1409號超強臺風“威馬遜”對海南橡膠園的風害影響評估

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減災重點實驗室，海口 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地之一。截至2016年末，海南省橡膠種植面積達54.09萬 hm2，收獲面積37.94萬 hm2，年干膠產量35.14萬噸[1]，占全國產量的43.07%；海南島的橡膠林覆蓋了全島本土面積約16.0%，其生態服務功能所產生的效益及其影響巨大。橡膠樹起源于高溫、靜風的巴西亞馬遜河流域，抗風能力差[2-3]。海南地區天然橡膠樹一年中的高產期在8—10月，基本處于臺風影響活躍期[4]。因此，臺風是海南省橡膠種植的首要氣象災害，嚴重影響橡膠樹的生長和產量[4-6]。海南島橡膠林遭受熱帶氣旋災害風險巨大，且成災迅速、損失慘重。以往的橡膠風害評估通常以災情實地調查、逐級上報的方式[7-8]為主，費時費力，近年來遙感和GIS技術被逐漸應用到橡膠林臺風災害監測中[9-12]。

為了有效防范和減少橡膠臺風災害損失，十分有必要運用科學的技術方法提高海南橡膠園臺風災害影響評估的及時性和準確性。橡膠園臺風災害的成災因素具有復雜性和不確定性，而可拓理論具有極大的處理空間數據的優勢。因此，本文依據可拓理論，探索海南橡膠風害評估技術，形成了一套科學性、可操作性強的快速及時評估方法，可為合理規劃和科學栽培橡膠，防災減災高產穩產，增強海南橡膠園應對臺風災害的能力提供科學支撐。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

所用資料來源于海南省氣象臺的1950—2018年的臺風影響海南期間的國家基本站和區域自動氣象站的觀測數據；臺風災情數據來源于海南省民政廳的1987—2018年臺風災情統計數據；天然橡膠資料來源于《海南省統計年鑒》[1]以及部分農場記錄數據；地理信息數據來源于海南省測繪局的地理信息資料和土地利用類型數據；橡膠園災情資料來自海南省天然性橡膠產業集團的災情調查數據。

1.2 研究方法

橡膠園臺風災害成災的控制因素多，復雜而且不確定，而可拓理論是空間數據挖掘技術中的一種新型智能工具[13]，具有處理空間數據的優勢，所以選擇可拓理論作為臺風災害評估的數學方法。可拓模型評估的基本思路是：1）根據歷史災害數據集確定各評估因子特征的經典域和節域；2）確定各特征的關聯函數；3）將待評估評價因子的具體信息數據帶入各數據類中，計算關于各特征的關聯度，根據特征的權重系數計算綜合關聯度；4）最后與各類別集合的關聯度大小進行比較，關聯度越大，與某類別的符合程度就越高[14]。

橡膠園臺風災害是孕災環境、致災因子、承災體共同作用的結果，研究中從這三方面綜合考慮來確定橡膠園臺風災害評估的因子[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環境對橡膠臺風災害造成的影響。用臺風影響過程的降水量、降水強度和風向、風速等氣象因子來衡量致災因子對橡膠臺風災害造成的影響。品種、林齡、種植形式和種植密度、整形修枝和防護林等的不同，會造成橡膠園在同等強度的氣象災害強度影響下，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、整形修枝和防護林、種植面積等橡膠因子來衡量承載體對橡膠臺風災害造成的影響。其中，橡膠因子和地形因子屬于靜態因子，降水量、降水強度和風向、風速等氣象因子屬于動態因子。

依據可拓理論，建立海南橡膠風害評估模型的步驟為：單元格確定→影響因素選取→評估結果的分級界定→各因子域值確定→標準物元模型→因子權重系數確定→評估模型。研究中根據在一定條件下某一段時間該區域內橡膠風害損失程度的大小，將橡膠風害評估結果表述為 5個等級：橡膠風害率指標＞0.3（5級，嚴重）、0.2～0.3（4級，較嚴重）、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的大小。因子權重系數是反映各因子影響橡膠林成災大小的重要系數，根據前人研究成果[16-17]和研究區歷史災害資料，利用熵權法確定各因子的權重系數，取α=（0.297，0.1634，0.5396）表述橡膠綜合指數、地形綜合指數、氣象綜合指數等3個因子在橡膠林風害評估中的權重。

2 結果與分析

2.1 1409號超強臺風“威馬遜”風雨概況

2014年第9號臺風“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）在文昌翁田鎮沿海登陸，登陸時中心附近最大風力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。“威馬遜”是1949年以來登陸我國最強的臺風，也是華南三省（區）有氣象記錄以來登陸最強的臺風。

受“威馬遜”影響，海南普降暴雨和大暴雨，部分地區出現特大暴雨。18日08時—19日07時，全島共有39個鄉鎮雨量超過300 mm，19個鄉鎮雨量超過400 mm，7個鄉鎮雨量超過500 mm，昌江有2個鄉鎮雨量達到600 mm以上（昌化鎮678.2 mm和七叉鎮630.6 mm，圖1）。海南島東北部陸地普遍出現平均風10～12級，陣風13～16級，最大風力出現在文昌翁田鎮，測得陣風17級（58.8 m/s），平均風12級（36.2 m/s）。海南島東部海面浮標站和文昌七洲列島均測得最大陣風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17級（58.7 m/s）。

2.2 評估模型中降水和風數據的處理分析

評估中用到的氣象數據來自海南省氣象局布設的自動氣象站網的觀測數據，海南島目前有400多套自動氣象站，站點密集且分布均勻，運行穩定，能夠提供穩定且精確度較高的觀測數據，可以滿足橡膠風害實時評估的需求。研究中需將數據處理為GIS可讀的格式，即在GIS中將降水、風速等點數據文件采用通用克里金法進行插值，獲取與靜態數據具有相同投影信息、相同分辨率的柵格文件，輸入模型進行相應的運算。

圖1 2014年7月18日08時—19日07時海南各地降雨量（單位：mm）（圖中紅色數字為城區測站雨量，黑色數字為鄉鎮自動站雨量）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

臺風災害過程中的大風和降水是主要致災因子，根據建立的海南橡膠園臺風災害評估模型計算結果分析，1409號強臺風“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），五指山以北地區受到的災害影響重于五指山以南地區，災害等級達到3級及以上，其中海口、澄邁、臨高、儋州、白沙、昌江的大部分地區災害等級達到五級，五指山以南和東南部沿海地區災害損失等級主要為1～2級。由表1可知，評估結果1～5級單元格數占海南橡膠區域總單元格數的比例分別為19.81%、26.41%、14.35%、19.10%、20.33%。

在強臺風“威馬遜”登陸后，海南天然橡膠產業集團股份有限公司對其各分公司的橡膠園橡膠損失情況進行了實際調查。根據其調查數據，海南島橡膠北部地區受災嚴重，實際風害率在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≥30%，五指山以北的其他地區風害率在10%～20%，五指山以南地區風害率在10%以下。表明模型評估結果與災情實際調查結果總體趨勢一致，即東部和北部地區遭受的風害最為嚴重，五指山以南地區災情相對較輕，且從圖中可以看出，在災害損失相對較輕的區域，零星局部地區損失較嚴重，顯示了模型評估結果的局地差異性，說明建立的評估模型能夠客觀精細的對橡膠園臺風災害風災分布及受災程度進行評估。基于以上分析，1409號強臺風“威馬遜”對海南橡膠園的災害影響經綜合評估屬于重度災害。

圖2 海南島橡膠園風害評估結果Fig. 2 Wind damage assessment results of rubber plantation in Hainan Islands

表1 評估結果1～5級單元格數占區域總單元格數的比例

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

3 結論和建議

本研究根據海南橡膠園臺風災害形成的機理，從孕災環境、致災因子、承載體三個方面，確定橡膠園臺風災害評估的靜態和動態因子，利用熵權法確定各評估因子的權重，依據可拓理論建立了海南橡膠園臺風災害評估模型。探索出了一套以可拓模型理論為基礎，從“單元格確定—影響因素選取—評估結果的分級界定—各因子域值確定—標準物元模型—因子權重系數確定—評估模型”的評估方法，用可拓集合的關聯函數值—關聯度大小描述各種特征參數與所研究對象的從屬關系，把屬于或不屬于的定性描述擴展為定量描述，使評估從定性走向定量化。并對1409號強臺風“威馬遜”造成的災害損失進行了評估，評估結果與實際災情較一致，說明研究依據可拓理論建立的橡膠園臺風災害評估模型是可行的。

進一步分析發現，中部地區的災害評估等級重于橡膠園風害實際調查結果，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，后續還將在更多的橡膠園臺風災害實例評估中，在獲得更加翔實的橡膠信息（包括海南橡膠園的種植面積、品種抗風性、種植形式和種植密度、整形修枝、防護林等）并及時更新的基礎上不斷改進評估模型，提高評估結果的精確度。