海口市与文昌市热带风暴潮灾害影响区划分析

彭 超

(福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007)

风暴潮是一种灾害性的自然现象，是由热带气旋、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象，或称“风暴增水”[1]。在海南，风暴潮主要指由台风或热带气旋引起的风暴增水现象。风暴潮会使受到影响的海区的潮位大大超过正常值。如果风暴潮与影响海区涨潮恰好重叠，就会使水位暴涨，导致海水涌进内陆，造成巨大破坏。台风风暴潮，多发生在夏季和秋季，具有来势猛、速度快、破坏力强等特点。凡是有台风影响的海洋国家，在沿海地区都会有台风风暴潮发生。20世纪20年代开始就有台风风暴潮的研究，一开始只是了解其现象、发生过程和成因的初步探索，随着雷达卫星的技术的发展，50年代后，有了风暴潮的数值预报，人们对台风风暴潮的了解变得更加深入。国外早期试图通过二维流体动力学基本方程的积分方法制作风暴潮数值模型[2]，虽然效果不佳，但是为以后的研究奠定了基础。W.hansen首次应用电子计算机对北海的一次台风风暴潮进行了数字计算，并获得成功。Jelesnianski在20世纪60、70年代建立了SPLASH模式，成为当时美国台风风暴潮的业务预报模式。20世纪80年代初，有人改进了SPLASH模式，研发了SLOSH数值模式，成为当时美国最新一代的有关台风风暴潮的预报模式。进入20世纪90年代后，有关台风风暴潮的三维数值模型也有了更进一步的研究。

我国台风风暴潮研究始于20世纪70年代。1974年召开第一次台风风暴潮预报的经验交流会在厦门，之后，风暴潮研究的理论体系在我国建立。1979-1989年，王喜年、孙文心、吴培木等人先后对我国风暴潮数值模拟做了进一步的研究。此后，孙文心提出的流速分解法[3]，提高了预报精度和计算速度；为了更大的提高计算速度，孙文心、魏更生又提出了交序法；王喜年等人建立的台风风暴潮模式覆盖整个中国沿海海域。20世纪90年代，上海市防汛信息中心由于中美合作引入了美国的SPLASH模式。中国科学院海洋研究所和中国海洋大学分别完成了“风暴潮数值预报方法研究”和“风暴潮数值预报(A、B)”专项课题的研究，国家海洋预报中心建立了渤海的温带风暴潮数值预报模式和东海风暴潮同化预报模式。进入21世纪，我国11个省市和自治区已经覆盖风暴潮有关研究，区域性海洋预报网相继在渤海、东海和南海建立。

由温室效应带来的全球气候变暖和海平面上升，导致海南沿海地区强热带气旋活动增加，尤其是海口和文昌市台风风暴潮等极端天气事件具有显著增强趋势。海口和文昌市沿海地区又是人口密集和经济较发达的地区，同时也是受灾害影响脆弱的地区，由台风风暴潮灾害带来的经济损失进一步加大，灾害发生次数频繁，风险增大。对海口与文昌市沿海地区进行台风风暴潮灾害影响区划研究，可在灾害发生前了解什么时间、什么地点会受风暴潮灾害影响及影响程度如何等问题。在此基础上开展防灾减灾等工作，可有效降低灾害带来的损失和影响。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

海口市位于19°32′N～20°05′N，110°10′E～111°41′E间，地处海南省的北部，隔琼州海峡与广东省相望。与海口市接壤的地区有文昌市、定安县和澄迈县。海口市处于热带地区的北部，属于热带海洋气候。全年日照时间长，降水量较大。该市地势为长心形，中部被南渡江穿过，北部多为沿海平原，东部和南部为台地，西部为岩溶台地区，整体地势较平缓，绝大部分地区海拔在100 m以下。海口市现有陆地面积2304.84 km2，海域面积830 km2，海岸线长达131 km。海口市分为美兰区、琼山区、秀英区、龙华区4个区，其中沿海的镇有长流镇、西秀镇、海秀镇、城西镇、府城镇、灵山镇、演丰镇。

文昌市位于19°21′N～20°01′N，110°28′E～111°03′E间，地处海南省东北部，南面为南海。文昌市属于赤道以北，北回归线以南，属于热带海洋季风气候，日照充足，降雨量多但分布不均。地势从西南向东北倾斜，西南部地势起伏不平，东北部地势低平，海域面积2347.98 km2，海岸线长达206.7 km，海岸线上分布有多个港湾，如铺前港、清澜港、东寨港、木兰港等。文昌市分为东路镇、东郊镇、东阁镇、会文镇、公坡镇、冯坡镇、抱罗镇、文城镇、文教镇、昌洒镇、潭牛镇、翁田镇、蓬莱镇、重兴镇、铺前镇、锦山镇和龙楼镇17个镇，其中沿海的镇有铺前镇、锦山镇、翁田镇、昌洒镇、文教镇、会文镇、冯坡镇、东郊镇、龙楼镇、文城镇。

风暴潮的发生与当地的地形地势、台风路径和速度、增水情况、最高潮位等因素关系密切。海南省位于中国最南端，孤悬海外，台风引发的风暴潮增水现象频繁。据统计，大于30 cm的风暴增水现象平均每年有3.8场，大于100 cm的风暴增水现象平均每两年有1场[4]。1948年发生的台风引起的风暴增水严重，最高潮位已接近3 m，给人们带来巨大的灾害。2014年的台风“海鸥”引起的风暴潮最高潮位已超过历史记录，达到4.17 m，超警戒潮位1.27 m。由此看来，加强台风风暴潮的预警和防范对海南的发展尤为重要。由于海南岛东北部地势平缓，多平原和台地，再加上海南热带气旋的影响，海口和文昌市容易受风暴潮的影响。风暴潮增水程度过大易形成灾害，而海口和文昌人口密度较大，社会经济状况较好，更使风暴潮灾害的严重性加强。

1.2 研究方法

风暴潮主要是由大风和天文大潮高潮位引起的，同时还受当地的地形地势、海岸线长度、自然环境等因素的影响。海南是热带气旋多发区，极易受大风影响，从而产生风暴潮。目前对风暴潮灾害的预报，主要是通过测量增水水位的变化，以及根据预测的最高潮位与当地警戒潮位对比来判断，当最高潮位超出警戒潮位时，便认为已经形成风暴潮灾害，如果未超出当地警戒潮位，理论上认为不形成风暴潮灾害。风暴潮灾害的强弱则根据超出警戒潮位的多少及对当地的损害程度等进行分级。

本文以海口和文昌市为研究区，根据形成风暴潮的影响因素来确定指标，搜集指标数据，将指标数据归类分级。运用GIS软件将研究区的不同敏感程度进行分区，即对海口和文昌市台风风暴潮影响程度进行分级，以揭示台风风暴潮对海口与文昌市不同地区带来的影响大小，为因地制宜建立预防风暴潮灾害体系提供依据，并对如何减灾防灾提出合理的建议。

2 结果分析

2.1 灾害强度大小和增水水位变化

风暴潮增水现象是指由于风的作用，海面受到切应力或者风对波浪的背压力导致水体流动，使水体由背风岸移向迎风岸，迎风岸水位上升，即产生了增水现象，根据风暴潮增水水位的变化来划分风暴潮的强弱。风暴潮能否成灾既要看风暴潮的灾害危险性[5](如风暴潮强度、增水水位、超警戒潮位等)，还要看承灾体的脆弱性(如地形地势、海岸线长度、人口密度、人均GDP等)和防灾减灾能力(如应急救助点个数、救灾物资储备量、自救知识普及度等)。

对2005-2014年间海南东北部因发生台风引起海口和文昌市的增水现象进行统计(表1)。

2005年台风发生比较频繁，有0508号强热带风暴“天鹰”、0516号热带风暴“韦森特”、0518号台风“达维”和0521号台风“启德”[6]。其中，“天鹰”从海南岛中部登陆，海南沿海地区受灾严重，造成海南岛经济损失0.27亿元，13万人口受到灾害影响。“天鹰”对海口和文昌引起的增水现象主要是：秀英站最大增水53 cm，清澜站最大增水达71 cm，但两站最高潮位均未超过当地警戒水位。“韦森特”虽然没有登陆海南岛，但由于环流结构的特殊性，海南岛也受到了很大影响，引起了各站不同程度的增水现象。台风“韦森特”造成海南经济损失9369万元，同时导致9人失踪，2人死亡。秀英站出现最大增水53 cm，清澜站出现最大增水71 cm，当日最高潮达203.5 cm，已经超过当地警戒潮位5 cm。“达维”是2005年最严重的一次台风灾害，造成海南省经济损失116.47亿元，600多万人受灾，损失严重。秀英站最大增水126 cm，最高潮位245 cm，超过当地警戒潮位52 cm；清澜站最大增水152 cm，最高潮位274 cm，超过当地警戒潮位75.5 cm。“启德”对海南的影响较小，秀英站最大增水35 cm，清澜站最大增水只有27 cm，两站均未超过当地警戒潮位。

2011年发生了两次台风，即1117号“纳沙”台风和1119号“尼格”台风[7]。台风“纳沙”造成海南经济损失17.28亿元，使秀英站最大增水达196 cm，达到最高潮位342 cm，超过当地警戒潮位52 cm；清澜站增水最大值98 cm，最高潮位241 cm，超过当地警戒潮位1 cm。台风“尼格”导致海南12个市县受灾，造成海南经济损失达2.65亿元，使秀英站最大增水达88 cm，最高潮位332 cm，已超过当地警戒潮位；清澜站最大增水90 cm，最高潮位234 cm，接近当地警戒潮位。

2014年发生的1409号台风“威马逊”和1415号台风“海鸥”也引起了风暴潮。台风“威马逊”三次登陆我国陆地，导致海南经济损失119.5亿元[8]，300多万人受灾。其中引起秀英站最大增水水位为215 cm，最大高潮位343 cm，超当地警戒潮位53 cm；清澜站最大增水水位100 cm，最大高潮位为192 cm，未超出当地警戒潮位。台风“海鸥”造成海南近300万人受灾，经济损失达57.874亿元。由于它和天文潮叠加，创海口市1948年以来最高潮水位，“海鸥”产生的最大增水为205 cm，当时的天文潮为232 cm，两者相遇引起的最大高潮位437 cm，超出当地警戒水位147 cm。

表1 海口和文昌市增水水位变化及超警戒潮位值 (单位：cm)

2.2 根据增水水位变化的风暴潮等级划分

表2是对海口湾风暴潮增水情况和最高天文潮位进行统计的结果，得到的可能存在的最大风暴潮情况。

表2 海口湾风暴潮不同条件的水位情况 (单位：m)

注：数据来自参考文献[9]。

由表2可以看出，50年一遇的极值高水位是3.33 m，极值风暴潮和最高天文潮位叠加的组合高潮位可达4.15 m，100年一遇的极值高水位是3.60 m，其组合高潮位为4.44 m，1000年一遇组合高潮位为5.37 m。

根据海口和文昌市风暴潮最大增水水位的统计，以及当最大增水水位与最高天文潮位重叠时存在的潜在风险的预测，将风暴潮灾害带来的影响进行分级，得表3。

表3 风暴潮等级

由表3可知，当风暴潮增水时研究区海拔越低的地区越容易受到灾害的影响。

2.3 根据受灾情况的风暴潮等级划分

对海南省受风暴潮影响的情况进行统计，按照受灾情况的严重性和超警戒水位值对风暴潮灾进行等级划分，如表4[10]。

参考灾情和超警戒水位对风暴潮灾进行等级划分，可以从一定程度上反映风暴潮的大小，以及受灾地区的人口和社会经济状况。

2.4 地形地势分析

海南岛地势呈中间高四周低[11]，中南部的五指山为海南最高峰，北部多是100 m以下的台地。

表4 风暴潮灾等级划分

注：数据来自参考文献[10]。

全岛平原和台地的面积占总面积的1/3。海岸线长度为1822.8 km。

海南省东北部的海口和文昌市地形平缓，绝大部分是台地和平原。海口市中部被南渡江穿过，北部多为沿海平原，东部和南部为台地，西部为岩溶台地区，海域面积830 km2，海岸线长131 km。文昌市地势用西南向东北倾斜，西南部地势起伏不平，东北部地势低平，海域面积2347.98 km2，海岸线长206.7 km。

海南东北部风暴潮的形成与该地区的地形地势关系密切。首先，海南东北部海岸线较长，海滩平缓，海浪可直达海湾顶部，不易向四周扩散。其次，在海南平均每年有2～3个热带气旋出现，热带气旋带来的强风或气压骤变等天气现象，使海水水位变化异常，若恰逢农历初一或十五的天文大潮与大风相遇，便产生了具有破坏性的风暴潮。

2.5 海南省人口与社会经济状况

随着海南省的迅速发展，海南省的人口逐渐增多，经济发展加快，尤其是沿海地区的发展更加迅速。而风暴潮灾害的严重性与受灾地区的人口密度、社会经济状况密切相关。因此，可根据海口和文昌市沿海地区的人口和社会经济状况展开调查研究，针对该指标对风暴潮灾害的影响进行敏感程度分级。

根据《海南乡镇统计年鉴2011》《海口统计年鉴2012》《文昌市统计年鉴2011》等对海口和文昌市沿海地区的人口和社会经济状况进行研究，统计结果如表5。

由表5可以看出，海口市沿海地区人口较文昌市沿海地区人口多，尤其是海口市区人口密度达13093人/km2，其次是府城镇人口密度达3951.333人/km2，海秀镇人口密度为2850.102 人/km2，城西镇人口密度为1948.543人/km2。文昌市的铺前镇、锦山镇、龙楼镇、文城镇和会文镇人口密度也较大。

表5 海口和文昌市沿海地区人口情况

根据统计年鉴中经济的调查，对海口和文昌市沿海地区的经济情况进行统计分析，如表6。

由表6可以看出，海口中部地区社会经济状况较好，如海口市区地均GDP达1797.8万元/km2，海秀镇地均GDP达1104.1万元/km2，府城镇地均GDP达1530万元/km2，三江镇地均GDP达1020万元/km2，文昌市的铺前镇、文教镇、东郊镇、文城镇和会文镇，即文昌市的北部和南部，地均GDP较高，社会经济状况较好。

人口密度越大、社会经济发展越快的地区，因风暴潮带来的灾害越严重。因此，根据上述统计的海口和文昌市沿海地区人口密度和社会经济状况，对研究区受灾敏感程度进行划分，如表7。

3 研究区风暴灾害影响区划模型

3.1 根据增水水位及高程建立区划模型

根据台风引起的风暴潮增水情况以及海口和文昌市的高程情况，利用GIS软件对海口和文昌市沿海地区风暴潮灾害敏感性分区。研究区敏感程度分级结果为：海口市沿海地区尤其是海口市区、海口港、灵山镇北部、演丰镇北部、三江镇中北部、罗豆农场、铺前镇沿海地区、东郊镇、文城镇和会文镇沿海地区等均属于灾害影响较敏感地区。

表6 海口和文昌市各沿海地区经济情况

表7 不同敏感程度分级

3.2 根据人口和社会经济状况建立区划模型

以人口密度和地均GDP的统计数据为依据，利用GIS软件对海口和文昌市沿海地区受风暴潮灾害的敏感程度进行分级。海口地区人口密度大，社会经济状况良好，尤其是海口市区及其附近地区。同时，文昌北部和南部人口密度较大，社会经济状况较好。灾害影响程度与当地人口密度和社会经济状况呈正相关，因此，海口市区、府城镇、演丰镇、三江镇,以及文昌市的铺前镇、锦山镇、东阁镇、文教镇、会文镇易受风暴潮灾害的影响，敏感程度较高。

4 结论与建议

4.1 海口和文昌市热带风暴潮灾害影响区划总结

本文主要是针对增水水位变化、地形地势状况、人口和社会经济状况对海口和文昌市沿海地区的风暴潮灾害影响进行区划。

根据历年台风引起的风暴潮增水情况，分析当叠加最大天文潮时带来的潜在风险，结合研究区高程情况对当地敏感程度进行分级。该区划模型主要考虑自然因素，将海口和文昌市沿海地区分为5个区。极敏感区主要分布在港湾地区，敏感程度大致是从沿海向内陆逐渐减小。该区划模型显示，港湾地区最易受到风暴潮灾害的影响。

对海口和文昌市沿海各城镇的人口和社会经济状况进行调查和数据搜集，计算出各镇人口密度和地均GDP。结合人口密度和地均GDP两个因素对研究区进行敏感程度分级。该区划模型主要考虑社会因素，将海口和文昌市沿海地区分为5个区。其中海口市由于是省会城市，其人口密度大，社会经济状况普遍较好，所以由风暴潮带来的损失会更严重。文昌市的北部和南部是较敏感地区，人口敏度较大，社会经济状况较好。

结合两种不同区划模型分析风暴潮灾害的影响，可以发现，港湾地区易受风暴潮灾害影响，同时，港湾地区的经济状况较好，人口较多，该情况加重了港湾地区受风暴潮灾害影响的敏感程度。故因地制宜提出防潮减灾的措施，建立预防风暴潮灾害体系至关重要。

4.2 应对策略与建议

由于台风引起的风暴潮增水现象给海南省带来了严重的损失，因此应采取积极的防范应对策略。首先，气象台根据台风可能产生的影响及时向社会发布台风预警信号，同时对增水状况进行预测，预报增水可能产生的潜在风险[12]。其次，在设计城市的公共设施及建筑等时应考虑风暴潮灾害的影响。海南沿海地区经济发达，尤其是港湾地区渔业发达，应重视对港湾地区的防潮减灾工作，加强对港湾地区的保护措施。及时清理排水管道，保持排水畅通[13]。再次，相关部门应向人民大力宣传防潮减灾知识，对人民进行抢救知识教育，全面提高应急能力。同时做好应急准备，设置多个应急救助点，保障应急物资储备量。最后，当地民众应自觉接受防灾教育，了解风暴潮灾害的基本知识，理智应对风暴潮灾害带来的影响，灾害来临时，听从有关部门的安排，共同抵御风暴潮灾害。