湖南歷史風(fēng)雹災(zāi)害序列構(gòu)建及其變化特征*

郭凌曜，廖玉芳，李　晶 ，王　亞

(1.湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南 長沙 410118；2.氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410118；3.湖南省氣候中心，湖南 長沙 410118 ；4.湖南省氣象信息中心，湖南 長沙 410118)

大風(fēng)、冰雹(簡稱風(fēng)雹，下同)破壞性大，特別是極端性的大風(fēng)、冰雹天氣，一旦發(fā)生，往往造成重大的人員傷亡并對(duì)途經(jīng)之地造成摧毀性的破壞。如2015年6月1日“東方之星”客輪突遇強(qiáng)風(fēng)翻沉造成442人遇難，2016年6月23日江蘇阜寧龍卷風(fēng)冰雹造成99人死亡、846人受傷。因此，盡管大風(fēng)、冰雹影響范圍小、時(shí)間短，但仍屬于需要重點(diǎn)防御的災(zāi)害。在從災(zāi)害管理向風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變的當(dāng)今，其核心內(nèi)容是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，而歷史經(jīng)驗(yàn)、分析方法、知識(shí)和直覺則是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)，所以對(duì)歷史災(zāi)情信息進(jìn)行分析處理轉(zhuǎn)化成經(jīng)驗(yàn)和有用的知識(shí)可為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供技術(shù)支持。近年來已有學(xué)者根據(jù)地方志、檔案等有關(guān)災(zāi)害記錄進(jìn)行重建研究，如張向萍等[1]使用歷史方志資料，建立了長江三角洲地區(qū)1644-1949年歷史臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫；劉少軍等[2]利用海南省千年自然災(zāi)害資料史料集和中國氣象災(zāi)害海南卷對(duì)海南島984-1948年熱帶氣旋災(zāi)害的時(shí)空分布特征進(jìn)行研究；葉瑜等[3]利用方志、檔案對(duì)1883年長三角地區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害事件的過程、空間分布、災(zāi)情等方面進(jìn)行了重建與分析；潘威等[4]根據(jù)清代-民國歷史文獻(xiàn)，建立了1444-1911年江浙沿海受臺(tái)風(fēng)影響的天數(shù)序列；封志明等[5]對(duì)1949-2003年中國耕地資源數(shù)量變化進(jìn)行趨勢分析與數(shù)據(jù)重建。另外有些學(xué)者針對(duì)建國后的風(fēng)雹災(zāi)害分布特征進(jìn)行了分析[6-16]。 湖南自公元前886年就開始有關(guān)于大風(fēng)、冰雹災(zāi)害的記錄，《中國氣象災(zāi)害大典：湖南卷》已系統(tǒng)性地收錄入纂，但由于多為描述信息，難已用于開展變化規(guī)律究析。本文旨在對(duì)歷史大風(fēng)、冰雹災(zāi)害信息進(jìn)行數(shù)字化并構(gòu)建千年大風(fēng)、冰雹災(zāi)害數(shù)據(jù)序列，以此開展其變化規(guī)律的分析，為我省編制大風(fēng)、冰雹災(zāi)害防御規(guī)劃及風(fēng)雹災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)管理提供支撐信息，并為構(gòu)建湖南其他災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)序列提供示范。

1　資料來源及風(fēng)雹災(zāi)害序列構(gòu)建

1.1　資料來源

《中國氣象災(zāi)害大典：湖南卷》第五章第二節(jié)[17]編纂了公元前886年至公元1949年湖南所記載的大風(fēng)、冰雹災(zāi)害信息，記載時(shí)間為農(nóng)歷日期(在其后的分析中，非特別說明，公元前886年至公元1949年數(shù)據(jù)其月份均指農(nóng)歷)、地名為歷史名稱，這是本文歷史大風(fēng)、冰雹災(zāi)害數(shù)字化序列構(gòu)建的唯一資源來源。1981-2010年湖南省97個(gè)地面氣象觀測站逐日天氣現(xiàn)象記錄的大風(fēng)(瞬時(shí)風(fēng)速≥17m/s或目測估計(jì)風(fēng)力≥8級(jí))、冰雹(一堅(jiān)硬的球狀、錐狀或形狀不規(guī)則的固態(tài)降水，由多層透明和不透明相間的冰層包裹著一個(gè)不透明的雹核而成)是1981-2010年大風(fēng)、冰雹氣候值統(tǒng)計(jì)的主要資料來源，記錄時(shí)間為公歷。

1.2　區(qū)域劃分

湖南東、南、西三面環(huán)山，中部丘陵，北部平原、湖泊展布，為分析大風(fēng)、冰雹災(zāi)害的區(qū)域分布特征，按照中國氣象地理區(qū)劃國家標(biāo)準(zhǔn)[18]，將研究區(qū)劃分為5個(gè)子區(qū)域(圖1)。

圖1　湖南省區(qū)域劃分示意圖

1.3　風(fēng)雹災(zāi)害序列構(gòu)建

1.3.1 公元前886年至公元1949年風(fēng)雹災(zāi)害數(shù)字化與序列構(gòu)建

(1)大風(fēng)、冰雹災(zāi)害古今屬地轉(zhuǎn)換

公元前886年至公元1949年大風(fēng)、冰雹災(zāi)害所記載的地名為歷史地名，在歷經(jīng)多朝代的變換中行政區(qū)和地名也在變換中，要將其處理成高效有用的信息，將歷史地名轉(zhuǎn)換成現(xiàn)行政區(qū)劃下的地名是必需的。《中國氣象災(zāi)害大典：湖南卷》附錄五提供了湖南省古今縣級(jí)以上行政區(qū)劃沿革簡表[17]，在進(jìn)一步參考戴俊良等編寫的《中國古今地名大詞典》[19]、湖南省各市方志資料和網(wǎng)絡(luò)資料的基礎(chǔ)上，建立了用于本研究的古今行政區(qū)劃對(duì)照表(略)，對(duì)歷史大風(fēng)、冰雹災(zāi)害信息的地名進(jìn)行古今屬地轉(zhuǎn)換(只轉(zhuǎn)換到縣級(jí))。通過古今行政區(qū)劃對(duì)照表的轉(zhuǎn)換后，對(duì)仍不能確定的信息則采用如下處理方式：①災(zāi)情信息無法歸屬到縣，能歸屬到市(州)則歸屬到市(州)；②同一條災(zāi)害信息所記錄的行政區(qū)劃名，市和市所轄縣并列出現(xiàn)時(shí)，則將災(zāi)害信息分別歸屬到市所在城區(qū)和指定的縣；③同一條災(zāi)害信息所記錄的行政區(qū)跨現(xiàn)今兩縣市，而地名又分別出現(xiàn)在兩縣市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村，則將其災(zāi)害歸屬為鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在的縣；④對(duì)于所記錄的災(zāi)害發(fā)生地?zé)o法確認(rèn)現(xiàn)今歸屬地時(shí)，就按記錄的地名歸屬到縣。

(2)大風(fēng)、冰雹災(zāi)害信息的數(shù)字化與序列構(gòu)建

依據(jù)DB43/T234-2004湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)氣象災(zāi)害、術(shù)語和分級(jí)[20]、GB/T 27957-2011中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)冰雹等級(jí)[21]、GB/T 28591-2012中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力等級(jí)[22]、龍卷風(fēng)的分級(jí)劃分，國家特別重大、重大突發(fā)公共事件分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(試行)氣象災(zāi)害類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等建立大風(fēng)、冰雹災(zāi)害等級(jí)劃分表(表1、表2)，將公元前886年至公元1949年的大風(fēng)、冰雹災(zāi)情信息數(shù)字化(等級(jí))，并按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(時(shí)間、地點(diǎn)、災(zāi)害類別、災(zāi)害等級(jí))分縣、分月建立大風(fēng)、冰雹災(zāi)害等級(jí)數(shù)據(jù)序列和統(tǒng)計(jì)湖南省及五個(gè)區(qū)域的大風(fēng)、冰雹災(zāi)害等級(jí)數(shù)據(jù)序列，對(duì)于災(zāi)情信息未明確月份的歸屬到月份不詳類統(tǒng)計(jì)。

表1　大風(fēng)災(zāi)害等級(jí)劃分表

表2　冰雹災(zāi)害等級(jí)劃分表

1.3.21981-2010年大風(fēng)、冰雹日統(tǒng)計(jì)

某年某月某日某地面氣象觀測站天氣現(xiàn)象欄記錄有大風(fēng)或冰雹符號(hào)，則按一個(gè)大風(fēng)日或冰雹日統(tǒng)計(jì)，然后分別統(tǒng)計(jì)各縣市月、季、年1981-2010年這30年的平均值。

2　風(fēng)雹災(zāi)害的變化規(guī)律

2.1　時(shí)間變化特征

(1)年變化特征

公元前886年至公元1949年湖南省大風(fēng)災(zāi)害呈極顯著增加趨勢(通過0.01信度顯著性檢驗(yàn))，其增加速率為0.15次/10年(圖2a)，以1935年大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多(37次)，其次是1945年(32次)。期間存在明顯的高發(fā)時(shí)段，分別為707-1359、1518-1588、1647-1709、1804-1831、1846-1870、1929-1948年。大風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度以3級(jí)出現(xiàn)次數(shù)最多(占總大風(fēng)災(zāi)害次數(shù)的70.5%)，其次是1級(jí)(占15.4%)；4級(jí)雖然出現(xiàn)次數(shù)少(51次)，但高度集中，3年發(fā)生次數(shù)(1948年19次、1709年18次、1935年6次)占同級(jí)總次數(shù)的84.3%(圖2b)。

圖2　公元前886年至公元1949年湖南風(fēng)雹災(zāi)害年序列圖

公元前886年至公元1949年湖南省冰雹災(zāi)害呈極顯著增加趨勢(通過0.01信度顯著性檢驗(yàn))，其增加速率為0.13次/10年(圖2c)，以1914年冰雹災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多(26次)，其次是1855年(22次)。期間存在明顯的高發(fā)時(shí)段，分別為1643-1682、1754-1789、1810-1828、1854-1875、1914-1939年。冰雹災(zāi)害強(qiáng)度以1級(jí)出現(xiàn)次數(shù)最多(占總冰雹災(zāi)害次數(shù)的55.3%)，其次是2級(jí)(占24.0%)、3級(jí)(占21.5%)，4級(jí)出現(xiàn)1次(1945年)(圖2d)。

(2)年內(nèi)變化

公元前886年至公元1949年大風(fēng)災(zāi)害年內(nèi)變化特征顯著，3-5月發(fā)生頻次最高(占大風(fēng)災(zāi)害總次數(shù)的61.9%)，6-8月次之(占23.6%)，秋季發(fā)生比例最低。各月中(圖3a)，3月大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多(占總風(fēng)災(zāi)次數(shù)的37.4%)，4月次之(占16.5%)，11月、12月發(fā)生次數(shù)少(分別占0.5%、0.7%)；各月各區(qū)域歷史大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)均以3月最多，湘北地區(qū)在6、8月還分別顯現(xiàn)出第2、3峰(圖3b)。1981-2010年春季(3-5月)大風(fēng)發(fā)生比例最大(占總次數(shù)的47.9%)，夏季次之(6-8月占28.4%)，秋季最少；各月中，4月發(fā)生比例最大(20.7%)，5、3月次之(分別占14.2%、13.1%)(圖3a)。由此可看出，歷史大風(fēng)災(zāi)害年內(nèi)變化規(guī)律與1981-2010年月平均大風(fēng)日數(shù)的年內(nèi)變化規(guī)律相近，但峰值月比例差異較大(歷史峰值月占比遠(yuǎn)高于新的氣候狀況)；另外由于農(nóng)歷與公歷間的差異，1981-2010年的峰值較歷史上的峰值偏后1個(gè)月。

歷史大風(fēng)災(zāi)害的強(qiáng)度分布：1級(jí)出現(xiàn)次數(shù)以3月份最多，2級(jí)主要出現(xiàn)3、4月份(占同級(jí)總次數(shù)的65.1%)，3級(jí)主要出現(xiàn)3月份(占同級(jí)總級(jí)的43.0%)，4級(jí)主要出現(xiàn)在5月、8月(占同級(jí)總次數(shù)的74.5%)。

圖3　湖南省公元前886年至公元1949年月大風(fēng)災(zāi)害信息

公元前886年至公元1949年冰雹災(zāi)害年內(nèi)變化特征顯著，3-5月發(fā)生頻次最高(占總次數(shù)66.3%)，6-8月次之(占總數(shù)18.7%)。各月中(圖4a)，3月發(fā)生頻次最高(占38.4%)，4月次之(21.0%)，11月、12月發(fā)生頻次最少(均占0.1%)；各月各區(qū)域歷史冰雹災(zāi)害發(fā)生次數(shù)均以3月最多，另外，湘北、湘西北次峰出現(xiàn)在6月，其他區(qū)域均出現(xiàn)在7月(圖4b)。1981-2010年冰雹主要發(fā)生在2-4月(占年總?cè)諗?shù)的88.2%)，并以3月發(fā)生比例最大(43.0%)(圖4a)。由此可見，公元前886年至公元1949年冰雹災(zāi)害的年內(nèi)分布與1981-2010年冰雹日的年內(nèi)分布基本一致，只是2月份各自占的比例差異較大(可能由不同的統(tǒng)計(jì)方式所造成，前者用農(nóng)歷，后者用公歷)。

歷史冰雹災(zāi)害強(qiáng)度年內(nèi)分布(4c)：1級(jí)、2級(jí)發(fā)生比例以3月份最大；3級(jí)主要出現(xiàn)3、4月份，占同級(jí)總次數(shù)的50.7%；4級(jí)僅在4月出現(xiàn)1次。

2.2　空間分布特征

公元前886年至公元1949年湖南省大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)東部多于西部，北部多于南部。高發(fā)區(qū)位于洞庭湖區(qū)，總次數(shù)基本在20次以上；低發(fā)區(qū)位于湘西及湘東南地區(qū)，發(fā)生次數(shù)在10次以下(圖5a)。比較圖5a、圖5b，可以看出，歷史大風(fēng)災(zāi)害的空間分布特征與1981-2010年大風(fēng)日數(shù)的氣候分布特征基本一致，但歷史大風(fēng)災(zāi)害低發(fā)區(qū)范圍明顯大于1981-2010年大風(fēng)日數(shù)氣候值所呈現(xiàn)的低值范圍。

圖4　湖南省公元前886年至1949年月冰雹災(zāi)害信息

各級(jí)大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)(圖5c)均以湘北地區(qū)發(fā)生次數(shù)最多，湘西北地區(qū)最少，湘中出現(xiàn)3級(jí)的次數(shù)僅次于湘北。

冰雹災(zāi)害發(fā)生次數(shù)總體呈西南高東北低分布(圖6a)，高值區(qū)主要位于益陽、長沙地區(qū)，次高值位于湘西南地區(qū)，低值區(qū)位于岳陽及湘中以南的東部地區(qū)。與1981-2010年冰雹日數(shù)的空間分布特征(圖6b)比較呈現(xiàn)出較大差異，1981-2010年冰雹日數(shù)的高值區(qū)位于湘西北地區(qū)，湘東南地區(qū)為低值區(qū)。

各區(qū)域各級(jí)冰雹災(zāi)害發(fā)生次數(shù)(圖6c)，湘北地區(qū)發(fā)生1、2級(jí)災(zāi)害次數(shù)最多；湘東南發(fā)生3級(jí)災(zāi)害次數(shù)最多，并發(fā)生過一次4級(jí)冰雹災(zāi)害。同一區(qū)域中，湘北、湘中、湘東南地區(qū)1級(jí)出現(xiàn)次數(shù)最多，湘西南、湘西北3級(jí)最多。

3　主要結(jié)論與討論

(1)公元前886年至公元1949年湖南省大風(fēng)、冰雹災(zāi)害發(fā)生次數(shù)均呈極顯著增加趨勢，增幅速率分別是0.15/10年、0.13/10年。

(2)公元前886年至公元1949年大風(fēng)、冰雹災(zāi)害的年內(nèi)分布與1981-2010年大風(fēng)、冰雹日數(shù)氣候值的年內(nèi)分布基本相近。公元前886年至公元1949年湖南省大風(fēng)、冰雹災(zāi)害的年內(nèi)變化為雙峰型，3-5月發(fā)生頻次最高，6-8月次之。1981-2010年氣候值反應(yīng)出大風(fēng)日數(shù)也為雙峰型，3-5月、6-8月大風(fēng)日數(shù)分別占全年大風(fēng)日數(shù)的47.9%、28.4%；冰雹日數(shù)呈現(xiàn)為單峰型，2-4月冰雹日數(shù)占全年冰雹日數(shù)的88.2%，夏季冰雹發(fā)生比例降低，是否是氣候變暖導(dǎo)致夏季零度層高度增高所致還有待進(jìn)一步研究。

(3)公元前886年至公元1949年大風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度以3級(jí)出現(xiàn)次數(shù)最多，且以3月發(fā)生比例最大；4級(jí)主要出現(xiàn)在1948、1709、1935年(占同級(jí)總次數(shù)的84.3%)，并以5、8月發(fā)生比例最大。冰雹災(zāi)害強(qiáng)度以1級(jí)出現(xiàn)次數(shù)最多，發(fā)生在3月的比例最大；強(qiáng)度強(qiáng)的冰雹災(zāi)害(3、4級(jí))主要發(fā)生在3、4月。較嚴(yán)重的大風(fēng)、冰雹災(zāi)害主要發(fā)生在春季，說明為強(qiáng)對(duì)流天氣(高發(fā)季節(jié)在春季)所為，冷空氣大風(fēng)(冬季)導(dǎo)致的災(zāi)害級(jí)別較低。

圖5　湖南省大風(fēng)空間分布信息

圖6　湖南省冰雹空間分布信息

(4)大風(fēng)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)在洞庭湖區(qū)，冰雹災(zāi)害的多發(fā)區(qū)位于雪峰山區(qū)；同一區(qū)域中，各區(qū)域均以3級(jí)大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最高，冰雹災(zāi)害則湘北、湘中、湘東南地區(qū)發(fā)生1級(jí)次數(shù)最多，湘西南、湘西北發(fā)生3級(jí)次數(shù)最多。說明與湖南的地形條件密切相關(guān)，洞庭湖區(qū)、湘江河谷地帶多大風(fēng)災(zāi)害，而山區(qū)多冰雹災(zāi)害。

(5)本研究只比較了公元前886年至公元1949年與1981-2010年大風(fēng)、冰雹災(zāi)害的空間分布特征和年內(nèi)變化，未進(jìn)行強(qiáng)度上的比較，主要原因在于歷史災(zāi)害與現(xiàn)有觀測的記錄方式不一致，較難形成均一性序列。

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