热带气旋是发生在热带或副热带洋面上的低压涡旋,是一种强大而深厚的热带天气系统,也是地球物理环境中最具破坏性的天气系统之一.台风(Typhoon)是赤道以北、日界线以西,亚洲太平洋国家或地区对热带气旋的一个分级.根据《热带气旋等级》国家标准(GB/T19201-2006)[1],热带气旋底层中心附近最大平均风速达到32.7～41.4m·s-1(风力12～13级)为台风,达到41.5～50.9m·s-1(风力14～15级)为强台风,≥51.0m·s-1(风力16级或以上)为超强台风.近年来,在全球气候变化的背景下,登陆我国东南沿海的台风个数显著增多,带来的暴雨也逐年增加[2,3],台风的灾害效应出现明显增强趋势,超强台风所占比例显著增多[4,5,6].

严重的灾害损失源于台风引起的风暴潮、洪涝、滑坡与泥石流等次生灾害,在时间与空间上连锁反应形成的灾害链效应,造成灾情累积放大[7,8].曾有不同学者分别对灾害链进行界定,郭建增首次提出:“灾害链就是一系列灾害相继发生的现象”[9].史培军认为,灾害链是由某一种致灾因子或生态环境变化引发的一系列灾害现象[10].刘文方则从系统的角度对灾害链进行了定义:“灾害链是包括一组灾害元素的一个复合体系,链中诸灾害要素之间与诸灾害子系统之间存在一系列自行连续发生反应的相互作用,其作用的强度使该组灾害要素具有整体性”[11].我国东南沿海是台风-暴雨-洪涝灾害最严重的地区之一[12].例如,受2016年台风“莫兰蒂”的影响,全国多个地区包括福建东部、浙江、上海、江苏南部、安徽东南部、江西东北部出现暴雨和大暴雨[13];2014年“威马逊”台风导致海南、广东、广西多地及云南南部出现狂风暴雨天气,引发严重的洪涝灾害[14];2013年“罗莎”台风带来的强降水导致杭州、宁波等沿海城区的严重内涝[15];2005年10月台风“龙王”造成福州特大暴雨,某武警部队驻地遭受山洪袭击,86人被山洪吞没[16];2009年台风“莫拉克”袭击台湾带来特大水灾、山体崩塌以及泥石流灾害,造成台湾地区共461人死亡、192人失踪、46人受伤[17].

台风诱发的致灾因子与其他因素联合时,会进一步积累和放大灾情,因此近年国内对台风灾害的研究逐渐从单一灾害转向到灾害链.从灾害链的分类来看,主要分为串发性灾害链和并发性灾害链[18].而变化环境下,“多碰头”灾害的出现导致灾害链串发和并发并存,即混合性灾害链.就台风而言,有学者指出,当由台风诱发的暴雨、大风、风暴潮等致灾因子独立地或与其他因素联合发生时,引发的同源型、串联型、并联型、混联型等链状次生灾害即为台风灾害链[19].除此之外,还有学者将台风灾害链定义为“台风发生之后,由其诱发的一连串的其他自然灾害事件[20]”以及“由台风本身携带的暴雨、大风、风暴潮及其引发的一系列次生灾害共同构成的链状灾害[21]”.王然[22]等基于孕灾环境特征,对全球台风灾害链进行了较详细的分类并明确区域特征,即在西北太平洋、南太平洋、北印度洋和南印度洋,台风灾害链分别主要发生在山地(丘陵)区、岛屿区、河口海岸区及平原地区,北大西洋和东北太平洋主要发生在平原海岸区.帅嘉冰等[23]分析了长三角地区不同孕灾环境组合形成的不同台风灾害链,指出海岸带易引发台风-大风-巨浪或风暴潮灾害链;丘陵区域易引发台风-暴雨-山洪、泥石流和滑坡灾害链;平原地区易引发台风-暴雨-平原洪水和内涝灾害链.潘安定等[20]初步研究了广东台风灾害链的主要成因和一般规律,同时对其主要环节和类型进行了划分,研究发现,大风灾害链多以直接损害的形式造成不同程度的人员伤亡、基础设施损害及经济作物减产;分流排泄不畅和松散堆积物的存在是造成洪水与泥石流、山崩和滑坡等暴雨灾害链的重要原因;风暴潮灾害链则主要体现在损毁港口、堤围及沿岸和近岸产业.叶金玉等[24,25]以历史台风灾害资料为基础,分析了造成福建省台风灾害危害的主要因素、构建了福建省台风灾害链模式,福建省以台风-暴雨灾害链分布最广泛并形成南北两个高密度区域;台风-大风灾害链的分布次之,主要集中在以闽中山脉以东的沿海地区;台风-风暴潮灾害链主要分布于东部临海的县市.有关台风灾害风险评估的研究也逐步成熟[26,27,28,29].中国地域辽阔,东南沿海地区的地形差异会使台风灾害表现有所不同.针对此问题,本文以“利奇马”台风为例,通过对孕灾环境分类,研究台风在不同地形条件下的灾害链特点.

1、“利奇马”台风灾害概况

2019年9号台风“利奇马”(国际编号1909)于2019年8月4日15时许正式获得日本气象厅命名(“利奇马”的名字由越南提供),8月7日23时许被中央气象台进一步升格为超强台风,并继续向西北方向移动,向浙江沿海靠近.

2019年8月10日1时45分前后,台风“利奇马”在浙江省沿海城市温岭登陆,中心附近最大风力为16级(52m·s-1),中心最低气压93kPa[30],浙江省多地受灾严重.8月9日-8月10日期间,台州括苍山和枧头村两个站点24h降雨量超过600mm[31],高于标准特大暴雨降水量的两倍;8月10日,台州临海西门断面过水流量达12500m3·s-1,洪峰最高水位达10.98h,临海老城爆发70a来最大洪水,城区内涝严重[31];温州市永嘉县岩坦镇山早村发生特大山体滑坡,堵塞河流形成堰塞湖并决口,山洪暴发,水位陡涨,造成人员伤亡[31].

同日晚,“利奇马”移出浙江北上,致使安徽省沿江江南出现大到暴雨,宁国、广德、绩溪部分地区房屋倒损、农作物被淹、道路桥梁冲毁、供电和通讯中断[32].截至11日11时,安徽省受灾人口5.22万人,因灾死亡1人;农作物受灾面积2.19khm2;倒塌房屋74间;直接经济损失5106.4万元,其中农业损失1950.7万元[33].

8月11日20时50分,“利奇马”在山东省青岛市黄岛区登陆,登陆时中心附近最大风力为9级(23m·s-1)[34].长时间的持续降雨,造成山东22座大中型水库出现了超汛期限制水位,多条河流出现漫堤、管涌等严重问题.截至8月13日7时,受台风“利奇马”影响,山东省16市117个县市、853个乡镇和街道以及373.19万人不同程度受灾[35].农作物受灾面积478.95khm2,倒塌房屋3318间,因灾死亡5人、失踪7人[36].

2、台风灾害链

任何一个或一种灾害发生,都可能成为其他灾害事件的触发因子,从而形成链式反应,因此需要从多个角度全面剖析灾害的发生过程,加强对灾害链的识别和管控.例如,Blaikie[37]等认为自然灾害是承灾体与致灾因子综合作用的结果;Mileti[38]认为地球物理系统、人类系统和结构系统共同组成了自然灾害系统,而灾情是自然灾害系统各要素相互作用的结果[18].根据灾害系统理论,灾害是地球表层变异过程的产物,是致灾因子、孕灾环境与承灾体综合作用的结果[18](见图1,文献[39]修改).

图1台风灾害系统图

“利奇马”台风带来的大风、强降水和风暴潮等致灾因子(事件)与不同地区的自然地理条件配合产生如山洪、滑坡、泥石流等链式发生的自然灾害.如表1(文献[22]修改),根据我国频繁遭受台风袭击的区域情况,首先以海陆位置为依据对孕灾环境进行分类,划分出沿海地区和内陆地区两种环境大类,其次依据区域地理环境性质与指标,进一步将沿海地区划分为平原海岸、山地海岸以及河口海岸,将陆地划分为山地(丘陵)和平原,共5种地理环境亚类,构成我国台风灾害链孕灾环境类型,据此来分析“利奇马”台风在不同地形条件下的灾害链特点[22].

表1台风灾害链类型

3、“利奇马”台风灾害链致灾分析

3.1“利奇马”台风主要特点

台风“利奇马”是2019年以来登陆我国的最强台风,共有十多个省(市)受影响.“利奇马”台风具有3个主要特点:一是持续时间长.“利奇马”在我国陆上强度维持在热带风暴及以上级别的滞留时间,长达44h,1949年以来排名第六[40](表2);二是登陆强度强.2019年我国第4号台风“木恩”和第7号台风“韦帕”登陆时强度为热带风暴级,风力分别为8级、9级[41,42],而台风“利奇马”登陆时强度为强台风级或超强台风级(14～16级,45～52m·s-1)[43](表3).另外,在1949年以来登陆我国的台风强度排名中,“利奇马”台风排名位列第五[44],而位于其前的“桑美”台风及其后的“彩虹”台风和“莫兰蒂”台风均已被除名;三是风雨强度大、影响范围广.受“利奇马”影响,东海、长江口区、杭州湾、黄海南部等海域以及台湾岛北部、福建中北部、上海、浙江和江苏南部等沿海地区风力有7～9级,而“利奇马”中心经过的附近海域或地区的风力可达14～17级,阵风17级以上[45];“利奇马”台风的登陆,使江南东部、江淮东部、黄淮大部、华北东部、东北地区东部部分地区等地的累计降水量达到50～250mm[40].其中,浙江的温岭、北仑以及山东的昌乐、章丘、临朐、青州等地累计降水量超过400mm[46].山东平均降水量158mm,超过2018年台风“温比亚”带来的平均135.5mm的降水,为山东有记录以来的过程降雨量最大值[47].除此之外,山东、浙江、江苏、安徽、上海等地共有46个国家站的日降水量达到或超过极端阈值,其中山东临朐(386.7mm)、青州(353.9mm)、广饶(347.8mm)和浙江北仑(291mm)等19个国家站的最大日降水量突破历史极值[48],而暴雨又是台风最重要的致灾因子之一[24].以上3个特点成了“利奇马”台风引发严重灾害链的主要原因.

表21949年以来我国台风滞留时长排名(据文献[48]修改)

表31949年以来登陆我国台风强度排名(据文献[49]修改)

3.2沿海平原地形台风灾害链

3.2.1台风-大风灾害链

“利奇马”台风登陆的地区温岭是浙江省的一个沿海城市,地势西高东低,自西向东逐渐倾斜.海岸没有山地阻挡,导致台风登陆时风力较强,再加上台风登陆位置为半封闭海洋且多港口,台风大风灾害链引起的巨浪易在港口发生增水,给近海船只和海洋养殖业造成巨大损失.同时,台风大风还能刮倒沿海房屋、折断树木、毁坏农作物、吹倒各类大型公用设施、电缆等,造成人员伤亡、通讯阻断、车辆被砸、电力供应中断等.此外,台风带来的大风暴雨,使树木倒伏的过程中可能会剐断附近的电线,暴雨导致树枝雨淋后成为导体,电流也会通过潮湿的树枝和树干传到地面形成回路,造成漏电伤人事故.受“利奇马”超强台风的影响,西湖景区出现54株倒伏树木,杭州南山路一株胸径60cm的悬铃木发生25～30cm粗枝干断裂,造成道路堵塞[50];浙江省有402.4万人受灾,农作物受灾面积达到10.3万hm2,绝收1.3万hm2,因灾倒损房屋1.4万余间[50];台州市1684条10kV线路停运,173万户用户停电;苍南县的鱼排被海水冲破,养殖基地中出现死鱼的现象[51].可见,台风-大风灾害链对沿海地区的人员安全、通信线路、农业渔业均造成严重损失.

3.2.2台风-风暴潮灾害链

台风在登陆过程中,首先影响到海岸带,对于平原海岸带而言,台风所带来的大风,在平坦的地形下易形成风暴潮,进而潮水可以越过海堤等设施深入内陆,形成洪涝.“利奇马”登陆的温岭市,其北部、中部和东部为平原,地势平坦,台风暴雨极易引发城市内涝与农田渍害以及大范围洪水.如“利奇马”台风造成山东3人被洪水冲走[52];浙江临海市上游的始丰溪、永安溪两江首次同时暴发特大洪水,排在有实测资料以来的第一位;临海古城被淹,城区发生严重内涝[31];多地沿海市区道路发生严重的积水,致使交通瘫痪.另外,内涝还会导致汽车长期泡水从而存在安全隐患,在后期的使用过程中出现汽车电路短路、起火等情况,威胁人民的生命安全.

3.3山地台风灾害链

台风具有充足的水汽来源和强烈的上升运动,所以登陆台风几乎都会带来大量暴雨,其中60%还会形成特大暴雨[53].“利奇马”台风登陆浙江后北上途经浙闽丘陵,抬升了台风暖湿气流,使得台风引发的暴雨强度加强.同时,斜坡上的土体或者岩体,雨水的浸泡和冲刷会极大地降低其土体或者岩体的抗剪强度,形成软弱面[54],在自身重力作用下,坡体会整体或者分散地沿着软弱面向下滑动,造成滑坡、崩塌、泥石流等灾害,形成台风-暴雨-滑坡/崩塌/泥石流灾害链,放大灾情.“利奇马”台风登陆后,安徽省宁国市部分乡镇爆发山洪泥石流;浙江永嘉县山早村发生特大山体滑坡,致使23人死亡,9人失踪[55].

3.4台风灾害链的断链减灾

自然灾害链是自然的、客观实际存在的综合体系.链内各灾害之间相互作用相互影响,并且与环境之间进行着物质、能量和信息的交换[11].断链减灾就是通过切断灾害链中物质、能量和信息传递的途径或减弱路径的畅通性来阻止次生灾害启动[56].史培军[57]等认为,区域灾害系统是由孕灾环境、致灾因子、承灾体共同形成的地表异变系统,灾情则是以上三者综合作用的产物[10].刘文方[11]等在研究中采用数学的方法构建了灾害链系统结构模型,即在某一时刻,环境对灾害链的输入可以导致灾害链内某一要素的状态发生改变,而该要素又能作为另一要素的外部环境或致灾因子通过相互关联作用使其发生改变,依次往下延续最终会使灾害链有一个外部破坏表现行为,从而形成灾害.

根据灾害链的传递特征,断链减灾的方式主要有两种(图2):(1)若次生灾害还未启动,则要控制诱发因素(致灾因子)的输入和传递,从本质上提高灾害发生的临界阈值,从源头上和传播链条上阻止次生灾害的启动和蔓延;(2)当次生灾害的触发因子已经启动,可以通过增强承灾体的韧性或者减少承灾体的暴露性,以此转移或切断次生灾害之间的载体联系,阻止灾害破坏力的转化或传递,从而达到截断灾害链的目的,将灾害的损失降到最低[11].

图2断链减灾概念图

例如在山地地貌中常见的台风-暴雨-滑坡/崩塌/泥石流灾害链中,不断在边坡上植树种草就可提高边坡达崩塌、泥石流和滑坡等灾害的临界阈值[58],从而使灾害链系统结构处于相对稳定状态;在平原地区的台风-暴雨-洪涝灾害链中,通过完善城市的排涝设施建设、在河流中下游疏浚河道、修筑水利设施[59,60]的方法来提高承灾体的韧性、降低暴露性;在海岸带的台风-大风灾害链中,可以加强堤岸的红树林工程建设,削弱台风过程中的大风和风暴潮[61],以此降低致灾因子的危险性;在台风-风暴潮灾害链中,修建水库可以存储台风登陆时带来的暴雨,从而起到蓄洪的作用[62],修建防潮堤,可以阻挡海水入侵和漫灌,相应的提高抗灾能力,从而减轻台风过程导致的洪水和内涝灾害.

4、讨论与结论

我国的台风受灾区主要位于东南沿海和华南地区.沿海地区地形平坦,多为冲积平原,因此台风登陆区以平原海岸居多,台风灾害链以台风-大风灾害链、台风-暴雨-洪涝和台风-风暴潮灾害链较为常见.没有山地阻挡导致台风登陆时风力较强,同时大风带来的暴雨多能引发内涝或大范围洪水.而在台风移动过程中,如受到地形因素暖湿气流抬升,则会加强由台风引发的暴雨强度,引发台风-暴雨-滑坡/崩塌/泥石流灾害链.2014年台风“威马逊”以17级风力登陆海南文昌,沿路树木被拦腰折断,阻碍交通;很多建筑设施受损严重[63],出现人员砸伤事件.2015年“莫兰蒂”台风使得浙江省夏炉降雨观测站的过程雨量高达473.5mm;强暴雨致使城市内涝严重,同时引发了洪水,导致下游村镇严重受灾,3座古廊桥被冲毁,3人死亡、2人失踪[64].另外,浙江省70%左右的山地成为山洪和地质灾害发生的有利条件,使台风带来的强降水极易诱发山区泥石流、山体滑坡等次生灾害[65,66].例如受2004年14号台风“云娜”影响,浙江温州、台州、丽水等市所属县(市)相继发生多起地质灾害事件达到29起[67].由此可以得出,在平原地形的台风灾害链中,暴雨导致的内涝和洪水等次生灾害是威胁人民生命安全最主要的因素;而在山地则以台风强降水引发的滑坡泥石流等地质灾害为主要致灾类型.

从整体看,社会经济的发展程度密切影响承灾体的脆弱性和暴露性.越发达的地区,人口密度大、人地矛盾突出而使其脆弱性越高[68].东南沿海和华南地区是我国经济发达地区.根据2017年国家统计局公布的数据,这八个省市(山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、广西和海南)的GDP超过全国的50%.然而,台风灾害已经成为影响该区域可持续发展的主要制约因素之一[69].因此,降低承灾体脆弱性和暴露性是降低台风灾害风险的必要措施.断链减灾过程中首先考虑灾害链的源头因素,即致灾因子的危险性,争取把灾害从源头治理.提高致灾阈值,可以降低致灾因子的危险性,继而减少次生灾害的发生概率[11].台风灾害链的源头难以人为控制,因此更需要注重对灾害链传递过程中其他影响的因素:一是改善灾害链所处的环境,即稳固次生灾害的承灾体结构;二是强化切断台风灾害链传递的应急措施.针对我国的台风灾害链成灾模式,提出以下减灾建议:沿海平原地区需要加强红树林工程建设,防御台风大风和风暴潮灾害[70];加固风暴潮堤坝建设、加强沿海建筑物的抗风能力;下游易发生洪涝灾害地区应疏通河道、提高排洪能力,同时加强水利设施的建设[59];山地地区要控制陡坡开发利用,加固边坡植树造林,从而有效防止由暴雨引发的山洪、滑坡、泥石流和崩塌、塌方等次生灾害.

本文从1909号台风“利奇马”造成的灾害特点分析入手,比较系统地分析不同地形条件下的台风灾害链致灾机理.台风“利奇马”对我国多个省市造成了严重影响,其主要有登陆强度强、持续时间长、风雨强度大等特点.通过对“利奇马”台风灾害链的研究,列出平原和山地地形条件下的台风灾害链(图3).其中平原地形的台风灾害链以台风-大风灾害链、台风-暴雨-洪涝和台风-风暴潮灾害链为主,易导致城市内涝、洪水以及大风所引发的潜在外部危害性行为,应注意加强建筑物牢固度以及城市排水设施、水利设施等建设;山地区域常为台风-暴雨-滑坡/崩塌/泥石流灾害链,易由暴雨引发山洪、滑坡、泥石流和崩塌、塌方等地质灾害,应控制陡坡开发利用、植树造林加固边坡,降低灾害风险.

图3台风灾害链图

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基金:国家自然科学基金资助项目(41877167);福建省科技厅省属公益类科研专项(2019R1002-3､2018R10343);福建省高校杰出青年科研人才培育计划.