暴雨通常是指24 h降水量达到或超过50 mm的降雨,而洪涝灾害是指由于降水过多而产生的洪水、涝灾和渍害的总称。暴雨洪涝灾害是指由暴雨造成洪涝的气象灾害。中国暴雨洪涝灾害频繁,是世界上洪涝灾害出现频次最高的国家之一,灾害损失严重[1-2]。闵爱荣等[3]根据《暴雨年鉴》资料分析统计2008—2013年近6 a来中国暴雨分布情况及变化趋势,全国大部分地区都有暴雨发生,影响广泛,南方地区尤为突出。随着社会经济的发展和城市化进程的不断加快,人口、社会、经济要素日趋密集,洪涝灾害的空间分布格局和影响特点也发生了变化[4]。充分认识和理解气候变化及人类活动背景下中国暴雨洪涝灾害的时空分布规律及其造成的社会经济影响,对于开展灾害风险管理、气候变化适应以及制定防洪抗灾规划及应急预案等都有重要的现实意义。
目前,对暴雨洪涝灾害影响研究大致可分为两类,一类是在较大的时空尺度上,主要基于气象站点信息、历史资料或以省为统计单元的灾情数据等开展的暴雨洪涝灾害时空分布特征和风险区划的研究[5-8],另一类是在较小的时空尺度上,进行暴雨洪涝灾害致灾指标和临界雨量等方面的研究[9-12],或者是针对城镇暴雨洪涝(内涝)损失或影响评估[13]。在全国范围内开展县域(区)尺度的暴雨洪涝灾害影响研究还不多见。王静爱等[14]基于报刊信息资料,首次开展了中国县域行政单元水旱灾害的危险性及其时空格局的分析和评估,提升了对中国旱涝灾害区域分异特点的认识。由于中国历史灾情资料严重不足,并且各部门上报的资料出入较大,数据质量较差,制约了对气象灾害发生特点及其影响的进一步了解,在一定程度上限制了对灾情分布特点及灾损时空差异性的评估和认识。本研究首次利用气象部门开展的全国县域气象灾害灾情普查资料和全国气象站点降水观测资料,分析近25 a来中国暴雨的时空特点,以及暴雨洪涝灾害影响的时空差异性,认识气候变化及人类活动双重作用下中国暴雨洪涝灾害及影响的变化趋势和演变特点,为合理制定防灾减灾措施以及防洪避险规划,有效开展气象灾害风险管理提供科学参考和决策依据。
1 资料与方法本研究暴雨洪涝灾害影响数据来自国家气候中心收集整理的气象灾害灾情数据集,主要包括直接经济损失、受灾人口和死亡人口、受损房屋和倒塌房屋、农作物受灾面积和绝收面积等指标,涵盖了暴雨洪涝灾害不利影响的主要方面。与大多数研究中采用的民政部的灾情统计数据不同的是,这套数据是气象部门针对不同气象灾害开展的县(区)域灾情普查数据。以暴雨洪涝灾害为例,数据获取是基于暴雨(降水)过程而开展灾情普查,结合其他相关部门的上报数据综合整理而成。鉴于该数据集为普查数据,不可避免地存在一些遗漏和误差,且数据来源于的不同部门,因此不同部门报送的统计数据会存在一些出入。该数据集时间序列为1980—2008年,是中国首次以县(区)域行政单元为普查单位,分灾种收集的灾情统计数据,在空间上更加精细化,时间序列也基本满足对近几十年来气候变化及人类活动加剧背景下气象灾害发生和演变特点的分析。本研究对该数据集进行逐条整理和核实,剔除了明显有误和不合理的数据,考虑到数据的连续性和完整性,采用的研究时段为1984—2008年。降水数据来自全国共2 466个气象站的日降水观测数据,其中基本站或基准站756个,一般站1 668个,行业站42个,数据经过严格的质量控制,质量可靠。提取其中1984—2008年的逐日降水数据中达到或超过50 mm的日期和降水量,分别形成站点尺度的暴雨日数和暴雨累积降水量,全国尺度上的暴雨累积降水量和暴雨日数由站点数据在ArcGIS软件中由克里金法插值得到。其他数据,如全国GDP数据来自国家统计年鉴,中国行政区划数据来自中国地理区划图册。
2 结果分析 2.1 近25 a中国暴雨发生特点图 1为1984—2008年中国所有观测站点年均暴雨日数。从图中可见,近25 a,中国所有观测站年均暴雨日数总和约6 000 d,单站平均暴雨日数为2.4 d。全国观测网点累计暴雨天数最高的年份为1998年,达7 314 d,最低年份为1986年,为5 220 d。近25 a来,全国暴雨日数总体有微弱的增加趋势,但增加趋势不显著。从年代际来看,在20世纪90年中后期,暴雨日数相对较多,而90年代前期和2000年之后相对较低。
图 2为近25 a来中国暴雨(日降水量大于等于50.0 mm)年平均累积降水量,从图中可以看出,中国暴雨强度总体上均呈现出由南向北,由东向西减少的趋势,与中国年平均降水量的分布格局相似。暴雨累积降水量的高值区主要分布在中国南方及东南沿海,其中,福建、广东沿海、以及四川西南部、安徽西部、湖北东部以及江苏东北部地区均为暴雨累积降水量的高值区,暴雨累积降水量超过400 mm·a-1,暴雨带来的降水是这些地区水资源的重要来源之一,但也意味这些地方会面临较高的暴雨洪涝灾害风险。在中国北方沿海,如山东半岛、辽宁沿海等个别地区的暴雨累积降水量也相对较高。
图 3为近25 a中国平均暴雨次数的空间分布,从中可见,从全国来看,暴雨大多数发生在南方地区,主要为华南及东南沿海。北方及东北大部分地区暴雨发生次数较少,平均每年不足一次。平均每年暴雨次数大于10次的地区在中国分布较零散,主要分布海南及南方沿海地区。海南、广东及福建沿海也是中国暴雨较多的地区,平均每年发生暴雨为7次以上。长江以南的大部分地区每年的暴雨次数约为3~5次。华北地区、西南大部分地区以及东北的部分地区暴雨发生次数在每年3次以下。总体上,中国暴雨发生次数和暴雨强度在空间上比较吻合,但西南地区、华东的部分地区暴雨的次数相对较低,但暴雨累积降水量却比较高,即暴雨强度较大,这些地区暴雨引发的灾害很可能会更加严重。
图 4为近25 a中国暴雨洪涝灾害所造成的直接经济损失及占GDP的比例,从图中可以看出,近25 a来,中国暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失平均每年为573亿元人民币,直接经济损失最高的年份为1998年,达2 178.6亿元,最低为1985年,52.6亿元,相差高达40多倍,总体暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失呈显著增加趋势。在20世纪90年代以前,直接经济损失绝对值相对比较小,平均每年不超过100亿元,而暴雨洪涝灾害相对频发的90年代,直接经济损失平均每年约900亿元,相差9倍多,可见暴雨洪涝灾害对中国国民经济影响之大。2000年以后,由于暴雨频次有所下降,由此导致的直接经济损失也有所下降,但总体上仍比20世纪90年代之前高了6倍多。直接经济损失的增加除了与灾情本身有关之外,还与社会经济的快速发展密切相关。随着中国社会经济的快速发展,暴雨洪涝灾害导致的直接经济损失也会随之增加。但不同于暴雨洪涝灾害所造成的直接经济损失的变化趋势,暴雨洪涝灾害所造成的直接经济损失占当年全国GDP的比例有所下降,表明随着社会经济的发展,对灾害的承受和应对能力也得到提升。
图 5为近25 a中国暴雨洪涝灾害所造成的直接经济损失的空间分布,从中可见,县域年平均直接经济损失超过2 000万元的县约占15%,平均直接经济损失为5 170万元,主要分布在中国南方地区及华北东南部、东北地区中部以及新疆的个别县市,其中34个县年平均直接经济损失过亿。暴雨洪涝灾害直接经济损失在10万元以下的县全国总共约有780个,占全国总县数的33%。从空间上来看,直接经济损失较少的区县分布没有明显的区域差异,除了西北暴雨低发地区外,在南方暴雨频发地区,直接经济损失较低的区县也有不少。可见, 暴雨洪涝灾害损失形成比较复杂,且与灾害发生的强度和频次并非一一对应,还有其他自然地理、社会环境等多因素的共同作用。
灾害除了造成财产受损之外,对居民的生产生活也存在着巨大的威胁,甚至导致死亡。图 6为近25 a中国暴雨洪涝灾害所造成的受灾人口变化情况,从图中可以看出,近25 a来,每年因暴雨洪涝灾害导致的平均受灾人口达7 400万,其中1998年的暴雨洪涝灾害更是导致了高达1.6亿的受灾人口。2000年以后,暴雨洪涝灾害发生频率相比20世纪90年代有所下降,但受灾人口仍居高不下,平均每年为9 500万人,这可能与近几十年中国人口向暴雨洪涝灾害频发的南方或沿海地区集中有一定的关系。随着城市化进程加剧,在未来几十年人口还会继续向东南沿海等经济发达地区集中,因此未来中国面临暴雨洪涝灾害威胁的人口可能还会加大,需要在未来的城市规划和管理中引起注意。近25 a来,中国暴雨洪涝灾害造成的死亡人口呈下降趋势,因灾死亡人口年平均为1 695人,灾害致死人数的变化趋势在1998年以前和受灾人口的变化趋势一致,都呈增加趋势,而1998年以后,因灾死亡人数呈显著下降趋势,其中1999—2008年平均为1 003人,比多年平均下降了近70%,由此可以反映出随着社会经济的发展,中国防灾减灾能力也在不断地提高,有效地保障了居民生命财产的安全。
图 7为中国暴雨洪涝灾害受灾人口空间分布,从中可见,暴雨洪涝灾害受灾人口在空间上分布比较集中,地域性特点较强。中国暴雨洪涝灾害的受灾人口超过3万人的县市占全国总县数的14%,主要集中在中国南方的湖南、江西、重庆、安徽等地。但高受灾人口的县市在东北、甘肃等地也有零星分布,造成这种情况的原因往往是因为这些县市在过去25 a里经历过1~2次较严重的暴雨洪涝灾害的影响,生命财产损失惨重。这也警示了在防灾减灾工作中,不仅要关注当地主要气象灾害的防范和应对,还要对少见突发的气象灾害有所预防,否则也可能造成严重影响或重大损失。
暴雨洪涝灾害对中国农业影响较大,图 8为近25 a中国暴雨洪涝灾害所造成的作物受灾面积的变化情况,从图中可以看出,本研究时段内年平均的作物受灾面积近9×106 hm2,作物绝收面积为1.27×106 hm2,而1950—2000年全国平均农田洪涝灾害受灾面积为9.37×106 hm2 [15],由此可见中国的洪涝灾害大多为暴雨所引发。大灾之年,如1991和1998年,作物受灾面积和绝收面积明显高于多年平均水平,受灾面积为多年平均的2倍以上,而绝收面积则为多年平均的3倍以上,可见灾害的等级越高,对农业生产的影响也越严重。中国暴雨洪涝灾害对农作物的影响在20世纪90年代表现尤为显著,年平均受灾面积为1.086×107 hm2,中国自然灾害综合研究组的研究表明,同期中国农田水灾受灾面积为1.467×107 hm2,可见暴雨为中国农田水灾的主要诱发因素,约70%以上农田水灾为暴雨引发的洪涝灾害所致。在80年代,中国作物平均受灾面积为6.90×106 hm2,2000年以来平均受灾面积为8.15× 106 hm2,均大幅低于90年代的受灾面积。同样受90年代暴雨洪涝灾害较重的影响,农作物绝收面积在20世纪90年代也呈现出一个高峰,年平均绝收面积为1.51×106 hm2,高于近25 a的平均水平。总体上说,近25 a来,中国暴雨洪涝灾害对农作物受灾面积和绝收面积的影响稍有增加, 但不显著,这与暴雨发生频次的趋多和强度趋强存在一定的相关性。预计未来中国农业生产及粮食安全很可能将面临更大的挑战。
表 1为近25 a中国暴雨及暴雨洪涝灾害影响的区域差异,从表 1可以看出,华南地区为中国暴雨强度最大、频次最多的地区,而西北地区则是中国暴雨强度和频次最低的地区。总体上,中国暴雨强度和暴雨频次的区域分布一致性较好,但暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失和暴雨强度及频次在空间上并不一一对应,中国暴雨洪涝灾害经济损失总量最大的地区为华东地区,而年平均经济损失最高的则为华中地区,暴雨强度和频次最低的西北地区也是中国暴雨洪涝灾害损失最小的地区。经济损失的严重程度除了与暴雨本身密切相关之外,也与受灾地区的社会经济发展程度等社会因素有密切的关系。南方及东部沿海地区不仅是中国暴雨高发地区,同时也是经济相对发达、人口密度较高的地区,这些地区的暴雨洪涝灾害带来的经济损失往往也比较重。
通过分析气象部门收集的全国县域气象灾害灾情普查资料和全国气象站点逐日降水观测资料,分析了1984—2008年中国暴雨的时空特点,以及暴雨洪涝灾害影响的时空差异,得到以下结论:
(1) 近25 a来中国暴雨发生频次总体上稍有增加,其中20世纪90年代中后期为中国暴雨频发期。中国暴雨强度的空间分布特点呈现为南方高于北方,东部高于西部特点,与中国年平均降水量的空间分布特征相似。
(2) 近25 a来,中国暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失呈增加趋势,年平均直接经济损失为573亿元,但占GDP的比例呈下降趋势。直接经济损失较高的地区主要分布在中国南方地区,县域年平均直接经济损失超过2 000万元的县约占15%,其中有34个县年平均直接经济损失超过亿元。
(3) 受经济发展和城市化的影响,近25 a暴雨洪涝灾害的受灾人口呈增加趋势,但因灾死亡人口呈下降趋势。
(4) 近25 a来,暴雨洪涝灾害对农作物受灾面积和绝收面积的影响稍有增加,年平均作物受灾面积近9.00×106 hm2,作物绝收面积为1.27×106 hm2。考虑到未来气候变化的影响, 未来粮食生产可能面临更大的挑战。
(5) 华南地区为中国暴雨强度最大,频次最多的地区,但经济损失最重的地区为华东地区,年平均经济损失最高的为华中地区。
暴雨不一定导致洪涝灾害,但两者之间存在较强的相关性[16]。洪涝灾害不仅与降水有关,还与其他自然地理、社会环境等诸多因素密切相关[17]。在人类活动日渐加剧的情况下,洪涝灾害和社会经济因素的关联性也越来越大[18]。在中国气象灾害研究中,首要的困难就是历史灾情资料严重不足,而且各部门统计保存的资料存在较大出入。本研究基于气象部门收集的暴雨洪涝灾害灾情数据开展中国近25 a暴雨洪涝灾害影响的时空变化研究,首次在县域尺度上开展单灾种的灾害影响研究。这套数据资料收集难度大,耗时长,不可避免地存在一些遗漏和偏差,但总体上这套数据能较好地反映中国近几十年来暴雨洪涝灾害灾情的时空差异特点,有利于进一步认识中国暴雨洪涝灾害影响的区域差异和高强度的人类活动下暴雨洪涝灾害承灾体的复杂性。随着中国城市化进程的加剧,在未来几十年人口还会继续向经济发达地区集中。因此,未来防灾减灾工作不仅要关注气象灾害本身的发生特点,更要关注区域的社会、经济、人口及生态环境等方面的变化,因地制宜地制定防灾减灾对策。
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