尚志海,曹海玲,林妙萍,詹惠怡
(嶺南師范學(xué)院 地理系,廣東 湛江 524048)
臺風(fēng)災(zāi)害是中國主要自然災(zāi)害之一,其災(zāi)害風(fēng)險研究是國內(nèi)氣象學(xué)、地理學(xué)及災(zāi)害學(xué)的研究熱點。學(xué)者們在臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險理論、方法及應(yīng)用上做出了大量成果,還有部分學(xué)者對臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險研究進(jìn)行了綜述。例如,魏章進(jìn)等[1]對臺風(fēng)災(zāi)情評估方法進(jìn)行了總結(jié),方偉華等[2-3]對臺風(fēng)路徑及風(fēng)險模型進(jìn)行了評述,陳文方等[4]對臺風(fēng)災(zāi)害危險性及脆弱性評估現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,由此可見臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險研究在國內(nèi)的受重視程度。
在全球氣候變暖背景下,臺風(fēng)等極端天氣氣候事件呈現(xiàn)出趨強趨多的態(tài)勢。近5年來,臺風(fēng)“威馬遜”、“彩虹”、“莫蘭蒂”、“天鴿”、“山竹”相繼給我國沿海地區(qū)造成了嚴(yán)重?fù)p失。在臺風(fēng)登陸前后,學(xué)者和公眾們關(guān)注的焦點集中在城市,尤其是大城市的災(zāi)害風(fēng)險,對農(nóng)村及農(nóng)業(yè)關(guān)注不夠。在臺風(fēng)影響下,農(nóng)業(yè)作為一個敏感的承災(zāi)體,更易受災(zāi),臺風(fēng)災(zāi)害可能使農(nóng)田顆粒無收,農(nóng)民陷入險境。因此,非常有必要針對特定承災(zāi)體,加強對農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險的研究。
本文從災(zāi)害風(fēng)險形成機制的角度出發(fā),對農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害的發(fā)災(zāi)場、致災(zāi)力、承災(zāi)體及風(fēng)險評估研究進(jìn)行綜述。具體來說,發(fā)災(zāi)場是災(zāi)害風(fēng)險形成的空間場所,致災(zāi)力是自然事件對承災(zāi)體的破壞力,承災(zāi)體的暴露性和抵抗力是決定災(zāi)害風(fēng)險是否能夠形成的重要因素[5]。只有把風(fēng)險機制搞清楚,才能做好風(fēng)險評估工作。雖然國內(nèi)研究中涉及到了臺風(fēng)災(zāi)害的發(fā)災(zāi)場、致災(zāi)力和承災(zāi)體三個要素,但研究不夠系統(tǒng)和全面,本文對現(xiàn)有成果進(jìn)行歸納和總結(jié),并在分析其存在問題的基礎(chǔ)上提出建議,可以為農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險的深入研究提供參考。
臺風(fēng)災(zāi)害發(fā)災(zāi)場即臺風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的空間范圍,臺風(fēng)是一個動態(tài)變化的災(zāi)害系統(tǒng),其登陸地點、移動路徑及影響范圍等在不同階段會產(chǎn)生一系列變化,在不同時刻對同一地區(qū)造成的影響也是動態(tài)變化的[6],所以臺風(fēng)發(fā)災(zāi)場的動態(tài)和精確研究極為重要。目前臺風(fēng)登陸地點的分析主要是對登陸地區(qū)的數(shù)理統(tǒng)計[7],我國臺風(fēng)登陸地點主要集中在廣東、海南、臺灣、福建、浙江省[8],現(xiàn)有研究基本上摸清了大中尺度上臺風(fēng)登陸地點的分布特征,但是與登陸地點密切相關(guān)的移動路徑預(yù)測和影響范圍分析還不足。
從1970年代初期到1980年代,我國開展了臺風(fēng)路徑統(tǒng)計分析研究[9],為臺風(fēng)路徑預(yù)報打下了一定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)研究方法以圖片形式發(fā)布靜態(tài)的臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù),之后伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和GIS的應(yīng)用拓展,基于GIS發(fā)布臺風(fēng)路徑的方式突破了傳統(tǒng)方式的局限性,可以向用戶提供動態(tài)的地理信息。
例如,馮文娟等[10]在ArcGIS Server的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一個臺風(fēng)過程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原型,采用動態(tài)符號和動態(tài)地圖來表示臺風(fēng)路徑變化,具備臺風(fēng)路徑及影響分析、實時地查詢及動態(tài)分析功能。段洪洋等[11]構(gòu)建了基于 GIS 和虛擬技術(shù)的臺風(fēng)災(zāi)害農(nóng)業(yè)損失評估系統(tǒng),通過預(yù)測模型以三維形式展示未來一段時間臺風(fēng)的路徑、強度、影響范圍等。鄒亮等[12]針對臺風(fēng)路徑的空間特點提出了關(guān)鍵點相似度法,并結(jié)合 GIS的空間分析功能構(gòu)造了空間相似度,建立了基于歷史數(shù)據(jù)和相似原理的預(yù)測模型,預(yù)測可能的臺風(fēng)路徑。
此外,我國氣象和水利等相關(guān)部門開發(fā)了一些臺風(fēng)路徑實時發(fā)布系統(tǒng),典型的系統(tǒng)包括由中央氣象臺權(quán)威發(fā)布的臺風(fēng)信息系統(tǒng),以及浙江省水利廳、浙江省水利信息管理中心主辦的臺風(fēng)信息發(fā)布系統(tǒng)[13],這些系統(tǒng)均可及時準(zhǔn)確地提供最新的臺風(fēng)實時信息、預(yù)報路徑??偟膩碚f,GIS作為一門重要的信息技術(shù),快速便捷地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下臺風(fēng)路徑實時查詢及動態(tài)分析[14],并具有高質(zhì)量的可視化表達(dá)能力[15],為展現(xiàn)臺風(fēng)過程提供了優(yōu)秀的表現(xiàn)方式。盡管如此,臺風(fēng)路徑預(yù)測仍然存在一些困難,還要注意路徑預(yù)測和風(fēng)險評估相結(jié)合。
臺風(fēng)登陸地點和移動路徑研究最終是為了確定災(zāi)害的影響范圍。在界定臺風(fēng)影響范圍時,一些學(xué)者是根據(jù)研究區(qū)域的大小和形狀,通過劃定緩沖圓的方法,或者參考臺風(fēng)風(fēng)圈半徑確定臺風(fēng)影響范圍[16],常以氣旋最外圍的氣壓等直線為參考,半徑通常為300~500 km,最大的半徑甚至能夠達(dá)到1 000 km,最小的半徑也有50 km[17]。例如,陳文方等[18]將緩沖半徑200 km的緩沖圓作為臺風(fēng)影響范圍,以此為基礎(chǔ)來分析長三角地區(qū)臺風(fēng)危險性。由于臺風(fēng)可對移動路徑上的大部分地區(qū)產(chǎn)生影響,而且對同一范圍內(nèi)不同區(qū)域所產(chǎn)生的影響不同,因此鄧睿[19]在GIS支持下,對7級和10級風(fēng)圈半徑影響范圍賦予不同的分值,最后累加起來得到臺風(fēng)影響范圍,實現(xiàn)臺風(fēng)空間分布的可視化。臺風(fēng)影響范圍的確定除了考慮登陸地點外,還要考慮其他因素,例如非登陸地點的災(zāi)害損失可能大于登陸地點的災(zāi)害損失,未登陸的臺風(fēng)也可能造成較大災(zāi)害損失[20]。
臺風(fēng)的最大風(fēng)速常用來表征大風(fēng)對農(nóng)作物的破壞力。對于農(nóng)業(yè)來說,大風(fēng)容易使農(nóng)作物倒伏或者莖葉折損,導(dǎo)致農(nóng)作物受到不同程度的傷害。周俊華等[21]選取風(fēng)速為指標(biāo),探討了10年一遇、20年一遇和50年一遇大風(fēng)分布圖,由此計算了西北太平洋臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險。在農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估中,徐鵬飛[17]用直接統(tǒng)計的方法分析臺風(fēng)大風(fēng)致災(zāi)損失(表1),首先對農(nóng)作物面積用1 km分辨率網(wǎng)格進(jìn)行劃分,接著設(shè)定農(nóng)作物的受災(zāi)判定界線為F1,風(fēng)速為F,然后以F>F1為判斷依據(jù),對所有網(wǎng)格的風(fēng)速進(jìn)行評判,最后統(tǒng)計網(wǎng)格內(nèi)農(nóng)作物的受災(zāi)面積,從而得出農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險大小。為了評估方便,劉少軍等[22]采用臺風(fēng)影響期間最大風(fēng)速的三次方,表示臺風(fēng)對橡膠的破壞潛能指數(shù)??傊瑢W(xué)者們都認(rèn)為風(fēng)速是臺風(fēng)致災(zāi)力的主要因子,但今后研究中也應(yīng)重視大風(fēng)作用時間對農(nóng)作物的影響。
表1 災(zāi)害程度、風(fēng)力等級與受損情況對照表[17]
臺風(fēng)暴雨對農(nóng)作物的不利影響主要表現(xiàn)為兩個方面:(1)暴雨對農(nóng)作物葉片及莖稈組織產(chǎn)生機械沖擊和破壞,直接造成農(nóng)作物減產(chǎn);(2)暴雨引起的洪澇淹沒農(nóng)作物,使農(nóng)作物新陳代謝難以正常進(jìn)行,淹水越深,淹沒時間越長,危害越嚴(yán)重。目前臺風(fēng)暴雨研究主要以暴雨特征、成因為主,更多是對一次臺風(fēng)暴雨過程的分析,而臺風(fēng)暴雨對農(nóng)業(yè)的影響研究較少。在臺風(fēng)暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估上,徐鵬飛[17]采用75 mm以上、175 mm以上、250 mm以上暴雨降雨量發(fā)生天數(shù)指標(biāo)作為降雨對農(nóng)作物影響的風(fēng)險指標(biāo)。王勝等[23]依據(jù)臺風(fēng)降水強度劃分影響級別,就臺風(fēng)對安徽省農(nóng)業(yè)的影響范圍和受災(zāi)程度進(jìn)行了研究。此外,也有研究認(rèn)為,臺風(fēng)降水可適時補充水資源的不足,對晚稻、中稻的生長有利[24]。在評估臺風(fēng)暴雨導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)災(zāi)害上,僅僅使用降水強度指標(biāo)不能完全反映暴雨洪澇的影響,因此可采用遙感技術(shù)對臺風(fēng)前后的水文信息進(jìn)行比較,從而實現(xiàn)對暴雨洪澇災(zāi)害信息的獲取及分析。
從國內(nèi)研究成果來看,最大日降水量、累積降水量及最大風(fēng)速3個指標(biāo)常用來評價臺風(fēng)大風(fēng)及暴雨的共同影響,王勝等[23]以過程最大日最大風(fēng)速為風(fēng)因子,過程雨量和過程最大日雨量為雨因子,共挑選出1 563個熱帶氣旋樣本,經(jīng)過統(tǒng)計分析,確定三個影響因子的基本值分別為9 m/s、70 mm、50 mm,在此基礎(chǔ)上分析熱帶氣旋風(fēng)雨因子危險性。徐鵬飛[17]通過分析三次臺風(fēng)中的降雨、大風(fēng)及農(nóng)作物受災(zāi)面積情況,確定農(nóng)作物受災(zāi)的判定標(biāo)準(zhǔn),通過反復(fù)循環(huán)迭代計算逐漸使農(nóng)作物受災(zāi)估算面積與真實受災(zāi)面積的誤差之和趨于最小,逐漸逼近真實值。在臺風(fēng)的風(fēng)雨對具體農(nóng)作物的影響研究方面,劉少軍等[25]對天然橡膠臺風(fēng)風(fēng)險進(jìn)行持續(xù)研究,并發(fā)表了一系列論文,代表性成果是通過選取總降水量和最大風(fēng)速作為致災(zāi)力,基于可拓模型建立天然橡膠風(fēng)害評估模型。盡管現(xiàn)有研究取得了一定成果,但仍然存在一些不足,比如大風(fēng)和暴雨對同一農(nóng)作物的致災(zāi)力可能不同,同一等級的風(fēng)雨對不同農(nóng)作物的致災(zāi)力也會不同,目前的研究中對這些問題考慮不足,此外如何針對農(nóng)作物的種類將風(fēng)雨耦合起來也是一個難題。
承災(zāi)體的暴露性和抵抗力是影響災(zāi)害風(fēng)險大小的關(guān)鍵因素,其中農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害承災(zāi)體暴露性的主要評價指標(biāo)是農(nóng)作物面積。土地利用數(shù)據(jù)是農(nóng)作物面積分析的常用數(shù)據(jù),嚴(yán)洌娜等[26]利用土地利用類型數(shù)據(jù),研究了浙江省縣級農(nóng)業(yè)臺風(fēng)影響強度評判指標(biāo),擬合出農(nóng)作物播種面積和農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值兩種承災(zāi)體的臺風(fēng)災(zāi)損曲線。在技術(shù)方法上,農(nóng)作物面積通常采用遙感技術(shù)提取,包括幾種方法[27]:目視解譯方法、多時相分析方法、多源數(shù)據(jù)結(jié)合方法等,尤其是多源數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用提高了農(nóng)作物種植面積提取的精度,劉少軍[28]、張京紅[29]、陳匯林等[30]分別利用QuickBird衛(wèi)星影像,LandsatTM衛(wèi)星數(shù)據(jù),MODIS遙感數(shù)據(jù)獲取了海南島天然橡膠種植面積信息,多源數(shù)據(jù)融合方法已經(jīng)成為目前的主流。
承災(zāi)體抗災(zāi)能力也是風(fēng)險評估中不可或缺的因子,目前的研究大多是區(qū)域尺度的抗災(zāi)減災(zāi)能力評估,主要包括對臺風(fēng)預(yù)警發(fā)布技術(shù)、地方經(jīng)濟(jì)能力以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等因子的分析。張穎超等[31]選取抗臺工程能力、監(jiān)測預(yù)警能力、搶險救災(zāi)能力以及社會應(yīng)對臺風(fēng)能力等指標(biāo),對福建省的抗臺風(fēng)減災(zāi)能力進(jìn)行綜合評估。葉小嶺等[32]從區(qū)域災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報、區(qū)域預(yù)警通知、區(qū)域防護(hù)、抗臺物資運輸、區(qū)域財政救災(zāi)、區(qū)域抗臺醫(yī)療救助和區(qū)域抗臺救災(zāi)意識7個方面對浙江省抗臺減災(zāi)能力進(jìn)行了綜合評價,但由于可收集數(shù)據(jù)限制,在指標(biāo)體系的建立過程中仍存在一定的局限性。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,臺風(fēng)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力是為應(yīng)對臺風(fēng)災(zāi)害所造成的損害而進(jìn)行的工程和非工程措施,張忠偉[33]選取旱澇保收面積、防風(fēng)林的建設(shè)兩個因子,利用GIS技術(shù)分析海南省各縣市防災(zāi)減災(zāi)能力。區(qū)域尺度的抗災(zāi)能力評估略顯粗糙,目前還缺少針對具體承災(zāi)體的抗災(zāi)能力評估,包括農(nóng)作物的抗風(fēng)抗雨能力等。
農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估是指量化評估臺風(fēng)對農(nóng)業(yè)的不利影響的過程,需要建立在大量農(nóng)業(yè)災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上,采用各種方法對臺風(fēng)災(zāi)害可能造成的農(nóng)作物損失進(jìn)行定量估算,同時評估其風(fēng)險等級。目前國內(nèi)自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法有加權(quán)綜合方法、回歸分析方法、模糊數(shù)學(xué)方法、可拓分析方法、突變級數(shù)方法等[34-35],表2詳細(xì)列舉了這些方法在臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估中的運用和特點,下面重點介紹加權(quán)綜合方法、可拓分析方法以及基于GIS的分析方法,這三種方法分別代表了傳統(tǒng)方法、新方法和新技術(shù)。
目前國內(nèi)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估方法中,加權(quán)綜合方法最為常見。加權(quán)綜合方法是在災(zāi)害系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上,在孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體、防災(zāi)減災(zāi)能力等方面選取多個指標(biāo),運算公式再結(jié)合GIS技術(shù)疊加分析,最終得到臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖,總體了解臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)高低的分布。因為加權(quán)綜合方法的資料數(shù)據(jù)容易獲取,數(shù)學(xué)運算簡便易行,因此最常見。但每年臺風(fēng)強度、影響范圍和農(nóng)業(yè)受害情況都具有不確定性,所以該方法無法對災(zāi)害風(fēng)險做出詳細(xì)評估。
可拓分析方法,在一定程度上能反映出臺風(fēng)過程中災(zāi)害等級的變化,但利用物元可拓法建立起來的單元標(biāo)準(zhǔn)物元模型的因子選擇、各因素的節(jié)域范圍和權(quán)重的確定需要根據(jù)更多的實例來不斷驗證和改進(jìn),以便能更準(zhǔn)確地表達(dá)臺風(fēng)風(fēng)險的程度[36]。在實際研究中由于會存在收集資料不全或災(zāi)情衡量標(biāo)準(zhǔn)不一致的情況,這給災(zāi)害模型的建立帶來了一定困難。
農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估方法很多,但存在評價函數(shù)復(fù)雜、評價結(jié)果不直觀、災(zāi)害風(fēng)險數(shù)據(jù)精度的問題,因此應(yīng)用GIS技術(shù)結(jié)合相關(guān)模型的方法就應(yīng)運而生了。隨著GIS應(yīng)用的推廣,其強大的空間分析能力與制圖功能、精細(xì)的網(wǎng)格處理和可視化的結(jié)果顯示,使得國內(nèi)越來越多學(xué)者將它應(yīng)用在臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險研究中。這類方法在搜集臺風(fēng)、地形、氣象等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,借助GIS工具,結(jié)合系統(tǒng)工具,利用GIS空間疊加運算,繪制出區(qū)域風(fēng)險分布圖?;贕IS的分析方法甚至逐漸取代了數(shù)理統(tǒng)計方法成為了主流,但這類方法的問題在于:簡單的GIS空間疊加方法的合理性存疑。
在農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估的案例研究上,研究成果主要集中在東南沿海地區(qū),包括廣東、海南、福建、浙江等地區(qū)。林舉賓等[48]認(rèn)為秋季臺風(fēng)登陸廣東時,晚稻正處于孕穗、開花、灌漿時期,大風(fēng)伴隨暴雨的危害比較嚴(yán)重。張忠偉[33]借助GIS技術(shù)方法提取橡膠臺風(fēng)災(zāi)害的空間分布信息,制作橡膠臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖。李瑞英[49]在臺風(fēng)危險性分析和易損性分析的基礎(chǔ)上,運用GIS技術(shù)分析了福建省臺風(fēng)對水稻影響的風(fēng)險區(qū)劃。蘇高利等[50]基于信息擴散原理,對浙江省臺風(fēng)災(zāi)害及其對農(nóng)業(yè)的影響進(jìn)行了風(fēng)險評估,探討了浙江省農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險估計值。目前區(qū)域尺度的農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估研究多是利用縣市的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)掩蓋了縣區(qū)內(nèi)部的差異,還需要進(jìn)一步細(xì)化。
表2 目前國內(nèi)主要臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估方法
目前,臺風(fēng)生成條件、移動特點、監(jiān)測技術(shù)等方面的研究取得了一系列成果,但我國學(xué)者針對農(nóng)業(yè)這一特定承災(zāi)體的臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險定量研究幾乎還處于空白階段[4]。農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險研究是臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險研究精細(xì)化過程中的必要補充,是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。國內(nèi)學(xué)術(shù)界在臺風(fēng)災(zāi)害、農(nóng)業(yè)災(zāi)害和氣象災(zāi)害等方面的研究成果,為這項研究的開展提供了很好的借鑒和參考。但是國內(nèi)農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估的理論、方法及實際應(yīng)用還存在一些不足,這也是該領(lǐng)域今后的工作重點。
(1)從災(zāi)害風(fēng)險形成機制的角度來看,發(fā)災(zāi)場、致災(zāi)力、承災(zāi)體的深入分析是進(jìn)行農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估的基礎(chǔ)。如果災(zāi)害風(fēng)險形成機制不清晰,相應(yīng)的風(fēng)險評估也就成了無本之木。在發(fā)災(zāi)場研究方面,簡單以登陸地點和風(fēng)圈范圍為依據(jù)的分析,不足以反映臺風(fēng)影響的實際空間分布范圍;致災(zāi)力的評價指標(biāo)應(yīng)將大風(fēng)和暴雨指標(biāo)合理地耦合在一起;在繼續(xù)運用多源數(shù)據(jù)綜合方法分析承災(zāi)體暴露性的基礎(chǔ)上,應(yīng)著重于分析農(nóng)作物應(yīng)對臺風(fēng)的抗風(fēng)抗雨能力。
(2)雖然臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估方法層出不窮,但目前集中在基于GIS的綜合評估上,評估實例以省級尺度的區(qū)域農(nóng)業(yè)風(fēng)險評估為主。風(fēng)險評估方法的好壞在于其評估結(jié)果是否符合實際情況,不存在夸大和歪曲災(zāi)害風(fēng)險等級的問題,且具有較強的實際應(yīng)用價值,能夠真正指導(dǎo)生產(chǎn)生活實踐。區(qū)域尺度的風(fēng)險評估工作有其價值所在,但是針對承災(zāi)體的精細(xì)化評估價值更大,這是農(nóng)業(yè)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險研究的必經(jīng)之路。
(3)由于臺風(fēng)災(zāi)害對農(nóng)業(yè)影響的復(fù)雜性及動態(tài)性,應(yīng)該將數(shù)理方法、GIS技術(shù)、實驗分析、情景模擬等多種方法有機地結(jié)合在一起,逐步實現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險評估的精細(xì)化、動態(tài)化,這是今后的焦點問題和努力方向。