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。
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。
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(guò)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(shuō),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(guò)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(guò)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(shuō),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(guò)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
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(guò)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(shuō),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。