台风“利奇马”灾害风险及气象服务效益评估

顾小丽，钱燕珍，周伟军，吴斌，王晓慧

(1. 宁波市气象台，浙江 宁波 315012；2. 宁波市海曙区气象局，浙江 宁波 315153；3. 宁波市海曙区农业农村局，浙江 宁波 315153)

1 引 言

台风灾害位居世界上十大自然灾害之首[1]，严重威胁着人类的生命和财产安全。准确的气象预报、优质的气象服务在台风灾害防御工作中可产生显著社会效益和经济效益[2-4]，研究表明，近年来台风直接经济损失和台风灾害气象服务效益都呈增长趋势。科学客观地开展气象服务效益评估工作，一方面可以提高各方对气象服务的重视程度，另一方面有助于提升气象服务能力，加强防灾减灾，促进气象事业的持续快速发展[5]。

1970年代，国外学者已在台风灾害风险分析评估等方面开展了研究[6-7]，中国对台风灾害的研究开始于1990年代[8-9]，至今关于台风灾害评估方面已有许多研究成果：雷小途等[10]客观化评估了1980—2004年台风灾情，指出台风灾情资料的完整性和准确性的重要性；陈佩燕等[11]从台风致灾因素出发，基于完全预报方法研制了台风影响风险评估模型；在广东省和浙江省台风灾害影响评估和预估中，模糊数学算法和层次分析法等得到有效应用[12-14]。在气象服务效益方面，周福[15]提出了防灾减灾效益系数的概念，建立重大气象灾害气象服务效益评估模型；林继生等[16]通过与基准年的对比分析评估了1969—1995年广东省热带气旋灾害预报服务效益；Yang 等[17]通过第三方评估和调查，得到福建省防御登陆双台风“纳沙”和“海棠”的经济效益贡献率为75%；张颖超等[18]、邢彩盈等[19]利用逆推算法建立了台风灾害气象服务效益评估模型，分别对浙江省和海南省的台风气象服务效益进行了客观定量化评估。逆推法是根据某次台风造成的直接经济损失，结合气象服务水平、政府防灾减灾决策、公众自身防御能力以及不可避免损失等因素的影响，建立评估模型，该方法实现了定量化效益评估，具有较强的操作性和适用性。但是由于气象服务效益评估有复杂性、不易度量性等特点[16]，因此台风气象服务的评价方法和服务效益评估模型还有待进一步的探索。

宁波平均每年遭受 3～4个台风影响[1]，2019年第9 号台风“利奇马”登陆强度强、风雨强度大、影响时间长、影响范围广，造成全国10 省（直辖市）1 402.4 万人受灾，56 人死亡，14 人失踪，1.5 万间房屋倒塌，水利工程直接经济损失515.3 亿元[20]，是新中国成立以来登陆浙江的第三强台风[21]，给宁波造成的经济损失达50.19 亿元。对“利奇马”台风在宁波地区的影响进行灾前风险评估和实际灾情评估，评估台风气象服务效益，可积累类似个例预报服务经验和服务产品，提高台风气象服务的针对性和实效性。

2 资料与方法

2.1 资 料

气象要素资料来源于浙江省气象资料数据库，台风资料来源于《台风年鉴》和中央气象台台风网。台风“利奇马”灾情资料来源于灾情调查、应急管理局、农业农村局、水利局和城市管理局的灾情统计、浙江省气象灾害数据库等。宁波地区经济生产总值（GDP）、定基物价指数和人口总数等数据来源于《宁波市统计年鉴》。

2.2 方 法

2.2.1 灾害风险评估模型

根据m个物理指标，采用模糊数学算法[12]建立台风风险评估模型，风险评估指数（Ira）的计算方式如下：

式中，Ira为台风灾害风险评估指数，ai为第i个指标的权重系数，满足；ci为m个物理指标序列。

根据文献[14]选取11个物理指标因子，其中代表台风强度和路径参数的3个因子为台风中心最低气压（C1）、七级风圈半径（C2）、和移动路径（C3），代表本地雨情的3个因子为过程平均雨量（C4）、过程最大雨量（C5）以及天文大潮指数（C6），表示本地风情的指标为陆地最大风力（C7）和陆地极大风力（C8），代表宁波社会经济发展水平的3个因子为宁波市GDP（C9）、宁波市人口（C10）和灾害防御能力（C11）。上述指标中，台风中心最低气压（C1）和七级风圈半径（C2）采用台风进入24小时警戒线内的相应预报值；移动路径包括登陆福建中部以南、登陆福建北部、登陆浙南（温州）或近海北上和登陆浙中北（甬、台、舟）四类的预报路径，分别赋值4～1；过程平均雨量（C4）和过程最大雨量（C5）为预报的宁波平均雨量和单点最大雨量，反映普遍雨情和局部雨情；天文大潮指数（C6）即台风登陆日恰逢大潮汛是赋值1，否则赋值0；陆地最大风力（C7）和陆地极大风力（C8）为预报的宁波地区最大风力等级和过程极大风力等级；灾害防御能力（C11）分为5 级，越靠近当前取值越小，表示灾害防御能力越强，对灾害风险贡献越小。指标经过标准化变换到[0,1]的取值区间后参与运算。用层次分析法[12-13]确定指标因子的权重。构成指标层的11个指标因子的权重见表1[14]。

表1 11个指标的权重[14]

2.2.2 实际灾情评估模型

为定量评估台风实际灾情大小，将台风灾害损失归结为死亡人数和直接经济损失两项，采用投影寻踪法建立台风灾情评估模型[22]，实际灾情指数（Iad）的计算公式如下：

式中，Iad为台风实际灾情指数，x1为台风造成的死亡人数，x2为台风造成的直接经济损失占当年GDP 的比重，x1c、x2c为常数。利用 1956—2016年影响宁波的30个台风样本[14]，分别将死亡人数和直接经济损失从大到小排序，作为基础资料，然后利用皮尔逊III 型拟合方法进行分布拟合[23-24]，得到重现期为50年的理论值，x1c=6.4，x2c=4.2。

灾情评估模型的建模过程包括如下三个步骤：（1）数据无量纲化处理；（2）建立线性投影，将高维数据投影到一维空间；（3）通过求解投影目标函数最大化的问题，优化投影方向。

2.2.3 逆推法

气象服务效益受气象预报准确性、服务时效性、当地自然地理环境、经济发展水平、建筑质量、政府和联防部门的决策部署能力、公众的灾害防御能力等诸多因素的影响，具有很大的不稳定性[3-4]。在气象服务效益评估中很难面面俱到，只能抓住主要影响因子。文中重点考虑气象预报服务水平、政府和联防部门防灾减灾决策部署和组织能力、不可避免损失这三个因子，根据一次台风造成的直接经济损失，建立如下台风气象灾害服务效益方程：

式中，E表示某台风灾害造成的直接经济损失，B表示某台风气象服务效益，E+B表示在没有开展防台减灾工作的情况下，台风灾害在某地可能造成的直接经济损失。M表示气象服务水平，G表示政府和联防部门的防台减灾决策部署能力，D表示不可避免损失因子，1-D表示台风灾害中可以避免的损失因子。M、G、D参数都位于[0,1]的取值区间，M、G的数值越大，表示气象服务水平越高，防台减灾决策部署能力越好。

根据公式（3）得到某台风灾害中气象服务效益公式为：

2.2.4 不可避免损失指标D

气象灾害损失由可避免损失和不可避免损失两部分组成。可避免损失是在理想状况下人们利用准确的气象服务组织有效的气象灾害防御，实现减灾效益的最大值。但是，当台风达到一定强度，其破坏力超出承载体的极限时，必将造成不可避免的灾害损失。不可避免损失主要集中在难以进行转移的不动产方面，包括损毁房屋、淹没农田等。除此之外，交通、通讯、水利等基础设施也造成不可避免损失，考虑到这些损失难以一一列举且缺乏统计资料，但是都统计在直接经济损失中，因此直接经济损失可作为不可避免损失指标的一部分。因此，根据张颖超等[18]和邢彩盈等[19]的方法，选取台风强度(d1)、淹没农田(d2)、损毁房屋(d3)、直接经济损失(d4) 作为计算不可避免损失指标的主要影响因子，计算方式如下：（1）m个台风个例对应的n个影响因子组成一个评价集R，将各个影响因子序列进行标准化处理；（2）通过专家打分、层次分析法确定各影响因子的指标权重，见表2[18]；（3）根据模糊变换原理，台风不可避免损失指标可由公式（5）计算得到。

其中，Dj为某个台风灾害中不可避免损失指标，n为影响因子数，m为台风样本数，di为第i个指标的权重，取值见表 2，为对应各因子的评价集。

表2 4个不可避免损失指标权重[18]

3 灾害评估

3.1 灾害风险评估

台风灾害风险评估是开展灾害防御工作的定量依据，有利于提高防台减灾策略的针对性和效率[11]，对减少台风灾害造成的人员伤亡和经济损失有现实意义。从风雨情况分析，“利奇马”台风致灾因子主要为持续强降水和强风。长时间、大范围的累积强降水导致区域内山塘水库普遍超过汛限水位，河网水位快速上升，高潮位顶托导致沿江碶闸排水压力大增，因此造成众多低洼地段积水受淹严重；短时间内强降水汇集，易引发山洪、泥石流；长时间的雨水浸泡，易造成房屋倒塌和山体滑坡等灾害。强风的持续将造成树木和农作物倒伐、农业大棚等设施损毁等。

利用灾害风险评估模型，计算宁波“利奇马”台风的风险评估指数Ira=0.65。基于层次分析法的风险评估模型[14]得到宁波地区Ira的5个等级划分标准：＜0.35 为(较轻)，≥0.35 为 4 级(一般)，≥0.45为 3 级(较重)，≥0.55 为 2 级(严重)，≥0.65 为 1 级(特重)，可见台风“利奇马”灾害风险评估等级达到1级、特重，为影响宁波台风的最高等级。

“利奇马”的灾害风险评估等级甚至比1323号台风“菲特”还要高，台风“菲特”Ira=0.64（2级、严重），当时“菲特”造成了宁波地区9人死亡，直接经济损失三百多亿元。据此灾害风险评估结果，“利奇马”将给宁波地区带来严重影响。

3.2 灾情评估

“利奇马”风大雨强，宁波10个区县（市）145个乡镇不同程度受灾，受灾人口高达62万，直接经济损失50.19 亿元，是继“菲特”之后造成宁波经济损失最大的台风，然而“利奇马”未造成宁波人员死亡的情况。台风灾害损失主要表现为房屋倒损，农林牧渔业受灾，道路交通和通讯受阻、设施设备受损；强降水还引发了山洪、山体滑坡、内涝等次生灾害。面对灾害，宁波上下一心，全力防御，共计转移人口27.9 万人，安置人口11.3 万人，实现了“不死人、少伤人、少损失”的防台目标。

为定量评估台风实际灾害损失，根据台风灾情指数计算公式（2），计算得到“利奇马”台风的实际灾情指数Iad=0.06，按照Iad等级划分标准[14]：＜0.1 为(较轻)，≥0.1 为 4 级(一般)，≥0.3 为 3 级(较重)，≥0.6 为 2 级(严重)，≥0.9 为 1 级(特重)。台风“利奇马”的实际灾情等级为5级、较轻（表3）。

表3 1949—2019年严重影响宁波台风

比较台风“利奇马”的风险评估等级和实际灾情等级，二者差距较大，台风“利奇马”造成的实际灾情等级远低于预估的风险评估等级。与近70年来对宁波造成重大灾害损失的台风相比（表3），“利奇马”台风带来的直接经济损失率显著低于历史上其它严重影响台风的直接经济损失率，实际灾情等级也较轻，分析其原因，一方面气象预报服务水平提高，政府防台减灾措施不断完善，市民素质和防御能力也在提升，台风“利奇马”未造成宁波地区人员死亡、重要堤防决口、重要基础设施出险等情况，使得台风减灾效益显著；另一方面随着社会经济发展、社会财富增加，虽然台风造成的直接经济损失绝对值较大，但是直接经济损失率PIEL却相对较低。

4 台风气象服务效益评估

4.1 气象服务效益评估

根据台风“利奇马”造成宁波地区淹没农田、损毁房屋、直接经济损失和台风强度这四个指标和指标权重（表2），利用公式（5）计算出“利奇马”的不可避免损失因子D=0.28，由于其淹没农田数、损毁房屋数相对较小，因此不可避免因子较小，可避免损失的部分较大。

“利奇马”台风的直接经济损失为50.19 亿元，参考张颖超等[18]的指标取值M=0.76、G=0.83，根据公式（4）计算得宁波地区“利奇马”台风的气象服务效益达41.76 亿元，气象服务效益占台风直接经济损失和气象服务效益之和的45%，可见服务效益显著。在台风防御过程中，政府及相关部门投入了人力、财力和物力开展人员转移、设施加固、设备调度等工作，但是这些投入成本相比于可能造成的人员伤亡和灾后救援成本则微乎其微。气象部门对“利奇马”台风预报准确、预警及时，各级党委政府做出了正确决策，并采取了有力的措施，最大程度减少台风灾害损失，实现了“不死人、少伤人、少损失”的台风防御目标。

4.2 决策气象服务在水利调度中的效益

4.2.1 决策气象服务概况

宁波境内多丘陵山区，地形呈西高东低走势，西部为四明山和天台山两大山脉，东部为平原。全市有大中型水库33座（图1），其中大型水库6座均位于西部山区，中型水库27 座。宁波年降水量在1 400～1 700 mm，但由于没有明显的过境水资源，降水量在时空上分布极不均匀，所以存在着阶段性干旱、局地干旱等问题，用水主要靠水库积蓄自然降水资源[25-26]。出梅后通常进入伏旱期，用水量猛增，台风降水成为水库蓄水的重要来源。但是如果水库水位较高，恰逢台风暴雨，不仅容易发生洪涝灾害，也给水库堤防等设施带来较大风险，因此台风降水量预报是政府及水利等相关部门在水利调度中的重要决策依据。

受“利奇马”台风影响，宁波出现大暴雨局部特大暴雨（图1），平均雨量277 mm，7个站点雨量超过500 mm，最大站点为宁海留五扇597.5 mm。受迎风坡地形抬升效应影响，西部山区过程雨量普遍在300 mm 以上，容易发生山洪、泥石流等灾害。东部平原虽然雨量大多在200 mm 左右，但由于城区地面硬化下水速度较慢，人口密集，多商贸中心，期间河网交错，在台风暴雨过程中容易产生严重内涝。因此，台风“利奇马”防汛防洪压力巨大。

图1 8月8日08时—11日08时台风“利奇马”过程雨量和宁波市大中型水库分布图

宁波市气象部门积极开展台风“利奇马”气象服务保障工作，8月初已通过领导决策短信汇报有台风影响，8月6日开始，向市委、市政府及水利相关部门报送决策服务材料7 期；相继发布台风警报、台风紧急警报和台风预警信号共计34次；面向决策用户发布短信51条次。9日21时发布台风红色预警信号，根据《宁波市应对极端天气停课安排和误工处理实施意见》，除政府机关和直接保障城乡运行的企事业单位外，其他单位根据情况，按照计划预案采取临时停产、停工、停业等措施。台风高影响时段气象部门领导驻守防汛指挥部，就水库附近雨量实况与预报、强降水转折起止时间等当面汇报。

4.2.2 决策气象服务效益

根据市气象部门提供的决策气象服务信息和水库的承洪能力，政府及水利相关部门提前2～3天进行防洪水利调度及人员转移（共转移27.9 万人）等防台工作部署，最大限度减少台风造成的灾害损失和人员伤亡，保证了人员零死亡。

“利奇马”影响前，全市大中型水库水位普遍较低。6日傍晚，市气象部门发布了台风消息，水利部门根据雨量预报，在水库水位较低的情况下部署水库和平原河网的预排预泄。在台风来临前，水库预泄水量0.9 亿立方米，共腾出3.87 亿立方米的拦洪库容，平原河网预排0.3 亿立方米，最大限度预留防洪库容，为水库后继拦洪削峰打下了基础，大大减轻了台风后期的防洪压力。

9日随着台风临近降雨量增大（图2），平原河网水位迅速上升，一些城镇低洼路段、小区和平原村庄出现明显积水，9日下午起各大中型水库开始拦蓄洪水。10日城郊内涝愈发严重，主要干道下穿通道大范围积水，低洼小区最大积水深度30～50 cm，洞桥镇部分小区积水深度达1.5 m，严重影响居民生活和交通通行。

10日下午，全市三分之二以上的大中型水库超汛限水位，一座大型水库超过历史最高水位，台风降雨导致水库水位还在持续上涨中（图2），与此同时下游平原河网已超保证水位，低洼地段受淹严重，城区内涝积水已经超20小时，位于城区上游的四座大型水库调度成为关键。若水库大流量开闸泄洪，将导致城区灾情不断加重，同时威胁下游河道堤防的安全；若完全关闸滞洪，如果后期仍持续较大降雨，水库水位将超过防洪高水位，一方面可能威胁水库安全，另一方面为保水库大坝安全采取大流量开闸下泄，势必对下游造成灾难性后果。所以，之后的降雨量预报成了水库调度的关键决策因素。在这关键节点，通过对雷达、微雨雷达等探测产品以及智能网格预报产品等的分析，结合上游地区降雨实况和最近几个时次本地雨量等综合研判，得出“主城区及其上游地区还有20～30 mm 的降雨量，夜里降雨将逐渐停止”的预报结论。根据雨量预报结论及水库承洪能力分析，水利部门做出减小各水库的下泄流量、主城区上游两个大型水库完全关闸滞洪的决策部署，以减轻下游的防洪压力。其后，气象部门开展加密监测，逐小时滚动提供雨量实况和雨量预报信息。实况表明预报结论非常准确，后续主城区平均雨量在20 mm左右。

图2 台风“利奇马”过程皎口水库小时雨量（mm）和水位（m）变化

11日随着台风强降水结束，河网水位逐渐降低且水情平稳，城区内涝点减少至10个以下。11日下午17 时左右在顶洪压力长达45 小时之后，水库相继限流泄洪，将水位降至汛限水位以下。

根据气象服务信息和水库的承洪能力，政府及水利相关部门提前两天开展防洪水利调度、人员转移（转移27.9 万人）等防台工作部署，最大限度减少台风造成的灾害损失和人员伤亡，保证了人员零死亡。此外，“利奇马”台风气象服务效益也表现在内涝风险减少和水库蓄水增多等方面。

5 结 论

利用气象资料、灾害资料、宁波地方经济发展数据，采用模糊算法、层次分析法等对“利奇马”台风在宁波地区的影响进行风险和灾情评估，“利奇马”的灾害风险评估等级达到1级、特重，为影响宁波台风的最高等级，甚至比1323 号“菲特”台风的Ira（0.64）还高。“利奇马”的直接经济损失50.19 亿元，但是实际灾情等级为5 级、较轻，远低于风险评估等级。分析原因，一方面随着气象预报预警水平的提高，社会灾害防御能力不断加强，避免了人员死亡、重要堤防决口、重要基础设施出险等情况的发生，体现了气象服务减灾效益；另一方面由于社会经济发展、社会财富增加，虽然直接经济损失绝对值较大，但是直接经济损失率PIEL却相对较低。

根据台风影响直接经济损失、气象服务水平、政府决策能力和不可避免损失这四个因子，采用逆推算法得到宁波地区“利奇马”台风的气象服务效益达41.76 亿元，占台风直接经济损失与气象服务效益之和的45%，可见气象服务效益显著。

气象服务的效益还表现在内涝等灾害风险减少和水库蓄水增多等方面，决策气象服务为台风前期防御工作总体部署、水利调度和人员转移等提供科学依据，也为台风影响后期关键防洪决策提供技术支撑。在泄洪与否的关键节点，政府及水利部门根据气象部门准确的预报做出关闸滞洪的决策部署，一方面保障了水库和下游河道堤防的安全，降低了水利设施损毁的风险；另一方面为城乡积涝赢得了45 小时的排水时间，有效降低平原河网水位的压力，减轻了内涝灾害；最后，准确的预报和合理的水利调度使得水库蓄水充足，在之后因降水偏少、气温偏高而出现气象干旱时，有效保障了本地区的供水安全。