中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)

劉少軍，蔡大鑫，田光輝，甘業(yè)星

（海南省氣象科學(xué)研究所/海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 海口 570203）

【研究意義】橡膠樹(shù)是重要的經(jīng)濟(jì)作物，生長(zhǎng)于熱帶地區(qū)，對(duì)氣象條件具有嚴(yán)格的要求。橡膠樹(shù)生長(zhǎng)適合微風(fēng)，如果風(fēng)速超過(guò)3 m/s，橡膠樹(shù)的生長(zhǎng)和產(chǎn)膠就會(huì)受到影響。臺(tái)風(fēng)是影響我國(guó)橡膠樹(shù)生長(zhǎng)以及產(chǎn)膠量的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一［1］。臺(tái)風(fēng)不僅可以導(dǎo)致橡膠樹(shù)樹(shù)冠和花果受損，嚴(yán)重時(shí)還可以導(dǎo)致橡膠樹(shù)發(fā)生斷、倒，橡膠樹(shù)受強(qiáng)風(fēng)脅迫后，其生理狀況均比受災(zāi)年前同期的水平差［2］。橡膠樹(shù)遭受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害后產(chǎn)量下降，主要原因在于臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致橡膠樹(shù)樹(shù)冠和篩管受損，光合作用效率降低［3］，生理活性物質(zhì)合成受到影響，產(chǎn)膠潛力降低［4］，乳膠管堵塞抑制排膠能力［5］，另外臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的降水也會(huì)增大土壤養(yǎng)分的流失［6］。我國(guó)是臺(tái)風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家之一，1985—2014年，有218個(gè)臺(tái)風(fēng)造成不同程度的直接經(jīng)濟(jì)損失，平均每年致災(zāi)臺(tái)風(fēng)7.3個(gè)［7］。因此，準(zhǔn)確掌握橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)區(qū)域的分布，對(duì)有效規(guī)避高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)開(kāi)展橡膠樹(shù)種植具有重要的意義。【前人研究進(jìn)展】國(guó)內(nèi)外關(guān)于臺(tái)風(fēng)對(duì)橡膠樹(shù)的影響研究，主要集中在橡膠樹(shù)風(fēng)害調(diào)查及典型個(gè)例分析、橡膠風(fēng)害成因分析［8］、橡膠樹(shù)風(fēng)害的重現(xiàn)期預(yù)測(cè)［9-10］、橡膠樹(shù)風(fēng)害評(píng)估模型［11-13］、橡膠樹(shù)風(fēng)害評(píng)估系統(tǒng)［14］、橡膠風(fēng)害遙感監(jiān)測(cè)［15-17］、橡膠氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃［18-23］等方面，而針對(duì)整個(gè)中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析未見(jiàn)報(bào)道。【本研究切入點(diǎn)】在全球氣候變化背景下，影響我國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)的臺(tái)風(fēng)年頻數(shù)稍有減少的趨勢(shì)，但臺(tái)風(fēng)的平均強(qiáng)度總體呈增強(qiáng)趨勢(shì)，這必定會(huì)對(duì)我國(guó)橡膠生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】根據(jù)西太平洋臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)集，提取中國(guó)橡膠樹(shù)主產(chǎn)區(qū)內(nèi)臺(tái)風(fēng)路徑、頻次、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速等信息，利用橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型，開(kāi)展中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)內(nèi)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃，為中國(guó)橡膠樹(shù)種植和規(guī)避臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的影響提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1951—2014年西太平洋臺(tái)風(fēng)路徑數(shù)據(jù)來(lái)源于堪薩斯大學(xué)（University of Kansas）網(wǎng)站（https://kuscholarworks.ku.edu/handle/1808/22466），數(shù)據(jù)集包括臺(tái)風(fēng)頻率和臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度（平均和最大風(fēng)速），數(shù)據(jù)空間分辨率0.2°。研究區(qū)中國(guó)橡膠樹(shù)種植分布北界來(lái)自文獻(xiàn)［20］。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)站（http://ngcc.sbsm.gov.cn/）。1951—2014年經(jīng)過(guò)中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)路徑見(jiàn)圖1。

1.2 研究方法

通常情況下橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失與臺(tái)風(fēng)風(fēng)力正相關(guān)，當(dāng)風(fēng)力在8級(jí)時(shí)，橡膠樹(shù)斷倒較少；當(dāng)風(fēng)力在10級(jí)、12級(jí)、15級(jí)、16級(jí)時(shí)，橡膠樹(shù)斷倒率分別為13%、35%、69%、100%。臺(tái)風(fēng)對(duì)橡膠樹(shù)的損壞程度除與大風(fēng)本身強(qiáng)度有關(guān)外，還與地形下墊面和橡膠栽培技術(shù)等多種因素有關(guān)［24］，橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失主要集中在連根拔起、樹(shù)干折斷、根部折斷等3種方式，同時(shí)遭受臺(tái)風(fēng)影響的橡膠樹(shù)會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量降低、死皮增加等現(xiàn)象［2］。根據(jù)橡膠樹(shù)風(fēng)害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)害率≤5.0%為輕微風(fēng)害，5.0%～10.0%為輕度風(fēng)害，10.0%～20.0%為中度風(fēng)害，大于20.0%為嚴(yán)重風(fēng)害［25］。基于以上橡膠樹(shù)風(fēng)害等級(jí)研究基礎(chǔ)，利用ArcGIS 10.2軟件的剪切功能，提取中國(guó)橡膠樹(shù)分布圖對(duì)應(yīng)位置上的臺(tái)風(fēng)頻次、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速等信息，并進(jìn)行等級(jí)劃分，賦值1，2，3，4表示臺(tái)風(fēng)各要素對(duì)橡膠樹(shù)影響程度，分別對(duì)應(yīng)表示臺(tái)風(fēng)頻次指數(shù)、平均風(fēng)速指數(shù)、最大風(fēng)速指數(shù)。參照文獻(xiàn)［12,14,19］建立橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型：

圖1 1951—2014年經(jīng)過(guò)中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)路徑圖Fig.1 Typhoon track passing through rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

式中，TF為橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)，用于表示橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)程度，其值越大，則橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)程度越大；F1、F2、F3分別為臺(tái)風(fēng)頻次指數(shù)、平均風(fēng)速指數(shù)、最大風(fēng)速指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

我國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)主要分布在海南、云南、廣東、廣西、福建等5省（區(qū)），其中福建和廣西橡膠產(chǎn)量的總量較少。

2.1 臺(tái)風(fēng)影響頻次指數(shù)

從圖2可以看出，1951—2014年間我國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響頻次分布，橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻次高值區(qū)分布在海南、廣東、福建等地，易受到臺(tái)風(fēng)的影響；低值區(qū)分布在云南，受到臺(tái)風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)較小。將臺(tái)風(fēng)影響的頻次按照［0～2, 2～6,6～9, ＞9］劃分為4個(gè)等級(jí)，分別賦值1、2、3、4，表示臺(tái)風(fēng)頻次對(duì)橡膠樹(shù)種植區(qū)影響程度，臺(tái)風(fēng)影響頻次指數(shù)越大，說(shuō)明該處橡膠樹(shù)受臺(tái)風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)越大，更容易受到臺(tái)風(fēng)的影響，危險(xiǎn)性越大。

圖2 1951—2014年中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)影響頻次分布Fig.2 Distribution of typhoon frequency in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

2.2 臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速指數(shù)

風(fēng)速是影響橡膠樹(shù)受害程度的主要因素，橡膠樹(shù)受害程度會(huì)因風(fēng)速加大而呈線性增加［21］，其原因?yàn)橄鹉z樹(shù)冠層暴露在大風(fēng)中的面積較大，而且隨著高度的增加風(fēng)速也增大，因此橡膠樹(shù)受風(fēng)害的風(fēng)險(xiǎn)越大［24］。從圖3可以看出，1951—2014年間我國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)在臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)期間的最大風(fēng)速分布，其中臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速的高值區(qū)分布在海南、廣東、廣西、福建等地，易受到臺(tái)風(fēng)的影響；低值區(qū)分布在云南，受到臺(tái)風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)較小。將臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速按照［＜20.7, 20.7～24.4, 24.4～28.4,＞28.4］劃分為4個(gè)等級(jí)，分別賦值1、2、3、4，表示臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速對(duì)橡膠樹(shù)種植區(qū)影響程度，臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速指數(shù)越大，說(shuō)明該處橡膠樹(shù)受臺(tái)風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)越大，更容易受到臺(tái)風(fēng)的破壞，危險(xiǎn)性越大。

2.3 臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)速指數(shù)

從圖4可以看出，1951—2014年間中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)在臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)期間的平均風(fēng)速分布。將臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)速按照［＜20.7, 20.7～24.4, 24.4～28.4,＞28.4］劃分為4個(gè)等級(jí)，分別賦值1、2、3、4，表示臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)速對(duì)橡膠種植區(qū)影響程度，臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)速指數(shù)越大，說(shuō)明該處橡膠樹(shù)受臺(tái)風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)越大，更容易受到臺(tái)風(fēng)的破壞，危險(xiǎn)性越大。

圖3 1951—2014年中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速分布Fig.3 Distribution of typhoon maximum wind speed in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

圖4 1951—2014年中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)平均風(fēng)速分布Fig.4 Distribution of typhoon average wind speed in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

2.4 橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)

根據(jù)橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型計(jì)算橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)，并利用ArcGIS 10.2軟件中的自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類，將我國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分為高危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)4個(gè)等級(jí)（圖5）。從圖5可以看出，橡膠樹(shù)種植臺(tái)風(fēng)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南三亞、陵水、萬(wàn)寧、文昌，廣東徐聞、電白、湛江等地，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為（27，48］；中危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南島南部，廣東陽(yáng)江、茂名，福建詔安等地，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為（12，27］；較低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南島、中、西部，廣東信宜、廉江，廣西北海、玉林、陸川，福建云霄、長(zhǎng)泰等地，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為（4-12］；低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在云南境內(nèi)，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為［1-4］。

圖5 中國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)Fig.5 Zoning of typhoon disaster risks in rubber tree planting areas of China

3 討論

橡膠樹(shù)是典型的多年生熱帶作物，臺(tái)風(fēng)是橡膠樹(shù)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，尤其海南、廣東兩大植膠區(qū)常年遭受臺(tái)風(fēng)危害［27］，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害帶來(lái)的強(qiáng)風(fēng)可對(duì)橡膠樹(shù)造成短期、長(zhǎng)期及持久性的損害。一場(chǎng)較強(qiáng)的登陸臺(tái)風(fēng)，首先致使當(dāng)年橡膠產(chǎn)量銳減，損傷的枝葉需要3～5年的回復(fù)生長(zhǎng)，而臺(tái)風(fēng)造成的倒伏則會(huì)形成永久性的“缺苗斷壟”，成為不可逆的低產(chǎn)林地。由于部分橡膠樹(shù)種植區(qū)選地不當(dāng)，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害不僅影響橡膠樹(shù)的正常生長(zhǎng)，而且影響到后期的橡膠樹(shù)的產(chǎn)量。因此，可以根據(jù)橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果，合理規(guī)劃橡膠樹(shù)種植區(qū)。為了提高臺(tái)風(fēng)災(zāi)害較重區(qū)域?qū)崿F(xiàn)橡膠樹(shù)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)從橡膠樹(shù)品種、防護(hù)林建設(shè)、氣候適宜性評(píng)估、經(jīng)營(yíng)管理等方面綜合考慮，建立橡膠樹(shù)抗風(fēng)高產(chǎn)栽培技術(shù)體系［28］。隨著全球氣候變化和我國(guó)適宜種植橡膠樹(shù)的土地資源有限，我國(guó)橡膠樹(shù)種植區(qū)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響將長(zhǎng)期存在，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響程度有可能更為嚴(yán)重，因此必須加強(qiáng)橡膠樹(shù)抗風(fēng)栽培技術(shù)的研發(fā)，增強(qiáng)橡膠樹(shù)科學(xué)合理抗風(fēng)避災(zāi)理念。在優(yōu)化橡膠種植區(qū)布局的同時(shí)，大力發(fā)展橡膠樹(shù)的林下經(jīng)濟(jì)作物種植，在努力增加橡膠產(chǎn)量的同時(shí)，獲得林下經(jīng)濟(jì)的附加收入，提高橡膠林地的綜合效益，保證持有一定面積的橡膠戰(zhàn)略性種植。

臺(tái)風(fēng)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，前人的研究成果很多，也選用了多種方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，如郭騰蛟等［29］選用年均臺(tái)風(fēng)災(zāi)害次數(shù)（災(zāi)次指數(shù)）、殷潔等［30］選用臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度等級(jí)、張悅等［31］選用年均臺(tái)風(fēng)影響次數(shù)（災(zāi)次比）分別表征危險(xiǎn)性，在一定程度上反映了潛在致災(zāi)性，但并不全面；而尚志海等［32］考慮以臺(tái)風(fēng)登陸頻率、死亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失衡量臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性，將災(zāi)害防御能力納入危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，這與目前多數(shù)學(xué)者的觀點(diǎn)并不一致；黃海靜等［33］選取的指標(biāo)與本研究相似，但未考慮平均風(fēng)速，而且大風(fēng)的持續(xù)性對(duì)于橡膠風(fēng)害的形成有重要貢獻(xiàn)。本研究從致災(zāi)體本身出發(fā)，充分考慮了臺(tái)風(fēng)對(duì)橡膠樹(shù)的致災(zāi)特性，構(gòu)造的災(zāi)害危險(xiǎn)綜合指數(shù)同時(shí)兼顧臺(tái)風(fēng)發(fā)生的頻率和強(qiáng)度，分析結(jié)果更符合實(shí)際，得到的危險(xiǎn)性分區(qū)具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

根據(jù)我國(guó)橡膠樹(shù)主產(chǎn)區(qū)內(nèi)臺(tái)風(fēng)頻次、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速指數(shù)，構(gòu)建橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型進(jìn)行分析，結(jié)果表明我國(guó)橡膠種植區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)特點(diǎn)，其中高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南東部沿海和廣東的雷州半島等地，低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在云南境內(nèi)。以上結(jié)果對(duì)了解中國(guó)橡膠樹(shù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)分布及采取相應(yīng)措施減少橡膠樹(shù)風(fēng)災(zāi)損失具有重要的指導(dǎo)意義。