登陸廣東的熱帶氣旋災(zāi)害指數(shù)特征分析

翁錦文，彭旭鋼，陳柏洋，王磊

（廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，近海海洋環(huán)境變化與災(zāi)害預(yù)警實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088）

我國(guó)是熱帶氣旋登陸頻繁的國(guó)家，受熱帶氣旋登陸引起的自然災(zāi)害影響顯著［1-5］。在所有省份當(dāng)中，廣東省熱帶氣旋登陸的頻率最高［6-7］，因此，廣東地區(qū)熱帶氣旋受災(zāi)頻次最高、農(nóng)作物受災(zāi)面積最大，并且受災(zāi)人口和緊急轉(zhuǎn)移安置人口較多［2-5］。平均而言，一個(gè)熱帶氣旋可能給廣東帶來(lái)20.06億元的經(jīng)濟(jì)損失并造成30人遇難［8］。另外，熱帶氣旋在廣東省內(nèi)造成的災(zāi)害具有顯著的空間不均勻性，其中陽(yáng)江、深圳、汕尾、珠海、湛江等地區(qū)由于人口密集受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響程度更高［3-4］。另外，基于區(qū)域氣候模式的結(jié)果表明，在全球變暖的背景下登陸廣東的熱帶氣旋數(shù)量可能會(huì)增多［9］，這意味著在未來(lái)熱帶氣旋可能會(huì)對(duì)我國(guó)造成更大的災(zāi)難。因此，針對(duì)登陸我國(guó)熱帶氣旋的研究具有極其重要現(xiàn)實(shí)意義。

前人提出一系列災(zāi)害指數(shù)以表征熱帶氣旋所造成的災(zāi)害。Emanuel［10］基于10 m最大風(fēng)速定義了一個(gè)簡(jiǎn)化的能量耗散指數(shù)，發(fā)現(xiàn)在1970年以后全球熱帶氣旋所造成的災(zāi)害顯著增加；Kantha［11］根據(jù)近地面最大風(fēng)速提出颶風(fēng)強(qiáng)度系數(shù)以代替薩菲爾-辛普森颶風(fēng)等級(jí)。但是，這些指數(shù)主要考慮的是熱帶氣旋伴隨的風(fēng)的影響，而忽略了熱帶氣旋的降雨所造成的災(zāi)害。在此基礎(chǔ)上，Chen等［12-14］基于熱帶氣旋活動(dòng)期間我國(guó)各個(gè)氣象臺(tái)站觀測(cè)到的風(fēng)速及降水資料，提出了3種災(zāi)害指數(shù)（風(fēng)災(zāi)害指數(shù)、雨災(zāi)害指數(shù)和風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)）。分析可知，近年來(lái)我國(guó)東南沿海地區(qū)（包括廣東）與熱帶氣旋有關(guān)的降水量呈增加趨勢(shì)［15-16］，因此在研究熱帶氣旋所造成的災(zāi)害時(shí)，考慮熱帶氣旋降水的災(zāi)害影響是十分必要的。另外，熱帶氣旋所造成的災(zāi)害與登陸地區(qū)災(zāi)害承受體的脆弱性密切相關(guān)［14］，因此，研究登陸我國(guó)的熱帶氣旋所造成的災(zāi)害時(shí)，還應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注熱帶氣旋災(zāi)害高發(fā)區(qū)（比如廣東）的災(zāi)害特征。

Chen等［12-14］定義的3個(gè)災(zāi)害指數(shù)均參考了各地觀測(cè)臺(tái)站降水和風(fēng)速資料，可以很好地反映與熱帶氣旋關(guān)系密切的降水、大風(fēng)等區(qū)域性災(zāi)害的影響。本研究基于這3種災(zāi)害指數(shù)，對(duì)比了1970—2018年以來(lái)登陸廣東與登陸我國(guó)的熱帶氣旋的災(zāi)害指數(shù)的特征，以期揭示登陸廣東與登陸我國(guó)的熱帶氣旋災(zāi)害的共性及差異性，從而為有關(guān)熱帶氣旋的防災(zāi)減災(zāi)策略的制定提供參考。

1 數(shù)據(jù)及方法

本研究使用的熱帶氣旋災(zāi)害指數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心建立的PRITC dataset V1.0數(shù)據(jù)集［12-14］，包括雨災(zāi)害指數(shù)（index of TC-induced precipitation，IPT）、風(fēng)災(zāi)害指數(shù)（index of TC-induced wind，IWT）和風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)（combined index of TC-induced precipitation and wind，IPWT）。根據(jù)IPWT數(shù)值的大小，Chen等［12-14］完成了對(duì)熱帶氣旋的IPWT分級(jí)（the category of IPWT，CAT_IPWT），共分0～4級(jí)。當(dāng)CAT_IPWT為0級(jí)（IPWT＜0.023 4）時(shí)，代表熱帶氣旋的影響極弱；當(dāng)CAT_IPWT為4級(jí)（IPWT≥0.420 0）時(shí)，代表熱帶氣旋的災(zāi)害性極強(qiáng)。PRITC dataset V1.0數(shù)據(jù)集包含的數(shù)據(jù)信息還包括熱帶氣旋登陸的年份、國(guó)際編號(hào)、名稱、登陸地點(diǎn)和登陸強(qiáng)度。

利用Mann-Kendall方法檢驗(yàn)時(shí)間序列變化趨勢(shì)的顯著性。

2 結(jié)果與分析

在1970—2018年期間，登陸廣東省的熱帶氣旋數(shù)量（150個(gè)）占登陸全國(guó)熱帶氣旋總數(shù)量（385個(gè)）的39%。圖1展示了在1970—2018年期間登陸熱帶氣旋的3種災(zāi)害指數(shù)的概率分布情況。由圖1可以看出，登陸廣東的熱帶氣旋雨災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)的中位數(shù)分別為0.24、0.11、0.20；而登陸我國(guó)的熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)的中位數(shù)則分別為0.20、0.11、0.17。風(fēng)災(zāi)害指數(shù)的數(shù)值比雨災(zāi)害、風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)數(shù)值要小，這與Chen等［14］的研究結(jié)果相一致。登陸廣東地區(qū)熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)的平均值分別為0.25、0.13、0.22；而登陸我國(guó)熱帶氣旋雨災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)災(zāi)害指數(shù)、風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)的平均值分別為0.24、0.15、0.22，這表明登陸廣東熱帶氣旋所造成的雨災(zāi)害指數(shù)要略強(qiáng)于我國(guó)平均水平，而風(fēng)災(zāi)害指數(shù)則較我國(guó)平均水平要弱，風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)與我國(guó)平均水平相當(dāng)。

圖1 1970—2018年間登陸廣東和我國(guó)的熱帶氣旋的潛在災(zāi)害指數(shù)箱型圖

在明確災(zāi)害指數(shù)的總體特征以后，進(jìn)一步分析每年平均災(zāi)害指數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)（圖2）。

圖2 1970—2018年登陸廣東和我國(guó)的熱帶氣旋的災(zāi)害指數(shù)的時(shí)間序列

由圖2可以看出，登陸我國(guó)和廣東各年累計(jì)災(zāi)害指數(shù)均呈現(xiàn)弱的上升趨勢(shì)（圖2a-c），但上升趨勢(shì)大多沒有通過顯著性檢驗(yàn)。除登陸我國(guó)熱帶氣旋的年累計(jì)雨災(zāi)害指數(shù)呈顯著增強(qiáng)外，登陸廣東和我國(guó)的其它年累計(jì)災(zāi)害指數(shù)變化趨勢(shì)均不顯著。

登陸廣東和我國(guó)的熱帶氣旋總數(shù)量在最近時(shí)期呈現(xiàn)弱的下降趨勢(shì)（圖3），這與前人的研究結(jié)果是一致的［17-18］。登陸熱帶氣旋數(shù)量的減少可能跟太平洋氣候的年代際變異引起的環(huán)境背景場(chǎng)的改變有關(guān)［19］。盡管登陸廣東及登陸我國(guó)的熱帶氣旋的總數(shù)量在最近時(shí)期存在減少的趨勢(shì)，但是登陸熱帶氣旋造成的年累計(jì)總災(zāi)害指數(shù)并沒有出現(xiàn)減少的趨勢(shì)，而是呈現(xiàn)出了弱的增加的趨勢(shì)（圖2a-c）。

圖3 登陸廣東和登陸我國(guó)的熱帶氣旋的個(gè)數(shù)的時(shí)間序列圖

本研究進(jìn)一步分析了每年平均單個(gè)熱帶氣旋引起的風(fēng)災(zāi)害指數(shù)及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)隨時(shí)間的變化（圖2d-f）。平均單個(gè)熱帶氣旋所造成的雨災(zāi)害及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)，并且，登陸廣東的平均單個(gè)熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)的上升趨勢(shì)均較登陸我國(guó)的平均單個(gè)熱帶氣旋的平均值要更強(qiáng)。雨災(zāi)害指數(shù)的增加可能跟最近時(shí)期登陸熱帶氣旋移動(dòng)速度減慢引起的在登陸地區(qū)的總降雨量的增加有關(guān)［20］，也可能與2006年以來(lái)太平洋年代際振蕩（PDO）進(jìn)入負(fù)位相所引起的登陸廣東的熱帶氣旋的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)有關(guān)［21］。對(duì)于風(fēng)災(zāi)害指數(shù)來(lái)說，登陸廣東和登陸我國(guó)的平均單個(gè)熱帶氣旋引起的風(fēng)災(zāi)害指數(shù)均沒有通過顯著性檢驗(yàn)，這表明單個(gè)熱帶氣旋所造成的風(fēng)災(zāi)害并不具有顯著的變化趨勢(shì)。根據(jù)分析結(jié)果，由于平均單個(gè)熱帶氣旋引起的雨災(zāi)害及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，盡管登陸廣東與登陸我國(guó)的熱帶氣旋的總數(shù)量在最近時(shí)期存在減少的趨勢(shì)，但是其造成的總災(zāi)害指數(shù)并沒有出現(xiàn)減少的趨勢(shì)。

依據(jù)CAT_IPWT的分級(jí)，本研究統(tǒng)計(jì)了不同災(zāi)害等級(jí)的熱帶氣旋占登陸廣東和我國(guó)總熱帶氣旋數(shù)量的百分比。結(jié)果表明，登陸廣東的各個(gè)災(zāi)害等級(jí)（等級(jí)0、1、2、3、4）的熱帶氣旋所占的比例分別為6.00%、32.00%、30.66%、20.00%、11.33%；而登陸我國(guó)的各個(gè)災(zāi)害等級(jí)（等級(jí)0、1、2、3、4）的 熱 帶 氣 旋 所 占 的 比 例 分 別 為5.45%、37.66%、27.27%、16.62%、12.99%，這表明登陸廣東和我國(guó)的熱帶氣旋所造成的災(zāi)害均受到等級(jí)1-3的熱帶氣旋的影響。在不同等級(jí)的熱帶氣旋數(shù)量的變化趨勢(shì)方面（圖4），登陸廣東的4級(jí)熱帶氣旋的數(shù)量呈現(xiàn)顯著的增加趨勢(shì)，而等級(jí)1-3的熱帶氣旋呈現(xiàn)弱的減少趨勢(shì)（未通過顯著性檢驗(yàn)）。這表明在廣東地區(qū)平均的單個(gè)熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，可能是災(zāi)害等級(jí)達(dá)到4級(jí)的熱帶氣旋數(shù)量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)所引起的。而對(duì)于登陸我國(guó)的熱帶氣旋來(lái)說，雖然各個(gè)等級(jí)的熱帶氣旋的變化趨勢(shì)都無(wú)法通過顯著性檢驗(yàn)，但是災(zāi)害性強(qiáng)的熱帶氣旋（IPWT達(dá)到等級(jí)3、4）的熱帶氣旋數(shù)量也呈現(xiàn)弱的增加趨勢(shì)，這在一定程度上有利于登陸我國(guó)平均單個(gè)熱帶氣旋引起的災(zāi)害指數(shù)的增加。

圖4 登陸廣東和我國(guó)不同等級(jí)的熱帶氣旋數(shù)量的時(shí)間序列

3 結(jié)論

本研究利用中國(guó)氣象局熱帶氣旋中心PRITC數(shù)據(jù)集，分析了1970—2018年期間登陸廣東的熱帶氣旋的災(zāi)害指數(shù)變化特征，并與登陸我國(guó)的熱帶氣旋的平均災(zāi)害指數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。

1）在1970—2018年期間，登陸廣東省的熱帶氣旋數(shù)量占登陸我國(guó)熱帶氣旋總數(shù)量的39%。登陸廣東熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)平均值高于我國(guó)平均值，而平均風(fēng)災(zāi)害指數(shù)低于我國(guó)平均值，風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)則與我國(guó)平均值相當(dāng)。這意味著登陸廣東地區(qū)熱帶氣旋的雨災(zāi)害較我國(guó)平均水平強(qiáng)，而風(fēng)災(zāi)害較我國(guó)平均水平弱。

2）通過分析和對(duì)比登陸廣東和登陸我國(guó)的熱帶氣旋災(zāi)害指數(shù)的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)登陸廣東與登陸我國(guó)的熱帶氣旋的總數(shù)量在最近時(shí)期均存在減少的趨勢(shì)，但是由于平均單個(gè)熱帶氣旋引起的雨災(zāi)害及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致相應(yīng)的年累計(jì)總災(zāi)害指數(shù)并沒有出現(xiàn)減少的趨勢(shì)。與我國(guó)平均值的變化趨勢(shì)比較，登陸廣東熱帶氣旋的平均雨災(zāi)害指數(shù)和風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)均呈現(xiàn)更強(qiáng)的增加趨勢(shì)。對(duì)于登陸廣東的熱帶氣旋而言，災(zāi)害等級(jí)達(dá)到4級(jí)的熱帶氣旋數(shù)量呈增加趨勢(shì)是造成平均單個(gè)熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)增加的重要原因。而對(duì)于全國(guó)來(lái)說，平均單個(gè)熱帶氣旋的雨災(zāi)害指數(shù)及風(fēng)雨聯(lián)合災(zāi)害指數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)則可能是災(zāi)害等級(jí)達(dá)到3、4級(jí)的熱帶氣旋數(shù)量呈現(xiàn)微弱增加共同作用導(dǎo)致的。