林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件本體模型構(gòu)建初析

劉麗婷，李敖彬，梁學(xué)明，莫曉勇

林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件本體模型構(gòu)建初析

劉麗婷1,2，李敖彬3，梁學(xué)明3，莫曉勇1*

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642； 2.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330032；3. 中林集團(tuán)雷州林業(yè)局有限公司，廣東 湛江 524043)

林木在臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件中是較特殊的生物類承災(zāi)載體。林木因風(fēng)災(zāi)損毀，不僅自身遭到災(zāi)損，還帶來其他領(lǐng)域的災(zāi)損事件和公共安全隱患。本研究應(yīng)用斯坦福大學(xué)本體模型構(gòu)建 “七步法”，通過分析廣東省和海南省臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害在林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域、城市管理領(lǐng)域、及森林生態(tài)安全領(lǐng)域的林木個(gè)體事件，抽提出林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件的類、個(gè)體及屬性概念，進(jìn)行元語言轉(zhuǎn)化。應(yīng)用Protégé4.3本體構(gòu)建軟件進(jìn)行林木氣象災(zāi)害事件本體框架模型構(gòu)建，重點(diǎn)分析了承災(zāi)載體的致災(zāi)屬性——抗風(fēng)性，及決定抗風(fēng)性屬性的自身因素。

林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害；本體模型；林業(yè)生產(chǎn)；城市管理；公共安全服務(wù)

氣象災(zāi)害中，生物類的承災(zāi)載體有林木和農(nóng)田作物等[1]。對(duì)比農(nóng)作物，林木種植目的、經(jīng)營(yíng)者和作用有如下特點(diǎn)：(1) 林木經(jīng)營(yíng)目的多樣。農(nóng)田作物種植單純以獲取農(nóng)作物為目的；林木種植和經(jīng)營(yíng)管理除了木材、果實(shí)及油脂收獲目標(biāo)外，還有景觀、防護(hù)及生態(tài)等非林產(chǎn)品生產(chǎn)目標(biāo)。(2) 林木的經(jīng)營(yíng)主體多元。農(nóng)田作物歸經(jīng)營(yíng)者所有，由經(jīng)營(yíng)者進(jìn)行生產(chǎn)管理；生產(chǎn)性林木屬經(jīng)營(yíng)者所有，城市綠化林木、各類生態(tài)公益林的權(quán)屬歸全民或集體所有，由園林局、林場(chǎng)、各級(jí)林業(yè)局、自然保護(hù)區(qū)等不同單位管理。(3) 林木成熟和收獲周期遠(yuǎn)長(zhǎng)于農(nóng)田作物。(4) 林木除了生產(chǎn)價(jià)值外，還有固碳固氮、釋放O2、改良小氣候環(huán)境、給生態(tài)系統(tǒng)中動(dòng)物和微生物群落創(chuàng)造生存空間等功能和價(jià)值，且經(jīng)營(yíng)時(shí)間越長(zhǎng)，這種功能和價(jià)值作用越顯著。(5) 林木種植地點(diǎn)廣泛，城市道路兩旁、廣場(chǎng)、及農(nóng)村四旁地等均有林木種植，并且成熟樹木樹體龐大，受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害時(shí)，林木除了本身?yè)p毀外，還會(huì)因林木倒伏帶來其他財(cái)產(chǎn)損失和人身安全隱患的風(fēng)險(xiǎn)。林木的特殊性，使林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件與其他事件相比，有承災(zāi)載體分散、涉及面廣泛等特點(diǎn)。

我國(guó)東南沿海地帶處于北緯20 ~ 24°區(qū)域，水熱條件充沛，熱帶水果、橡膠、紙漿用材林等種植產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，同時(shí)也是臺(tái)風(fēng)登陸最多的區(qū)域。歷年來每次臺(tái)風(fēng)中林木、林地基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重[2-7]，對(duì)生態(tài)公益林和防護(hù)林的生態(tài)功能造成的損失難以計(jì)量衡量。2018年9月臺(tái)風(fēng)“山竹”在廣東臺(tái)山海宴鎮(zhèn)登陸，廣東、廣西、海南、湖南、貴州5省區(qū)均受其嚴(yán)重影響，沿海城市綠化大樹損毀嚴(yán)重，造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，并有人員傷亡事故[8]。全球氣候變暖背景下，林木因臺(tái)風(fēng)災(zāi)損事件有更頻繁和更嚴(yán)重的趨勢(shì)。2018年10月習(xí)近平主持召開中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第三次會(huì)議強(qiáng)調(diào)大力提高我國(guó)自然災(zāi)害防治能力[9]。加強(qiáng)林木管理中臺(tái)風(fēng)自然災(zāi)害防治能力，構(gòu)建林業(yè)領(lǐng)域應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害公共安全技術(shù)服務(wù)體系，是迫切需要解決問題。

颶風(fēng)和臺(tái)風(fēng)對(duì)于熱帶和溫帶森林與林木影響最早相關(guān)研究集中在強(qiáng)風(fēng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)、樹木、林分的影響，災(zāi)后森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)特征等方面；近年來，臺(tái)風(fēng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)的影響開始受到關(guān)注[10-13]。臺(tái)風(fēng)對(duì)城市綠化的影響我國(guó)早在20世紀(jì)60年代已有研究，易受臺(tái)風(fēng)侵襲的沿海城市如廣州、深圳、湛江、廈門、杭州、合肥等，在綠化樹種的抗風(fēng)性、抗風(fēng)樹種種植技術(shù)方面均有研究文獻(xiàn)[14-20]。臺(tái)風(fēng)對(duì)商品林經(jīng)營(yíng)影響以桉樹()人工林為研究對(duì)象，已有較系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)。桉樹人工林是我國(guó)臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)最主要的商品林[21]， “規(guī)避氣象災(zāi)害”是其經(jīng)營(yíng)的安全目標(biāo)因素之一[22]，桉樹多個(gè)品種、品系的抗風(fēng)性得到深入廣泛的研究[2, 3, 21, 23-33]，培育出華桉1號(hào)等抗風(fēng)性強(qiáng)的植物新品種和優(yōu)良無性系已在雷州半島等臺(tái)風(fēng)區(qū)推廣種植[34-35]。由此可知，我國(guó)林木與臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的相關(guān)研究積累了一定成果和知識(shí)基礎(chǔ)，但因?yàn)橐恢币詠?，分別在氣象、林業(yè)等不同領(lǐng)域獨(dú)立研究林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件，形成了一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)孤島，無法整合和綜合利用，無法為林木生產(chǎn)和管理提供臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的公共安全技術(shù)服務(wù)。因此，一個(gè)多領(lǐng)域共同研究的本體模型非常重要。

災(zāi)害性氣象事件建模以及氣象災(zāi)害應(yīng)急管理已經(jīng)有很多學(xué)者用不同的方法進(jìn)行研究，積累了許多成熟的方法，其中建立災(zāi)害事件本體模型已廣泛應(yīng)用、技術(shù)成熟，并有Protégé4.3本體構(gòu)建的開源軟件做工具支持[36]。本體論(ontology)的概念起源于哲學(xué)[37]，是對(duì)“存在”或事件系統(tǒng)化解釋，描述事物的本質(zhì)。本體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于知識(shí)表達(dá)、知識(shí)共享和知識(shí)重用等方面[38]。本體思想應(yīng)用于林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析，可以解決林業(yè)生產(chǎn)、城市林業(yè)、城市管理、森林生態(tài)領(lǐng)域及氣象領(lǐng)域知識(shí)難于共享和應(yīng)用的難題。本文引入“林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害”本體，目的是分析林木臺(tái)風(fēng)災(zāi)害防治涉及領(lǐng)域技術(shù)服務(wù)信息數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征，逐步構(gòu)建可以融合多源異構(gòu)科技信息知識(shí)的本體模型，對(duì)臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害知識(shí)源和林木抗風(fēng)知識(shí)源的歸納，理清思路，為構(gòu)建林業(yè)領(lǐng)域臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害技術(shù)服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)做準(zhǔn)備。

1 材料與方法

結(jié)合臺(tái)風(fēng)災(zāi)損事件各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和斯坦福大學(xué)的本體構(gòu)建七步法[39]，創(chuàng)建林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件本體模型。七步法給出了明確的本體構(gòu)建步驟[38]，應(yīng)用Protégé4.3軟件作為支持，使用決策七步法中前六步，完成框架模型構(gòu)建，并根據(jù)林木抗風(fēng)性屬性的約束因子，創(chuàng)建林木抗風(fēng)性知識(shí)源模型。

第一步，應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)的方法[40]，明確林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害本體領(lǐng)域和范圍。需要考慮這樣幾個(gè)問題：林木因臺(tái)風(fēng)災(zāi)損，要覆蓋哪些知識(shí)；本體中的知識(shí)為哪些部門提供技術(shù)支撐與服務(wù)；使用和維護(hù)本體的人群有哪些。

第二步，按照森林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)準(zhǔn)則[22]，查找已知存在于不同領(lǐng)域林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害災(zāi)損的個(gè)體事件進(jìn)行分析，解析承災(zāi)載體、元作用，致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、受損形式，災(zāi)害后果等類的相關(guān)概念和關(guān)系。本研究中以災(zāi)害防治、氣象公共服務(wù)為目的進(jìn)行災(zāi)害事件本體模型構(gòu)建：以廣東省紙漿用材林及城市綠化為例，分析林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件與林業(yè)生產(chǎn)、城市管理的關(guān)系；以臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”過境海南省尖峰實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)調(diào)查樣地森林群落結(jié)構(gòu)與特征變化，分析林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的影響。

第三步，列舉出各領(lǐng)域中所有的術(shù)語，在此步驟中給出本體中應(yīng)該包含的概念和屬性，應(yīng)盡可能地完善，不用考慮概念之間的關(guān)系。

第四步，確定類和類的等級(jí)關(guān)系，可以采用自頂向下、自底向上或者兩種方法的綜合法確定類的層次結(jié)構(gòu)。

第五步，確定類和個(gè)體的屬性，用來描述類之間的關(guān)系，類和個(gè)體之間的關(guān)系，個(gè)體與個(gè)體之間的關(guān)系，理清林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件過程與后果。

第六步，分析確定林木抗風(fēng)性屬性約束，基于框架模型探求林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件本體模型的知識(shí)源結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害本體領(lǐng)域和范圍

林業(yè)是“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然”復(fù)雜復(fù)合系統(tǒng)：木材等林產(chǎn)品的生產(chǎn)滿足經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)需求；森林景觀資源的開發(fā)利用滿足人對(duì)綠色環(huán)境的需求；現(xiàn)有原始林和次生林的保護(hù)、撫育維護(hù)自然界森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡[41]。因此，基于林業(yè)系統(tǒng)的復(fù)合性和復(fù)雜性，臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害在林業(yè)上的主要承災(zāi)對(duì)象—林木—在經(jīng)營(yíng)主體和管理主體上，具有分布面廣、涉及部門多等特點(diǎn)，涉及的領(lǐng)域有生產(chǎn)、生態(tài)及城市管理領(lǐng)域(表1)。

表1 按經(jīng)營(yíng)目的劃分的林木類型權(quán)屬和經(jīng)營(yíng)主體特點(diǎn)

2.2 生產(chǎn)、城市管理及生態(tài)領(lǐng)域里3個(gè)林木臺(tái)風(fēng)災(zāi)害事件

2.2.1 商品紙漿用材林臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件分析

雷州半島東岸是臺(tái)風(fēng)最為頻發(fā)的海岸段，同時(shí)也是水熱條件充沛，適合桉樹紙漿材用商品林種植區(qū)域[35]。商品林的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)決定了樹體高大的桉樹是理想的收獲目標(biāo)。高樹體使樹木重心過高，在遭受大風(fēng)時(shí)，極易發(fā)生樹干橫彎和扭彎組合變形、斷裂、倒伏。桉樹造林主要成本投入集中在初期1 ~ 3 年，在造林第4年后才開始逐步達(dá)到收益與投資比最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)成熟，因此臺(tái)風(fēng)造成幼林倒伏損失巨大。另外，臺(tái)風(fēng)過后的林地整理和撫育需投入非預(yù)算內(nèi)勞動(dòng)力支出。2012—2017年，雷州林業(yè)局桉樹商品林臺(tái)風(fēng)損毀桉樹人工林累計(jì)達(dá)98 410 hm2，導(dǎo)致?lián)p失累計(jì)達(dá)3.9億元(表2)。由此可知，臺(tái)風(fēng)是廣東省商品人工林經(jīng)營(yíng)中需重點(diǎn)防范的氣象災(zāi)害。提高優(yōu)良抗風(fēng)性無性系種植面積, 可規(guī)避風(fēng)害災(zāi)損。

圖1 不同抗風(fēng)性桉樹用材林臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害中災(zāi)損表現(xiàn)

表2 中林雷州林業(yè)局有限公司歷年林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害損失統(tǒng)計(jì)表

注：*1年度從有數(shù)據(jù)記錄年份開始計(jì)起，未包括其他非臺(tái)風(fēng)致災(zāi)因子影響造成的扶木；*2扶木及風(fēng)害清理地表所需資金；*3風(fēng)害林木皆伐所需資金；*4因風(fēng)倒需扶木和風(fēng)折需清理后期木材產(chǎn)量下降造成的損失；*5風(fēng)害林木皆伐生物量收入沖減皆伐林木前期投資后不足部分金額；*6因風(fēng)害需皆伐林木從風(fēng)害到更新正常生長(zhǎng)時(shí)間段延誤的生長(zhǎng)量折算損失。

2.2.2 城市綠化因臺(tái)風(fēng)損毀潛在公共安全問題

風(fēng)害是造成廣州市綠化險(xiǎn)情發(fā)生的最主要原因[17]。廣州市在20世紀(jì)90年代就成立了綠化搶險(xiǎn)隊(duì)處理樹木倒伏帶來的公共安全問題。城市行道樹是城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分和特殊類型[42]，臺(tái)風(fēng)侵襲時(shí)，行道樹因風(fēng)害致使樹木倒伏、樹干斷裂、枝條折斷，增大了道路上人員傷亡、車輛損毀等災(zāi)損事件概率，增加了潛在公共安全隱患；臺(tái)風(fēng)過后，損毀樹木的樹干、枝條未及時(shí)清理，對(duì)正常城市交通秩序有一定影響；清理風(fēng)倒木也增加了城市管理成本。公園綠地、風(fēng)景區(qū)樹木在臺(tái)風(fēng)中的災(zāi)損更多是影響到景觀效果，并留下潛在游賞隱患[43]。因此，城市綠化臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損毀問題是隱含氣象因素的城市公共安全問題。構(gòu)筑防御臺(tái)風(fēng)體系，規(guī)避臺(tái)風(fēng)城市綠化損失和風(fēng)險(xiǎn)，完善園林的防臺(tái)搶險(xiǎn)應(yīng)急體系勢(shì)在必行[18]。

一直以來城市綠化規(guī)劃對(duì)綠化林木應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害缺乏有效的規(guī)劃約束，在某種程度上，城市綠化規(guī)劃追求效果與林木抵御臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的要求是相背而行的。具體表現(xiàn)在：基于城市土地價(jià)值和城市地下管道結(jié)構(gòu)，城市綠化需要用最少地表占地面積創(chuàng)造出最大面積的樹冠形狀，因此綠化品種選擇樹冠大，根系擴(kuò)散小的樹種，這樣的樹種具有淺根性、根冠比小的特點(diǎn)，恰恰是臺(tái)風(fēng)侵襲時(shí)易發(fā)生倒伏的樹種，如南方景觀樹黃花槐()、紫荊()[44]；綠化率是衡量城市環(huán)境的重要指標(biāo)，為了盡快形成綠樹成蔭的景觀效果，在綠化樹種選擇時(shí)偏向于速生樹、冠大枝葉濃密樹種，此類樹種在臺(tái)風(fēng)侵襲時(shí)更易斷裂。

2.2.3 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)干擾造成的森林生態(tài)系統(tǒng)影響

2005年臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”過境海南尖峰嶺熱帶山地雨林，天然次生林2 600 m2固定樣地植被物種組成、喬木胸高斷面積、喬木植株數(shù)目、物種多樣性、生物量及地表碳儲(chǔ)量在臺(tái)風(fēng)前后均發(fā)生變化，臺(tái)風(fēng)后森林內(nèi)產(chǎn)生大量的風(fēng)倒木、斷枝和落葉，導(dǎo)致群落郁閉度減小、透光性增強(qiáng)，并產(chǎn)生大量的林窗。臺(tái)風(fēng)后群落的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，受損株數(shù)達(dá)514株(占總株數(shù)26.1%)；其中風(fēng)倒木比例較大，有206株(占總株數(shù)10.5%)。受臺(tái)風(fēng)影響產(chǎn)生的風(fēng)倒木與樹種種類組成有較緊密關(guān)聯(lián)，喬木層、幼樹層和下木層造成的損害存在種類上有明顯差異。臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的直接性損害主要作用于喬木層，造成大徑級(jí)植株嚴(yán)重受損；部分樹種重要值降低，成伴生種，次優(yōu)勢(shì)種和原有優(yōu)勢(shì)種成為共同優(yōu)勢(shì)種；間接性損害主要通過風(fēng)倒木作用于幼樹層和下木層，產(chǎn)生的倒木、斷枝和落葉壓倒其他植株，表現(xiàn)為小面積范圍內(nèi)的個(gè)體死亡，甚至有種類消失；部分優(yōu)勢(shì)種的個(gè)體數(shù)減少較多，但占該種群所有個(gè)體數(shù)目的比例較小。喬木層、幼樹層、下木層生物多樣性指數(shù)有不同變化，均表現(xiàn)為不同程度的種類消失和一些種類的個(gè)體數(shù)目減少。此次臺(tái)風(fēng)還造成該樣地至少占臺(tái)風(fēng)前總生物量10.42%的生物量歸還給林地，并對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生重大影響[11]。

臺(tái)風(fēng)過后，森林內(nèi)產(chǎn)生大量的風(fēng)倒木、斷枝、落葉，改變了林分的光照環(huán)境、增加到達(dá)下層的光資源，產(chǎn)生大量的林窗，給下層木創(chuàng)造了更優(yōu)化的生長(zhǎng)環(huán)境，從而對(duì)森林植物群落的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)作用也產(chǎn)生重大影響[5]。對(duì)大型土壤動(dòng)物功能類群而言，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害擾亂了類群與周圍環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)平衡，臺(tái)風(fēng)過后使螞蟻發(fā)展為優(yōu)勢(shì)類群[45]。臺(tái)風(fēng)帶來的暴雨會(huì)造成森林生態(tài)系統(tǒng)的地表形成徑流和泥石流，從而影響大型土壤動(dòng)物在垂直結(jié)構(gòu)上的分布。

2.3 氣象災(zāi)害事件的集合描述及本體元語轉(zhuǎn)化

在進(jìn)行不同領(lǐng)域的林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件分析的過程中，產(chǎn)生了大量樹木生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、森林培育學(xué)、森林經(jīng)理學(xué)及氣象學(xué)領(lǐng)域的概念術(shù)語，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行概念術(shù)語的集合描述和本體元語的轉(zhuǎn)化。此過程包括區(qū)分開林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的類、屬性和個(gè)體實(shí)例[36]、并厘清類與類之間邏輯關(guān)系、類與個(gè)體事件的關(guān)系、屬性之間的相互影響關(guān)系、屬性的應(yīng)用和取值范圍限定、約束等。臺(tái)風(fēng)在林業(yè)領(lǐng)域造成的災(zāi)損中，只有兩種致災(zāi)因素：風(fēng)和雨。其中風(fēng)是最主要的致災(zāi)因子，其屬性是：不同等級(jí)具有不同動(dòng)能的氣體；雨是其次的致災(zāi)因子，其屬性是：具有大小、強(qiáng)度、動(dòng)能的液體。由于林業(yè)涉及到多個(gè)領(lǐng)域，基于區(qū)域林業(yè)是個(gè)復(fù)雜的“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然”復(fù)雜系統(tǒng)[41]，與林木有關(guān)的臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害承災(zāi)載體涉及領(lǐng)域多元，類型多樣，致使承災(zāi)載體的屬性和受損形式較復(fù)雜(表3 ~ 4)。

2.4 林業(yè)領(lǐng)域的臺(tái)風(fēng)災(zāi)損事件本體框架模型

由表3 ~ 4可知，林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件本體涉及林木遺傳育種、森林培育、森林經(jīng)理、園林樹木等多學(xué)科。本文根據(jù)現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，應(yīng)用Protégé4.3進(jìn)行了林業(yè)領(lǐng)域區(qū)域臺(tái)風(fēng)災(zāi)損事件本體模型框架的構(gòu)建。模型結(jié)果顯示臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害事件中，林木承災(zāi)載體分布在城市管理、林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境與資源等領(lǐng)域，有城市綠地系統(tǒng)不同種植點(diǎn)的林木及林木下地表、道路；各類商品林及林道；生態(tài)公益性質(zhì)的林木及林地地表等生物和非生物屬性對(duì)象共計(jì)24個(gè)。災(zāi)損后果由財(cái)產(chǎn)損失、管護(hù)成本增加、影響公共交通、導(dǎo)致人員傷亡、影響林地CN分布格局、影響森林生態(tài)功能、影響林業(yè)生產(chǎn)組織、影響防護(hù)林防護(hù)功能及直接的產(chǎn)品損失等9種。

表3 承災(zāi)載體屬性表

表4 承災(zāi)載體與受損形式

2.5 林木臺(tái)風(fēng)承災(zāi)脆弱性自身致使因素分析

林木是臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害中最主要承災(zāi)載體。林木在臺(tái)風(fēng)侵襲作用下，樹干發(fā)生樹冠不偏冠橫彎變形，或者是樹冠偏冠的彎扭組合變形。當(dāng)變形達(dá)到一定閾值時(shí)，某一橫斷面上樹干及樹枝承受合力達(dá)到極限，開始斷裂和劈裂。因此臺(tái)風(fēng)過境，樹木抗風(fēng)性強(qiáng)度不足以抵抗強(qiáng)風(fēng)及樹體重力的合力時(shí)，樹皮撕裂、折干、枝條折斷、大量落葉、連根拔起和種實(shí)早落，造成損毀，發(fā)生林木因臺(tái)風(fēng)災(zāi)害災(zāi)損事件。林道、行道、公共綠地的地表等其他承災(zāi)載體的災(zāi)損事件出現(xiàn)均由林木損毀引起(表5)。在由風(fēng)的元作用力引起的災(zāi)損中，林木的受損情況決定了林木區(qū)域?yàn)?zāi)損情況，因此林木承災(zāi)載體脆弱性決定了災(zāi)損事件是否發(fā)生及損毀程度(表6)。

表5 區(qū)域?yàn)?zāi)損時(shí)林木承災(zāi)載體與非林木承災(zāi)載體

表6 林木災(zāi)損程度(1-P(t))描述及賦值

表7 樹木的抗風(fēng)性()相關(guān)因子

注：*1筆者認(rèn)為是相關(guān)因素，但目前尚未有相關(guān)研究。

3 結(jié)論與討論

3.1 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害林木損毀后果及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

臺(tái)風(fēng)易發(fā)區(qū)域，人工林經(jīng)營(yíng)、城市綠化及維護(hù)管理中，在樹種和苗木選擇、種植技術(shù)、撫育管理中任一環(huán)節(jié)忽視林木抗風(fēng)性，均會(huì)增加臺(tái)風(fēng)災(zāi)害導(dǎo)致的各類林木損毀情況發(fā)生，影響生產(chǎn)，造成巨大財(cái)產(chǎn)損失。在城市管理上，樹木風(fēng)中倒伏、折斷不僅會(huì)損失公共財(cái)產(chǎn)，還帶來交通阻塞、人身安全等潛在的公共安全問題。林木各種形式的損毀是林木臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的直接后果，同時(shí)，引起城市交通秩序混亂及災(zāi)損傷亡等公共安全問題；造成植被在各種環(huán)境下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值功能的損失[54]，針對(duì)城市中已存在的不抗風(fēng)樹種，采取適當(dāng)?shù)墓芾矸绞剑趫@林綠化工作中有的放矢地落實(shí)抗風(fēng)措施，減輕未來臺(tái)風(fēng)對(duì)樹木造成的損害，讓城市生活環(huán)境變得更安全，管理更有效。

在集約化、規(guī)模化培育森林時(shí)要充分考慮臺(tái)風(fēng)林木災(zāi)損事件的規(guī)避。在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，選擇高抗風(fēng)性的樹種和品系；進(jìn)行森林經(jīng)營(yíng)方案編制時(shí)，充分考慮臺(tái)風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因素，多樹種混交、多品系混種。一些重大生態(tài)修復(fù)工程，如雷州半島生態(tài)修復(fù)植被的選擇中，應(yīng)考慮選擇抗風(fēng)性強(qiáng)的樹種，進(jìn)行科學(xué)種植布局和規(guī)劃。

3.2 發(fā)展珍貴樹種產(chǎn)業(yè)與臺(tái)風(fēng)災(zāi)害防治

廣東省是我國(guó)南方對(duì)珍貴樹種發(fā)展較重視的省份，2007年廣東省林業(yè)廳制定了《廣東省珍貴樹種發(fā)展工程建設(shè)規(guī)劃》。2015年廣東省新造珍貴樹種林分4萬公頃，定向改培1.33萬公頃，四旁種植1.33萬公頃?！稄V東省林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提到：將建設(shè)木材戰(zhàn)略儲(chǔ)備林基地，以增加木材儲(chǔ)備為主線，以重點(diǎn)區(qū)域?yàn)橐劳?，以集約化、基地化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)營(yíng)為根本，通過新造培育等方式，規(guī)劃建設(shè)木材戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地7.33萬公頃[55]。強(qiáng)化林業(yè)資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備，對(duì)大徑材、珍貴木材儲(chǔ)備建設(shè)提出新的要求。而對(duì)大徑材培育和珍貴樹種培育的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估尚未進(jìn)行。臺(tái)風(fēng)“韋森特”對(duì)深圳市綠化樹木損害總結(jié)中，珍貴樹種印度紫檀()、非洲桃花心()在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害中屬易倒伏、斷枝樹種[43]；臺(tái)風(fēng)“威馬遜”過境海南時(shí)統(tǒng)計(jì)出珍貴樹種損毀率為15%[5]。珍貴樹種和其他速生樹種相比，有不同的經(jīng)營(yíng)過程和模式。以大徑材培育為目標(biāo)的珍貴樹種人工林因?yàn)榕嘤闹芷诟L(zhǎng)、資源更為稀缺，因此遭受臺(tái)風(fēng)襲擊時(shí)，如果不考慮臺(tái)風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害引起的經(jīng)濟(jì)損失、資源損失將更為嚴(yán)重。

3.3 雷州半島生態(tài)修復(fù)工程臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的綜合防治

雷州半島歷史上曾經(jīng)分布著大片的熱帶季雨林，是全省重要的熱帶植物和動(dòng)物基因庫(kù)。近年來，受到自然因素和人為因素的綜合影響，雷州半島出現(xiàn)了地帶性森林植被消失、結(jié)構(gòu)性缺水、生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性減少、近海海岸生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)實(shí)或潛在的生態(tài)危機(jī)[56]。針對(duì)當(dāng)前雷州半島森林生態(tài)系統(tǒng)突出問題，2016年廣東省十二屆人大四次會(huì)議上，雷州半島生態(tài)修復(fù)成為省政府工作報(bào)告中重要的“湛江元素”之一[57]。規(guī)劃以恢復(fù)和重建雷州半島熱帶季雨林體系為目標(biāo)，實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程，目標(biāo)20年初步恢復(fù)熱帶季雨林，到2035年熱帶季雨林的保護(hù)與恢復(fù)面積達(dá)22.17萬公頃。規(guī)劃已經(jīng)提出，修復(fù)熱帶季雨林的主要方法是全面營(yíng)造、桉樹純林改造、對(duì)現(xiàn)有生態(tài)公益林進(jìn)行補(bǔ)植套種和對(duì)現(xiàn)有生態(tài)公益林進(jìn)行封山育林[58]。除干旱氣象災(zāi)害外，自古以來，雷州半島是廣東地區(qū)受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一[59]，因此，雷州半島生態(tài)修復(fù)工程中，大量全面營(yíng)造、桉樹林改造和補(bǔ)植套種的新植林木，在進(jìn)行樹種配置、栽培方式時(shí)應(yīng)注重林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的綜合防治。

3.4 多領(lǐng)域合作建立林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害本體數(shù)據(jù)庫(kù)

研究結(jié)果得到的林業(yè)領(lǐng)域的臺(tái)風(fēng)災(zāi)損事件本體框架模型，分析出林木臺(tái)風(fēng)承災(zāi)脆弱性自身致使因素，均表現(xiàn)出林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害本體的復(fù)雜性，也可知模型涉及領(lǐng)域知識(shí)的來源有以下幾項(xiàng)：(1) 來源于區(qū)域臺(tái)風(fēng)氣象因子時(shí)空分布數(shù)值估計(jì)系統(tǒng)的估計(jì)結(jié)果；(2) 來源于這樣一個(gè)知識(shí)集合：不同經(jīng)營(yíng)目的，即不同領(lǐng)域的林木個(gè)體的抗風(fēng)性相關(guān)因素，及能計(jì)算出抗風(fēng)性與相關(guān)因素之間量的關(guān)系的計(jì)算解析模型?；谏鲜鲋R(shí)源，結(jié)合林木抗風(fēng)性能評(píng)估和區(qū)域臺(tái)風(fēng)氣象因子時(shí)空分布數(shù)值估計(jì)，即可達(dá)到區(qū)域林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的災(zāi)損情況預(yù)測(cè)、預(yù)防目的。很明顯這些知識(shí)源來源于不同領(lǐng)域，因此，由于全球氣候的變化，臺(tái)風(fēng)發(fā)生有可能更為頻繁，多領(lǐng)域合作建立林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害本體數(shù)據(jù)庫(kù)具有必要性和迫切性。本文研究的本體框架模型為知識(shí)庫(kù)構(gòu)建提供了框架基礎(chǔ)。

3.5 多領(lǐng)域的林木抗風(fēng)性研究

林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的本體模型是結(jié)合了林業(yè)生產(chǎn)、城市管理和生態(tài)安全領(lǐng)域的復(fù)雜復(fù)合模型。本體模型構(gòu)建能為區(qū)域林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的防治提供技術(shù)支撐，有利于林業(yè)生產(chǎn)、城市安全管理及森林生態(tài)安全。區(qū)域林木臺(tái)風(fēng)氣象災(zāi)害的脆弱性由此區(qū)域種植林木的抗風(fēng)性決定，且林木抗風(fēng)性已有一定研究基礎(chǔ)。建立林業(yè)、氣象、城市管理等多領(lǐng)域的林木抗風(fēng)性研究，更具有迫切性。

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Preliminary Study on Constructing an Ontology Model of Forest Tree Damage Caused by Typhoon Events

LIU Liting1,2, LI Aobin3, LIANG Xueming3, MO Xiaoyong1

(1.,2.; 3.,,)

Forest trees are particularly susceptible to damage from typhoons. Winds from such events not only impact forest trees themselves, but also affect public security and other factors. In this current study a “seven-step method” derived from Stanford University was used to construct an ontology model using Protégé software (version 4.3). This preliminary model was then used to analyze several individual typhoon events that occurred in Guangdong and Hainan provinces with respect to forest productivity, urban management and forest ecological security. This enabled characteristics and properties of each typhoon event to be summarized. However, broader multidisciplinary cooperation would be required to construct a more complete ontology model of forest tree damage caused by meteorological disaster events so as to better forecast the impacts of such events and facilitate and mitigation of these impacts.

Forest tree damage caused by typhoon disaster; ontology model; forest productivity; urban management; public security service

S761

A

10.13987/j.cnki.askj.2020.04.02

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“桉樹高效可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)”(2016YFD0600505)；江西省林業(yè)科學(xué)院重大科研專項(xiàng)“低效闊葉林質(zhì)量提升關(guān)鍵技術(shù)研究”(2017511201)

劉麗婷(1979— )，女，博士，副研究員，主要從事闊葉林森林培育與森林經(jīng)理研究，E-mail:39191393@qq.com

莫曉勇(1962— )，男，教授，主要從事桉樹人工林森林培育和森林經(jīng)理研究，E-mail:motree@163.com