2019 年新疆南部48个县市包含出现时间（年月日）、出现区域（县市）、死亡人数（人）、倒塌房屋数（间）、倒塌棚圈数（座）、牲畜死亡数量（头）和农作物受灾面积（hm2）等灾情记录1350条。若某次某县市区域内出现1次风灾，则该县市风灾出现次数记为1。

1.2 灾损指数的构建

由于表达风灾的6个灾情要素分别为出现次数（次）、死亡人数（人）、倒塌房屋（间）、倒塌棚圈（座）、死亡牲畜（头）和受灾面积（hm2），为了便于比较不同县市和不同年份的风灾强弱，需要构建能综合表达风灾6 个灾情要素的灾损指数（Z）。在灾损指数的构建中通过比值法确定每个灾情要素的权重，基于灾情要素权重采用无量纲化线性求和的方法得到灾损指数。

设有m个灾情要素，每个灾情要素由n个样本组成，这样可得到风灾灾情要素评价矩阵Xn×m。则风灾灾损指数Z的计算公式如下[10]：

上式中i＝1，2，…，n；a1，a2，…，a6分别代表6个灾情要素的权重分别代表6个灾情要素的平均值。第j个灾情要素的权重aj的计算公式定义如下：

上式中Xja为第j个灾情要素的最大值；代表第j个灾情要素无量纲化的累计值；代 表m个 灾 情 要 素 无 量 纲 化 的总和。

对于空间区划，n代表县市数（n＝48），X为某县市每个灾情要素1980—2019年累计值；对于年际变化，n代表年数（n＝40a），X为某年某个灾情要素的累计值。

如表1 所列可知，利用1980—2019 年新疆南部各县市某个灾情要素的40a 累计值，某年某个灾情要素的48个县市累计值，依据比值法计算得到县市和年份对应的6 个灾情要素的权重、平均值和最大值。

表1 灾情要素的权重、平均值和最大值Table 1 The weight，average and maximum value of disaster elements

1.3 灾损指数的分级

利用概率分布密度的直方图法和假设检验[11]确定县市和年灾损指数的概率密度函数，根据概率密度确定县市和年灾损指数不同等级的阈值，进而实现各县市和各年风灾强弱的等级划分。

根据县市和年灾损指数样本序列，采用概率分布密度的图解法，取分组数10得到县市和年灾损指数直方图。如图1所列可知灾损指数近似服从伽玛分布。县市（年）灾损指数的平均值μ＝1（1），方差σ2＝0.4761（1.0754），由μ=αβ，σ2=αβ2关系式计算得到县市（年）伽玛分布的参数α＝2.1004（0.9299），β＝0.4761（1.0754）。

图1 灾损指数的概率密度分布Figure 1 Damage index of the probability density distribution

根据文献中检验方法[11]计算得到县市（年）的统计量V＝2.63（10.51），取α=0.01，查x2分布表得到临界值λ=18.48。因V<λ，认为县市（年）的灾损指数服从伽玛分布，县市（年）的概率密度函数均可用伽玛分布函数表达，具体表达式为：

由伽玛分布函数的概率可确定县市（年）的灾损指数分位点xp值，根据分布函数的概率及对应的灾损指数阈值，表2 列出了县市（年）风灾危害性等级划分标准。

表2 新疆风灾等级划分标准Table 2 Standard for classification of wind damage in Xinjiang

2 风灾的空间分布

在空间分布上，新疆南部独特的地理环境，造成风灾分布的复杂性。如图2 所示可知，新疆南部风灾的分布与大气环流形势和地形有关。新疆南部累计发生次数较多、造成损失较大的风灾大多都靠近山区，主要分布在天山南侧、昆仑山北侧。从风灾发生次数来看，累计发生次数较多的在吐鲁番地区、巴音郭楞蒙古自治州（以下简称巴州）和阿克苏地区，近40 年45～77 次；从风灾引发的损失看，累计死亡人数最多的在吐鲁番地区，近40年12～28人；倒塌房屋最多的在阿克苏西部和阿克苏的沙雅县，年平均28～62间；倒塌棚圈最多的在和田地区，年平均41～89间；年均死亡牲畜较多的集中在巴州和克孜勒苏柯尔克孜自治州（以下简称克州），为532～1152 头；年均受灾面积最大的在阿克苏地区和吐鲁番地区，为5821～11883hm2。

图2 新疆风灾6个灾情要素的地理分布Figure 2 Geographical distribution of six elements of wind disaster in Xinjiang

灾损指数较大的区域反映风灾较强。如图3a所示可知，风灾主要集中发生在阿克苏地区、巴州、吐鲁番地区和和田中部。灾损指数大于1.879的县市有阿克苏市、吐鲁番市、沙雅县、洛浦县和乌什县，这与新疆南部地域大、地形复杂、农牧产业分布不同的实际情况有关。天山南侧中部区域以绿洲农业和牧业为主，昆仑山北侧的平原以灌溉农业为主，靠近昆仑山区为牧业区，灾损指数的大值区与农牧区有很好的对应关系。

如图3b所示可知，较重等级以上风灾主要集中在阿克苏地区、吐鲁番地区、巴州和和田地区，其中特重等级风灾主要集中吐鲁番市、阿克苏市、沙雅县、洛浦县和乌什县，这些地区都是农牧业主产区、矿产资源开发和旅游区，有的又在条件艰苦的边远山区，道路交通和防灾救灾基础设施薄弱，一有风灾发生，必定会给当地经济发展造成严重影响，是防灾、救灾的难点和重点区域。

图3 新疆风灾灾损指数和灾损指数等级的空间分布Figure 3 Spatial distribution of wind disaster index and grade zoning of wind disaster in Xinjiang

3 风灾的季节变化和年际变化

3.1 季节变化

新疆南部一年四季均有风灾出现。春季最多，占全年的82.2%；夏季次之，占全年的14.9%；秋季和冬季出现最少，分别占全年的0.9%和2.0%。如图4所示可知，6大灾情要素的逐月分布差异明显。6大灾情要素均集中在4月至6月，其中4月最多，5月次之。春季风灾的集中发生与牧区的牧业转场、产羔育幼、农作物幼苗生长密切相关，同时强风天气多在春季出现。因此，在防灾、减灾服务中应认真做好春季强风天气的预报，提前做好防灾、抗灾准备。

图4 6个灾情要素的季节变化Figure 4 Six damage elements in seasonal change

3.2 年际变化

在1980—1986 年，年灾损指数（ZY1）与时间的线性回归方程为ZY1=0.597t-1.316（R2＝0.4576，P＝0.10）；在1987—2001年，年灾损指数（ZY2）与时间的线性回归方程为ZY2=0.154t-0.128（R2＝0.3847，P＝0.01）；在 2002—2019 年，年灾损指数（ZY3）与时间的线性回归方程为ZY3=0.024t+0.659（R2＝0.0780，P＝0.26）。这表明 1980—1986 年和1987—2001 年新疆南部风灾呈分段式线性增长趋势；2002－2019 年风灾也存在线性增长趋势，但不显著。每10 年的平均灾损指数分别为0.8816（1980—1989 年）、1.2237（1990—1999 年）、0.9057（2000—2009年）和0.9890（2010—2019年），表明20世纪90 年代最强，21 世纪第二个十年次之。1986年、1999 年和2001 年分别为特重年份，最重的是1986年，灾损指数达到5.4。

图5 灾损指数的年际变化Figure 5 The interannual variability of damage index

4 结论

利用新疆南部风灾事件的6 个灾情要素，通过线性组合方法，构建得到能够综合表达风灾强度的灾损指数。经过概率统计检验表明，灾损指数服从伽玛分布。因而，依据伽玛分布函数将灾损指数的强度划分为一般、较重、严重和特重四个等级。新疆南部风灾主要分布在天山南部和昆仑山北部，集中发生在4 月至5 月，较重等级以上风灾集中在吐鲁番地区、阿克苏地区、和田地区、克州和哈密地区，其中特重等级风灾主要出现在吐鲁番市、阿克苏市、沙雅县、洛浦县和乌什县。

在1980—2019 年的最近40 年内，新疆南部风灾的年际变化分别在1980—1986年、1987—2001年呈分段式线性增长趋势，且增加趋势显著。特重等级以上风灾分别在1986年、1999年和2001年发生，年灾损指数分别为5.4、4.2和2.7，这进一步表明，在气候变暖背景下风灾的波动性在逐渐减弱。