台风对天然橡胶影响评估模型研究_刘少军.pdf

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1、第 23 卷 第 1 期2014 年 2 月自然灾害学报JOUNAL OF NATUAL DISASTESVol 23 No 1Feb 2014收稿日期:2012 11 28;修回日期:2013 01 23基金项目:国家自然科学基金项目(41175096，41265007);中国气象局气象关键技术集成与应用项目(CMAGJ2013M38);公益性行业(气象)科研专项(GYHY201106024);海南省自然基金项目(409005);华南区域气象中心科技攻关项目(GMC2012M11)作者简介:刘少军(1980 )，男，博士，副研究员，主要从事遥感与地理信息系统应用研究 E-mail:cdutl

2、sj163 com文章编号:1004 4574(2014)01 0155 06DOI:10 13577/j jnd 2014 0122台风对天然橡胶影响评估模型研究刘少军1，2，张京红1，蔡大鑫2，张明洁1(1 海南省气候中心，海南 海口 570203;2 海南省气象科学研究所，南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 570203)摘要:灾害评估模型的建立往往需要有大量历史统计资料作为支撑，然而在实际研究中会存在收集资料不全或统计数据灾情衡量标准不一致的情况，这给灾害模型的建立带来了一定的困难。受到逆向工程设计思路的启示，为实现台风对天然橡胶造成灾害损失程度的快速评价，尝试着以典型个例分析为基

3、础，以 2005 年对海南天然橡胶造成严重损害台风“达维”为例，从孕灾环境、致灾因子和承灾体三方面选择橡胶灾情评估因子，通过分析天然橡胶受损的程度与相关因子的分析，建立相应的评估模型，并将此模型为基础，进行了模型的实例检验，结果表明:模型能在一定程度上反映橡胶受损的空间分布，可为后期建立更加准确的天然橡胶评估模型奠定基础。关键词:台风;天然橡胶;评估模型中图分类号:P444文献标志码:Aesearch on assessment model of typhoon s impact on rubber plantLIU Shaojun1，2，ZHANG Jinghong1，CAI Daxin2，

4、ZHANG Mingjie1(1 Hainan Climate Center，Haikou 570203，China;2 esearch Institute of Hainan Meteorological Bureau，Key Laboratory ofMeteorological Disaster Preventing and educing of SouthChinaSea，Haikou 570203，China)Abstract:Disaster assessment models usually are established with a large number of histo

5、rical statistics However，the data are often incomplete or statistics disaster measure inconsistent，which will bring some inconvenience in theestablishment of disaster model In order to rapidly assess typhoon simpact on rubber plant，typical case typhoon“David”was analyzed in the enlightenment of the

6、reverse engineering design thinking The assessment modelfactors were chosen from disaster pregnant environment，disaster-formative factors，and disaster-affected bodiesThe evaluation model was established by analyzing the extent of natural rubber damage and related factors，andactual example tests were

7、 carried out on the model esults show that，the model reflects the spatial distribution ofrubber damage loss in some degree The model would be the foundation for establishing more accurate assessmentmodelKey words:typhoon;natural rubber;assessment model海南岛是中国主要的天然橡胶生产基地之一，影响天然橡胶树存活以及产胶量的主要自然因素为低温与台风1

8、。传统天然橡胶灾情影响评估以通常以灾情实地调查为主，存在实效性不强的特点;同时按传统方法建立相应的评估模型则需要有大量历史资料作为支撑。然而台风造成橡胶受灾情况的则是以农场或乡镇为单元统计灾情，无法准确描述不同地形条件下橡胶受灾的情况，这给建立天然橡胶灾害评估模型带来了自然灾害学报第 23 卷一定困难。逆向工程就是根据已经存在的模型，反向推出产品设计数据的过程，可以认为是一个“从有到无”的过程。每次台风影响区橡胶灾害损度程度数据是存在，是否可以根据典型的个例来反推影响区天然橡胶灾害程度的因子，并建立适合该例子的评估模型呢?这必将为后期准确评估模型的建立奠定基础。为实现快速评估台风对影响区天然橡

9、胶造成的灾害程度，以逆向工程产品设计的思路，以 2005 年“达维”台风对海南岛橡胶的影响为例，从地形、空间上分析的橡胶灾损的分布规律2，并以此为基础，建立基于可拓方法的评估模型，为开展天然橡胶灾害评估提供技术支持。2005 年台风“达维”(编号 0518)，于 2005 年 9 月21 日生成，26 日在海南万宁登陆，它成为给海南垦区 50 多 a 来受害面积最大，损失最为严重的一次台风。据海南农垦系统统计:垦区 7 796 hm2胶园报废，开割树 3 级以上受害株数达 3372 万株，受害率 50 9%;未开割树 3 级受害率 33 9%，该台风造成 2005 年海南天然橡胶干胶产量减少

10、6 万 t。1评估因子的确定台风灾害过程中的大风和降水是致灾的主要因子3。台风对天然橡胶造成灾害必须有以下条件:(1)存在诱发灾害的因子(称之为致灾因子);(2)形成灾害的环境(称之为孕灾环境);(3)台风影响区天然橡胶抗灾能力的差异(称之为承灾体)(图 1)。它们三者之间相互作用的结果形成了通常所说的灾情。灾情是对成灾后灾害系统的综合状态的描述，它是孕灾环境、致灾体、致灾因子综合、相互作用的结果4。台风对天然橡胶造成的灾害评估因子着重从孕灾环境、致灾体、致灾因子综合方面来选择，具体因子的组成见表 1。图 1天然橡胶受灾系统构成要素Fig 1Elements of disaster-affec

11、ted system of natural rubber表 1台风对天然橡胶的影响评估因子汇总表Table 1Summary of assessment factors intyphoon s impact on natural rubber评估因子因子来源孕灾环境坡位坡度坡向承灾体天然橡胶(品种、种植形式和种植密度、整形修枝等)致灾因子降水量降水强度(暂不考虑)最大风速最大风速持续时间(暂不考虑)1 1孕灾环境因子通过对 2005 年登陆海南岛的台风“达维”调查资料发现，不同的地形、地貌条件，如峡谷、喇叭口、山地槽线、坡向、坡位等，由于地形地势对风力的再分配作用，使得风害的差异泾渭分明。海南

12、岛多山地丘陵，海拔高度相差很大，因此必须充分考虑地形的作用。通过分析大量的调查数据，初步了解了地形因子对风害形成的影响，并选取了 3 个主要因子进行分析，然后对不同地形影响因子(坡度、坡向、坡位)赋予不同的影响度(表 2)，其中坡向需要根据台风过程中的风向来具体确定具体的影响度，赋值范围(1 0 5);对 3 个不同地形因子(坡度、坡向、坡位)的分别取权重(0 2，0 3，0 5)进行图层的叠加运算，得到地形综合指数，作为孕灾环境因子(图 2)。表 2综合地形因子的划分标准Table 2Gradation of comprehensive terrain factors坡度/()0 44 88

13、 1212 1616 1818 47影响度10 90807060 5坡向/()0 6060 135135 200200 270270 315315 360影响度需要根据台风过程中风向来确定赋值(1 05)坡位山谷脚坡平地中坡上斜坡山脊影响度10 60805070 9651第 1 期刘少军，等:台风对天然橡胶影响评估模型研究1 2承灾体台风对橡胶的影响主要体现在对承灾体橡胶的影响，因此选择橡胶因子作为评价指标。橡胶因子是与橡胶生理、生态特性相关联的一系列指标的组合，其客观表现形式即为橡胶综合指数。根据“达维”台风橡胶灾情的调查结果，选取了几个与橡胶抗风性有关的指标，如品种、种植形式和种植密度、整

14、形修枝。由于不同种植材料的风害差异不大，因此没有考虑。防护林的完整程度对降低橡胶风害的作用很大，因此列入橡胶因子之中。通过台风“达维”对海南岛天然橡胶的灾情调查资料，分别对橡胶的品种、种植形式和种植密度、整形修枝、防护林等进行赋值分级，级别的高低与风害大小相一致，通过叠加运算得到表征橡胶抗风能力差异的橡胶综合指数5(图 3)。图 2台风“达维”过程中综合地形因子Fig 2Comprehensive terrain factor in process typhoon“David”图 3橡胶综合指数5 Fig 3Comprehensive index of rubber1 3致灾因子气象因子是对橡

15、胶生理、生态及产量性状影响最大的因子，气象灾害也是海南岛天然橡胶产业面临的最大威胁。由于本文主要研究对象是台风对橡胶的影响，主要因子的选择是依靠对海南橡胶灾情资料所做的大量的统计分析工作。风是最主要的影响因子，同时考虑了降水的协同作用，由于 2005 年海南岛上气象观测站点数量和观测要素的限制，本文只选择了总降水量和最大风速作为致灾因子。2评估模型的建立2 1可拓模型可拓学是用形式化工具，从定性和定量两个角度去研究解决矛盾问题的规律和方法6。可拓模型评估的基本思路参考文献7，具体建立过程包括经典域和节域的确定、待评价物元、确定关联函数、确定其评价等级8 9。在实际应用中，由于各种因素的影响，待

16、评价物元的量值可能为一区间，这时就要考虑区间与区间的距离，相应地就要采用可拓理论10。关于可拓模型为何可以应用到灾害评估中的理论基础，可以参考文献 11 12。根据可拓模型建立流程和方法，台风对橡胶的影响评估中的事物为每个单元格中可能造成灾损等级。根据评估结果的等级表述方法，造成灾损等级有 5 种可能，评估就是要判断在一定条件作用下这 5 种等级发生可能性。影响不同等级发生的因子有降水总量、最大风速、综合地形因子、橡胶因子，它们即是事物成灾的特征，并且这些因子的量化值便构成了评估的物元模型(式 1)。=单位格灾损度Tv1MWv2ZTv3Pv4(1)式中:T降水量、MW是最大风速、ZT是综合地形

17、因子，P是天然橡胶因子，v1，v2，v3，v4分别为上述4 影响因子的量化值。751自然灾害学报第 23 卷2 2影响因子经典域划分参考依据图 4因子经典域确定流程Fig 4Work flow of determining factor s classical domain为准确评价不同条件下台风可能对橡胶造成灾害损失的等级，各影响因子的经典域的确定起着决定性作用。由于台风与橡胶受灾情况之间的统计往往未考虑橡胶灾情与具体的地形条件下受灾的情况，使得建立 1 km 1 km 网格模型带来了难度。因此本文将通过典型的台风对橡胶的影响，来试图探讨不同因子对橡胶灾害的影响。以 0518 号台风“达维”

18、为例，通过GIS 提取不同影响因子的图层信息，划分为 1km 1 km 网格(图 4)，并参考已有的相关研究成果2，14 18，由气象专家和灾害专家知识系统分析后，分别确定中的域值的范围(图 4)。2 3模型的改进台风对橡胶的影响评估中选择了降水总量、最大风速、综合地形因子、橡胶因子作为评价的指标，利用可拓方法，将评价指标及其特征值作为物元，通过计算综合关联度判断不同台风对橡胶的影响等级。对于各指标评价数据未超出评价指标范围时，物元可拓法可以得到较好的灾害评价结果，但是，当待评估的数据超出某一指标评价指标范围，其关联度函数就会出现无法计算的情况，具体改进方法参考文献 13，改进后的模型见表 3

19、。模型中的灾害等级 1 5 级分别代表轻微灾害、轻度灾害、中度灾害、较严重灾害、严重灾害，划分依据主要依靠灾情数据中橡胶风害率和断倒率确定。表 3台风对橡胶影响评估模型指标Table 3Indices of assessment model of typhoon s impact on rubber等级单元特征原有的单元标准物元模型改进后的单元标准物元模型1总雨量 T最大风速 MW地形因子 ZT橡胶因子 P01=T 0，70 MW 0，14 ZT 05，063 P 0，0131 01=T 0，7/50 MW 0，14/51 ZT 05，063 P 0，0131 2总雨量 T最大风速 MW地形因

20、子 ZT橡胶因子 P02=T 70，190 MW 14，24 ZT 063，07 P 0131，018 02=T 7/50，19/50 MW 14/51，8/17 ZT 063，07 P 0131，018 3总雨量 T最大风速 MW地形因子 ZT橡胶因子 P03=T 190，230 MW 24，28 ZT 07，076 P 018，0344 03=T 7/50，23/50 MW 8/17，28/51 ZT 07，076 P 018，0344 4总雨量 T最大风速 MW地形因子 ZT橡胶因子 P04=T 230，310 MW 28，32 ZT 0 76，083 P 0344，0426 04=T

21、23/50，31/50 MW 28/51，32/51 ZT 076，083 P 0344，0426 5总雨量 T最大风速 MW地形因子 ZT橡胶因子 P05=T 310，500 MW 32，51 ZT 083，10 P 0426，1 05=T 31/50，1 MW 32/51，1 ZT 083，10 P 0426，1 各因素的节域m=MT0，500 MW0，51 ZT05，1 P0，1 m=MT0，1 MW0，1 ZT05，1 P0，1 851第 1 期刘少军，等:台风对天然橡胶影响评估模型研究图 5台风“纳沙”对海南岛的橡胶灾害影响等级分布图Fig 5Gradation of typhoon

22、 Nesat s impact onrubber in Hainan Island3模型的检验2011 年第 17 号强台风“纳沙”，是继2005 年台风“达维”之后，近几年来登陆海南岛的最强台风。通过建立的评估模型，选择2011 年 9 月 28 日 20 时至 30 日 20 时内的自动气象站数据开展台风对橡胶影响评估，评估结果见图 5。从结果可以看出，强台风“纳沙”的整个影响过程对海南岛的橡胶造成影响较大，橡胶的灾害损失以 2，3 级灾害为主，灾害等级单元 1 5 级的分布分别为:2140%，37 21%，40 42%，0 76%，0 21%。实际灾情为海南岛东部、中部、西北部的橡胶遭受

23、损失，全岛共有9 33 万 hm2民营橡胶受灾，其中断倒的面积达 6 540 hm2。受灾最严重的市县分别为儋州 3 33 万 hm2、澄迈 2 33 万hm2、定安8 000 hm2、琼中 6 000hm2。通过评估结果与实际灾情对比分析，两者基本一致，橡胶风害评估模型能在一定程度上客观反映受灾情况。台风“纳沙”与台风“达维”产生橡胶灾情差异的原因为两者登陆路径的不同:“达维”台风从海南岛中部横向穿过，影响橡胶种植区域的范围大，而且在岛上滞留时间长，大风持续影响时间超过20 h，导致了海南岛大面积橡胶受灾;台风“纳沙”具有强度强、移速快、影响大等特点，是继“达维”之后，近 6 a 来登陆海南

24、最强的台风，但由于登陆路径从海南岛西北角穿过，影响橡胶种植区域的范围小，仅造成了海南岛东部、西北部的橡胶遭受损失严整，整体灾情相对达维”台风要轻。4结论为能快速实现台风过程对天然橡胶灾害程度的影响评估，在 2005 年登陆海南岛的台风“达维”橡胶灾情数据的基础上，从橡胶受灾构成要素出发，选择降水总量、最大风速，地形因子、天然橡胶因子，基于可拓模型建立天然橡胶风害评估模型，并通过实例对模型进行了验证，模型能在一定程度上反映天然橡胶受损的空间分布，这对下一步建立和完善海南岛天然橡胶台风灾害的监测评估系统奠定了基础。存在问题:(1)由于评估模型的确定需要建立在大量历史灾害数据的基础上，本研究主要通过

25、选择对海南岛天然橡胶影响较大、而且收集资料相对较多的 2005 年“达维”台风为例，完成了橡胶台风灾害的灾损分析，获得了降水总量、最大风速、综合地形因子、橡胶因子在模型中的经典域和节域划分，由于仅参考“达维”台风的数据来完成，难免有不妥之处。(2)虽然已提取了橡胶因子，但随着海南岛橡胶数据的更新，需要开展详细的调查;橡胶基础信息缺少将为模型的改进和设计带来了最大困难。参考文献:1江爱良 青藏高原对我国热带气候及橡胶树种植的影响J 热带地理，2003，23(3):199 203JIANG Ailiang The impacts of Tibetan plateau on the climate

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