湛江地区灾害性大风的时空分布特征及其影响因素

李德琳 陈俏君 陈志强 高昕琳 黄嫒嫒 林靖岚 刘思羽 朱鹏程

摘要 湛江地處中国大陆最南端，三面环海，常遭受灾害性大风的侵扰。本文利用2005—2018年地面气象观测站的风场资料、中国气象局热带气旋最佳路径数据与基础地理信息数据，详细考察了湛江地区灾害性大风日数和极大风速的变化规律与分布特征，深入研究了地形和热带气旋登陆对大风灾害时空分布的影响。结果表明：（1）湛江地区灾害性大风主要集中于夏秋季，极大风速在夏秋季达到最大，灾害性大风日数呈现缓慢的下降趋势，极大风速呈平缓的上升趋势;（2）湛江大风日数与极大风速的空间分布具有南高北低的特征，相比其他地区，雷州市更易遭受高强度的大风侵害;（3）湛江南部和北部地势较高且地形粗糙、中部平坦开阔且海拔较低，这在一定程度上使得雷州市至东海岛一带成为大风灾害的高发区;（4）在季节变化上，热带气旋登陆对夏秋季湛江大风灾害具有直接影响;在年际变化上，热带气旋登陆时中心最大风速是影响湛江极大风速的重要因素。

关键词 灾害性大风;湛江;热带气旋;地形

中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）08–0088–09

Temporal-spatial Distrib-ution Characteristics of Disastrous Gale in Zh-anjiang Area and Its Influencing Factors

LI De-lin et al（College of Ocean and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Guagnzhou 524088）

Abstract Zhanjiang is located in the southernmost part of the Chinese mainland， surrounded by seas on three sides， often affected by disastrous gales. In this paper， based on the wind field data of surface meteorological observation stations from 2005 to 2018， the best track dataset for tropical cyclones of China Meteorological Administration， and basic geographic information data， we investigate the variation and distribution characteristics of disastrous gale days and extreme wind speed in Zhanjiang area in detail， and further explore the influence of topography and landing tropical cyclones on the temporal-spatial distribution of gale disasters. The results show that：（1）The disastrous gale in Zhanjiang area mainly concentrates in summer-autumn and its extreme wind speed reaches the maximum at this time. The number of disastrous gale days decreases slowly while the extreme wind speed shows a gentle upward trend; （2）The spatial distribution of disastrous gale days and extreme wind speed are generally high in the south and low in the north. It is worth noting that Leizhou is more vulnerable to high-intensity gale disasters than other areas; （3）The southern and northern parts of Zhanjiang have high and rough topography， flat and open central part with low altitude， which make the belt from Leizhou to Donghai Island become a high-incidence area of gale disasters to some extent; （4） In the seasonal variation， tropical cyclones landing has a direct impact on the summer and autumn gale disasters in Zhanjiang. In terms of the interannual variation， the maximum central wind speed at the landing time of tropical cyclones is an important factor affecting the Zhanjiang extreme wind speed.

Key words Disastrous gale; Zhanjiang; Tropical cyclone; Topography

灾害性大风，是指风力大到足以危害人类的生产活动、经济建设和日常生活的一种气象灾害。由于它具有突发性、局地性和强破坏性等特点，往往会在短时间内对人民生命财产安全、工农业生产和社会经济发展造成严重威胁。湛江市地处中国大陆最南端，位于粤桂琼三省交汇处，三面环海，水汽来源丰富，风能资源充足，不仅频繁受热带气旋登陆带来的大风天气的强烈侵扰，而且汛期强对流天气系统中常诱发的雷雨大风也会导致出现灾害。据广东省灾情记录，2012年4月18日湛江市区、廉江市、吴川市、遂溪县等地出现短时强降水并伴有局地8级以上的短时大风，此次雷雨大风天气导致1.5万人口受灾，全市农作物受灾面积达5 560 hm2，直接经济损失4 880万元。2014年7月18日，超强台风“威马逊”在湛江徐闻县龙塘镇沿海登陆，登陆时中心最大风力达到17级（60 m/s），是湛江历史上遭受风力最强的台风，剧烈的大风和暴雨对湛江及周边地区造成了极其惨重的损失，在其登陆的2天之内，已导致湛江、茂名、阳江、云浮4个城市258.89万人口受灾，约2.87万 hm2农作物受灾，7 845间房屋倒塌，直接经济损失高达127.22亿元。因此，研究湛江地区灾害性大风的变化规律与空间分布特征，深入探讨影响大风灾害时空分布的因素，对提高大风天气的预报能力以及制定相应的防御减灾措施具有重要意义。

近年来，随着全球气候变暖，极端天气事件频发，导致大风灾害愈发严重。目前，我国针对区域性灾害性大风的研究愈发多，通常关注于大风灾害的时空特征、风险区划与个例分析等[1-8]方面。在大风灾害的时空特征方面，俞海洋等[9]结合大风数据与灾情普查资料，从致灾、成灾两个角度入手，分析了河北省大风灾害的时空分布及成灾特征;纪玲玲等[10]利用吉林省2005—2018年极大风速和最大风速数据，采用阵风系数方法对1971—2004年的极大风速进行拟合估算得出极大风速序列，进而采用统计方法分析极大风速的时空变化特征及其与气候变暖的关系;Wang等[11]揭示了1960—2011年塔里木河流域生长季节月大风日数的变化规律，并探讨了大风日数变化对特色林果业的影响。在大风灾害风险区划方面，彭晓丹[12]利用广州市国家站和自动站的观测资料，分析广州地区雷雨大风的时空变化特征，采用层次分析法对各影响因子进行权重划分，运用GIS对各区的雷雨大风灾害风险进行了综合区划。在个例分析方面，竹利等[13]采用探空及雷达资料、Himawari-8气象卫星云图和地面加密观测资料，以四川北部2016年6月一次造成大风灾害的飑线过程为例，重点分析其成熟阶段产生地面灾害性大风的落区特征，进一步探讨了飑线大风落区与其系统后部入流急流的关系。

尽管国内外学者对区域性大风灾害已有不少研究，但目前针对湛江地区大风灾害的研究仍然缺乏。考虑湛江地区频繁遭受大风灾害的侵扰，因此，有必要对湛江地区灾害性大风的时空分布特征及其影响因子展开系统研究。基于近20年湛江及周边地区地面气象观测站点的风场资料，详细分析湛江地区灾害性大风发生日数和极大风速的时空分布特征。并在此基础上，利用西北太平洋热带气旋资料与基础地理信息数据，深入研究热带气旋登陆与地形两个因素对湛江地区大风灾害的发生和分布的影响[14-15]。

1 数据说明与灾害性大风标准

1.1 数据说明

气象观测站点资料：中国气象局国家气象信息中心提供的地面气象观测资料，包括日平均风速、日最大风速和日极大风速等要素。共获取了湛江及周边地区40个气象站点2000—2018年的逐日风场资料，根据湛江地区地面气象观测站点的分布情况（图1），同时考虑数据的连续性和完整性，选取了2005—2018年湛江及周边地区（109°E～112°E，20°N～23°N）具有代表性的18个站点，分别为灵山站、玉林站、信宜站、罗定站、阳春站、北海站、涠洲岛站、遂溪站、高州站、廉江站、化州站、吴川站、湛江站、茂名站、阳江站、电白站、雷州站、徐闻站，并重点分析湛江市的遂溪、廉江、吴川、湛江、雷州、徐闻6个站点。

热带气旋资料：中国气象局上海台风研究所提供的西北太平洋（包括中国南海）热带气旋最佳路径数据集，其中包括热带气旋的编号及名称、逐6 h的位置（经度、纬度）、强度及近中心最低气压、最大风速等信息。

数字高程模型数据（Digital Eleva-tion Model，DEM）：中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台提供的ASTER GDEM基础数据，空间分辨率为30 m。根据湛江行政区域界线划定范围，利用ArcGIS软件对该数据进行镶嵌融合、按掩膜提取和投影转换，得到湛江地区DEM。

1.2 大风定义标准

根据2018年由广东省人民政府公布的《广东省气象灾害预警信号发布规定》，阵风8级以上并伴有强雷电即需发布雷雨大风黄色预警信号。因此，将灾害性大风的标准定为阵风风力达到8级及以上，即极大风速达到或超过17.2 m/s。按照上述标准，将1 d内地面气象观测站录得1次或多次阵风风力达8级及以上记为1个大风发生日数。将极大风速达到8级但未满9级（17.2 m/s≤v<20.8 m/s）定为8级风。由于收集到的大风数据中出现10级以上的大风次数较少，因而将极大风速达到和超过10级（v≥24.5 m/s）列入10级风的范围。

2 湛江市灾害性大风的时空分布特征

2.1 灾害性大风的季节、年际变化及趋势特征

2.1.1 大风日数的时间变化规律 灾害性大风发生日数能够反映遭受大风灾害的频繁程度。首先，给出湛江及周边地区18个观测站累计灾害性大风发生日数的逐月变化情况（图2a）。整体上看，大风日数的逐月变化呈单峰型，1—8月逐渐增加，8—12月逐渐减少;大风灾害主要集中于7—9月发生，平均日数超过13 d/月，其中8月最多，达到16 d;而冬季灾害性大风很少，尤其在1—2月，大风日数不足1 d/月。其次，选出湛江地区6个代表观测站——遂溪、廉江、吴川、湛江、遂溪、徐闻，并给出上述观测站灾害性大风日数的逐月变化曲线（图2b）。图2b中的6條曲线大致类似，但不尽相同，多呈现双峰型特征，普遍在4月或5月达到小高峰（0.2～0.7 d/月），在7—9月达到最大峰值（0.8～1.3 d/月），最小值（0 d/月）均出现在冬季（12月—翌年2月）。

图2 湛江及周边地区18个观测站累计灾害性大风日数（a）、湛江6个代表观测站灾害性大风日数的逐月变化（b）

2005—2018年湛江及周边地区18个观测站全年灾害性大风日数的时间序列与线性趋势（图3）。与此同时，计算2005—2018年湛江及周边地区18个观测站四季累计与平均灾害性大风日数，以及所占全年比例（表1）。可以明显看出，湛江及周边地区灾害性大风日数存在显著的季节差异，大风灾害主要集中于夏秋两季，共占全年总大风日数的75.6%。夏季大风灾害发生日数最多（512 d），占全年的45.7%，秋季次之占29.9%（335 d），春季占20%（224 d），冬季最少，仅占4.4%（50 d）。2005—2018年湛江及其周边地区灾害性大风日数的年际变化显著，平均每年大风日数为80 d，其中最多的年份是2013年，达146 d，最少的年份是2017年，只有49 d。全年总大风日数呈减少趋势，变化速率是-8.8 d/10年。

2.1.2 极大风速的时间变化规律 极大风速能够在一定程度上反映大风灾害的剧烈程度。图4a是湛江及周边地区18个观测站平均极大风速的逐月变化图，从中可以看到，极大风速在3—11月均达到或超过17.2 m/s（8级及以上），说明除了冬季外，其他月份均会发生灾害性大风天气，极大风速的最大值出现在9月，达34.1 m/s（12级），最小值出现在1月，为15.7 m/s（7级）。图4b是湛江地区6个代表观测站极大风速的逐月变化曲线，由图可见不同观测站的曲线基本叠合，反映出不同站点极大风速的逐月分布具有一致性，且各站点整体分布形态呈双峰型。极大风速普遍在1—6月逐渐增强，7月达到次峰值，随后极大风速在8月稍有下降，大部分站点在10月达到峰值，其中极大风速的最大值（52.7 m/s，16级）出现在10月的湛江站，10月之后极大风速迅速下降。综上所述，湛江地区灾害性大风的极大风速一般在夏秋两季较大，在冬季较小，这与该地区灾害性大风发生日数的季节变化特征相似。

2005—2018年湛江及周边地区18个观测站全年平均极大风速的时间序列与线性趋势（图5）。同时，给出了湛江及周边地区18个观测站四季极大风速的平均值与最大值（表2）。可以看到，湛江地区的平均极大风速存在明显的季节差异，在夏秋两季较强，分别为21.3 m/s和20.6 m/s，风力均超过9级，春季较小，风速为17.2 m/s（8级），冬季最小，仅有14.1 m/s（7级）。此外，湛江极大风速的最大值出现在秋季，高达52.7 m/s，风力超过16级，夏季次之，达50.9 m/s（15级），春季较小，为30.6 m/s（11级），冬季最小，仅为21.5 m/s（9级）。2005—2018年湛江地区极大风速的年际变化显著，全年极大风速的峰值出现在2014年，达32.3 m/s（11级），谷值为20 m/s（8级）出现在2017年。全年极大风速呈现较为平缓的上升趋势，平均每10年增加0.6 m/s。

2.2 灾害性大风的空间分布特征

根据上述对湛江及周边地区灾害性大风时间变化规律的分析，可知灾害性大风日数的集中期为夏秋两季，且极大风速也在夏秋两季最大，在此基础上，运用GIS中的克里金法，对2005—2018年湛江及周边地区18个观测站夏秋两季（6—10月）平均灾害性大风日数和极大风速进行插值分析，并构建空间分布图。

2.2.1 大风日数的空间分布特征 湛江地区6—10月8级、10级以上平均灾害性大风发生日数的空间分布（图6）。整体来看，不同风力等级划分下的大风日数的空间分布型基本一致，呈南多北少的分布，大风日数从东南向西北递减，沿海地区及海洋为高值区，这与西北太平洋热带气旋的影响有关，北部内陆为低值区。具体来看，8级以上大风灾害在阳江沿海地区出现日数最多，达到10 d/月，在湛江沿海地区，如吴川市和雷州市，夏秋季平均大风日数约为4 d/月，而在湛江北部的廉江市，大风灾害较少发生，约为2 d/月;强度和破坏性更强的10级以上灾害性大风在雷州市发生较多，接近1 d/月，在廉江市很少出现。需要特别注意的是，相比南北两侧的徐闻县和遂溪县，雷州市的各级灾害性大风日数明显偏多，说明该地区更易遭受大风灾害。

2.2.2 极大风速的空间分布特征 湛江及周边地区18个观测站6—10月极大风速平均值和最大值的空间分布情况。整体来看，极大风速平均值和最大值的空间分布型较为相似，呈南高北低的分布，沿海地区和海洋为高值区，这与热带气旋活动有关，北部内陆地区为低值区。此外，雷州市及附近地区表现为极大风速的大值区。具体来看，雷州市的绝大部分区域、遂溪县东南部和湛江市区的南部与东海岛是夏秋季平均极大风速的大值区，风速超过34.5 m/s（12级），廉江市东北部为小值区，風速在24～25 m/s附近（9～10级）（图7a）。极大风速最大值在雷州市中北部、遂溪县南部和湛江市区南部表现为高值区，风速超过48.5 m/s（15级及以上），低值区同样位于廉江市东北部，风速仅为30 m/s左右（11级）（图7b）。值得注意的是，相比于南北两侧的徐闻县与遂溪县，雷州市是极大风速的高值区，这与图6中的特征类似，说明该区域更易遭遇强度较强的大风灾害。

3 影响湛江地区灾害性大风时空分布的因素

根据上述分析可知，湛江地区灾害性大风存在显著的季节差异，夏秋季大风日数最多、极大风速最大，这可能与夏秋季西北太平洋热带气旋活动频繁存在一定的关联。同时，湛江大风日数和极大风速还呈现明显的年际变化特征，考虑与热带气旋登陆的数量和强度存在联系。夏秋季湛江地区大风日数和极大风速均表现出南高北低的空间分布型，沿海地区和海洋上为高值区，北部内陆为低值区，这应该是受到热带气旋的影响。

此外，相比南北两侧的徐闻县与遂溪县，雷州市是大风日数与极大风速的高值区，说明该区域更易遭遇高强度的大风灾害，可能与地形分布的影响有关。因此，需要研究地形和热带气旋登陆对湛江地区灾害性大风时空分布的影响。

3.1 地形因素

湛江地图的海拔高度图（图8），从中可知，湛江地区整体地势南北高中部低，中南部多以平原、台地为主，地势较为平坦开阔，海拔较低，大多在60 m以下，摩擦阻力较小，有利于风速的增加，因而该区域更易遭受高强度大风灾害的侵扰。因此，雷州市至东海岛一带通常是各级大风灾害的高发区和极大风速的高值区。湛江北部为低山丘陵地，海拔高度基本在60 m以上，湛江最高点双峰嶂（海拔382 m）坐落于此，并与数十座峰岭在廉江市构成一道屏障，能够对大风起到一定的阻挡作用，显著降低了灾害性大风天气对廉江市的影响。因此，廉江市的北部一般为极大风速和大风日数的低值区。由于徐闻县和雷州市南部多为火山喷发岩台地海岸，海拔基本在60～250 m之间，地势略呈龟背状，在此地形影响下，摩擦阻力加大，使得该区域的大风日数与极大风速略偏小。总而言之，湛江的南部和北部地势较高且地形粗糙、中部平坦开阔且海拔较低，这种地形分布特征在一定程度上使得雷州市成为大风日数和极大风速的高值区，更易遭受强度较强的大风灾害的侵袭，而廉江市的大风灾害相对较少，说明地形因素对灾害性大风的空间分布有着重要的影响。

3.2 热带气旋登陆的影响

西北太平洋热带气旋登陆带来的大风、暴雨、风暴潮等灾害常会对当地人民群众的生命财产、生产生活和社会经济造成重大损失。湛江毗邻南海，是遭受热带气旋强烈侵袭的沿海城市之一，热带气旋登陆是导致湛江大风灾害的重要因素之一。2005—2018年登陆湛江的热带气旋共计16个，平均每年登陆1.1个，登陆时间都在6—10月，表明湛江地区每年6—10月都有可能遭遇热带气旋登陆所带来的大风灾害。2005年和2007年没有热带气旋登陆，而2018年登陆的热带气旋数量最多，有3个，其余年份一般有1～2个。2014年7月18日登陆徐闻县龙塘镇的超强台风“威马逊”是有史以来登陆中国大陆的最强台风，其登陆时中心最大风速高达60 m/s（超过17级），2015年10月4日超强台风“彩虹”登陆坡头区南三镇时的中心最大风速达到52 m/s（16级），这两个超强台风的登陆，致使湛江及周边地区严重受灾、损失惨重（表3、图9）。热带气旋的登陆地点大体集中于两个区域：一是吴川市至东海岛一带，二是雷州市东南部至徐闻县。

为详细探讨热带气旋登陆对湛江地区灾害性大风的影响，给出了登陆湛江的热带气旋个数及其登陆时刻的中心最大风速与湛江地区6个代表观测站累计灾害性大风日数的逐月变化图（图10）。从图10可以发现，热带气旋仅在6—10月登陆湛江，登陆时刻中心最大风速在7—10月较强，大风日数在7—10月较多，三者的大值时段较为吻合，表明热带气旋在夏秋季的登陆对湛江大风灾害在夏秋季多发具有直接影响。从2005—2018年登陆湛江的热带气旋个数及其登陆时刻中心最大风速与湛江地区6个代表观测站6—10月平均灾害性大风日数的时间序列（图11）中可以看到，尽管2011年和2014年登陆的热带气旋个数较多，刚好与这两年大风日数偏多相对应，但在没有热带气旋登陆的2005年，大风日数仍然偏多，而且从整个时间序列来看，热带气旋登陆个数与大风日数在年际变化上没有关联（相关系数只有-0.084）。热带气旋登陆时中心最大风速与大风日数在年际尺度上存在反相的变化，但相关系数仅为-0.247，不能通过显著性检验。以上分析结果表明，在季节变化上，热带气旋登陆对湛江地区夏秋季灾害性大风多发具有直接影响，但在年际变化上，热带气旋登陆和登陆时强度不是影响大风日数的主要因素。

考察了2005—2018年登陆湛江的热带气旋个数及其登陆时刻的中心最大风速与湛江地区6个代表观测站平均极大风速的逐月变化情况（图12），从中可发现，登陆时刻中心最大风速与极大风速的逐月变化曲线吻合程度较好，二者均呈双峰型，且都在7—10月较强，说明极大风速可能更大程度上受到热带气旋登陆时中心最大风速的影响。同时，根据2005—2018年登陆湛江的热带气旋个数及其登陆时刻中心最大风速与湛江地区6个代表观测站6—10月平均极大风速的时间序列（图13），能够看到，热带气旋登陆个数与极大风速在年际变化上没有关联（相关系数仅为0.136），值得关注的是，热带气旋登陆时中心最大风速与极大风速的年际变化具有显著的正相关关系，二者相关系数高达0.723，超过99%的信度水平。此外，由于超强台风“威马逊”和“彩虹”分别于2014年、2015年在湛江登陆，从图中可以明显看到这两年的极大风速值最高且超过40 m/s。以上分析表明，不论在季节变化，还是年际变化上，热带气旋登陆时刻的中心最大风速是影响夏秋季湛江极大风速的重要因素。

4 结论

湛江地处中国大陆的最南端，三面环海，频繁遭受灾害性大风天气的侵扰，然而很少有研究关注湛江地区的大风灾害问題。利用2005—2018年湛江及周边地区地面气象观测站的风场资料、中国气象局热带气旋最佳路径数据集以及基础地理信息数据，运用统计诊断方法和地理信息技术，详细考察了湛江地区灾害性大风发生日数和极大风速的变化规律与分布特征，在此基础上，进一步探讨了地形和热带气旋登陆对湛江大风灾害时空分布的影响。主要得到以下结论：

（1）灾害性大风的时间变化规律：湛江及周边地区灾害性大风的季节差异十分显著，大风灾害主要集中于夏秋两季，共占全年大风日数的76%，冬季很少发生;同时，大风灾害在夏秋两季强度最强，极大风速的平均值和最大值分别超过20 m/s和50 m/s;2005—2018年湛江地区灾害性大风日数呈现有缓慢下降趋势，平均每10年减少8.8 d，而极大风速呈平缓的上升趋势，平均每10年增加0.6 m/s。

（2）灾害性大风的空间分布特征：夏秋季湛江地区灾害性大风日数、极大风速平均值与最大值的空间分布大体上都呈现南高北低的特征，沿海地区及海洋为高值区，北部内陆为低值区。值得注意的是，相比南北两侧的徐闻县、遂溪县，雷州市的各级灾害性大风日数明显偏多、极大风速明显偏强，说明该地区容易遭受强度更强的大风灾害。

（3）地形的影响：湛江地区整体地势南北高中部低，中南部以平原、台地为主，地势平坦开阔，雷州市至东海岛一带通常是灾害性大风的高发区和极大风速的高值区。北部为低山丘陵地，数十座峰岭在此处构成阻挡，因而廉江市北部很少发生大风灾害。徐闻县和雷州市南部多为火山喷发岩台地海岸，摩擦阻力大，因此湛江南部的大风日数与极大风速略偏小。

（4）热带气旋登陆的影响：在季节变化上，热带气旋登陆对湛江地区夏秋季灾害性大风多发具有直接影响。但是在年际变化上，热带气旋登陆和登陆时的强度不是影响大风日数的主要因素。不论在季节变化还是年际变化上，热带气旋登陆时刻的中心最大风速都是影響湛江地区平均极大风速的重要因素。

本文系统而全面地揭示了湛江地区灾害性大风的时空分布特征，深入分析了地形和热带气旋登陆对大风灾害的重要影响，并指出了雷州市至东海岛一带更易遭遇高强度的大风灾害，得到的研究结果对提高湛江地区大风天气的预报能力以及制定相应的防御减灾措施具有一定的现实意义。此外，影响大风灾害的因素较多，如强对流天气、寒潮、全球增暖等。

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责任编辑：黄艳飞