青島環(huán)膠州灣地區(qū)暴雨特征及暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析*

馬艷，黃容，于進(jìn)付，王穎，董海鷹，郭麗娜，李德萍

(1.青島市氣象局，山東青島266003;2.即墨市氣象局，山東即墨266200;3.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044)

青島環(huán)膠州灣地區(qū)暴雨特征及暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析*

馬艷1，黃容1，于進(jìn)付2，王穎3，董海鷹1，郭麗娜1，李德萍1

(1.青島市氣象局，山東青島266003;2.即墨市氣象局，山東即墨266200;3.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044)

通過37年(1971－2007年)的氣候資料分析了青島地區(qū)暴雨氣候特征和暴雨發(fā)生概率及重現(xiàn)期分布特征?；诒┯晔菍?duì)青島地區(qū)城市建設(shè)和發(fā)展影響較大的氣象災(zāi)害，結(jié)合1984－2007年的暴雨災(zāi)情普查資料，進(jìn)行了暴雨氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。總的看來，青島環(huán)灣地區(qū)暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)在嶗山區(qū)、膠南市和市北區(qū)。

暴雨;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;環(huán)膠州灣;山東青島

21 世紀(jì)以來，伴隨著全球城市化進(jìn)程，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，自然環(huán)境不斷惡化，城市成為抵御氣象災(zāi)害能力最為薄弱的地方。2001年12月7日，北京地區(qū)一次突發(fā)的小雪天氣過程，全市平均降水量僅為1～2 mm，造成北京城區(qū)的交通近乎于癱瘓，數(shù)十萬輛機(jī)動(dòng)車幾乎無法行駛，近百萬市民被困在汽車中達(dá)數(shù)小時(shí)［1］。另一方面，城市是人口、經(jīng)濟(jì)高度密集的地方，一旦發(fā)生氣象災(zāi)害，城市遭受的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它地區(qū)。2007年7月17日，重慶主城區(qū)的強(qiáng)降雨導(dǎo)致城區(qū)交通幾乎癱瘓，一些著名的文物古跡被洪水沖毀，工廠大面積停產(chǎn)，學(xué)校停學(xué)，居民生命財(cái)產(chǎn)受損。此次暴雨引發(fā)的洪澇、泥石流等次生災(zāi)害造成643.5萬人受災(zāi)，42人死亡，12人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失26.5億元［2］。城市暴雨災(zāi)害已成為氣象災(zāi)害研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。于文金等［3］，莫建飛等［4］針對(duì)當(dāng)?shù)爻鞘斜┯隇?zāi)害進(jìn)行了評(píng)估分析。

青島也是一個(gè)氣象災(zāi)害頻發(fā)的城市，暴雨、大風(fēng)、大霧、臺(tái)風(fēng)以及雷暴等氣象災(zāi)害對(duì)城市的日常運(yùn)行與市民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅［5］。開展城市氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析是青島市防災(zāi)減災(zāi)工作中必不可少的一環(huán)。本文利用1971－2007年共37年的氣候資料和1984－2007年近20多年來的氣象災(zāi)情普查資料，以暴雨為研究對(duì)象，綜合分析其空間和時(shí)間分布特征;基于GIS利用災(zāi)害學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)加權(quán)綜合模型，進(jìn)行暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。青島市區(qū)、嶗山區(qū)、膠南市、膠州市、即墨市、平度市和萊西市是本次研究的基本研究單位，采用的氣象資料也是上述7個(gè)國家基準(zhǔn)站的歷史資料。

1 青島地區(qū)暴雨特征分析

暴雨是指日降水量≥50 mm的降水。青島暴雨多發(fā)生在夏季，其次是春夏之交和夏秋之間。本文依據(jù)1971－2007年青島地區(qū)7個(gè)國家基準(zhǔn)站的氣候資料和1984－2007年暴雨災(zāi)情普查資料分析青島地區(qū)暴雨以及暴雨災(zāi)害的空間分布特征;考察了在全球變暖的背景下青島地區(qū)暴雨發(fā)生頻率特征，進(jìn)行了暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.1 暴雨空間分布特征

圖1是1971－2007年青島地區(qū)暴雨日數(shù)空間分布圖，圖中各數(shù)字代表了1971－2007年間相應(yīng)站點(diǎn)的暴雨日數(shù)?？梢钥吹?，在青島地區(qū)北部的萊西和南部的膠南出現(xiàn)暴雨頻次最多，青島市區(qū)和嶗山區(qū)等地暴雨日數(shù)相對(duì)較少。萊西年平均暴雨日數(shù)2.6 d，主要出現(xiàn)在4－9月，青島市區(qū)和嶗山年平均暴雨日數(shù)則為2.1 d，多發(fā)生在夏季。

區(qū)域性持續(xù)的暴雨常常會(huì)引起河流洪水泛濫，沖毀堤壩、房屋、道路、橋梁，淹沒農(nóng)田、城鎮(zhèn)等，引發(fā)洪澇、山洪、地質(zhì)災(zāi)害等，造成農(nóng)業(yè)或其他財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。圖2是依據(jù)1984－2007年的氣象災(zāi)情普查資料所獲得的青島地區(qū)暴雨致災(zāi)分布圖，可以看到暴雨致災(zāi)區(qū)主要為南北兩條:暴雨在北部的萊西和即墨造成的災(zāi)情比較嚴(yán)重，膠南也是暴雨致災(zāi)較重的地區(qū)，青島市區(qū)和嶗山等環(huán)膠州灣大部分地區(qū)的暴雨致災(zāi)的次數(shù)相對(duì)較低。但不容忽視的是，環(huán)膠州灣地區(qū)的過程降水極值多在200 mm以上，膠州灣底部的紅島區(qū)甚至達(dá)到400～500 mm(圖3)。局地短時(shí)強(qiáng)降水易引發(fā)洪澇災(zāi)害，影響城市整體防洪，對(duì)城市排水能力和管網(wǎng)設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。

圖1 青島地區(qū)1971－2007年暴雨日數(shù)分布圖

圖2 青島地區(qū)暴雨致災(zāi)分布(1984－2007年)

圖3 青島地區(qū)暴雨極值分布(1984－2007年)

1.2 暴雨時(shí)間分布特征

本文對(duì)青島地區(qū)日降水量達(dá)到暴雨程度(日降水量≥50 mm)的降水頻次進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)近10年(1997－2007年)暴雨發(fā)生次數(shù)占近30年(1978－2007年)總次數(shù)的58%，其中青島市區(qū)為46.2%，嶗山區(qū)為63.6%，膠南市為64.3%，超過近30年暴雨發(fā)生頻數(shù)的一半，近10年暴雨發(fā)生頻率明顯增加。表1中進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析了1978－2007年30年間青島地區(qū)日降水量超過200 mm的大暴雨的時(shí)間分布特征。可以看出，這種極端降水事件都發(fā)生在1990年代以后，21世紀(jì)發(fā)生暴雨的頻率增加極為明顯。這與青島快速的城市化進(jìn)程密切相關(guān)。

排序時(shí)間臺(tái)站降水量/mm 11990－08－16膠南299.9 21997－08－19即墨303.5 32000－08－29膠南236.4 42001－08－01青島/膠州219.1/211.3 52006－08－26即墨211.7 62007－08－11青島241.2 72007－09－20膠南203.7

2 暴雨出現(xiàn)概率及其重現(xiàn)期特征

基于青島地區(qū)7個(gè)站點(diǎn)1971－2007年共37年的最大日降水量資料，利用皮爾森－Ⅲ型概率分布分析青島地區(qū)暴雨發(fā)生概率及重現(xiàn)期特征。分別對(duì)日降雨量大于100 mm、大于150 mm和大于200 mm暴雨的出現(xiàn)概率進(jìn)行分析。

圖4 青島地區(qū)暴雨出現(xiàn)概率(≥100 mm)

圖5 青島地區(qū)暴雨出現(xiàn)概率(≥150 mm)

由日降雨量大于100 mm的暴雨出現(xiàn)概率來看(圖4)，其分布呈南部以及膠州灣沿岸大、北部小的趨勢，膠南出現(xiàn)日雨量為100 mm的暴雨頻率最大，為20.2%。日雨量大于150 mm的暴雨出現(xiàn)頻率分布呈現(xiàn)南部大、北部小的趨勢，其中嶗山出現(xiàn)日雨量為150 mm的暴雨頻率最大為5.8%，膠南次之為5.6%(圖5)。日雨量大于200 mm的暴雨出現(xiàn)頻率的空間特征也是南部大北部小的趨勢，嶗山出現(xiàn)日雨量為200 mm的暴雨頻率最大為1.8%，膠南次之為1.7%，青島為1.5%(圖略)。

由各重現(xiàn)期暴雨的日雨量極值分布來看(表2)，青島50年一遇的暴雨日雨量分布呈南部大北部小的趨勢，青島、嶗山、膠南、即墨四區(qū)50年一遇暴雨日雨量均大于240 mm。100年一遇的暴雨日雨量分布同樣呈南部大北部小的趨勢，其中膠南最大為308 mm，即墨次之為297 mm。200年一遇的暴雨雨量分布有兩個(gè)極大值中心，其中膠南最大為358 mm，即墨次之為346 mm，青島和嶗山200年一遇暴雨的日雨量極值均在300 mm以上。因此在未來城市規(guī)劃和建設(shè)中，應(yīng)加強(qiáng)水利防洪設(shè)施建設(shè)，制定新的市政工程施工標(biāo)準(zhǔn)，考慮暴雨可能給城市運(yùn)行帶來的災(zāi)害。

表2 青島地區(qū)7個(gè)站多年一遇暴雨極值

3 暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

暴雨災(zāi)害作為自然災(zāi)害的一部分，也是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境與承災(zāi)體綜合作用的產(chǎn)物［6－7］。本文從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體構(gòu)成三個(gè)方面進(jìn)行青島地區(qū)暴雨災(zāi)害評(píng)估。其中評(píng)估的數(shù)據(jù)主要基于青島1971－2007年七個(gè)基準(zhǔn)站氣候資料、1984－2007年的各地區(qū)各類氣象災(zāi)情普查資料。

3.1 致災(zāi)因子－暴雨的危險(xiǎn)性

首先根據(jù)1971－2007年青島地區(qū)基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，以3個(gè)等級(jí)降水量日數(shù)(降水量50 mm，100 mm和150 mm)為指標(biāo)，按照暴雨概率公式計(jì)算不同等級(jí)降水概率，再對(duì)不同等級(jí)的暴雨頻率取權(quán)重0.17、0.33、0.50，最后利用危險(xiǎn)度公式計(jì)算致災(zāi)因子的危險(xiǎn)度值(表3)。

從表3中不難發(fā)現(xiàn)，青島環(huán)灣地區(qū)暴雨危險(xiǎn)度值普遍偏高，且空間差異不大，最小值為0.778，最大值為1。膠南、膠州東南部、城陽區(qū)北部值相對(duì)較高，在均值以上。

3.2 青島孕災(zāi)環(huán)境的敏感性

青島常見的暴雨災(zāi)害主要是由暴雨引發(fā)的洪澇和泥石流等次生災(zāi)害。這些災(zāi)害的發(fā)生與青島的地形和河網(wǎng)有著密切的關(guān)系。青島位于山東半島南部沿海，西有膠州灣，東、南有黃海環(huán)繞。青島全市大體有3個(gè)山系:東南是嶗山山脈(主峰海拔1 132.7 m)，向西、北綿延至青島市區(qū);北部為大澤山(海拔736.7 m)，南部為大珠山(海拔486.4 m)等組成的膠南山群。市區(qū)有浮山(海拔384 m)、太平山(海拔150 m)、青島山(海拔128.5 m)。此外，還有許多地形高度小于100 m的小山散布在市區(qū)內(nèi)。青島地區(qū)分布著大沽河水系和膠萊河水系兩大水系，以及沿海其他一些較小的獨(dú)流入海的河流，全市共有大小河流224條。除南膠萊河、北膠萊河、大沽河等少數(shù)河流屬平原河流外，其他均屬于山區(qū)丘陵季節(jié)性河流。河流源短流急，自成體系單獨(dú)入海［8］。本文選用地形指數(shù)和綜合河網(wǎng)密度指數(shù)來描述青島環(huán)膠州灣地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境的敏感性。如圖6所示，青島環(huán)膠州灣地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感度最高的是嶗山區(qū)，其地形指數(shù)和綜合河網(wǎng)密度指數(shù)都較高;其次是膠南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)、四方區(qū)、膠州市，敏感度指數(shù)都在均值之上;城陽區(qū)、黃島區(qū)和市南區(qū)均低于平均值，其中市南區(qū)暴雨災(zāi)害的敏感性最小。

3.3 暴雨災(zāi)害承災(zāi)體的易損性分析

承災(zāi)體即氣象災(zāi)害作用的對(duì)象，是災(zāi)害形成的必要條件，也是影響災(zāi)情大小的重要因子。暴雨災(zāi)害損害的對(duì)象主要是人和建筑設(shè)施?？紤]指標(biāo)的可取性，本文采用人口密度指標(biāo)和地均GDP指標(biāo)來表征人和物的損失。綜合分析人口密度標(biāo)準(zhǔn)值和地均GDP指數(shù)獲得承災(zāi)體的易損度指標(biāo)。其中人口、GDP、各區(qū)市面積的數(shù)據(jù)均從《2008青島統(tǒng)計(jì)年鑒》獲取。

從統(tǒng)計(jì)特征分析出發(fā)，選取均值和標(biāo)準(zhǔn)差作為指標(biāo)，將易損度分成4級(jí)(表4):極低值區(qū)(＜0.29)，高值區(qū)(0.29～0.62)，極高值區(qū)(0.62～0.95)，超高值區(qū)(＞0.95)。由表4可知，青島環(huán)灣地區(qū)承災(zāi)體易損度空間差異很大，市南區(qū)、市北區(qū)、四方區(qū)是人口密集、經(jīng)濟(jì)密集的地方，也是易損度較高的區(qū)域。李滄區(qū)、黃島區(qū)、城陽區(qū)、嶗山區(qū)、膠州市和膠南市易損度均遠(yuǎn)低于平均值。

3.4 暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度分析

利用氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度指標(biāo)加權(quán)綜合模型［7］，綜合考慮致災(zāi)因子的危險(xiǎn)度、孕災(zāi)環(huán)境的敏感性以及承災(zāi)體的暴露度三個(gè)方面在青島環(huán)膠州灣地區(qū)暴雨災(zāi)害的權(quán)重，獲得了如圖7所示的暴雨災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度空間分布。可知，青島環(huán)灣地區(qū)暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)在嶗山區(qū)、膠南市和市北區(qū)，這是暴雨災(zāi)害重點(diǎn)防御區(qū)。嶗山區(qū)風(fēng)險(xiǎn)度值高的主要原因是孕災(zāi)環(huán)境敏感度值高，該區(qū)的50～250 m高程指數(shù)、坡度指數(shù)和綜合河網(wǎng)密度指數(shù)都很高;暴雨引起的山洪、泥石流等災(zāi)害是該區(qū)防御的重點(diǎn)。膠南市則是因?yàn)椴煌燃?jí)暴雨概率高導(dǎo)致其致災(zāi)因子危險(xiǎn)度值最高，另外該市50～250 m高程的地形比重和河網(wǎng)密度值高導(dǎo)致其孕災(zāi)環(huán)境敏感度較高。市北區(qū)是由于其河網(wǎng)密度、人口密度和地均GDP這些因素值較高導(dǎo)致該區(qū)風(fēng)險(xiǎn)度高，其主要防御的是暴雨引起的洪澇災(zāi)害。膠州南部主要是因?yàn)楹泳W(wǎng)密集，其重點(diǎn)防御的也是暴雨引起的洪澇災(zāi)害。

圖7 青島環(huán)灣地區(qū)暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

4 結(jié)論

通過分析1971－2007年青島地區(qū)7個(gè)基本站氣候資料和1984－2007年的暴雨災(zāi)情普查資料，表明在青島地區(qū)北部的萊西和南部的膠南出現(xiàn)暴雨頻次最多;伴隨著快速城市化進(jìn)程，青島地區(qū)極端降水頻次增多。雖然膠州灣地區(qū)暴雨發(fā)生頻率較低，但過程降雨極值很大，易引發(fā)洪澇災(zāi)害，影響城市整體防洪。建議在未來在新增城市建設(shè)和舊城改造中，應(yīng)加強(qiáng)城市防洪設(shè)施和排水系統(tǒng)的建設(shè)，提高泄洪能力，保證城市排水系統(tǒng)在暴雨襲擊時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。暴雨風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析表明，青島環(huán)灣地區(qū)暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)在嶗山區(qū)、膠南市和市北區(qū)，這是暴雨災(zāi)害重點(diǎn)防御區(qū)。

表4 青島環(huán)灣地區(qū)承災(zāi)體易損度指數(shù)

［1］孫繼松．北京地區(qū)一次小雪天氣過程造成路面交通嚴(yán)重受阻的成因分析［J］．大氣科學(xué)，2003，27(6):1057－1067．

［2］赫曉菊．淺談城市氣象災(zāi)害［J］．青海氣象，2008(3):66－69．

［3］莫建飛，陸甲，李艷，等．基于GIS的廣西農(nóng)業(yè)暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］．災(zāi)害學(xué)，2012，27(1):38－43．

［4］于文金，閆永剛，呂海燕，等．基于GIS的太湖流域暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)定量化研究［J］．災(zāi)害學(xué)，2011，26(4):1－7．

［5］楊育強(qiáng)，馬艷，劉學(xué)忠，等．膠州灣氣象變化和城市規(guī)劃關(guān)系研究［R］．青島:青島市氣象局，2010．

［6］史培軍．三論災(zāi)害研究的理論與實(shí)踐［J］．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2002，11(3):1－9．

［7］張繼權(quán)，李寧．主要?dú)庀鬄?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理的數(shù)量化方法及其應(yīng)用［M］．北京:北京師范大學(xué)出版社，2007:20．

［8］尹明泉，譚俊齡，王治良，等．青島市嶗山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，33(2):96－99．

表11978－2007年青島日降水量大于200 mm的極端降水事件

Characteristics of Rainstorm and its Disaster Risk Assessment around the Region of Jiaozhou Bay

Ma Yan1，Huang Rong1，Yu Jinfu2，Wang Ying3，Dong Haiying1，Guo Lina1and Li Deping1
(1.Qingdao Meteorological Bureau，Qingdao 266003，China;2.Jimo Meteorological Bureau，
Jimo 266200，China;3.Nanjing University of Information Science＆Technology，Nanjing 210044，China)

Rainstorm characteristics，distribution characteristics of occurrence probability and recurrence interval in Qingdao are analyzed based on the climate data of 37 years(1971－2007)．Rainstorm is the main meteorological disaster in the process of developing and constructing the region．The rainstorm disaster risk is assessed by analyzing the survey data from 1984 to 2007.In general，the high risk regions are the districts of Lao Mountain，Shibei and the city of Jiaonan．

rainstorm;risk assessment;Jiaozhou Bay;Qingdao

P333.2

A

1000－811X(2012)04－0042－05

2012－04－17

2012－05－24

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2008AA09A404－2);中國氣象局城市氣象科學(xué)研究基金(UMRF200907);青島市科技局關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(10－4－1－11－h(huán)y)

馬艷(1970－)，女，寧夏銀川人，博士，研究員，主要研究方向?yàn)闅夂蚺c氣候變化．E-mail:qdyanma@163.com