基于GIS技术的福建风灾风险评估与应用

【作者】 周文娟； 张容焱； 林广发；

【机构】 福建师范大学地理研究所； 福建省气候中心； 海西地理国情动态监测与应急保障研究中心； 福建省陆地灾害监测评估工程技术研究中心；

【摘要】 福建位于亚欧大陆的东南边缘,地处东亚季风区的突出位置,属于典型的亚热带季风气候;沿海地区濒临西北太平洋,台风登陆影响频繁,台风大风对沿海地区的人口、经济建设造成严重影响。因此,开展大风灾害风险评估对沿海社会经济发展具有重要的意义。大风风险评估和区划是针对风灾发生的可能性及其空间分布进行研究,确定致灾临界风速(极端风速),如多年一遇最大风速,根据不同的承灾体,提出切实可行的防御大风灾害风险的措施。由于福建省具有长时序大风观测资料的气象站数量少且空间分布稀疏,区域自动站数量虽然较多,但缺少长时序的观测数据。本文首先利用2008~2015年区域自动站的逐日最大风速数据,将其与周边常规气象站同时次数据进行相关分析,并选取相关最好且满足气候三要素的气象站作为参证站,弥补气象站的空间不足。通过福建省72个常规气象站点的T年一遇最大风速统计计算,采用相关分析确定区域站风速序列延长的代表气象站(参证站),利用两者之间的相关变换函数,推算区域自动站所在区域的T年一遇最大风速。其中,全省共有风速记载的区域站1050个,有效站点仅有861个;空间分布不均匀,沿海海湾地区较为密集,而高海拔山区站点稀少。由于上述统计的站点空间分布位置仍然不均匀,需要将各站点的T年一遇最大风速插值到空间上,以弥补无站点区域的数据空白。直接对T年一遇最大风速进行插值也可以得到其空间分布图(图1),但该方法忽略了地形高度对于大风分布的影响,难以准确地获取高分辨率复杂地形下的极端风速。本文将各站点T年一遇最大风速通过垂直风速换算指数律公式统一到高程为200米的水平面上(约为各参证站气象站点观测的平均海拔),并利用克里格(Kriging)插值方法对站点T年一遇风速进行30米分辨率插值;参照垂直风速换算指数律公式,结合30米分辨率的ASTER GDEM数据和由TM遥感影像解译得到的土地利用类型数据,根据风速随高度变化的一般规律,进行不同地形海拔高度风速修订,得到离地10米高T年一遇最大风速空间分布图(图2)。根据T年一遇最大风速空间分布数据,可以实现对地形特别敏感的风速要素高分辨率风险区划图的绘制,为福建省沿海结构风工程及近海海上作业提出科学的防灾减灾建议。以莆田区域风电场为例,按照风电场风灾风险等级进行分级,得到莆田市风电场T年一遇风速风险空间分布图(图3)。当海域出现20年一遇风速时,湾内风灾风险小;而出现50年一遇以上风速时,兴化湾和平海湾以外的海域风机处于停机状态,建议加强偏航系统保护,南日岛处于高风险区域;大蚶山风电场遇到30年一遇以上的风速时,整个山头风速基本上都在56m/s以上,存在风机损毁风险。更多还原