影响海南岛台风的时空特征分析*

张丽杰，刘建成，朱慧云

(1.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044；2.南京信息工程大学 管理工程学院，江苏 南京 210044)

海南岛地处热带北缘，属热带季风气候，这里长夏无冬，温度适宜，降雨充沛，植被繁盛，有丰富的动植物、水产、药材资源。吸引了全国各地居民前往海南旅游，甚至定居。但是，海南也是热带气旋(Tropical Cyclone，TC)影响的主要省份。海南的灾情主要取决于热带气旋影响的程度[1]。在很多时候，气象灾害的损失在所难免，但是，通过掌握其发生、发展规律，将减少灾害损失。同时，有利于繁荣、发展当地经济。

海南岛由于其特殊的地理位置和TC造成的灾害影响程度，几百年前，人们就开始尝试总结台风(热带气旋)的相关特征[2]。随着气候变化、预报技术、防灾救灾理念的变化，从不同角度研究热带气旋影响，救灾方法等文献日益增多[3-4]。TC统计特征的研究也更加丰富，但研究人员不得不面对“灾害损失定量化描述”困难这一问题。2000年左右出版的各省《中国气象灾害大典》和2004年开始出版的《中国气象灾害年鉴》虽然清楚的描述了TC灾害过程，但是，不同TC影响要素的选取差异较大[5]。这使得研究人员分析历年TC灾害风险时，增加了主观要素选择带来的误差[6-7]。防汛指挥部或者救灾人员对此类研究结论并不完全认同，他们认为定性描述或许更能够直观反映灾害的真实情况[8]。

定性描述不可规避的缺陷是只适合小样本分析。有详细观测资料的TC数据已经积累了几十年，选择定量分析方法更能够了解台风对海南的影响情况，以及影响海南TC的时空特征。但是如果将有影响TC界定为登陆TC[9]，与真实灾害情况不符合。所以，本文使用TC潜在影响力指数方法(Tropical Cyclone Potential Impact，TCPI)[10]，确定对海南岛有影响的TC。然后研究这些TC的时空分布特征。研究结论有利于分析气候变化对热带气旋的影响[11]，同时也便于构建更具针对性的起源潜能指数(The genesis potential index，GPI)[12]，同时，也可用于TC风险评估。

1 数据来源和TC潜在影响力指数

本文使用的数据来自于中国气象局上海台风研究所提供的“西北太平洋热带气旋最佳路径”数据集[13]，选取1971-2010年间，40年的TC数据。这期间的数据由于有卫星资料的支持，TC位置、强度数据更加准确。研究的参考价值更大。且40年的统计规律具有一般的统计意义。1971-2010年间西北太平洋共生成1 242个热带气旋，其中对海南有影响的TC共280个。这280个热带气旋的确定方法使用的是TCPI方法。

TCPI方法的优点在于：①部分解决了承灾体变化迅速的问题。在1960年代，我国是农业社会，损失主要为林木、农作物、民房、人员伤亡等。例如，1963年，6311号台风登陆文昌，海南省房屋倒塌7万多间，损坏8万多间，14万人受到灾害影响，39人死亡。当时，海南约335万人，然而，2016年，海南常住人口约902万人，年接待过夜人数达3 475万人，承灾体变化非常迅速。②部分解决了致灾因子的确定问题。海南岛是承灾体，TC是致灾因子。如果借鉴前人的做法，将距离海南岛海岸线5个经纬度以内的TC确定为有影响TC，可能增加误差。因为大多数中国南海生成的TC，在靠近海南岛海岸时，可能达不到台风或超强台风的级别，灾害影响范围可能达不到5个经纬度。将有灾情的TC作为有影响TC[14]，会忽略社会经济变化。直接将登陆热带气旋作为有影响TC[9]，会忽略没有登陆热带气旋的影响。为了统计1971-2010年间对海南有影响TC的特征，这里选择TCPI方法进行研究。

TCPI方法的基本原理是测算某一具体位置(点)可能受到热带气旋的影响程度，然后累积众多点的影响值测算TC影响力，或者某一地区的影响程度，某一年的影响程度。首先，将某一区域按照经纬度划分成若干个点，点间的距离可以根据实际需要自行设定。某一点受到热带气旋的影响程度主要与两个因素有关：该点距离TC中心的距离和TC的强度。该指数已被证明与灾害损失有关[15]，可以作为热带气旋灾害客观影响标尺，用于比较不同年份热带气旋的影响力差异。

单个TC过程的TCPI指数定义公式[10]为：

(1)

式中：i=1,…,N，表示该次TC过程对某地区影响的次数(以每6 h作一次统计)，j=1,…,M，表示TC的影响区域，在不同区域，TC的影响强度存在差别，以系数a为权重； 为该次平均的TC中心附近最大平均风速;b表示某地区受TC影响的面积权重，若该地区完全在某TC影响区域内，则b为1,若部分在，则依影响范围，b取值在0～1，若不在，则b取值为0。根据前人的做法，这里将海南岛每隔0.1°建立一个标记点，共291个点，一次TC过程的影响程度用其对标记点影响力的累加值表示，具体计算方法参见文献[10]。每个点将每次TC过程的影响力进行累加，即为1971-2010年间TC的影响力(图1)。

海南岛的东海岸受热带气旋影响更加严重，所以，TCPI值也较高，西海岸受影响较小，TCPI值也较低。

图1 海南岛TC潜在影响力

2 影响海南岛TC的生成源地分析

1971-2010年间，影响海南岛的热带气旋均生成于24.5°N已南区域(图2)。大部分生成于洋面，少部分生成于路面。165°E以东生成的TC对海南岛基本没有影响。中国南海10°N以北生成的热带气旋对海南岛影响较大，以南生成的热带气旋对海南岛基本没有影响，大部分有影响TC生成于15°N附近或偏北。西北太平洋生成的有影响TC位置更加偏南，大部分位于15°N以南，最南达到3.5°(表1)。

图2 影响海南TC生成源地分布特征

中国南海虽然生成了很多有影响TC，但高影响TC(TCPI排名前20%)占比不高。120°E以西区域共生成有影响TC 116个，其中高影响TC 17个，占比低于平均值。西北太平洋生成的高影响TC占比更大，呈现带状分布(图2)。

并不是所有热带气旋均会给海南岛造成灾害影响。殷洁等[6]在进行中国台风灾害综合风险区划时，搜集了1954-2008年间的灾情数据，共174次台风灾害，平均每年3次多。在这些灾害中，有些灾情较小，损失相当于一场暴雨灾害，有些较大，会影响到数百万人的生命、财产安全。

表1 高影响TC和有影响TC的分布特征

图3 生成于不同月份有影响TC的数量和平均TCPI

图4 不同年代不同月份影响海南岛TC数量

海南岛地处我国南部，影响浙江、山东的一些热带气旋大多数时候不会影响海南岛。统计《中国气象灾害大典-海南卷》发现，1949-1993年，海南台风灾情记录共72条，其中49条记录中有因灾死亡人数记录(包括渔民)。所以，这里选择的高影响TC共56个，大体涵盖可能对海南造成较大灾害影响的TC，且高影响TC的累计TCPI占比达42%。高影响TC的经纬度全距小于有影响TC，说明高影响TC分布更加集中(见表1)。

3 影响海南岛热带气旋的年代际特征

气候变化对全球的影响极为复杂，冰期和间冰期的周期达到10万年左右，在间冰期中的冷期有时也达到几百年，例如，明末清初的小冰河时期[16]。所以，以人类几十年的详细气象资料信息，很难准确预测出未来气候变化对灾害的影响。气候的长周期变化与太阳活动水平相关[17]。气候变化的最主要原因是太阳活动[18]。2017年9月，太阳爆发有史以来最耀眼的耀斑，根据太阳活动周期相关理论，未来10年太阳活动水平将有可能降低。1971-2010年间是气候逐渐变暖的40年。未来10年气候有可能变冷，影响海南TC数量和影响程度将发生何种变化，下面将进行分析。

随着气候逐渐变暖，TC生成位置会北抬[19]，2001-2010年间较1971-1980年间有影响TC减少了37个(表2)，但平均TCPI并没有明显减少，高影响TC占比也没有发生显著变化。

表2 不同年代有影响TC生成数量与平均TCPI

影响海南的TC大部分生成于6-10月份(见图1)，2、3月没有影响记录，其它月份均有不同数量的TC影响海南。平均而言，9月份TC的影响力更大，4月和8月次之。

不同年代有影响TC生成月份存在较大差异。1971-1980年间，有影响的TC生成于1、4-12月份。其中1月份生成的有影响TC在所研究的40年间是唯一的。其它年代的有影响TC数量均少于1970年代，且有向7-9月集中的趋势(图4)。这种集中的趋势对当前防灾、减灾是好事，但不利于长期的灾害风险防范。海南外来人口较多，且有较多人的居住年限较短。在这种情况下，台风灾害风险感知和应对能力可能不如当地居民。如果未来气候变冷，影响海南岛的TC数量增加，影响力增大，可能会造成更大的灾害损失。

4 结论

台风是影响海南的重要灾害，在《中国气象灾害大典-海南卷》中，几乎每次台风灾害均伴有暴雨，1949-1993年间，由热带气旋引发的洪涝灾害共有11次。1988年以后，水产养殖损失记录开始增加，与此同时，输电线路、水利设施的损失也同步增加，房屋倒塌数量减少。热带气旋造成的损失与热带气旋的强度具有重要关系，也与社会防灾水平有重要关系。如果未来十年，太阳活动水平降低，气候变冷，影响海南岛的热带气旋将可能增加，分布的月份可能更广。海南应采取更多的创新措施，保障居民和游客的安全。本文通过分析影响海南岛的热带气旋发现：

(1)有影响热带气旋生成位置呈现带状分布，有影响TC生成于24.5°N以南的区域。高影响TC的分布更加集中。

(2)1971-2010年间，全球温度由低到高的过程，也是影响海南岛TC由多变少的过程。需要警惕2017年以后，全球可能变冷，影响海南的TC可能增加。

(3)1970年代，影响海南的TC生成月份更加分散，有1月份热带洗选影响海南的记录，未来需要采取措施，防范春节前后热带气旋的影响，减少台风灾害对海南可能造成的损失。