李廣桃，廖夢(mèng)祺，盧耀健，劉合香,3

(1.南寧師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，廣西 南寧 530100；2.南寧市氣象局，廣西 南寧 530028；3.廣西北部灣海洋災(zāi)害研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 欽州 535000)

1 引言

近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)登陸廣西臺(tái)風(fēng)的個(gè)例研究已有不少成果[1，2，3]。同時(shí)，也有不少學(xué)者對(duì)華南及廣西的臺(tái)風(fēng)降水、大風(fēng)等方面進(jìn)行研究，如羅小莉等人[4，5]對(duì)登陸華南臺(tái)風(fēng)降水、頻數(shù)以及強(qiáng)度變化的特征進(jìn)行分析，指出華南臺(tái)風(fēng)降水存在顯著的地域差異，且以極端強(qiáng)度登陸華南的臺(tái)風(fēng)居多。周慧文[6]研究了廣西臺(tái)風(fēng)災(zāi)害性大風(fēng)的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)桂東南地區(qū)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害性大風(fēng)較多，西北地區(qū)較少。黃子眉等人[7]對(duì)廣西沿海風(fēng)暴增水特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)站距離臺(tái)風(fēng)的登陸地點(diǎn)越近，其最大增水量越大，反之越小。張操等人[8]認(rèn)為廣西沿海臺(tái)風(fēng)最大強(qiáng)度存在下降趨勢(shì)，但每年的平均強(qiáng)度存在上升趨勢(shì)。李菁等人[9，10]對(duì)進(jìn)入廣西的三類路徑臺(tái)風(fēng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)從桂東南方向進(jìn)入廣西內(nèi)陸的臺(tái)風(fēng)最多，造成死亡人口超過(guò)20人的個(gè)例所占比例最大。

上述研究主要從廣西臺(tái)風(fēng)的降水、強(qiáng)度和路徑等方面的特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于更為精細(xì)化的空間小尺度臺(tái)風(fēng)災(zāi)害特征分析工作開展較少，因此，本文采用描述統(tǒng)計(jì)的方法，從風(fēng)雨、災(zāi)情等方面考慮，分析2007—2019年登陸桂南臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的特征，同時(shí)，研究臺(tái)風(fēng)極端災(zāi)害的災(zāi)情特征，并根據(jù)臺(tái)風(fēng)總損失、臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化后的單次受襲擊程度對(duì)桂南40個(gè)縣級(jí)行政區(qū)進(jìn)行k-均值聚類，為桂南縣域的臺(tái)風(fēng)防災(zāi)減災(zāi)工作提供決策依據(jù)。

2 資料來(lái)源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1 資料來(lái)源

本文所用的氣象要素觀測(cè)資料來(lái)自廣西壯族自治區(qū)氣象局信息中心，包括2007—2019年桂南九市41個(gè)氣象站觀測(cè)的日最大風(fēng)速和日降水量的資料?？h域(縣、縣級(jí)市、區(qū))的災(zāi)情資料由各市氣象局及縣氣象局上報(bào)，后經(jīng)廣西氣候中心匯總。此外，選取了2007—2019年桂南40個(gè)縣域行政單位的482條災(zāi)情記錄，每條災(zāi)情記錄包括受災(zāi)地區(qū)、時(shí)間、死亡人口、受災(zāi)人口、倒塌房屋、損壞房屋、農(nóng)作物受災(zāi)面積和直接經(jīng)濟(jì)損失等項(xiàng)目。

圖1 桂南九市氣象站點(diǎn)分布圖

本文將位于桂南九市的所有國(guó)家氣象觀測(cè)站在臺(tái)風(fēng)登陸期間的風(fēng)雨情況及縣域?yàn)?zāi)情作為研究對(duì)象，將桂南地區(qū)的41個(gè)氣象觀測(cè)站與所處的縣、縣級(jí)市或市轄區(qū)相對(duì)應(yīng)，具體見表1。下文中所說(shuō)的市轄區(qū)是該市所有市轄區(qū)的統(tǒng)稱，并將市轄區(qū)、縣級(jí)市和縣稱為縣域。

表1 桂南地區(qū)氣象站與相應(yīng)縣、縣級(jí)市或市轄區(qū)

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

參考趙姍姍等人的定義[11]，某觀測(cè)站的最大風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)10.8m/s的日，記為1個(gè)大風(fēng)日。對(duì)臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)和臺(tái)風(fēng)總損失進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(1)

其次，采用差異系數(shù)λ表征單次臺(tái)風(fēng)襲擊造成的損失程度[12]：

λ=臺(tái)風(fēng)總損失/臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)。

3 登陸桂南縣域的臺(tái)風(fēng)風(fēng)雨基本特征

由于北流站在2018年遷站之前所處地勢(shì)較低，觀測(cè)到的最大風(fēng)速值偏小，與玉林市其它四站相差較大，因此，本文在分析臺(tái)風(fēng)風(fēng)雨時(shí)不考慮北流站。

3.1 登陸桂南地區(qū)的臺(tái)風(fēng)大風(fēng)特征

2007—2019年間，潿洲島站的最大風(fēng)速極值達(dá)到了38.9m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)桂南其它站，其次是北海站和東興站，分別為29.2m/s和26.8m/s。臺(tái)風(fēng)登陸桂南時(shí)，在北海市和防城港市等沿海地區(qū)容易引起大風(fēng)，造成大風(fēng)災(zāi)害。

由于部分縣域的大風(fēng)日數(shù)較少甚至無(wú)大風(fēng)日，為了更好地對(duì)40個(gè)縣域(注：在行政劃分上，潿洲島歸北海市海城區(qū))的大風(fēng)情況進(jìn)行比較分析，本文將每個(gè)站13年內(nèi)的所有大風(fēng)日數(shù)相加，得到結(jié)果如圖2所示。潿洲島站的大風(fēng)日數(shù)總和達(dá)到了49天，遠(yuǎn)超過(guò)總和排名第二(博白站)的19天。大風(fēng)日數(shù)總和超過(guò)10天的僅有8個(gè)站，有12個(gè)氣象站的大風(fēng)日數(shù)總和為0。

圖2 2007—2019年登陸桂南臺(tái)風(fēng)氣象站最大風(fēng)速極值和大風(fēng)日數(shù)和統(tǒng)計(jì)圖

圖3 2007—2019年登陸桂南地區(qū)臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速極值氣象站數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

臺(tái)風(fēng)威馬遜(1409)穿過(guò)北部灣直接登陸廣西，有北海站、潿洲島站、合浦站、東興站、防城站、防港站、扶綏站、隆安站、欽州站等9個(gè)氣象站的最大風(fēng)速達(dá)到極值，說(shuō)明威馬遜的大風(fēng)災(zāi)害主要影響沿海地區(qū)。其次，因臺(tái)風(fēng)山竹(1822)在桂南地區(qū)登陸時(shí)的強(qiáng)度較大，故有7個(gè)氣象站的最大風(fēng)速達(dá)到極值。

3.2 登陸桂南地區(qū)的臺(tái)風(fēng)降水特征

從圖4可以看出，降水極值最大的兩個(gè)站分別為防港站和防城站，為373.3mm/d和330.7mm/d，兩者均受臺(tái)風(fēng)山神(1213)的影響，防城港市轄區(qū)受災(zāi)人口19.87萬(wàn)人、倒損房屋58間、農(nóng)作物受災(zāi)面積7942.7公頃，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.14億元。過(guò)程總降水量前五名依次為防港站、防城站、北海站、潿洲島站、欽州站，其臺(tái)風(fēng)過(guò)程總降水量都超過(guò)了4 000mm。綜上，臺(tái)風(fēng)降水影響比較嚴(yán)重的城市主要是北海市、防城港市和欽州市等沿海城市。

圖4 2007—2019年登陸桂南臺(tái)風(fēng)氣象站降水極值和過(guò)程總降水量統(tǒng)計(jì)圖

圖5 2007—2019年登陸桂南地區(qū)臺(tái)風(fēng)降水極值氣象站數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

在2007—2019年登陸桂南地區(qū)的臺(tái)風(fēng)中，臺(tái)風(fēng)海燕(1330)由于在其影響廣西期間，恰好與南下的冷空氣結(jié)合，冷暖平流相當(dāng)，因此，臺(tái)風(fēng)暴雨增加造成廣西大范圍的強(qiáng)降雨[13]，導(dǎo)致15個(gè)氣象站的降水極值達(dá)到了13年內(nèi)的最大值。其余臺(tái)風(fēng)登陸桂南時(shí)，降水極值達(dá)到最大的氣象站數(shù)都小于5個(gè)。

4 登陸桂南的臺(tái)風(fēng)災(zāi)情特征分析

對(duì)登陸桂南縣域歷次臺(tái)風(fēng)造成的災(zāi)情進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，考慮到潿洲島隸屬于北海市海城區(qū)，故潿洲島的受災(zāi)情況歸為北海市轄區(qū)災(zāi)情的一部分。

4.1 災(zāi)情特征統(tǒng)計(jì)分析

在2007—2019年間，臺(tái)風(fēng)黑格比(0814)和尤特(1311)的登陸分別導(dǎo)致寧明縣和桂平市死亡人口數(shù)量都達(dá)到了11人，為桂南各縣域死亡人口總和之首。其它縣域受臺(tái)風(fēng)影響的死亡人口總和都小于10人，具體縣域的死亡人口總和見圖6。

圖6 2007—2019年登陸臺(tái)風(fēng)影響桂南縣域死亡人口總和統(tǒng)計(jì)圖

臺(tái)風(fēng)黑格比(0814)強(qiáng)度大、移速快，直接穿過(guò)桂東南地區(qū)[14]，導(dǎo)致桂南地區(qū)出現(xiàn)6個(gè)縣域的死亡人數(shù)達(dá)到極值，共死亡23人。臺(tái)風(fēng)引起暴雨的多寡、低壓環(huán)流和其在廣西境內(nèi)的時(shí)間成正比[1]。臺(tái)風(fēng)尤特(1311)長(zhǎng)時(shí)間滯留廣西，導(dǎo)致桂南地區(qū)的降水范圍廣及雨量大，以致桂南地區(qū)的死亡人口達(dá)20人。綜上，臺(tái)風(fēng)黑格比和尤特對(duì)桂南地區(qū)的死亡人口影響較大，死亡人數(shù)中寧明縣和桂平市的死亡人數(shù)最多。

受災(zāi)人口總和指該縣域2007—2019年間受臺(tái)風(fēng)影響的受災(zāi)人口之和，同理，倒損房屋總和、農(nóng)作物受災(zāi)面積總和及直接經(jīng)濟(jì)損失總和也是該縣域的13年之和。受災(zāi)人口極值是指13年內(nèi)登陸桂南的所有臺(tái)風(fēng)造成的該縣域受災(zāi)人口的最大值，倒損房屋極值、農(nóng)作物受災(zāi)面積極值和直接經(jīng)濟(jì)損失極值的定義和受災(zāi)人口極值的定義類同。

本文分別從受災(zāi)人口、倒損房屋、農(nóng)作物受災(zāi)面積和直接經(jīng)濟(jì)損失等四個(gè)方面對(duì)桂南縣域受災(zāi)情況進(jìn)行分析?？梢钥吹娇h域受災(zāi)人口、倒損房屋、農(nóng)作物受災(zāi)面積以及直接經(jīng)濟(jì)損失的總和與極值的變化規(guī)律大致相同，尤其在倒損房屋的總和與極值方面變化一致，并且兩條折線幾乎重合，說(shuō)明倒損房屋極值占倒損房屋總和的比例較大。

圖7(a)表明，桂南地區(qū)2007—2019年間臺(tái)風(fēng)造成的受災(zāi)人口總和除欽州市轄區(qū)、北海市轄區(qū)、博白縣、寧明縣外，其余縣域的受災(zāi)人口總和均不超過(guò)二百萬(wàn)人。受災(zāi)人口極值最大的三個(gè)縣域依次為北海市轄區(qū)、欽州市轄區(qū)、合浦縣，其值分別為88.3萬(wàn)人、78.1萬(wàn)人、60.5萬(wàn)人。由圖可知，個(gè)別臺(tái)風(fēng)造成的忻城縣、金秀縣、蒼梧縣、合浦縣的受災(zāi)人口極值對(duì)受災(zāi)人口總和的影響較大。

在倒損房屋方面，北海市轄區(qū)的倒損房屋總和與極值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它縣域，其倒損房屋總和為14.804 5萬(wàn)間，倒損房屋極值為12.431 4萬(wàn)間。除北海市轄區(qū)、博白縣、欽州市轄區(qū)外，其余縣域倒損房屋總和都低于三萬(wàn)間。而倒損房屋極值除北海市轄區(qū)數(shù)量超2萬(wàn)間，還有欽州市轄區(qū)和防城區(qū)，其值分別為2.464 8萬(wàn)間和2.079萬(wàn)間，三者都是臺(tái)風(fēng)威馬遜(1409)造成的。

從圖7(c)中可以看出，2007—2019年扶綏縣的農(nóng)作物受災(zāi)面積總和最大，超過(guò)38萬(wàn)hm2；其次是崇左市轄區(qū)、寧明縣、北海市轄區(qū)、欽州市轄區(qū)；其余縣域的農(nóng)作物受災(zāi)面積總和都小于20萬(wàn)hm2。扶綏縣的農(nóng)作物受災(zāi)面積極值仍然排名第一，隨后是北海市轄區(qū)、崇左市轄區(qū)、寧明縣、欽州市轄區(qū)。

2007—2019年間，直接經(jīng)濟(jì)損失總和與極值最大的四個(gè)縣域都是沿海地區(qū)，依次為北海市轄區(qū)、欽州市轄區(qū)、寧明縣、港口區(qū)，其總和分別為687 126.21萬(wàn)元、550 373.51萬(wàn)元、368 342.62萬(wàn)元、328 798.25萬(wàn)元。直接經(jīng)濟(jì)損失總和小于1億元的有7個(gè)縣域。

(a)受災(zāi)人口

4.2 臺(tái)風(fēng)極端災(zāi)害分析

圖8表明，臺(tái)風(fēng)黑格比(0814)、威馬遜(1409)和尤特(1311)對(duì)桂南地區(qū)產(chǎn)生的災(zāi)情影響最嚴(yán)重。

圖8 2007—2019年桂南歷次致災(zāi)臺(tái)風(fēng)災(zāi)情極值縣域數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

由于臺(tái)風(fēng)黑格比(0814)從桂東南方向進(jìn)入廣西境內(nèi)，因此，黑格比對(duì)桂南內(nèi)陸地區(qū)造成的災(zāi)情影響最大，有6個(gè)縣域的死亡人口達(dá)到極值，達(dá)到受災(zāi)人口極值和倒損房屋極值的縣域均為14個(gè)，農(nóng)作物受災(zāi)面積和直接經(jīng)濟(jì)損失分別有12個(gè)和13個(gè)縣域達(dá)到了極值。

臺(tái)風(fēng)威馬遜(1409)在登陸桂南時(shí)，北海站、東興站、欽州站等多個(gè)沿海地區(qū)的氣象站的最大風(fēng)速都達(dá)到了13年內(nèi)的極值。本次臺(tái)風(fēng)直接經(jīng)濟(jì)損失、倒損房屋、受災(zāi)人口、農(nóng)作物受災(zāi)面積、死亡人口達(dá)到極值的縣域個(gè)數(shù)分別為8、7、5、6、5，造成桂南沿海地區(qū)的總體受災(zāi)情況較為嚴(yán)重。

臺(tái)風(fēng)尤特(1311)對(duì)桂南地區(qū)的災(zāi)情影響較大，造成7個(gè)縣域的受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到最大值，導(dǎo)致6個(gè)縣域的死亡人口、農(nóng)作物受災(zāi)面積和倒損房屋數(shù)量達(dá)到極值。

4.3 臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)及單次臺(tái)風(fēng)損失程度分析

2007—2019年間登陸桂南地區(qū)造成災(zāi)情影響的臺(tái)風(fēng)有45個(gè)，稱為總頻數(shù)。并非每個(gè)縣域在45個(gè)臺(tái)風(fēng)中都存在受災(zāi)情況，因此，本文將13年中桂南縣域受臺(tái)風(fēng)影響且有直接經(jīng)濟(jì)損失的次數(shù)作為臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)，探討桂南縣域的臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)、臺(tái)風(fēng)總損失和單次臺(tái)風(fēng)襲擊造成的損失程度。

首先，將桂南縣域2007—2019年的臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)和臺(tái)風(fēng)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失值總和進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見表2。桂南地區(qū)臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)排名前六為邕寧區(qū)、港口區(qū)、南寧市轄區(qū)、北海市轄區(qū)、馬山縣、橫縣，其臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)都超過(guò)20。北海市轄區(qū)和欽州市轄區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化后的臺(tái)風(fēng)總損失高于其它縣域，與圖7(d)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果相一致。

表2 桂南地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化的臺(tái)風(fēng)影響次數(shù)、臺(tái)風(fēng)總損失和λ值

雖然個(gè)別縣域的臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)較大，但并不是每個(gè)地區(qū)受到臺(tái)風(fēng)襲擊次數(shù)越大遭受的損失就越大[12]，因此，需要對(duì)桂南縣域進(jìn)行單次臺(tái)風(fēng)損失程度分析。欽州市轄區(qū)是桂南地區(qū)單次臺(tái)風(fēng)損失程度最嚴(yán)重的縣域，λ值達(dá)到了1.09，邕寧區(qū)的λ值最小。

為了更好地探討桂南不同縣域單次臺(tái)風(fēng)造成的損失程度，將臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)、臺(tái)風(fēng)總損失和λ值作為變量，采用k-均值的聚類方法，將40個(gè)縣域分為4類，結(jié)果如圖9所示。由圖可見第一類縣域的臺(tái)風(fēng)總損失、臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)及λ值都較大，第二類縣域標(biāo)準(zhǔn)化后的臺(tái)風(fēng)影響頻數(shù)和臺(tái)風(fēng)總損失的范圍都為0.7～0.8，第三類縣域標(biāo)準(zhǔn)化后的臺(tái)風(fēng)總損失在0.59到0.67間，第四類縣域標(biāo)準(zhǔn)化后的臺(tái)風(fēng)總損失在0.5到0.57間，故第三類縣域的臺(tái)風(fēng)總損失值高于第四類縣域。

圖9 桂南縣域臺(tái)風(fēng)災(zāi)情損失分布圖

5 總結(jié)與結(jié)論

本文對(duì)桂南地區(qū)40個(gè)縣域的臺(tái)風(fēng)風(fēng)雨(北流站除外)和災(zāi)情情況進(jìn)行對(duì)比分析，與此同時(shí)，研究平均單次臺(tái)風(fēng)對(duì)桂南縣域造成的損失，得到以下基本結(jié)論：

(1)2007—2019年間，登陸桂南的臺(tái)風(fēng)引起潿洲島站、北海站和東興站的風(fēng)速整體偏大，而防港站、防城站、北海站和欽州站的降水受臺(tái)風(fēng)影響較大，說(shuō)明桂南沿海地區(qū)的風(fēng)雨情況較內(nèi)陸地區(qū)嚴(yán)重。

(2)在登陸桂南的臺(tái)風(fēng)中，臺(tái)風(fēng)威馬遜(1409)風(fēng)速大和大風(fēng)范圍廣，臺(tái)風(fēng)海燕(1330)在桂南地區(qū)的降水范圍廣及雨量大。臺(tái)風(fēng)黑格比(0814)對(duì)桂南內(nèi)陸地區(qū)產(chǎn)生的災(zāi)情影響較大，而威馬遜在桂南沿海地區(qū)產(chǎn)生的災(zāi)情影響較為嚴(yán)重。

(3)寧明縣及桂平市的死亡人數(shù)極值及總和在桂南縣域排名第一；欽州市轄區(qū)和北海市轄區(qū)在倒損房屋、受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟(jì)損失方面情況最嚴(yán)重；扶綏縣無(wú)論是農(nóng)作物受災(zāi)面積極值還是總和，都最大。

(4)北海市轄區(qū)和欽州市轄區(qū)不僅臺(tái)風(fēng)總損失最大，而且單次受臺(tái)風(fēng)襲擊造成的損失程度也最嚴(yán)重。