新疆南部風災的空間格局和年際變化特征

荊海亮，牟 歡，王 軍

（1新疆維吾爾自治區人工影響天氣辦公室，新疆 烏魯木齊 830000；2新疆維吾爾自治區氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002；3伊寧市氣象局，新疆 伊寧市 835000）

0 引言

風災屬于氣象災害的一種，在一定天氣形勢與特殊地形共同作用下產生。風災對于農業的危害主要是拔樹、折苗，嚴重情況下可使農作物顆粒無收。對于工業、交通運輸和人民生活的危害主要是損壞房屋、廠房、電線等建筑設施。風災對新疆境內鐵路運營的影響也尤為嚴重，特別是“百里風區”、“三十里風區”等特殊地段常出現大風吹翻火車、打碎玻璃、阻礙交通的事件。新疆風災每年造成平均2.4 億元的經濟損失，風災損失值隨工農業生產總值的增長而增加，且其增長速度比經濟增長速度快[1]。

國內學者對大風的時空變化特征開展了廣泛的研究[2-5]，認為大風呈減少的變化趨勢，并根據風災災情普查資料分析不同區域風災的時空變化特征[6-7]。其中，對新疆區域的風災主要根據大風造成的災害損失，進行風災時空變化評估[8-9]，這些研究工作主要集中在2008年以前，之后再沒開展此類工作。而開展新疆南部風災的空間格局和年際變化特征分析，對全面了解風災的發生、災害程度、發展趨勢，及時調整當地農牧業生產結構和實現農牧業的可持續發展具有十分重要的意義。

本文基于 1980—2019 年新疆南部 48 個縣/市（以下簡稱縣市）每次風災事件的死亡人數、倒塌房屋數、倒塌棚圈數、死亡牲畜數量和農作物受災面積，對風災的強弱進行等級劃分與區劃，并對新疆南部風災的年際變化特征進行分析，以闡明新疆南部風災的空間分布和季節變化特點，為風災多發地區做好防災、減災和抗災提供理論依據和數據支撐。

1 資料和方法

1.1 資料

本文根據新疆維吾爾自治區民政廳記載的風災災情信息，整理得到1980－2019 年新疆南部48個縣市包含出現時間（年月日）、出現區域（縣市）、死亡人數（人）、倒塌房屋數（間）、倒塌棚圈數（座）、牲畜死亡數量（頭）和農作物受災面積（hm2）等災情記錄1350條。若某次某縣市區域內出現1次風災，則該縣市風災出現次數記為1。

1.2 災損指數的構建

由于表達風災的6個災情要素分別為出現次數（次）、死亡人數（人）、倒塌房屋（間）、倒塌棚圈（座）、死亡牲畜（頭）和受災面積（hm2），為了便于比較不同縣市和不同年份的風災強弱，需要構建能綜合表達風災6 個災情要素的災損指數（Z）。在災損指數的構建中通過比值法確定每個災情要素的權重，基于災情要素權重采用無量綱化線性求和的方法得到災損指數。

設有m個災情要素，每個災情要素由n個樣本組成，這樣可得到風災災情要素評價矩陣Xn×m。則風災災損指數Z的計算公式如下[10]：

上式中i＝1，2，…，n；a1，a2，…，a6分別代表6個災情要素的權重分別代表6個災情要素的平均值。第j個災情要素的權重aj的計算公式定義如下：

上式中Xja為第j個災情要素的最大值；代表第j個災情要素無量綱化的累計值；代 表m個 災 情 要 素 無 量 綱 化 的總和。

對于空間區劃，n代表縣市數（n＝48），X為某縣市每個災情要素1980—2019年累計值；對于年際變化，n代表年數（n＝40a），X為某年某個災情要素的累計值。

如表1 所列可知，利用1980—2019 年新疆南部各縣市某個災情要素的40a 累計值，某年某個災情要素的48個縣市累計值，依據比值法計算得到縣市和年份對應的6 個災情要素的權重、平均值和最大值。

表1 災情要素的權重、平均值和最大值Table 1 The weight，average and maximum value of disaster elements

1.3 災損指數的分級

利用概率分布密度的直方圖法和假設檢驗[11]確定縣市和年災損指數的概率密度函數，根據概率密度確定縣市和年災損指數不同等級的閾值，進而實現各縣市和各年風災強弱的等級劃分。

根據縣市和年災損指數樣本序列，采用概率分布密度的圖解法，取分組數10得到縣市和年災損指數直方圖。如圖1所列可知災損指數近似服從伽瑪分布?？h市（年）災損指數的平均值μ＝1（1），方差σ2＝0.4761（1.0754），由μ=αβ，σ2=αβ2關系式計算得到縣市（年）伽瑪分布的參數α＝2.1004（0.9299），β＝0.4761（1.0754）。

圖1 災損指數的概率密度分布Figure 1 Damage index of the probability density distribution

根據文獻中檢驗方法[11]計算得到縣市（年）的統計量V＝2.63（10.51），取α=0.01，查x2分布表得到臨界值λ=18.48。因V<λ，認為縣市（年）的災損指數服從伽瑪分布，縣市（年）的概率密度函數均可用伽瑪分布函數表達，具體表達式為：

由伽瑪分布函數的概率可確定縣市（年）的災損指數分位點xp值，根據分布函數的概率及對應的災損指數閾值，表2 列出了縣市（年）風災危害性等級劃分標準。

表2 新疆風災等級劃分標準Table 2 Standard for classification of wind damage in Xinjiang

2 風災的空間分布

在空間分布上，新疆南部獨特的地理環境，造成風災分布的復雜性。如圖2 所示可知，新疆南部風災的分布與大氣環流形勢和地形有關。新疆南部累計發生次數較多、造成損失較大的風災大多都靠近山區，主要分布在天山南側、昆侖山北側。從風災發生次數來看，累計發生次數較多的在吐魯番地區、巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）和阿克蘇地區，近40 年45～77 次；從風災引發的損失看，累計死亡人數最多的在吐魯番地區，近40年12～28人；倒塌房屋最多的在阿克蘇西部和阿克蘇的沙雅縣，年平均28～62間；倒塌棚圈最多的在和田地區，年平均41～89間；年均死亡牲畜較多的集中在巴州和克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡稱克州），為532～1152 頭；年均受災面積最大的在阿克蘇地區和吐魯番地區，為5821～11883hm2。

圖2 新疆風災6個災情要素的地理分布Figure 2 Geographical distribution of six elements of wind disaster in Xinjiang

災損指數較大的區域反映風災較強。如圖3a所示可知，風災主要集中發生在阿克蘇地區、巴州、吐魯番地區和和田中部。災損指數大于1.879的縣市有阿克蘇市、吐魯番市、沙雅縣、洛浦縣和烏什縣，這與新疆南部地域大、地形復雜、農牧產業分布不同的實際情況有關。天山南側中部區域以綠洲農業和牧業為主，昆侖山北側的平原以灌溉農業為主，靠近昆侖山區為牧業區，災損指數的大值區與農牧區有很好的對應關系。

如圖3b所示可知，較重等級以上風災主要集中在阿克蘇地區、吐魯番地區、巴州和和田地區，其中特重等級風災主要集中吐魯番市、阿克蘇市、沙雅縣、洛浦縣和烏什縣，這些地區都是農牧業主產區、礦產資源開發和旅游區，有的又在條件艱苦的邊遠山區，道路交通和防災救災基礎設施薄弱，一有風災發生，必定會給當地經濟發展造成嚴重影響，是防災、救災的難點和重點區域。

圖3 新疆風災災損指數和災損指數等級的空間分布Figure 3 Spatial distribution of wind disaster index and grade zoning of wind disaster in Xinjiang

3 風災的季節變化和年際變化

3.1 季節變化

新疆南部一年四季均有風災出現。春季最多，占全年的82.2%；夏季次之，占全年的14.9%；秋季和冬季出現最少，分別占全年的0.9%和2.0%。如圖4所示可知，6大災情要素的逐月分布差異明顯。6大災情要素均集中在4月至6月，其中4月最多，5月次之。春季風災的集中發生與牧區的牧業轉場、產羔育幼、農作物幼苗生長密切相關，同時強風天氣多在春季出現。因此，在防災、減災服務中應認真做好春季強風天氣的預報，提前做好防災、抗災準備。

圖4 6個災情要素的季節變化Figure 4 Six damage elements in seasonal change

3.2 年際變化

在1980—1986 年，年災損指數（ZY1）與時間的線性回歸方程為ZY1=0.597t-1.316（R2＝0.4576，P＝0.10）；在1987—2001年，年災損指數（ZY2）與時間的線性回歸方程為ZY2=0.154t-0.128（R2＝0.3847，P＝0.01）；在 2002—2019 年，年災損指數（ZY3）與時間的線性回歸方程為ZY3=0.024t+0.659（R2＝0.0780，P＝0.26）。這表明 1980—1986 年和1987—2001 年新疆南部風災呈分段式線性增長趨勢；2002－2019 年風災也存在線性增長趨勢，但不顯著。每10 年的平均災損指數分別為0.8816（1980—1989 年）、1.2237（1990—1999 年）、0.9057（2000—2009年）和0.9890（2010—2019年），表明20世紀90 年代最強，21 世紀第二個十年次之。1986年、1999 年和2001 年分別為特重年份，最重的是1986年，災損指數達到5.4。

圖5 災損指數的年際變化Figure 5 The interannual variability of damage index

4 結論

利用新疆南部風災事件的6 個災情要素，通過線性組合方法，構建得到能夠綜合表達風災強度的災損指數。經過概率統計檢驗表明，災損指數服從伽瑪分布。因而，依據伽瑪分布函數將災損指數的強度劃分為一般、較重、嚴重和特重四個等級。新疆南部風災主要分布在天山南部和昆侖山北部，集中發生在4 月至5 月，較重等級以上風災集中在吐魯番地區、阿克蘇地區、和田地區、克州和哈密地區，其中特重等級風災主要出現在吐魯番市、阿克蘇市、沙雅縣、洛浦縣和烏什縣。

在1980—2019 年的最近40 年內，新疆南部風災的年際變化分別在1980—1986年、1987—2001年呈分段式線性增長趨勢，且增加趨勢顯著。特重等級以上風災分別在1986年、1999年和2001年發生，年災損指數分別為5.4、4.2和2.7，這進一步表明，在氣候變暖背景下風災的波動性在逐漸減弱。