近50 年我國臺風登陸的時空分布特征分析

馬運佳 顏小龍 張婧 高子鈺 楊雨蒙 李伊娜

引言

臺風災害是最具破壞力的自然災害之一，全球每年死于臺風的人數約2 萬～3 萬人，據2021年5 月12 日正式上線的“全球災害數據平臺（中文版）”平臺統計，2020 年和2021 年全球范圍內風暴（臺風、颶風）造成的直接經濟損失遠超其他各類自然災害，占比超過自然災害總損失的一半。中國東臨西北太平洋，這里不僅是世界上熱帶氣旋生成數量最多的海域，也是唯一一個一年四季都能觀測到熱帶氣旋活動的海域，近十年，每年約10 個臺風登陸我國，造成的年均直接經濟損失高達634 億元。20 世紀90 年代前，臺風登陸研究是臺風路徑研究的分支，但臺風往往是在登陸階段由臺風大風、暴雨和風暴潮致災成害。因此，獨立開展臺風登陸問題研究極具現實意義。

臺風登陸問題研究受到了國內外學者關注，取得了許多研究成果。例如，有關臺風登陸影響因素的研究表明，厄爾尼諾、北極濤動、ENSO循環、西北太平洋暖池的海溫變化、熱帶大氣的季節內震蕩、南極濤動、亞洲—太平洋濤動、全球變暖等均會直接或間接地影響臺風登陸。有關臺風登陸頻次、強度、登陸地點等的研究表明，中國臺風登陸數量下降但維持時間上升，強度呈現弱減少、強增多，登陸地點呈現向東以及向北偏移的現象。

已有研究表明臺風在我國的登陸具有明顯的時空分布特征，但是，近幾年有關臺風登陸時空分布特征研究較少，更鮮有研究分析夏、秋臺風登陸的時空分布特征，大部分學者較多關注臺風結構和強度變化、登陸后強降水和強風等天氣學方面的研究。然而，掌握臺風登陸的時空規律對于完善我國的防災減災系統具有十分重要的意義。因此，本文基于美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的國際氣候管理最佳跟蹤檔案（IBTrACS）的臺風數據對近50 年登陸我國臺風的時空分布特征開展系統研究，可完善臺風登陸相關研究內容，為我國制訂綜合防災減災規劃提供科學依據。

研究數據

臺風數據來源于NOAA 的國際氣候管理最佳跟蹤檔案（IBTrACS），它合并了來自多個機構的歷史熱帶氣旋數據，每一條熱帶氣旋的路徑屬性參數包括：編號、英文命名、位置、強度、生成時間等。本文的強度數據采用其屬性表中的美國薩菲爾-辛普森颶風等級的分類方法，根據熱帶氣旋的一分鐘（編校注：表中風速單位為秒，請作者確定是否為一分鐘）持續風速對氣旋進行分級，表1 中呈現了各強度等級和級別對應的風速。此外，本文中的臺風泛指所有的熱帶氣旋。

表1 IBTrACS數據集中臺風強度等級分類

近50 年我國臺風登陸的時空分布特征

（一）登陸頻次的時間變化特征

近50 年我國臺風登陸頻次在年際、年代際、月際時間尺度均有顯著的變化特征。

1.臺風登陸頻次年際變化特征

如圖1 所示，2013 年和2017 年臺風登陸頻次最高，各有19 次；其次是1985 年，有18 次；2015 年和2022 年臺風登陸頻次最低，均僅有6 次；其次是1997 年、2000 年和2003 年，各有7 次。其余年份的臺風登陸頻次在9～15次的范圍內震蕩變化。

圖1 1973—2022年登陸我國臺風頻次的年際變化

基于線性回歸結果，整體上登陸我國臺風頻次呈下降趨勢，但進行M-K 分析發現趨勢不顯著。計算近50 年登陸我國臺風頻次的5 年周期移動平均值，結果表明：1973 —1999 年，臺風登陸頻次大部分在多年平均值以上，表明1973—1999 年臺風登陸頻次偏多；2000—2012 年，臺風登陸頻次大部分在多年平均值以下，表明2000—2012 年臺風登陸頻次偏低；2013 年至今，臺風登陸頻次在多年平均值的上下波動，表明有的年份臺風登陸頻次偏高，有的年份臺風登陸頻次偏低。利用R/S 分析法計算臺風登陸頻次年際變化，算得H=0.3127 ＜0.5，這說明臺風登陸頻次在未來的變化趨勢和歷史變化趨勢不一致，即在未來，臺風登陸頻次會呈現上升趨勢，但是增幅相對比較平緩。

2.臺風登陸頻次年代際變化特征

以10 年為一個年代，如表2 所示，近50 年登陸我國的617 個臺風（包括多次登陸）中，1983—1992 年登陸的頻次最高，為139 次；其次是1973—1982 年，為130次；1993 年之后，臺風年代登陸頻次逐年下降，下降速度為1 次/年，與1973—2022 年臺風登陸頻次下降速度（3.2次/年）對比可知：1973—2022 年登陸我國臺風頻次在整體上呈下降趨勢但下降趨勢在變緩。

表2 1973—2022年登陸我國臺風頻次的年代際變化

3.臺風登陸頻次的月際變化特征

如圖2 所示，臺風在1—4 月登陸我國的頻次極低，最高是1 月份，但也僅有7 次登陸；5、6 月份臺風登陸我國的頻次逐漸升高，6 月份之后迅速增高，8 月份達到峰值；8月份之后，臺風登陸我國的頻次迅速下降。整體上看，7—9月份是我國臺風集中登陸的時間，占登陸總數的76.8%。其次是6 月份和10 月份，臺風登陸頻次較高，占登陸總數的15.1%。臺風集中在夏季和秋季登陸我國且據相關分析表明，在未來，臺風登陸的時段會更集中，高頻期登陸的臺風頻次占比會更高。

（二）夏、秋臺風登陸的時間變化特征

登陸我國的臺風具有在夏、秋季節集中登陸的特點。一般將6—8 月登陸的臺風稱為夏臺風，9—11 月登陸的臺風稱為秋臺風。針對這兩類臺風分析了1973—2022 年臺風登陸頻次和強度方面的年際和年代際變化特征。

1.夏、秋臺風登陸頻次的年際變化特征

如圖3 所示，1994 年夏臺風登陸頻次最高，為13 次；2010 年，夏臺風登陸頻次最低，為2 次。其余年份夏臺風登陸頻次在4～10 次的范圍內震蕩變化。1973 年、1986 年、1996 年和2018 年秋臺風登陸頻次最高，為8 次。1976 年秋臺風登陸頻次最低，為1 次。其余年份秋臺風登陸頻次在2～7 次的范圍內震蕩變化。秋臺風登陸頻次變化幅度較夏臺風小，秋臺風登陸頻次最高和最低差值為7 次，而夏臺風有11 次。整體上看，夏、秋臺風的登陸頻次均呈現下降趨勢，其中夏臺風下降的速度更快，為0.05 次/年，秋臺風下降速度較慢，為0.02 次/年。

圖3 1973—2022年登陸我國夏、秋臺風頻次的年際變化

利用R/S 分析法計算夏、秋臺風登陸頻次年際變化，算得夏臺風登陸頻次的H=0.2712，秋臺風登陸頻次年際變化的H=0.4016，均小于0.5，這說明臺風登陸頻次在未來的變化趨勢和歷史變化趨勢相反，即在未來，夏、秋臺風登陸頻次會呈現上升趨勢，但是增幅不同，夏臺風的增幅更大。

2.夏、秋臺風登陸頻次的年代際變化特征

1973—2022 年登陸我國的夏、秋臺風具有明顯的年代際變化特征。如表3 所示，夏臺風在1973—2012 年，年代登陸頻次均在下降，2013—2022 年，年代登陸頻次略有上升；秋臺風在1983—2012 年，年代登陸頻次也在下降，和夏臺風一致在2013—2022 年略有上升。2013—2022 年夏、秋臺風登陸頻次上升而全部臺風的登陸頻次下降，這表明近年來夏、秋臺風登陸頻次占比更多，臺風登陸時間更集中于6—11 月份。

表3 1973—2022年登陸我國夏、秋臺風頻次的年代際變化

3.夏、秋臺風登陸強度的年代際變化特征

通過對記錄臺風強度的3570 個數據點進行統計分析，發現有3452 個數據點為夏、秋季節登陸，其中達到臺風級（＞1 級）的數據點有592 個，占比為17.1%，其余118 個數據點顯示為其他時間登陸，其中達到臺風級（＞1 級）的數據點有15 個，占比為12.7%，這表明夏、秋季節登陸的臺風不僅數量多，而且強度普遍偏大。對登陸我國的臺風級和超強臺風級夏、秋臺風進行年代際統計分析，發現其年代際變化特征顯著。

如表4 所示，2003—2012 年登陸我國的夏、秋臺風強度普遍偏大，達到臺風級別的129 個臺風中有23 個為超強臺風，占比為17.8%，此外，2003—2012 年秋臺風也尤為強盛，23 個超強臺風中有14 個是秋臺風；1983—1992 年登陸我國的夏、秋臺風強度普遍偏小，達到臺風級別的夏、秋臺風有128 個，但達到超強臺風級別的臺風只有4個，占比為3.1%；1993—2002 年有147 個臺風達到臺風級，這是達到臺風級別最多的年代際，其中有18個臺風達到了超強臺風級別，僅次于2003—2012年，夏臺風尤為強盛，18個超強臺風中有13 個是夏臺風；1973—1982 年是夏、秋臺風達到臺風級別最少的年代際，僅有67 個，其中有6 個臺風達到了超強臺風級別；2013—2022 年夏、秋臺風登陸頻次較2003—2012 年高，但夏、秋臺風登陸強度普遍低于2003—2012 年（2013—2022 年有102 個臺風級別的夏、秋臺風，少于2003—2012 年的129 個；2013—2022 年達到超強臺風級別的臺風為14 個，少于2003—2012 年的23 個），由此可見2013—2022 年登陸的臺風強度普遍偏低。

表4 登陸我國臺風級和超強臺風級夏、秋臺風年代際變化

（三）臺風登陸的空間分布特征

臺風在我國不同地區登陸頻次和強度差異巨大。

1.臺風在我國登陸頻次的空間分布特征

如圖4 所示，受臺風影響最頻繁的地區為華南地區和華東地區，其中華南地區臺風登陸最頻繁，占總數的45%，其次是華東地區，占總數的38%。華南地區臺風登陸頻次最多的省份為海南省，臺風登陸頻次占整個華南地區臺風登陸頻次的42%，其次是廣東省，占總數的35%，再次是廣西壯族自治區，占總數的20%。華東地區登陸頻次最多的省份是福建省和臺灣省，占華東地區總數的比例均為21%，其次為江西省和浙江省，占比分別為16%和14%。

圖4 1973—2022年臺風在我國不同地區的登陸頻率

2.臺風在我國登陸強度的空間分布特征

臺風在發展過程中，其強度會不停地發生變化，NOAA的國際氣候管理最佳跟蹤檔案（IBTrACS）為了體現臺風強度變化，用數據點的形式記錄了臺風路徑，并利用薩菲爾—辛普森颶風等級的分類方法記錄了每個數據點處臺風的強度，對數據進行處理后可以發現，不同強度數據點的分布也具有顯著的空間分異特征。

如圖5 所示，圖中顏色深淺代表數據點數量多少，熱帶風暴級別的數據點分布最廣泛、數量最多，隨著臺風強度的增大，數據點分布的范圍變小、數量變少。5 級臺風僅有2個，分別為在海南省登陸的“威馬遜”和在浙江省登陸的“桑美”。

圖5 臺風在我國不同地區的登陸強度分布

在我國的西北地區、西南地區、東北地區、華北地區和華中地區，基本上很少有臺風級別的熱帶氣旋到達，強度比較大的熱帶氣旋主要影響我國的華東地區和華南地區。就各強度數據點數量的分布而言，也是大部分集中在我國的華東和華南地區，越往西北內陸數量越少。華南和華東地區的江蘇省、浙江省、廣西壯族自治區、廣東省、臺灣省、海南省是受臺風影響最嚴重的地區，這些地區不僅臺風的數據點分布密集，各點處臺風強度也大，尤其是廣東、臺灣、海南、浙江四省，每年都會因臺風災害損失慘重。其他地區省份受臺風影響的程度較小。

3.夏、秋臺風登陸頻次的空間分布特征

夏、秋臺風在我國不同地區登陸頻次具有顯著的空間分異特征。首先，夏臺風影響范圍較秋臺風更廣，這應該是與夏臺風維持時間比較久有關。其次，夏、秋臺風在華南和華東地區登陸頻次最高，隨著距海距離的增加，各地區夏、秋臺風登陸的頻次均下降。就夏臺風而言，廣東、廣西、臺灣、福建、海南、江西和浙江是夏臺風登陸頻次最高的地區，其次是江蘇、安徽、湖南、山東、云南和湖北（圖6a）。就秋臺風而言，海南和廣東是秋臺風登陸頻次最高的地區，其次是廣西、福建和臺灣（圖6b）。

4.典型臺風登陸強度及路徑變化特征分析

臺風在發展過程中，其強度及路徑變化也有一定的特點。本文對比分析了曾登陸我國的“桑美”“威馬遜”“利奇馬”“煙花”“梅花”五個典型強臺風或超強臺風的登陸強度及路徑變化特征（圖7），研究發現：

圖7 典型臺風登陸強度及路徑變化

①臺風登陸前強度逐漸增加，登陸后逐漸變弱直至消亡。臺風剛生成時，強度均較弱，隨臺風開始移動，伴隨著臺風強度的增強；在臨登陸時，由于摩擦增加，臺風開始減弱，只有少數臺風會近岸增強（圖7b 中的臺風“威馬遜”）；臺風登陸后，由于切斷了海洋輸送的水汽潛熱能源并受陸面摩擦耗損，臺風強度進一步減弱直至消亡。

②近年來，典型臺風“利奇馬”“煙花”“梅花”等登陸地點呈現向東以及向北偏移的特點，登陸路徑變化特征較為相似，向西北影響至山東乃至遼寧（圖7c、圖7d 和圖7e）。

（四）結論

本文對1973—2022 年我國臺風登陸的時空分布特征進行了分析，得出了以下結論。

（1）近50 年我國全部臺風與夏、秋臺風登陸頻次具有明顯的年際和年代際變化特征，均呈現下降趨勢。在未來，我國全部臺風以及夏、秋臺風登陸頻次年際變化特征均會呈上升趨勢。此外，夏、秋臺風登陸強度具有明顯年代際變化特征，1993—2002 年臺風級登陸個數最多，夏臺風尤為強盛，2003—2012 年超強臺風登陸個數最多，秋臺風尤為強盛。

（2）近50 年臺風在我國不同地區登陸頻次差異巨大，集中在華南和華東地區登陸；臺風登陸頻次最高的省份是海南省，其次為廣東省，其中，夏臺風在廣東省登陸頻次最高，秋臺風則集中在海南省登陸。

（3）臺風登陸強度的空間分布特征表現為臺風強度越大分布范圍越小，數量越少，5 級臺風僅有2 個，分別為超強臺風“威馬遜”和“桑美”；典型臺風“利奇馬”“煙花”“梅花”等登陸地點向東以及向北偏移，登陸強度及路徑變化特征較為相似，向西北影響至山東乃至遼寧，登陸后強度逐漸衰減。