張京紅 張明潔 張亞杰 車秀芬

(1 海南省氣候中心，海口 570203；2 海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實驗室，?？?570203）

0 引言

中國天然橡膠樹種植主要分布在海南、云南、廣東、廣西、福建等地，其中海南是中國主要的天然橡膠產(chǎn)地之一。截至2016年末，海南省橡膠種植面積達(dá)54.09萬 hm2，收獲面積37.94萬 hm2，年干膠產(chǎn)量35.14萬噸[1]，占全國產(chǎn)量的43.07%；海南島的橡膠林覆蓋了全島本土面積約16.0%，其生態(tài)服務(wù)功能所產(chǎn)生的效益及其影響巨大。橡膠樹起源于高溫、靜風(fēng)的巴西亞馬遜河流域，抗風(fēng)能力差[2-3]。海南地區(qū)天然橡膠樹一年中的高產(chǎn)期在8—10月，基本處于臺風(fēng)影響活躍期[4]。因此，臺風(fēng)是海南省橡膠種植的首要?dú)庀鬄?zāi)害，嚴(yán)重影響橡膠樹的生長和產(chǎn)量[4-6]。海南島橡膠林遭受熱帶氣旋災(zāi)害風(fēng)險巨大，且成災(zāi)迅速、損失慘重。以往的橡膠風(fēng)害評估通常以災(zāi)情實地調(diào)查、逐級上報的方式[7-8]為主，費(fèi)時費(fèi)力，近年來遙感和GIS技術(shù)被逐漸應(yīng)用到橡膠林臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測中[9-12]。

為了有效防范和減少橡膠臺風(fēng)災(zāi)害損失，十分有必要運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)方法提高海南橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害影響評估的及時性和準(zhǔn)確性。橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害的成災(zāi)因素具有復(fù)雜性和不確定性，而可拓理論具有極大的處理空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。因此，本文依據(jù)可拓理論，探索海南橡膠風(fēng)害評估技術(shù)，形成了一套科學(xué)性、可操作性強(qiáng)的快速及時評估方法，可為合理規(guī)劃和科學(xué)栽培橡膠，防災(zāi)減災(zāi)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，增強(qiáng)海南橡膠園應(yīng)對臺風(fēng)災(zāi)害的能力提供科學(xué)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

所用資料來源于海南省氣象臺的1950—2018年的臺風(fēng)影響海南期間的國家基本站和區(qū)域自動氣象站的觀測數(shù)據(jù)；臺風(fēng)災(zāi)情數(shù)據(jù)來源于海南省民政廳的1987—2018年臺風(fēng)災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)；天然橡膠資料來源于《海南省統(tǒng)計年鑒》[1]以及部分農(nóng)場記錄數(shù)據(jù)；地理信息數(shù)據(jù)來源于海南省測繪局的地理信息資料和土地利用類型數(shù)據(jù)；橡膠園災(zāi)情資料來自海南省天然性橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的災(zāi)情調(diào)查數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害成災(zāi)的控制因素多，復(fù)雜而且不確定，而可拓理論是空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的一種新型智能工具[13]，具有處理空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，所以選擇可拓理論作為臺風(fēng)災(zāi)害評估的數(shù)學(xué)方法。可拓模型評估的基本思路是：1）根據(jù)歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)集確定各評估因子特征的經(jīng)典域和節(jié)域；2）確定各特征的關(guān)聯(lián)函數(shù)；3）將待評估評價因子的具體信息數(shù)據(jù)帶入各數(shù)據(jù)類中，計算關(guān)于各特征的關(guān)聯(lián)度，根據(jù)特征的權(quán)重系數(shù)計算綜合關(guān)聯(lián)度；4）最后與各類別集合的關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行比較，關(guān)聯(lián)度越大，與某類別的符合程度就越高[14]。

橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害是孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體共同作用的結(jié)果，研究中從這三方面綜合考慮來確定橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害評估的因子[15]。研究過程中，主要以高程、坡度、坡向、坡位等地形因子來衡量孕災(zāi)環(huán)境對橡膠臺風(fēng)災(zāi)害造成的影響。用臺風(fēng)影響過程的降水量、降水強(qiáng)度和風(fēng)向、風(fēng)速等氣象因子來衡量致災(zāi)因子對橡膠臺風(fēng)災(zāi)害造成的影響。品種、林齡、種植形式和種植密度、整形修枝和防護(hù)林等的不同，會造成橡膠園在同等強(qiáng)度的氣象災(zāi)害強(qiáng)度影響下，損失程度的不同。另外，種植面積越大，可能遭受的災(zāi)害損失就越大。因此，用橡膠品種、林齡、種植形式和種植密度、整形修枝和防護(hù)林、種植面積等橡膠因子來衡量承載體對橡膠臺風(fēng)災(zāi)害造成的影響。其中，橡膠因子和地形因子屬于靜態(tài)因子，降水量、降水強(qiáng)度和風(fēng)向、風(fēng)速等氣象因子屬于動態(tài)因子。

依據(jù)可拓理論，建立海南橡膠風(fēng)害評估模型的步驟為：單元格確定→影響因素選取→評估結(jié)果的分級界定→各因子域值確定→標(biāo)準(zhǔn)物元模型→因子權(quán)重系數(shù)確定→評估模型。研究中根據(jù)在一定條件下某一段時間該區(qū)域內(nèi)橡膠風(fēng)害損失程度的大小，將橡膠風(fēng)害評估結(jié)果表述為 5個等級：橡膠風(fēng)害率指標(biāo)＞0.3（5級，嚴(yán)重）、0.2～0.3（4級，較嚴(yán)重）、0.1～0.2（3級，中等）、0.05～0.1（2級，較輕）、0～0.05（1級，輕），分別描述橡膠林成災(zāi)的大小。因子權(quán)重系數(shù)是反映各因子影響橡膠林成災(zāi)大小的重要系數(shù)，根據(jù)前人研究成果[16-17]和研究區(qū)歷史災(zāi)害資料，利用熵權(quán)法確定各因子的權(quán)重系數(shù)，取α=（0.297，0.1634，0.5396）表述橡膠綜合指數(shù)、地形綜合指數(shù)、氣象綜合指數(shù)等3個因子在橡膠林風(fēng)害評估中的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 1409號超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”風(fēng)雨概況

2014年第9號臺風(fēng)“威馬遜”于7月12日在西北太平洋洋面上生成，18日15：30（北京時，下同）在文昌翁田鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力17級（60 m/s），中心最低氣壓910 hPa。登陸后穿過文昌東北角進(jìn)入瓊州海峽，分別于18日19：30和19日07：10在廣東徐聞縣沿海和廣西防城港市沿海再次登陸?！巴R遜”是1949年以來登陸我國最強(qiáng)的臺風(fēng)，也是華南三?。▍^(qū)）有氣象記錄以來登陸最強(qiáng)的臺風(fēng)。

受“威馬遜”影響，海南普降暴雨和大暴雨，部分地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨。18日08時—19日07時，全島共有39個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過300 mm，19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過400 mm，7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過500 mm，昌江有2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量達(dá)到600 mm以上（昌化鎮(zhèn)678.2 mm和七叉鎮(zhèn)630.6 mm，圖1）。海南島東北部陸地普遍出現(xiàn)平均風(fēng)10～12級，陣風(fēng)13～16級，最大風(fēng)力出現(xiàn)在文昌翁田鎮(zhèn)，測得陣風(fēng)17級（58.8 m/s），平均風(fēng)12級（36.2 m/s）。海南島東部海面浮標(biāo)站和文昌七洲列島均測得最大陣風(fēng)17級以上（分別為74.1和72.4 m/s），另外文昌七洲列島測得最大平均風(fēng)17級（58.7 m/s）。

2.2 評估模型中降水和風(fēng)數(shù)據(jù)的處理分析

評估中用到的氣象數(shù)據(jù)來自海南省氣象局布設(shè)的自動氣象站網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，海南島目前有400多套自動氣象站，站點(diǎn)密集且分布均勻，運(yùn)行穩(wěn)定，能夠提供穩(wěn)定且精確度較高的觀測數(shù)據(jù)，可以滿足橡膠風(fēng)害實時評估的需求。研究中需將數(shù)據(jù)處理為GIS可讀的格式，即在GIS中將降水、風(fēng)速等點(diǎn)數(shù)據(jù)文件采用通用克里金法進(jìn)行插值，獲取與靜態(tài)數(shù)據(jù)具有相同投影信息、相同分辨率的柵格文件，輸入模型進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。

圖1 2014年7月18日08時—19日07時海南各地降雨量（單位：mm）（圖中紅色數(shù)字為城區(qū)測站雨量，黑色數(shù)字為鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站雨量）Fig. 1 Rainfall in Hainan from 08:00 to 07:00 on 18 July 2014 (unit: mm)(The red figures represent the rainfall of urban stations,and the black ones represent the rainfall of automatic stations)

2.3 “威馬遜”對橡膠園影響的評估

臺風(fēng)災(zāi)害過程中的大風(fēng)和降水是主要致災(zāi)因子，根據(jù)建立的海南橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害評估模型計算結(jié)果分析，1409號強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”影響過程（2014年7月17日08時—19日08時）對海南全島橡膠園都造成了影響（圖2），五指山以北地區(qū)受到的災(zāi)害影響重于五指山以南地區(qū)，災(zāi)害等級達(dá)到3級及以上，其中?？?、澄邁、臨高、儋州、白沙、昌江的大部分地區(qū)災(zāi)害等級達(dá)到五級，五指山以南和東南部沿海地區(qū)災(zāi)害損失等級主要為1～2級。由表1可知，評估結(jié)果1～5級單元格數(shù)占海南橡膠區(qū)域總單元格數(shù)的比例分別為19.81%、26.41%、14.35%、19.10%、20.33%。

在強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”登陸后，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司對其各分公司的橡膠園橡膠損失情況進(jìn)行了實際調(diào)查。根據(jù)其調(diào)查數(shù)據(jù)，海南島橡膠北部地區(qū)受災(zāi)嚴(yán)重，實際風(fēng)害率在20%以上（圖3），其中東北部的臨高、澄邁、海口、定安、文昌、瓊海的部分地區(qū)≥30%，五指山以北的其他地區(qū)風(fēng)害率在10%～20%，五指山以南地區(qū)風(fēng)害率在10%以下。表明模型評估結(jié)果與災(zāi)情實際調(diào)查結(jié)果總體趨勢一致，即東部和北部地區(qū)遭受的風(fēng)害最為嚴(yán)重，五指山以南地區(qū)災(zāi)情相對較輕，且從圖中可以看出，在災(zāi)害損失相對較輕的區(qū)域，零星局部地區(qū)損失較嚴(yán)重，顯示了模型評估結(jié)果的局地差異性，說明建立的評估模型能夠客觀精細(xì)的對橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)災(zāi)分布及受災(zāi)程度進(jìn)行評估?；谝陨戏治?，1409號強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”對海南橡膠園的災(zāi)害影響經(jīng)綜合評估屬于重度災(zāi)害。

圖2 海南島橡膠園風(fēng)害評估結(jié)果Fig. 2 Wind damage assessment results of rubber plantation in Hainan Islands

表1 評估結(jié)果1～5級單元格數(shù)占區(qū)域總單元格數(shù)的比例

圖3 海南島橡膠園實際風(fēng)害率分布Fig. 3 Distribution of actual wind damage rate in rubber plantation in Hainan Islands

3 結(jié)論和建議

本研究根據(jù)海南橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害形成的機(jī)理，從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承載體三個方面，確定橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害評估的靜態(tài)和動態(tài)因子，利用熵權(quán)法確定各評估因子的權(quán)重，依據(jù)可拓理論建立了海南橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害評估模型。探索出了一套以可拓模型理論為基礎(chǔ)，從“單元格確定—影響因素選取—評估結(jié)果的分級界定—各因子域值確定—標(biāo)準(zhǔn)物元模型—因子權(quán)重系數(shù)確定—評估模型”的評估方法，用可拓集合的關(guān)聯(lián)函數(shù)值—關(guān)聯(lián)度大小描述各種特征參數(shù)與所研究對象的從屬關(guān)系，把屬于或不屬于的定性描述擴(kuò)展為定量描述，使評估從定性走向定量化。并對1409號強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”造成的災(zāi)害損失進(jìn)行了評估，評估結(jié)果與實際災(zāi)情較一致，說明研究依據(jù)可拓理論建立的橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害評估模型是可行的。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，中部地區(qū)的災(zāi)害評估等級重于橡膠園風(fēng)害實際調(diào)查結(jié)果，分析原因，可能是與橡膠園的地形、品種和種植形式等因素有關(guān)，后續(xù)還將在更多的橡膠園臺風(fēng)災(zāi)害實例評估中，在獲得更加翔實的橡膠信息（包括海南橡膠園的種植面積、品種抗風(fēng)性、種植形式和種植密度、整形修枝、防護(hù)林等）并及時更新的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)評估模型，提高評估結(jié)果的精確度。