第四纪研究  2016, Vol.35 Issue (1): 184-195   PDF    
海南岛东部台风重现期及其时空分布特征
屠佳雨, 高抒 , 周亮, 赵秧秧, 李高聪, 戴晨, 杨保明    
(南京大学中国南海研究协同创新中心, 南京 210023; 南京大学海岸与海岛开发重点实验室, 南京 210023)
摘要    2014年超强台风"威马逊"是华南地区历史上造成破坏最为严重的台风之一, 所以准确预测这类超强台风在未来的发生概率具有重要的实际意义和应用价值。为了增加重现期预测的可靠性, 本文采取器测资料和历史文献相结合的方法研究台风重现期。利用1949年以来台风最佳路径资料统计了65年内影响海南岛东部区域所有的年台风最大风速, 并采用耿贝尔分布模型建立了海口、文昌、琼海、万宁、陵水和三亚等6个区域的台风重现期曲线。同时, 基于历史文献记载描述, 利用阈值法确定了海南岛东部这6个城市历史时期超级台风的重现期。结果表明, 基于现代器测资料得到的相同强度台风重现期排序为文昌 <万宁 <海口 <琼海 <陵水 <三亚。统计模型结果表明, 强度为62m/s 台风的重现期, 与以历史文献为基础重建的超强台风重现期十分接近。此外, 西北太平洋台风(西太台风)和南海台风活动频数、台风能量耗散指数(PDI)的年际变化分析结果显示, 西太台风对海南岛东部地区的影响频数呈明显下降趋势, 而年总PDI仅略微下降, 表明单个西太台风的强度可能有所增大; 而南海台风对海南岛东部地区的影响频数变化波动较小, 其年总PDI则表现为略上升, 但总体强度变化不大。影响海南岛东部各地区西太台风的月频数存在纬向差异, 纬度越高, 台风高峰期出现的越晚; 而影响海南岛东部各地区南海台风的月频数空间差异不显著, 台风高峰期集中在7~9月。影响海南岛东部台风活动时间可以从4月持续到11月。
主题词     台风重现期    台风强度    频数    能量耗散指数    海南岛东部    
中图分类号     P736.14;P457.8                    文献标识码    A

1 引言

2014年超强台风“威马逊”登陆海南省,造成18市县216个乡镇325.8万人受灾,直接经济损失超过108亿元。台风引起的极大风速、 强降雨和风暴潮事件,不仅造成人员伤亡和财产损失,还引起海岸带水动力条件、 地形地貌以及生态环境的剧烈变化[1, 2] 。在全球变暖背景下,极端事件(如热浪、 干旱、 洪水和热带气旋(TC))强度和频率发生了变化[3] 。根据1975-2005年西北太平洋TC记录分析,其破坏潜力在过去的30年里几乎增加了一倍[4] 。虽然西北太平洋和印度洋区域TC总数在过去几十年里呈减小趋势,但强台风发生概率却在不断提高[5] 。中国沿海受西北太平洋TC的严重影响,研究如“威马逊”这种强度级别的台风在未来的发生概率(重现期)及其空间分布特征是减少沿海地区生命财产损失和海岸带破坏的有效途径。

目前,重现期计算常借助极值理论模型拟合极值样本分布来实现[6, 7] 。采用极值分布、 耿贝尔分布和广义帕累托分布(GPD)等方法,可计算得到洪水、 降水等水文极端事件的重现期[8, 9, 10] 。Elsner等[11, 12] 利用GPD得到特大飓风Katrina强度等级的风暴重现期,同时结合飓风地层资料建立了重现期统计模型。Jagger和Elsner[13] 基于影响墨西哥湾沿海的飓风数据对极大风速重现期进行空间差异分析,并结合气候变化因子,建立了美国沿岸极端飓风的气候态模型。然而,现代器测资料的时间尺度相对较小,对于研究台风等极端事件的重现期具有一定的局限性; 而历史文献记载具有较高的空间覆盖度、 时间分辨率以及定年准确性,对于重建器测时代之前的TC变化具有独特价值[14] 。20世纪初西班牙人开始制作菲律宾岛及其周围的风暴信息年代表,后人利用这份年代表共识别出652个TC事件,其中524个为台风,其余为热带风暴,并绘制了各个TC的登陆地点和路径[15] 。张向萍等[16] 通过对比1884-1949年间地方志记载和气象观测资料,检验得到基于历史文献记载重建的台风事件达器测数的85%以上,证明了利用地方志记载重建台风频次序列具有较高的可靠性。Grossman和Zaiki[17] 结合日本气候史、 区县自然灾害历史记录以及台风在线资料,证实了1880s影响日本的43个可能台风,并根据历史记载判别了台风的强度等级。Mock[14] 利用多种文献资料和20世纪之前的器测数据重建了1872年之前的83个风暴的具体信息,为评估未来飓风可能带来的最大灾害提供了重要信息。

海南岛是西北太平洋地区受台风灾害影响最严重区域之一,具有台风发生频率高、 强度大、 影响范围广和受影响季节长的特点[18] 。同时该地历史文化悠久,有关台风的历史记载可追溯到1000多年前的宋元时期,前人较为详细的记载了有关历史时期台风的活动信息[19] 。因此,海南岛地区是研究台风重现期及不同来源台风时空分布特征的理想地点[20]图1)。本文利用器测资料通过极值理论重建台风重现期,并结合历史文献法确定历史台风事件,探讨1949-2014年共65年海南岛东部台风重现期的空间分布特征。在此基础上,统计分析现代台风(1949-2014年)频数和强度的时空变化规律,以期对台风事件沉积记录研究和海岸工程建设提供帮助。

图1 1949-2014年海南岛东部台风概况 底图改绘自http://www.hbsm.gov.cn/,数据源自“最佳路径数据集”[21] Fig.1 Statistics of typhoons from 1949 to 2014. The base map was modified from http://www.hbsm.gov.cn/,and the data were derived from the best track dataset[21]
2 研究方法 2.1 数据来源与提取过程

海南岛东部受西北太平洋台风(以下简称“西太台风”)和南海台风影响,其数据可分为现代器测资料和历史文献资料两类。现代器测资料是由中国气象局热带气旋资料中心提供的“最佳路径数据集”[21] 。该数据集完整记录了1949年以来西北太平洋海域(含南海、 赤道以北,东经180度以西)TC每6 小时的地理位置(经、 纬度)与强度(中心风速、 中心最低气压)。

根据台风中心位置与研究区域的距离提取出所有登陆海南岛和对海南岛产生一定影响的台风最佳路径数据,并结合中国台风强度等级与可能灾害损失标准[22]表1),筛选出风速达到强热带风暴以上等级的TC最佳路径数据。由于该数据集仅提供每6 小时的台风中心位置,为获取离研究区域最近的精确位置,确保不错失任何一个经过沿岸区域和距离目标城市最近的台风,对最佳路径资料进行3次样条插值,获得时间间隔缩短为1小时的台风中心位置变化信息[13] 。此外,考虑到分区域研究的需要,分别以图1 中城市(海口、 文昌、 琼海、 万宁、 陵水和三亚)中心点为圆心,以100km为半径,筛选经过该范围内所有台风,最后根据最近距离的台风强度判断其对各个城市的影响程度。

表1 不同强度等级台风损失均值[22] Table 1 Average loss resulting from typhoons with different intensity grades[22]

历史文献对灾难性破坏有生动形象的词条描述,且绝大多数气旋记录地点明确、 定年准确、 无理化方法测年的误差[23] ,是获取古代气候信息的重要来源,其中关于大风或温度、 降水或暴雨、 海潮的记录可为台风强度等级的判别提供重要线索[24, 25, 26, 27, 28, 29] 。历史文献资料主要参考《中国气象灾害大典·海南卷》[19] ,其内容包括海南省近1000多年以来的台风、 暴雨、 洪涝、 干旱、 雷暴、 龙卷风等气象灾害的影响范围、 灾害情况、 防灾减灾措施等。因此,根据历史文献资料记载的财产损失和伤亡情况,评估台风的影响范围、 持续时间以及次生灾害的强度,从而提取历史文献中的台风信息。

2.2 台风重现期

重现期一般是指在较长时期内超过某个强度阈值的事件发生的一个相对稳定周期,是描述灾害等事件的一个重要参数[6] 。因此对于台风重现期(T)与频率(P)的关系可以表示为,当一个台风发生的P=1%时,得T=100年,则称为百年一遇的台风。考虑台风过境对沿海地区的影响,本文将台风重现期定义为台风中心位置至研究区域中心距离最近时台风强度超过某强度阈值的发生周期。根据数据来源不同,重现期计算方法分为历史文献阈值法和现代器测资料法。

2.2.1 历史文献阈值法

参照历史文献的气象记录与气候变化定量重建方法,整理文献中关于台风灾害的描述并进行级别分类,制定历史台风的强度判别标准(表2),以筛选出最强级别的历史台风。表2 中由A至C等级所对应的破坏力递减[14, 15, 16, 17, 19, 26, 27, 28, 29, 30] 。具体判别过程如下:1)根 据表2 筛选台风影响区域大于等于B级的历史台风记录; 2)读 取第一步中所得历史文献,对文献中台风记录的描述进行强度等级对照,例如“宋庆元七年(公元1201年)澄迈: 七月琼郡各州县刮飓风(A)、 澄迈县城门毁(B),公廨倒(A),民舍崩(B)。琼山: 八月,飓风毁坏城门、 公署、 民舍殆尽(A)。定安: 八月,飓风,大坏民舍(A)。儋州: 琼郡各州县飓风毁城门公署、 民舍殆尽。崖州(今三亚市): 八月,飓风毁城门、 公署、 民舍殆尽(A)”[19] ; 3)若 A级出现次数≥4 ,则定义为历史上在这一年出现的超强台风。

表2 海南岛东部历史台风的强度判别标准 Table 2 Criterions for the intensity grade of historical typhoons affecting eastern Hainan Island

按照以上判别过程综合整理公元982-1948年的台风历史记录,可以得到海南岛东部各地区近1000年来出现超强台风的次数,从而得到历史超强台风的重现期。

2.2.2 现代器测资料法

基于器测资料的重现期计算通常采用符合数据的统计分布类型。本文采用适用性较广的耿贝尔分布模型来估算超强台风的重现期。耿贝尔分布模型是一种极值分布模型,具有较强的理论基础,且模型中的两个参数也较易求解,形式简单,使用方便,目前已成为灾害风险管理的有效工具[31, 32] 。耿贝尔分布的概率密度函数f(V)和分布函数F(V)分别为:

公式(1)和(2)中V为器测资料所得年极值风速,αβ为分布参数,可采用经典矩估计法求得:

公式(3)中σMuM分别为样本标准差和平均值,C为欧拉常数(=0.5722)[33] 。 根据重现期T的定义,其计算公式如下:
将所得6个城市最大台风风速代入公式(2)和 (4)可求得相应地区各个风速对应的重现期,即一系列散点(图2)。最后,根据风速-重现期散点进行非线性拟合得到最佳关系式:
其中a、 b和c为系数,v为风速。根据台风可达最大风速定义v的值域为1~75m/s ,则可得到海口、 文昌、 琼海、 万宁、 陵水和三亚等6个地区出现最大风速时的台风重现期。

3 结果与讨论 3.1 海南岛东部台风重现期及其空间分布特征

基于现代器测资料重建的台风重现期如图2 所示。海南岛东部台风重现期曲线呈相似的指数形态,即随风速增大,台风重现期呈先平缓增大,至风速达到50~55m/s 时,台风重现期开始急剧增大。表3 列出了35~65m/s 级别台风的重现期,35m/s 级别台风在各地的重现期均为2-3a,而55m/s 级别台风的重现期,已经达到40-80a,甚至在三亚已经超过300a; 至65 m/s 级别,各地台风重现期均达到102-103a。

表3 基于耿贝尔分布模型得到的台风重现期 Table 3 Return periods of typhoons derived from the Gumbel distribution model

图2 海南省东部台风重现期分布曲线(虚线为95%置信区间) 黑点为由最佳路径资料所得的实测数据(散点) Fig.2 The return period distribution curves of typhoons affecting eastern Hainan Island, in which the dots are measured data extracting from the best track dataset and the dashed lines are 95% confidence limits

台风对海南岛东部各城市的影响也存在显著差异。图1 所示1949-2014年期间海南岛东部各代表城市的台风活动概况,发现台风活动频次为文昌>琼海>陵水>海口>万宁>三亚。表3 所示,相同强度的台风在文昌出现的频率最大,而在三亚出现的频率最小,即文昌的台风重现期最小,三亚的重现期最大。以2014年台风“威马逊”为例,该台风登陆海南岛时的最大风速达60 m/s ,该强度的台风在文昌的重现期约为88a,而在三亚的重现期是文昌的9倍左右,达782a。

表4 基于历史文献与现代器测数据的台风重现期对比 Table 4 Comparison of typhoon return periods derived from historical documents and modern instrument measurements

假定近千年来海南岛地区的气候条件保持相对稳定,则对基于器测数据和历史资料获取的超级台风重现期可进行定量化对比。历史文献阈值法获得的超强台风(55~65m/s)重现期的大小顺序为:文昌<万宁<海口<琼海<陵水<三亚,与基于器测数据重建的台风重现期顺序较为一致(表3表4)。进一步发现,基于历史文献重建的台风重现期与基于器测数据重建的风速达62 m/s (>6级强度)的台风重现期的吻合度相对较好,表明前者所统计的台风确为超强台风。然而,基于以上两种方法的三亚的台风重现期的对比结果差异较大,这可能与早期的经济水平和防灾工程有关。根据历史文献记载[19] ,三亚的台风事件分别出现在1082年和1735年,前者出现时期防灾工程设施相对落后,造成的破坏程度相对较大; 即使造成的破坏程度与现代相同,根据历史灾情描述来判定历史时期台风强度等级也必然低于相对应的现代台风。

基于器测数据和历史文献获得的台风重现期均表明,文昌受台风影响的频率最大,使其成为海南岛东部受台风影响最为严重的区域。历史文献中的诸多记载也证实了文昌受气象灾害最为严重,如乾隆三十三年(1768年),文昌飓风大作,文庙崇圣祠尽坏; 道光八年(1828年),文昌飓风大作,商船覆没甚多; 民国八年(1919年),大风拔木,暴雨倾盆,海潮与溪水交激,一望汪洋,水涨丈余[19] 。同样,现代器测资料表明,文昌超强台风出现的历史最大风速可达69 m/s ,也是海南岛东部有史以来记录的最大风速。文昌受台风影响最为显著可能与南海和西北太平洋上生成台风的西行路径有关。许向春等[34] 统计分析了海南岛台风路径的季节性特征,发现盛夏和晚秋影响海南岛的台风分别为稳定的WNW向和有转向的NW-N向。而文昌的地理位置正好处于两类台风都较易影响到的区域,从而造成其历年来遭受的台风灾害次数及强度均大于其他地区。此外,文昌地区风速达55 m/s 的超强台风重现期仅为40a左右,而该地区经济发展较快,人口密度相对较大,加之城市化进程加快,如此高强度的台风,势必对该地区基础设施以及经济财产、 社会安全造成严重影响,带来巨大损失。因此,文昌受超强台风的影响的概率最大,社会基础设施、 海岸防护工程建设都至少应考虑到类似“威马逊”这样百年一遇台风的危害。

无论现代器测数据还是历史文献记载,其时间尺度仅为101-103a,对于重建更长时间尺度甚至地质历史时期的台风事件序列仍有局限性。然而,沉积记录可以弥补这种不足[35] ,台风(或超强台风)在经过或登陆海岸带时会造成沿海地区水动力条件[36, 37, 38] 、 沉积动力过程[39, 40, 41] 以及生态系统[42, 43] 的剧烈变化,从而在浅海陆架、 潮滩、 潟湖以及滨海湿地等低能环境中形成风暴沉积[44, 45, 46] 。风暴沉积的研究逐步证实了正常浪基面以上风暴沉积具有保存潜力的可能性[47, 48, 49] 。在现代滨岸与浅海陆架,古风暴沉积在全新世、 中生代乃至古生代的地质记录中被陆续鉴别出来[50, 51] 。许世远等[52] 在长江三角洲的滨后沼泽低地、 滨岸贝壳沙堤、 三角洲前缘和前三角洲相继发现风暴沉积,并构成了一套独特的三角洲风暴沉积序列;周亮等[53] 从海南岛东南部潟湖沉积记录中分析得到近350年的古风暴事件时间序列,并能够与历史文献资料得到很好的印证。古风暴事件沉积记录与历史文献记录的相互印证,以及历史文献数据与器测数据对台风强度与重现期的重建,为利用器测数据和风暴沉积判别沉积记录中的台风强度及计算其重现期提供可能。

3.2 不同来源台风的时空分布特征

海南岛位于西北太平洋TC频繁影响的区域,同时又濒临南海TC的源地[20] ,台风甚至更强级别的超强台风经常登陆或间接影响海南岛,造成海南岛严重的生命财产损失。深入研究影响海岸岛的TC活动规律,有助于提高其预测水平,对防灾减灾、 保障经济稳步发展都具有非常重要的理论和现实意义。这里我们对1949-2014年间登陆和影响海南东部的西太台风和南海台风进行统计,进一步分析其在时间和空间上的分布特征。

3.2.1 台风时空分布总体特征

统计结果表明(图3),1949-2014年登陆和影响海南岛东部的TC中达到台风级别(>30 m/s)的共有84个,其中西太台风72个,平均每年1个; 南海台风12个,平均每5.5年1个。1949以来,西太台风对于海南岛的影响频数存在明显下降的趋势,特别是在1970年之后; 而南海台风发生次数较少,频数有略微下降趋势(图3)。赵宗慈和江滢[54] 发现当西北太平洋年台风总数增加时,登陆我国的台风也会随之增加。在全球变化情况下,热带太平洋海温东西向梯度减小导致水汽从低纬向东亚的输送减少,造成西北太平洋年总编号台风数减少[55, 56] ,作为受其影响的主要区域,我国登陆台风也相应地发生了减少。除此之外,Du等[57] 研究发现在热带印度洋增暖时激发的Kelvin波会使夏季在西北太平洋西部上空往往出现反气旋型的异常环流,从而抑制西北太平洋上TC的生成,并认为从20世纪70年代中后期起,由于热带印度洋持续增温,西北太平洋上TC生成频数呈减少趋势。

图3 1949-2014年台风频数(不包含热带风暴及以下级别TC)和10年滑动平均变化曲线(虚线为线性趋势) Fig.3 Frequency of typhoon occurrence from 1949 to 2014(excluding low energy level tropical storms), together with the 10-year smooth trends,where the dash lines denote the linear trend

图3中台风频数的10年滑动平均显示,西太台风具有3个起伏阶段和1个相对平稳阶段,分别为1949-1965年、 1966-1983年、 1984-1999年和2000-2014年。其中,1966-1983年明显是近65年来台风活动最活跃的阶段。1971年台风总频数达到了5个之多,推测其与厄尔尼诺(拉尼娜)事件的发生有关。目前研究表明[55] ,拉尼娜年更有利于热带气旋的产生。据资料记载[58, 59, 60, 61] ,1970-1972年是历史上较强的一次拉尼娜事件,而图3 显示海南岛东部在这期间受台风影响的频数达到历史峰值; 其次,1982-1983年和1997-1998年发生的两次强厄尔尼诺事件正好对应于频数滑动平均曲线的低谷区。

为进一步研究台风对海南岛东部的影响程度,引入能量耗散指数(Power Dissipation Index,简称PDI)来度量台风的破坏力大小[4] 。依据Emanuel[4] 提出的公式计算1949年以来直接或间接影响海南岛的西太台风和南海台风的年总能量耗散指数。PDI计算方法如下:

公式(6)中 ,V为1小时平均风速,T为台风持续时间,t为间隔时间,PDI的单位为m3/s2

统计结果表明(图4),西太台风年总PDI自1949年以来呈现下降趋势,但幅度较小,而南海台风则有略微的上升趋势。根据西太台风的PDI值10年滑动平均的起伏状况也可分为与其频数变化相一致的4个阶段。从10年滑动平均曲线的覆盖面积可看出,西太台风PDI在第二阶段(1966-1983年)和第三阶段(1984-1999年)的台风强度总值相近,但第三阶段台风总频数小于第二阶段台风总频数(图3),表明第三阶段单个台风的强度有所增加。至第四阶段(2000-2014年),台风频数年际变化相对平稳(在0-2个之间波动),而其PDI却呈现急剧上升趋势,表明这期间强台风的出现频率有增大的趋势。Johnny[62] 通过统计西北太平洋热带气旋累积能量发现,强台风的发生概率正在增大。Li和Zhou[63] 通过对1965-2006年TCs数据的小波分析和相关性分析,揭示了台风与超强台风的发生频率与厄尔尼诺(拉尼娜)循环之间的关系,发现厄尔尼诺(拉尼娜)达到最盛时期的时候有利于超强台风的生成,而一般强度热带气旋频率的增减发生在这两个事件的转换阶段。但是海南岛区域超强台风的发生与厄尔尼诺(拉尼娜)循环的关系还有待进一步研究分析。

图4 1949-2014年台风年(不包含热带风暴及以下级别TC)总PDI及10年滑动平均变化(虚线为线性趋势) Fig.4 Power dissipation indexes of typhoons with their 10-year smooth trends from 1949 to 2014 (excluding low energy level tropical storms),where the dashed line denote the linear trend

相对于西太台风,南海台风发生次数和PDI值均较小,在强度上没有明显的增强或减弱趋势。但由于生成位置与海南岛距离较近,从台风产生到登陆的历时小于西太台风,使得部分南海台风也对海南岛造成了极大破坏,如1976年生成于南海的7619号台风年PDI值达1.75×1012 m3/s2,先后在广东湛江、 遂溪以及海南后水湾沿岸登陆,导致海南全岛普遍降雨,南渡江发生特大暴雨洪水,被洪水包围和被淹没的村庄多达220个,登陆时最大风速达35 m/s (4级),持续时间长达11天[19] 。因此南海台风对海南岛的影响也不容小觑。

3.2.2 海南岛东部台风活动月频数特征

由重现期计算可知海南岛东部由南至北受台风影响存在较大空间差异,因此将东部研究区划分为东北部、 东中部和东南部三部分,其中东北部为海口和文昌、 东中部为琼海和万宁、 东南部为陵水和三亚。

1949-2014年各地台风月频数统计结果显示,海南岛的西太台风从南到北存在较大差异(图5)。东北部西太平洋台风影响高峰期集中在8月、 9月份; 中部台风活动高峰期则为9月、 10月份; 东南部台风影响高峰期则集中在10月份; 而南海台风纬向变化不大,主要影响月集中在7-9月,其中陵水和三亚在6月份受南海台风影响也较为明显。研究发现,南海台风的产生有季节性变化,当夏季风盛行时,其产生源地多集中在南海海盆北部,冬季风时则在海盆南部,并且其在南海的活动范围比西太台风更广,即使是冬季产生的台风也有可能影响到海南岛[64, 65] 。而海南岛位于南海海盆北部,因此南海台风响时段主要集中在夏季风盛行时,8月、 9月达到最盛期(图5)。

图5 1949-2014年海南岛东部台风活动月频数 Fig.5 Monthly variability of typhoon activities over the eastern Hainan Island from 1949 to 2014

另外,海南岛台风活动时间可以从4月持续到11月,这可能与南海海盆常年产生热带气旋有关[66] 。其中,4月主要以南海台风为主,如0801号台风浣熊(NEOGURI)于2008年4月15日生成于南海海面,在海南省文昌登陆,中心最大风速达38 m/s 级(4级)[67] ,11月则以西太台风为主,例如2013年30号台风海燕,其中心最大风速曾达到75m/s (6级)[68] 。因此,4-11月均是海南省东部沿海进行台风灾害防范的重要时段,特别是8-9月两类台风同时盛行期间。

4 结论

本文基于1949年以来影响海南岛东部台风的器测资料和历史资料进行了统计分析和台风重现期研究,得出以下结论:

(1)基于器测资料得到海南岛东部的海口、 文昌、 琼海、 万宁、 陵水、 三亚等6个城市的重现期呈现相似的类指数形态,且台风活动频次文昌>琼海>陵水>海口>万宁>三亚。基于历史文献阈值法得到各个地点超强台风重现期对比来看,其重现期大小顺序为文昌<万宁<海口<琼海<陵水<三亚,与基于器测资料建立的重现期较为一致,并且基于历史文献阈值法建立的超强台风重现期与现代器测资料62 m/s 级别台风的重现期吻合度较好。为精确地预测超强台风的重现期,有必要进一步加入沉积记录方法对台风重现期进行研究。

(2)海南岛东部现代台风频数和强度也存在时空分布差异,自1949年以来每年的西太台风频数下降明显,而PDI值总体上呈略微下降趋势,表明单个台风强度可能有所增大。西太台风活动频数的峰(谷)区大致对应强拉尼娜(强厄尔尼诺)事件; 而南海台风对海南岛东部区域的影响频数以及台风强度变化在整体上相对较小。

(4)影响海南岛东部的现代台风存在明显月频数变化特征。影响海南岛东部的西太台风,月频数变化存在纬向差异,纬度越高,台风活动的高峰期出现越晚; 而南海台风的月频数空间差异不显著,其台风活动高峰期主要集中在7-9月。台风最早出现月为4月,以南海台风为主; 最晚出现月为11月,以西太台风为主。

致谢 台湾海洋大学应用地球科学研究所陈慧芬教授在“南海暨南海岛屿环境、 气候与灾害研讨会”(合肥,2015年4月12-13日)期间与本文作者之一(高抒)进行了学术交流,并提供了部分资料; 审稿专家对本文初稿的修改提出了宝贵建议,谨此致谢!

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RETURN PERIODS AND SPATIAL-TEMPORAL DISTRIBUTION PATTERNS OF TYPHOONS AFFECTING IN EASTERN HAINAN ISLAND
Tu Jiayu, Gao Shu , Zhou Liang, Zhao Yangyang, Li Gaocong, Dai Chen, Yang Baoming    
(Collaborative Innovation Center of South China Sea Studies, Nanjing University, Nanjing 210023; Ministry of Education Key Laboratory for Coast and Island Development, Nanjing University, Nanjing 210023)

Abstract

Southern China frequently suffers serious damages from typhoons which bring about extremely high wind speed, strong rainfall and storm surges.The effects of this natural hazard include severe casualties and property losses, and dramatic changes in hydrodynamic conditions, geomorphology and ecosystems.Hence, it has become a key issue to accurately predict the return periods of super typhoons for coastal defense and management.

In the present study, instrumental data and historical documents were combined to estimate the return periods of typhoons.Respectively, we filtered all the typhoon data within 100km to the center of the cities involved in this study.Based on the best tract data of typhoons from 1949 to 2014, annual maximum wind speed of typhoons influencing eastern Hainan Island was derived.Furthermore, the Gumbel Distribution method was used to reconstruct the curves of typhoon's return periods for six local cities, i.e., Haikou, Wenchang, Qionghai, Wanning, Lingshui and Sanya.The return periods of typhoon affecting these cities were also determined by the threshold method on the basis of an analysis of historical documents.The results from the instrumental data indicate that the return periods of typhoons with the same intensity have a sequence of Wenchang <Wanning <Haikou <Qionghai <Lingshui <Sanya.The return periods of super typhoons reaching a wind speed of above 62m/s by the statistical model are similar to those derived from the historical documents.

Furthermore, the inter-annual variability in terms of the frequency and power dissipation index(PDI)was analyzed for the typhoons formed in the Northwest Pacific Ocean(NPC)and the South China Sea(SCS), respectively.The frequency of occurrence of the typhoons from the NPC affecting eastern Hainan Island has a trend of remarkable decrease, but at the same time the annual total PDI decreased only insignificantly, which implies an enhanced typhoon intensity for the storms derived from the NPC.The frequency of occurrence and the intensity for the SCS generated typhoons maintains relatively stable.In terms of the spatial distribution pattern, the peak of typhoon activities associated with the NPC occurred progressively from lower latitude to higher latitude places, whilst the peak of typhoon activities of the SCS focused in July, August and September, without significant latitudinal differences.Typhoons affecting eastern Hainan Island can last from April to November.

Key words     return periods    typhoon intensity    frequency    power dissipation index    eastern Hainan Island