廣州市雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

彭曉丹

（廣州市氣候與農(nóng)業(yè)氣象中心，廣東廣州 511400）

雷雨大風(fēng)是廣州汛期主要的災(zāi)害性天氣之一。因雷雨大風(fēng)導(dǎo)致房屋倒塌、倒桿倒牌、樹(shù)木折斷和農(nóng)作物倒伏等屢見(jiàn)報(bào)道，影響城市經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)雷雨大風(fēng)的研究多集中于特征［1-5］和過(guò)程的個(gè)例分析［6-8］。在全球氣候變暖的背景下，極端天氣事件頻發(fā)導(dǎo)致的氣象災(zāi)害以及引發(fā)的次生災(zāi)害發(fā)生發(fā)展趨于嚴(yán)重，越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注和研究氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。目前已有學(xué)者對(duì)廣東地區(qū)的雷電［9］、臺(tái)風(fēng)［10］和暴雨［11］等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃進(jìn)行研究，但對(duì)廣州地區(qū)的雷雨大風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估仍未開(kāi)展研究。本研究旨在利用地理信息技術(shù)建立廣州市雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)廣州市各區(qū)的雷雨大風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，研究結(jié)果可以為廣州各區(qū)的雷雨大風(fēng)災(zāi)害防御提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與指標(biāo)選取

1）廣州市5個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1999—2018年觀測(cè)資料和資料完整度高的廣州市86個(gè)自動(dòng)氣象站2014—2018年的觀測(cè)資料，以20：00（北京時(shí)，下同）為日界，一天內(nèi)測(cè)站出現(xiàn)陣風(fēng)風(fēng)力≥8級(jí)同時(shí)伴有降水，并在前后1 h出現(xiàn)雷暴的過(guò)程（自動(dòng)站以雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)生效時(shí)間段內(nèi)的過(guò)程），計(jì)為1個(gè)雷雨大風(fēng)日。歷史資料中達(dá)到8級(jí)以上大風(fēng)的數(shù)據(jù)較少，而根據(jù)2019年前廣東省雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)定義，本研究將陣風(fēng)達(dá)到7級(jí)以上伴有降水和雷暴的過(guò)程也并入雷雨大風(fēng)天氣的分析［12］。

2）廣州市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)；人口、GDP及農(nóng)業(yè)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于廣州市2017年統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2 雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（f）是一個(gè)綜合性指數(shù)，由4個(gè)因子：致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承載體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力構(gòu)成，其中致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承載體與風(fēng)險(xiǎn)大小成正比，防災(zāi)減災(zāi)能力與風(fēng)險(xiǎn)大小成反比，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成受各評(píng)價(jià)因子的作用強(qiáng)度各不相同，需要將不同的權(quán)重值賦予各評(píng)價(jià)因子。廣州市雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型為

其中，ITS為廣州市雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；VH為雷雨大風(fēng)災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)；VE為孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)；Vs為承災(zāi)體脆弱性指數(shù)；VR表示防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)。計(jì)算前需進(jìn)行歸一化處理。WH、WE、WS、WR表示各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，且｜WH｜+｜WE｜+｜WS｜+｜WR｜＝1。各因子權(quán)重通過(guò)層次分析法（analytic-hierarchy process，AHP）獲得。

2 雷雨大風(fēng)的時(shí)空特征和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

2.1 年變化特征

1999—2018年廣州逐年雷雨大風(fēng)平均日數(shù)趨勢(shì)變化大致呈雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在2005和2016年，進(jìn)入21世紀(jì)后廣州雷雨大風(fēng)平均日數(shù)逐年增加，自2006年開(kāi)始呈減少趨勢(shì)，2011年雷雨大風(fēng)日數(shù)達(dá)最少后開(kāi)始呈增加趨勢(shì)，2016年后出現(xiàn)第2個(gè)峰值（圖1）。廣州各站雷雨大風(fēng)天氣變化趨勢(shì)并不一致，從化、增城和番禺站在進(jìn)入21世紀(jì)的前10年總體上呈上升趨勢(shì)，而后在2012年減少到最小值；花都站雷雨天氣發(fā)生頻繁，且大多數(shù)年份的雷雨大風(fēng)日數(shù)高于其他各站記錄；廣州站在21世紀(jì)的前10年基本沒(méi)有雷雨大風(fēng)天氣發(fā)生，2012年開(kāi)始呈明顯增加趨勢(shì)，2011年開(kāi)始廣州站遷至新站，觀測(cè)場(chǎng)地更為開(kāi)闊，更易形成大風(fēng)天氣。2016年為5個(gè)站雷雨大風(fēng)天氣高發(fā)年份，而在2017年開(kāi)始5個(gè)站均發(fā)生驟減。

圖1 1999—2018年廣州國(guó)家氣象站逐年的雷雨大風(fēng)日數(shù)

2.2 多時(shí)間尺度分析

廣州5個(gè)國(guó)家站中以廣州站的雷雨大風(fēng)資料時(shí)間序列最長(zhǎng)，因此以該站的雷雨大風(fēng)資料為研究對(duì)象，進(jìn)行周期震蕩的小波分析，為保持?jǐn)?shù)據(jù)序列的連續(xù)性，2011年后的數(shù)據(jù)仍沿用遷站前的原站點(diǎn)數(shù)據(jù)。由圖2可以看出，雷雨大風(fēng)日數(shù)在8年以下尺度上沒(méi)有明顯的規(guī)律；隨著時(shí)間尺度的增加，在8～15年周期震蕩趨于平緩，表現(xiàn)為多-少的8個(gè)循環(huán)交替；15年以上尺度，周期規(guī)律越來(lái)越明顯；從即將閉合的等值線看，2017年以后雷雨大風(fēng)天氣趨于減少。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

因缺少雷雨大風(fēng)災(zāi)害資料，參考繆霄龍等［13］研究雷雨大風(fēng)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃的方法，以風(fēng)速大?。◤?qiáng)度）和發(fā)生各級(jí)大風(fēng)的年平均次數(shù)（頻次）作為致災(zāi)指標(biāo)，利用廣州5個(gè)國(guó)家站和86個(gè)自動(dòng)站近5年的數(shù)據(jù)進(jìn)行雷雨大風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃。

由圖3可以看出，南沙區(qū)中南部一帶以及黃埔區(qū)的中部地區(qū)易發(fā)生雷雨大風(fēng)災(zāi)害；其次為從化區(qū)中南部，黃埔區(qū)大部，南沙區(qū)中南部；花都區(qū)、中心城區(qū)、從化區(qū)北部、增城區(qū)以及番禺區(qū)中北部發(fā)生雷雨大風(fēng)災(zāi)害的可能性較低。分析認(rèn)為，廣州市雷雨大風(fēng)高危險(xiǎn)區(qū)集中在流溪河流域及沿海地區(qū)。這些區(qū)域常受冷空氣和暖濕氣流的共同影響，汛期持續(xù)高溫積累的不穩(wěn)定能量往往容易產(chǎn)生對(duì)流性天氣，且這些區(qū)域地勢(shì)平坦，風(fēng)力往往比較大，因而雷雨大風(fēng)天氣容易形成。

圖2 小波變換實(shí)部圖

圖3 廣州市雷雨大風(fēng)危險(xiǎn)性分布

基于廣州雷雨大風(fēng)進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，廣州地區(qū)雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)基本上由四周向中心城區(qū)遞減（圖4）。

圖4 廣州地區(qū)雷雨大風(fēng)災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

從化人口密集區(qū)、增城區(qū)北部、黃埔區(qū)中部和南沙區(qū)中南部為高風(fēng)險(xiǎn)和次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。南沙區(qū)地處東部沿海，從化區(qū)河網(wǎng)密布，白云區(qū)和增城區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值高，醫(yī)療水平較低，因此雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較高。主城區(qū)因?yàn)榻?jīng)濟(jì)產(chǎn)值高，政府可投入的財(cái)政支持多，防災(zāi)減災(zāi)能力較強(qiáng)，雷雨大風(fēng)天氣較少，處于次低和低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)。其他次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在增城區(qū)的中南部和黃埔區(qū)的中北部，番禺區(qū)雷雨大風(fēng)天氣發(fā)生次數(shù)較其他區(qū)域少，基礎(chǔ)設(shè)施和醫(yī)療水平較高，所以雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)低。

3 結(jié)論

1）1999—2018年廣州市雷雨大風(fēng)逐年變化呈雙峰型，其中2005和2016年為雷雨大風(fēng)平均日數(shù)的峰值年，2016年達(dá)到第2個(gè)峰值后趨于減少。

2）廣州站近63年的雷雨大風(fēng)日數(shù)在8～15年周期震蕩趨于平緩，表現(xiàn)為多-少的循環(huán)交替。2016年后雷雨大風(fēng)天氣趨于減少。

3）廣州市雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)由中心城區(qū)向四周遞增。高風(fēng)險(xiǎn)和次高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域主要分布在從化區(qū)人口密集區(qū)、增城區(qū)北部、黃埔區(qū)中部和南沙區(qū)中南部。

雷雨大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與諸多因素有關(guān)，易受資料數(shù)據(jù)及其準(zhǔn)確性的限制，AHP分析法將定性和定量結(jié)合，但仍有主觀因素存在，區(qū)劃結(jié)果會(huì)存在一定的誤差。本研究評(píng)估單位到區(qū)級(jí)，以后可考慮使用各鎮(zhèn)街?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)果將進(jìn)一步精細(xì)化。