1. 海洋灾害风险评估
1.1. 研究现状
相对国外,我国沿海灾害风险评估工作起步较晚,在各位专家学者的共同努力下,评估工作体系仍在不断改进之中。其中,史培军教授最早于1991年提出,并不断完善区域灾害系统论,总结得到“致灾因子、孕灾环境、承灾体共同组成灾害系统”的论述,并基于广东省14个市辖区历史灾害数据分析,针对沿海灾害提出台风灾害的模糊风险评估模型[1, 2]。2012年帅嘉冰等人从台风致灾因子、孕灾环境出发,分析验证得到海岸带易发生台风-大风-风暴潮或巨浪的连锁灾害链[3]。2022年包文轩等人基于区域灾害系统论,综合致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性3方面,结合加权综合法、层次分析法、自然间断点法分级构建新的灾害风险评估模型,并以台风”山竹“为例,分析得到广东省台风致灾因子高危险性区域为中东部沿海和中西部地区,孕灾环境高敏感性区域为珠江三角洲地区以及粤东潮汕地区,承灾体高脆弱性地区为珠江三角洲地区、粤东潮汕地区及粤西茂湛地区[4]。
充分吸收借鉴各类型海洋灾害评估研究方法,系统化开展各地区海洋灾害致灾隐患、承灾隐患的普查工作,评估掌握防灾抗灾安全薄弱环节,探索有效的隐患点修补加固措施,将对保障沿海人民生命财产安全,护航经济健康可持续发展具有重要意义。
1.2. 海洋灾害风险普查
2020年以来,我国以部门为分工,从国家层面组织开展了第一次全国自然灾害综合风险普查工作。作为地震灾害、地质灾害、气象灾害、水旱灾害、海洋灾害、林草火灾六大灾种之一,海洋灾害普查针对风暴潮、海浪、海啸及海平面上升四大主要致灾因子,渔港、海水养殖区、滨海旅游区及海堤、海挡等海岸带防护工程四大类专属承灾体进行调查分析,并主要基于致灾因子危险性和承灾体脆弱性综合进行海洋灾害风险评价与区划。
需要说明的是,基于本次普查的灾害损失统计是依据原生灾害的直接影响进行的,次生灾害导致的危险及损失应对应归入相应的次生灾害灾种的记录中,因此沿海台风风灾损失为气象灾害台风灾种的普查内容,次生风暴潮、海浪等灾害引起的损失计入海洋灾害风险普查内容。而与此同时,虽然历史上,我国台湾地区曾发生过海啸灾害,但近数十年间,我国受海啸灾害的影响相对较小。为此我们主要介绍风暴潮、海浪灾害,并将台风灾害纳入其中一并讨论。
1.2.1. 风暴潮灾害
风暴潮灾害居我国海洋自然灾害之首,是由热带气旋、温带天气系统、海上飑线等风暴过境所伴随的强风和气压骤变而引起的局部海面振荡或非周期性异常升高(降低)现象。张莉[5]、李爱莲[6]等学者通过数值模拟进行了台风期间风暴潮增水响应特征及漫堤分析等研究工作。
风暴潮灾害普查分为调查和评估区划两个实施阶段。其中风暴潮灾害调查,基于海洋调查规范要求,通过沿海潮位站、水文站、船舶报等渠道收集风暴潮灾害过程潮位、海浪等水文观测资料、热带气旋资料、近岸海域海底地形或水深资料及警戒潮位值等基础数据。基于风暴潮致灾主要是由于风暴潮增税淹没陆地造成的损失,需要结合承灾体对象具体考虑[7]。风暴潮灾害评估需要在致灾要素调查的基础上,结合沿海GDP、人口分布数据等社会经济资料,综合考虑风暴潮危险性、承灾体脆弱性以及防灾能力等,对风暴潮灾害风险进行评价估算。其中,风暴潮危险性主要基于风暴增水及风暴潮潮位警戒值两个指标,采用数值模拟沿海台风及风暴潮过程的方式,分岸段进行判断。承灾体脆弱性在专属类别承灾体基础上,还需基于园、林、耕、工商、住等土地利用现状及进一步细化的人口密度、交通、通信等设施规模等指标进行调整。区划工作则依据风险评估的结果,综合考虑行政区划进行。
1.2.2. 海浪灾害
近岸海域有效波≥2.5m,或近海海域有效波≥4m的海浪称为灾害性海浪。根据产生的方式,可分为风直接作用于水面产生的表面重力波风浪及风作用消失后残余的或直接由其他海区传导过来的涌浪。国内对于海浪灾害的研究相对集中于对描述海浪内部能量相对于频率和方向分布的海浪谱研究及描述海浪特征和物理过程的海浪数值模式研究等领域,通过对WAM海浪模型、WAVEWATCH海浪模型、SWAN模型的验证及发展[8],为我国的海浪灾害研究分析工作奠定了基础。
海浪灾害普查收集沿岸海洋观测站、浮标、船舶报、卫星高度计等历史海浪及气象观测资料。结合长期海浪实况分析图资料等,基于中尺度大气模式,通过典型过程对比检验,构建评估区域再分析风场数据集;选用更适应于海岸、湖泊和河口等浅水区域的SWAN模型等海浪数值模式,经参数比选优化、模拟检验后重构历史海浪场数据集;采用Pearson II 型或Weibull分布极值法计算重现期有效波波高,并进一步开展海浪危险性评估、风险评估及区划工作[9]。
1.2.3. 台风灾害
我国一般将生成于热带或副热带洋面上,具有有组织的对流和确定的气旋性环流的非锋面性涡旋,即热带气旋,统称为台风,包括热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风。我国学者尹宜舟[10]、朱志存[11]等人通过1971-2010年沿海省份1563个热带气旋样本的研究,获取风雨因子权重系数以及风雨因子各等级区间的权重系数确定方法,并完成热带气旋风因子危险性,雨因子危险性及总危险性计算。
台风灾害普查使用的致灾因子参数主要包括台风过程中的最大日最大风速、过程雨量、过程最大日雨量,基于区域致灾台风历史数据确定风雨致灾因子权重系数,从而进行台风灾害危险性判断。对应承灾体关注人口、经济、主要农作物、房屋建筑及交通设施等对象。并以致灾因子危险性结合承灾体脆弱性、暴露度,采取三因子评价法进行台风灾害风险性评价及区划等工作。
2. 沿海生态环境工程应用
2.1. 红树林防灾减灾应用
红树林具有防风消浪、顾岸护坡、保护海岸、净化水质等重要的生态功能。因其具有支柱根、呼吸根、板状根等达发的根系及强壮的枝干,在抗击台风、海啸、风暴潮等海洋灾害,降低沿海灾害损失方面方面发挥重要的作用。据广东、广西、福建等地区历史灾情信息记载,健壮的红树林植被有效的在灾害发生时,保护了沿海人民群众的生命财产安全。如2008年16级特大台风“黑格比”袭击广东珠海、2003年台风“伊布都”袭击广东台山,红树林的存在对当地沿海堤围、围坝起到了良好的保护作用。不仅台风、风暴潮,红树林对于减缓海啸引起的海浪冲击也有明显的作用,如在2004年东南亚海啸中,高大茂密红树林显著减少了灾害死亡人数和财产损失[12]。2011年,对越南地区红树林的研究表明,海浪的消减效应与沿岸红树林的结构存在显著正相关关系[13]。这些实例说明,尽管人类对海啸、台风、风暴潮等自然灾害难以进行有效的控制,但是可以通过修复、重建红树林护岸林带等生态环境工程来削减这些灾害的破坏力[14]。
2.2. 红树林修复与移植
我国红树林自然分布于海南、广西、广东、福建、台湾、香港、澳门等南方沿海省市,可在0-90°间的较大盐度范围内生长,适应于海岸波能指数W<7.0×103范围的海岸区域[15]。红树林群落受损退化的原因可分为人为因素和自然因素,如污水排放、资源开采、水文动力改变等。针对红树林受损群落的修复,人工干预移植是目前常用的主流方式,可采取胚轴插值法、直接移植法、无形繁殖法和人工育苗法等方法进行。
作为红树林原生境区域,广东、广西等地持续推进红树林生态环境修复工程项目。其中惠州市惠东县2019-2021年累计投入省级专项资金9500万元用于相关工作,并计划完成1100亩红树林的种植修复。此外,人工移植同样适用于无红树林群落遗存或群落已完全灭失地区的红树林建林。做为红树林种植的最北部地区,浙江省打破红树林在我国的自然分布地域,最早于20世纪50年代末进行红树林的人工栽培尝试。温州的乐清湾、宁波的象山港、台州的玉环、温岭以及舟山群岛等地区进行了秋茄等耐寒树种的引种,并实现部分存活[16]。
但无论对于原地修复还是异地移栽,红树林移植区域的选址都是影响存活率的关键因素,其中强浪、强流暴露情况直接决定了红树林幼苗能否抵御住外界干扰,顺利存活[17]。经刘海龙等人对海南省东寨港红树林自然保护区的研究发现,风暴潮、热带气旋、海平面上升、潮汐等海洋灾害是影响红树林生态系健康的主要因素之一,且基本呈现风暴潮>热赛气旋>海平面上升>潮汐的干扰强度趋势[18]。同时,红树林移栽过程的水文修复实践表明,幼苗移植的存活率可以通过建造防风堤等“硬工程”或采用乔木篱笆等“软工程”改变红树林移植区域的浪流、潮汐情况得到有效提升[19]。
3. 应用展望
落实海洋强国建设,离不开稳定安全的沿海环境保障,离不开有效地防灾减灾抗灾体系建设。目前,我国对海洋灾害风险评估及生态环境工程的实践研究更多仍呈现出碎片化、孤立化的数据收集与基础性研究,面向全国系统性防灾工程的成果转化应用相对较少。为此,以下几个方面工作的推进应给予关注:(1)加强影响红树林移植成功率的环境因子研究,进一步探索兼顾生态工程防灾必要性与可行性的海洋灾害致灾因子特征范围;(2)基于全国海洋灾害风险普查与评估工作的大量数据支撑,试点实地开展海洋灾害风险评估成果与生态环境工程在防灾减灾方面的结合应用。
参考文献
1. 史培军. 三论灾害研究的理论与实践[J]. 自然灾害学报, 2002, 011(003):1-9.
2. 丁燕, 史培军. 台风灾害的模糊风险评估模型[J]. 自然灾害学报, 2002, 11(1):10.
3. 帅嘉冰, 徐伟, 史培军. 长三角地区台风灾害链特征分析[J]. 自然灾害学报, 2012, 21(3):7
4. 包文轩, 宫阿都, 徐澯,等. 基于区域灾害系统论的广东省台风灾害风险评估[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2022, 58:1-11..
5. 张莉, 商少平, 张峰,等. 福建沿岸天文潮-风暴潮-台风浪耦合漫堤预警系统[J]. 海洋预报, 2016, 33(5):9.