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基于信息扩散的山东省日光温室风灾风险评估.pdf

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基于信息扩散的山东省日光温室风灾风险评估.pdf

p第34 卷 第5 期 2018 年10 月 气 象 与 环 境 学 报 JOURNALOFMETEOROLOGYANDENVIRONMENT Vol.34No.5 October2018 收 稿 日 期 2017-05-31; 修 订 日 期 2017-07-24。 资 助 项 目 山 东 省 气 象 局 气 象 科 学 技 术 研 究 项 目2016sdqxm03 和“ 十 二 五” 农 村 领 域 国 家 科 技 计 划 项 目2014BAD10B07 共 同 资 助。 作 者 简 介 李 楠, 女,1984 年 生, 高 级 工 程 师, 主 要 从 事 设 施 农 业 气 象 预 报 预 警 及 服 务 研 究,E-maildogears0229@qq.com。 通 信 作 者 李 鸿 怡,E-maillhyn0798@126.com。 李 楠, 薛 晓 萍, 李 鸿 怡. 基 于 信 息 扩 散 的 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 风 险 评 估[J]. 气 象 与 环 境 学 报,2018,345149-155. LINan,XUEXiao-ping,LIHong-yi.TheriskassessmentofwinddisasterofgreenhouseinShandongprovincebasedoninformation disseminationtheory[J].JournalofMeteorologyandEnvironment,2018,345149-155. 基 于 信 息 扩 散 的 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 风 险 评 估 李 楠 薛 晓 萍 李 鸿 怡 山 东 省 气 候 中 心, 山 东 济 南250031摘 要 通 过 风 洞 试 验, 对 山 东 省 不 同 区 域 不 同 风 向 日 光 温 室 模 型 的 顶 端 和 端 面 风 压 系 数 进 行 测 定, 利 用 公 式 推 导 出 日 光 温 室 各 区 域 发 生 风 灾 的 临 界 风 速, 进 而 得 到 风 灾 等 级 指 标; 利 用 山 东 省120 个 自 动 气 象 监 测 站 逐 日 最 大 风 速 观 测 资 料, 结 合 日 光 温 室 风 灾 等 级 指 标, 分 析 了20062015 年 山 东 省 风 灾 的 时 间 变 化 特 征, 并 利 用ArcGIS 空 间 分 析 模 块 分 析 了 山 东 省 风 灾 的 空 间 分 布 特 征; 基 于 信 息 扩 散 理 论, 通 过 计 算 不 同 地 区 不 同 等 级 风 灾 发 生 时 间 的 风 险 概 率, 对 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 进 行 风 险 评 估。 结 果 表 明 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 的 临 界 风 速 为18.9ms -1 ;20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 内11 月 至 翌 年4 月 风 灾 以 轻 度 灾 害 为 主, 且 主 要 发 生 在 春 季3 月 和4 月, 风 灾 呈 东 多 西 少、 北 多 南 少 的 空 间 分 布 特 征; 风 灾 高 发 区 主 要 分 布 在 山 东 半 岛、 鲁 西 北 大 部、 鲁 中 东 部 及 鲁 东 南 部 分 地 区, 风 灾 发 生 的 概 率 为80.1% 以 上, 本 文 研 究 结 果 可 以 为 日 光 温 室 生 产 的 风 灾 防 御 提 供 科 学 依 据。 关 键 词 日 光 温 室; 风 灾; 风 险 评 估; 信 息 扩 散中 图 分 类 号 P49 nbsp;文 献 标 识 码 A nbsp;doi 10.3969/j.issn.1673-503X.2018.05.019 引 言 日 光 温 室 是 中 国 北 方 地 区 特 有 的 设 施 农 业 生 产 结 构 形 式, 具 有 高 投 入 和 高 产 出 等 特 点, 可 以 显 著 增 加 农 民 收 入 [1-3] 。 但 由 于 日 光 温 室 结 构 相 对 简 单, 抗 御 自 然 灾 害 及 抵 御 逆 境 的 能 力 较 弱, 造 成 设 施 生 产 对 外 界 气 象 条 件 的 依 赖 性 较 大 [2-3] , 尤 其 是 在 气 候 变 化 背 景 下, 各 种 极 端 气 候 事 件 发 生 频 率 增 高、 强 度 增 大, 温 室 作 物 生 长 环 境 的 高 致 灾 性 严 重 影 响 和 制 约 了 设 施 农 业 生 产 的 经 济 效 益, 一 旦 出 现 灾 害 性 天 气, 温 室 作 物 产 量 和 品 质 将 受 到 严 重 影 响 [4] 。 风 灾 是 日 光 温 室 生 产 中 的 常 见 灾 害 类 型, 对 日 光 温 室 结 构 的 破 坏 性 较 大, 轻 度 风 灾 将 损 坏 棚 膜, 降 低 或 破 坏 日 光 温 室 的 保 温 性, 使 日 光 温 室 作 物 受 低 温 冷 害 造 成 减 产, 中 度 或 重 度 风 灾 将 直 接 损 毁 日 光 温 室 结 构, 进 而 造 成 不 可 挽 回 的 经 济 损 失。 日 光 温 室 结 构 类 型 为 中 国 北 方 地 区 特 有 的, 国 外 关 于 日 光 温 室 风 灾 风 险 评 估 的 相 关 研 究 较 少。 国 内 关 于 日 光 温 室 风 灾 发 生 规 律 及 风 险 评 估 的 研 究 也 较 少, 黄 川 容 [5] 结 合 北 京 地 区 气 象 观 测 资 料 和 风 灾 灾 情 资 料 对 北 方 地 区 日 光 温 室 风 灾 发 生 风 险 进 行 了 分 析, 通 过 对 风 灾 成 灾 概 率 聚 类 分 析, 确 定 日 光 温 室 风 灾 的 发 生 指 标。 陈 宇 等 [6] 通 过 分 析 辽 宁 地 区 设 施 农 业 风 灾 与 大 风 天 气 的 关 系, 确 定 了 设 施 农 业 的 风 灾 指 标。 杨 再 强 等 [7] 选 取 日 光 温 室 外 日 最 大 风 速 作 为 风 灾 致 灾 因 子, 通 过 对 主 要 风 灾 年 平 均 发 生 次 数 进 行 权 重 赋 值, 进 而 计 算 风 灾 综 合 指 数 进 行 风 灾 风 险 评 价。 马 成 芝 等 [8] 对 19612010 喀 左 县 风 的 气 候 变 化 特 征 及 其 对 设 施 农 业 的 影 响 进 行 了 统 计 分 析。 张 波 [9] 利 用 风 洞 试 验 模 拟 了 日 光 温 室 模 型, 得 到 日 光 温 室 不 同 方 位 风 灾 受 灾 的 风 速 临 界 值。 但 上 述 研 究 对 开 展 气 象 条 件 对 日 光 温 室 生 产 服 务 及 对 日 光 温 室 风 灾 风 险 评 估 存 在 局 限 性, 本 文 利 用 风 洞 试 验 得 到 的 临 界 风 速 进 行 转 化, 得 到 气 象 观 测 风 速 临 界 指 标, 可 以 直 接 应 用 气 象 观 测 风 速 临 界 指 标 进 行 风 灾 等 级 预 估; 另 外, 应 用 信 息 扩 散 理 论 对 日 光 温 室 风 灾 进 行 风 险 概 率 计 算, 可 以 避 免 因 无 法 获 取 较 长 时 间 序 列 的 灾 害 资 料 而 使 结 果 不 稳 定, 同 时 克 服 了 专 家 打 分 法 的 主 观 性, 避 免 了 权 重 的 确 定 是 否 具 有 科 学 性 的 过 程。 1 资 料 与 方 法 1.1 研 究 区 概 况 山 东 省 地 处 中 国 东 部、 黄 河 下 游 和 淮 河 下 游 地 区, 是 中 国 主 要 的 沿 海 省 市 之 一。 山 东 省 位 于 北 半 球 中 纬 度 地 区, 约 占 全 国 总 面 积 的1.60%, 属 暖 温 带 季 风 气 候, 气 候 温 和, 雨 量 集 中, 四 季 分 明, 春 季 天 气 150 nbsp;气 象 与 环 境 学 报 第34 卷 nbsp;多 变, 干 旱 少 雨 多 风; 夏 季 盛 行 偏 南 风, 炎 热 多 雨; 秋 季 天 气 晴 爽, 冷 暖 适 中; 冬 季 多 偏 北 风, 寒 冷 干 燥。 风 灾 是 山 东 省 冬 季 和 春 季 主 要 气 象 灾 害 类 型 之 一, 19812010 年 山 东 省 年 平 均 大 风 日 数 为8.6d, 大 风 日 数 主 要 集 中 出 现 在24 月。 1.2 资 料 来 源 本 文 数 据 来 源 于20062016 年10 月 至 翌 年 4 月 山 东 省120 个 自 动 气 象 监 测 站 日 最 大 风 速 观 测 资 料。 1.3 研 究 方 法 1.3.1 试 验 设 计 试 验 在 江 苏 省 南 京 航 空 航 天 大 学NH-2 型 风 洞 中 进 行, 此 风 洞 为 串 置 双 试 验 段 闭 口 回 流 风 洞, 分 为 大 小 两 个 试 验 段。 风 洞 长 为6.00m, 宽 为3.00m, 高 为2.50 m, 风 洞 的 风 速 连 续 可 调, 最 高 风 速 为 90.0ms -1 。 流 场 性 能 良 好, 试 验 区 流 场 的 速 度 不 均 匀 性 小 于2.00%, 紊 流 度 小 于0.14%, 平 均 气 流 偏 角 小 于0.5。 利 用 几 何 缩 尺 比 为1∶6 的 日 光 温 室 模 型, 模 型 跨 度 为1.21m, 脊 高 为0.45m, 后 墙 高 为0.30m, 后 坡 水 平 投 影 为0.26m, 表 面 弧 面 曲 线 以 跨 度 为 长 轴, 脊 高 为 短 轴 的 椭 圆 的1/4, 该 椭 圆 半 长 轴 为500mm, 通 过 风 洞 试 验 风 洞 长 为6.00m, 宽 为3.00m、 高 为 2.50 m, 风 洞 的 风 速 连 续 可 调, 最 高 风 速 为 90.0ms -1 , 对 不 同 区 域 不 同 风 向 条 件 下 日 光 温 室 模 型 的 顶 端 和 端 面 的 风 压 系 数 进 行 测 定。 日 光 温 室 模 型 及 棚 膜 水 平 展 开 各 测 压 点 分 布 见 图1。图a 中 圆 点 为 测 压 点, 罗 马 数 字 为 测 压 点 水 平 分 区, 数 值 为 测 压 点 间 距, 单 位 为mm; 图b 中 数 值 为 日 光 温 室 结 构 参 数, 单 位 为cm 图1 日 光 温 室 模 型 表 面 测 压 点 水 平 展 开 分 布 a 和 日 光 温 室 结 构 b 示 意 图 Fig.1 Surfacetestingpointsofsolargreenhousemodel a andstructuremapofsolargreenhouse b 1.3.2 临 界 风 速 计 算 方 法 根 据 风 压 系 数 计 算 公 式 [10-13] C P i = W i W 1 式1 中, C P i 为 第 i 个 测 压 点 的 风 压 系 数; W i 为 第 i 个 测 压 点 的 实 际 压 力; W 为 测 压 点 的 来 流 动 压, 根 据 贝 努 力 方 程, W 可 以 表 示 为 W= 1 2 ρ v 2 2 式2 中, ρ 为 空 气 密 度1.25kgm -3 ; v 为 风 速 ms -1 。 则 v= 2 W i ρ C P i 3 1.3.3 风 险 评 估 方 法 采 用 信 息 扩 散 法 进 行 风 灾 的 风 险 评 估, 信 息 扩 散 法 是 弥 补 信 息 不 足 而 优 化 利 用 样 本 模 糊 信 息 的 一 种 对 样 本 进 行 集 值 化 的 模 糊 数 学 处 理 方 法。 当 样 本 点 较 少 时, 所 有 样 本 点 提 供 的 风 险 信 息 并 不 完 善, 具 有 模 糊 不 确 定 性 [14-16] , 此 时 不 应 将 一 个 样 本 点 的 信 息 作 为 确 切 的 观 测 值, 而 是 应 将 样 本 点 的 信 息 作 为 样 本 点 的 代 表, 作 为 一 个 集 值, 是 一 个 模 糊 集 观 测 样 本 点。 基 于 信 息 扩 散 理 论 的 评 估 模 型 可 以 通 过 设 定 灾 害 指 数 论 域、 利 用 信 息 扩 散 函 数 将 单 值 观 测 样 本 点 进 行 信 息 扩 散 及 对 样 本 点 进 行 归 一 化 信 息 分 布 计 算 等, 最 终 得 到 样 本 点 概 率 估 计 值 [17] 。 在 信 息 扩 散 评 估 模 型 中, 扩 散 函 数 与 扩 散 系 数 为 关 键 因 子 [16,18-19] 。 黄 崇 福 和 白 海 玲 [19] 对 不 同 扩 散 函 数 进 行 了 验 证, 结 果 表 明, 在 样 本 容 量 较 小 的 情 况 下, 简 单 正 态 分 布 优 于 指 数 分 布 和 对 数 正 态 分 布 式4。 本 文 采 用 正 态 扩 散 模 型, 某 气 象 站 点 过 去 n 年 内 的 风 灾 发 生 日 数 记 录 集 为 X={ x 1 , x 2 ,, x n }, 以 此 确 定 离 散 论 域 U={ u 1 , u 2 ,, u n }, 一 个 单 值 观 测 样 本 点 x 按 照 式4 将 所 携 带 的 信 息 扩 散 至 U 中 所 有 的 点。 f u j = 1 h 2 π exp - x- u j 2 2 h 2 [ ] 4 式4 中, u j 为 离 散 论 域 U 中 第 j 个 点; h 称 为 扩 散 系 数, 可 以 根 据 样 本 最 大 值 b 和 最 小 值 a 及 样 本 点 数 量 确 定 [17-19] , 当 样 本 数 ngt;9 时, h=2.6581 b- a / n-1。 nbsp;第5 期 李 楠 等 基 于 信 息 扩 散 的 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 风 险 评 估 151 nbsp; 令 C i = ∑ n j =1 f i u j 5 相 应 模 糊 子 集 的 隶 属 函 数 为 μ x i u j = f i u j C i 6 μ x i u j 定 义 为 样 本 点 x i 归 一 化 信 息 分 布。 再 令 q u j = ∑ n j =1 μ x j u j 7 其 中 p u j = q u j ∑ n j =1 q u j 8 p u j 即 为 样 本 落 在 u j 处 的 频 率 值, 可 以 作 为 概 率 的 估 计 值。 超 越 u j 的 概 率 值 为 p u j = ∑ n j =1 p u j 9 即 为 所 求 超 越 概 率 风 险 的 估 计 值。 1.3.4 插 值 方 法 灾 害 发 生 空 间 分 布 规 律 采 用 克 里 格 插 值 方 法, 克 里 格 方 法Kriging 又 称 空 间 局 部 插 值 法, 是 根 据 未 知 样 点 有 限 邻 域 内 的 若 干 已 知 样 本 点 数 据, 考 虑 样 本 点 的 形 状、 大 小 和 空 间 方 位 与 未 知 样 点 的 相 互 空 间 位 置 关 系 及 变 异 函 数 提 供 的 结 构 信 息 之 后, 对 未 知 样 点 进 行 的 一 种 线 性 无 偏 最 优 估 计 [20-22] 。 对 山 东 全 省 风 灾 风 险 概 率 进 行 评 估 时, 利 用 各 县 域 内 气 象 站 点 计 算 结 果 填 图 的 方 式, 显 示 各 县 域 内 风 灾 的 风 险 等 级。 2 结 果 分 析 2.1 风 灾 指 标 的 确 定 设 定 日 光 温 室 模 型 的 承 重 为32kg, 重 力 加 速 度 取 值9.8ms -2 , 空 气 密 度 取 值1.25kgm -3 , 通 过 风 洞 试 验 测 定 的 风 压 系 数 [23] , 由 图2 可 知, 日 光 温 室 表 面III 区、VI 区 和IX 区 的 风 压 系 数 由 正 压 过 渡 到 负 压, 在 此 过 程 中 出 现 了 零 压 区, 而I 区、II 区、IV 区、V 区、VII 区 和VIII 区 的 风 压 系 数 均 为 负 压, 主 要 是 由 于 风 向 角 由0 向180 旋 转 时,III 区、VI 区 和 IX 区 为 日 光 温 室 迎 风 面, 而I 区、II 区、IV 区、V 区、 VII 区 和VIII 区 在 此 过 程 中 一 直 处 于 背 风 面。 日 光 温 室 顶 端 各 区 域 的 风 压 系 数 随 风 向 角 的 变 化 起 伏 较 大, 说 明 不 同 风 向 角 条 件 下 温 室 顶 端 的 风 压 变 化 较 大;Ⅰ 区 在 风 向 角 为0 和135 时 风 压 系 数 最 大, 最 大 值 为0.52;III 区 和VI 区 风 压 系 数 相 对 平 缓, 而IX 区 在 风 向 角 为75、90 和105 时 的 风 压 系 数 最 大, 接 近0.63; 最 大 压 力 出 现 在VII 区 方 向 角 为135 时, 风 压 系 数 约 为-1.41, 所 受 风 压 力 达 最 大 值, 说 明 此 处 最 易 受 大 风 损 毁。表1 为 山 东 省 日 光 温 室 模 型 各 区 域 受 损 临 界 风 图2 2011 年10 月 山 东 省 日 光 温 室 表 面 各 区 域 风 压 系 数 随 风 向 角 的 变 化 Fig.2 Variationofwindpressurecoefficientalongwind directionanglesatthesurfaceofsolargreenhousein Octoberof2011inShandongprovince 表1 2011 年10 月 山 东 省 日 光 温 室 各 测 压 点 区 域 临 界 风 速 Table1 Criticalwindspeedofeachpartofgreenhouse inOctoberof2011inShandongprovince 风 向 角 压 力 系 数 临 界 风 速/ ms -1 最 易 受 损 区 域 南0 -0.64 28.00 IV 区/VI 区 15 -0.57 29.67 II 区/IX 区 30 -1.07 21.65 VII 区/IX 区 45 -0.74 26.04 VII 区 60 -0.76 25.69 VIII 区 75 -0.85 24.29 VII 区 西90 -0.68 27.16 VIII 区 105 -0.96 22.86 VII 区 120 -0.80 25.04 VII 区 135 -1.41 18.86 VII 区 150 -1.09 21.45 VII 区 165 -1.14 20.97 VII 区 北180 -0.53 30.76 VII 区 速, 由 表 可 见, 当 风 向 角 为 西135 时, 日 光 温 室 模 型 Ⅶ 区 为 最 易 受 损 区 域, 此 时 临 界 风 速 为18.9ms -1 , 为 所 有 易 受 损 区 域 临 界 风 速 的 最 小 值, 由 于 日 光 温 室 任 何 一 个 区 域 受 损 对 其 结 构 的 影 响 均 为 严 重 损 害, 因 此 选 取 该 最 小 临 界 风 速 作 为 重 度 风 灾 的 临 界 风 速 指 标。 由 于 风 洞 试 验 利 用 的 风 速 资 料 为4.50m 高 度 风 速, 常 规 自 动 气 象 观 测 站 风 的 观 测 资 料 为 10.00m 高 度 风 速, 因 此, 利 用4.50m 和10.00m 高 152 nbsp;气 象 与 环 境 学 报 第34 卷 nbsp;度 的 逐 日 风 速 观 测 数 据 构 建 相 关 关 系 式 y=1.21 x 10 式10 中, y 为10.00m 高 度 风 速; x 为4.50m 高 度 风 速。 利 用 关 系 式10, 计 算 得 到10.00m 高 度 风 速 的 重 度 风 灾 受 灾 指 标, 即 临 界 风 速 为22.8ms -1 。 根 据 业 务 服 务 需 要, 将 日 光 温 室 风 灾 划 分 为 轻 度、 中 度 和 重 度3 个 等 级, 从 实 际 生 产 出 发, 应 用 蒲 福 风 力 等 级 表 及 风 灾 重 度 指 标 进 行 对 比, 得 到 日 光 温 室 风 灾 气 象 等 级 指 标 表2。 表2 山 东 省 日 光 温 室 致 灾 大 风 等 级 指 标 Table2 Gradesofwinddisasterindexofsolargreenhouse inShandongprovince 气 象 要 素 轻 度 中 度 重 度 风 速/ms -1 13.918.8 18.922.7 gt;22.7 大 风 等 级 78 级 89 级 gt;9 级 2.2 风 灾 发 生 特 征 2.2.1 时 间 变 化 特 征 2.2.1.1 年 际 变 化 利 用 日 光 温 室 风 灾 气 象 等 级 指 标, 统 计 山 东 省 120 个 自 动 气 象 监 测 站 剔 除 泰 山 站、 成 山 头 站、 长 岛 站 逐 日 最 大 风 速 观 测 资 料,1d 内1 个 气 象 站 出 现 某 等 级 风 灾 定 义 该 等 级 风 灾 出 现 次 数 为1 站/d, 分 别 统 计 各 气 象 站 每 年 轻 度、 中 度 及 重 度 风 灾 的 发 生 情 况, 将120 个 气 象 站 轻 度、 中 度 和 重 度 风 灾 的 发 生 日 数 进 行 累 积 求 和, 作 为 该 年 不 同 等 级 风 灾 的 统 计 结 果。 将20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 轻 度、 中 度 和 重 度3 个 等 级 风 灾 出 现 次 数 进 行 平 均, 发 现 近 10a 日 光 温 室 主 要 生 产 季 内11 月 至 翌 年4 月 风 灾 平 均 出 现 次 数 为53 站/d, 以 轻 度 风 灾 为 主, 占 风 灾 出 现 总 次 数 的98%, 中 度 和 重 度 风 灾 均 占 风 灾 出 现 总 次 数 的1.00%。 由20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 长 季 风 灾 发 生 次 数 的 年 际 变 化 可 见 图3, 图3 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 风 灾 累 积 发 生 次 数 年 变 化 Fig.3 Variationofannualoccurrencenumberofwind disastersinShandongfrom2006to2015 2006 年 以 来 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 出 现 次 数 呈 先 增 加 再 减 少 的 趋 势, 其 中 近5a 风 灾 出 现 次 数 呈 减 少 的 趋 势; 有4a 日 光 温 室 风 灾 出 现 次 数 超 过50 站/d, 分 别 为2006 年、2009 年、2012 年 和2014 年;2012 年 风 灾 出 现 次 数 最 多, 达91 站/d,2007 年 和2013 年 风 灾 出 现 次 数 最 少, 分 别 为24 站/d 和28 站/d。 2.2.1.2 月 变 化 山 东 省 日 光 温 室 主 要 生 产 季 为10 月 至 翌 年 4 月, 月 平 均 风 灾 发 生 次 数 为1.0 站/d 以 下。 由 图3 可 见, 秋 季 和 冬 季10 月 至 翌 年2 月 风 灾 发 生 较 平 稳, 平 均 发 生 次 数 为1.0 站/d 以 下; 翌 年 春 季3 月 和 4 月 风 灾 开 始 明 显 增 多,34 月 风 灾 发 生 次 数 占 整 个 生 产 季 的64.00%, 其 中4 月 风 灾 平 均 发 生 次 数 超 过1.5 站/d。 2.2.2 空 间 分 布 特 征 山 东 省 为 沿 海 省 市, 南 北 距 离 约 为420km, 东 西 距 离 约 为700km, 气 候 条 件 东 西 差 异 较 南 北 差 异 明 显, 使 风 灾 的 空 间 分 布 不 同。20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 重 度 风 灾 全 省 累 积 发 生3.0d, 中 度 风 灾 全 省 累 积 发 生10.0d, 轻 度 风 灾 全 省 累 积 发 生 610.0d; 长 清 站 轻 度 风 灾 累 积 发 生 日 数 最 多, 为 100.0d,61 个 气 象 站 未 发 生 风 灾,16 个 气 象 站 累 积 风 灾 发 生 日 数 超 过10.0d。 图4 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 内 月 平 均 风 灾 发 生 次 数 Fig.4 Variationofmonthlyoccurrencenumberofwind disastersinShandongprovinceduringgrowing seasonfrom2006to2015风 灾 的 发 生 主 要 受 季 节 性 气 候 影 响, 地 域 差 异 明 显, 选 取 克 里 格 法 对 全 省120 个 气 象 站2006 年 以 来 各 站 累 积 风 灾 日 数 进 行 空 间 插 值。 由 于2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 长 季 风 灾 以 轻 度 等 级 为 主, 因 此 仅 对 轻 度 风 灾 进 行 空 间 分 布 分 析, 由 图5 可 见, 轻 度 风 灾 呈 东 北 西 南 振 荡 型 空 间 分 布 特 征, 其 中 山 东 半 岛 地 区 轻 度 风 灾 累 积 发 生 日 数 为8.0d 以 上, 鲁 西 北 大 部、 鲁 中 东 部 及 鲁 东 南 部 分 地 区 轻 度 风 灾 累 积 发 生 日 数 为3.07.0d, 其 他 地 区 轻 度 风 灾 累 积 发 生 日 数 为2.0d 及 以 下。 可 见, 近10a 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 风 灾 主 要 出 现 在 山 东 半 岛、 鲁 西 nbsp;第5 期 李 楠 等 基 于 信 息 扩 散 的 山 东 省 日 光 温 室 风 灾 风 险 评 估 153 nbsp; 北 及 鲁 中 东 部 等 地 区。 2.3 风 灾 风 险 概 率 评 估 2.3.1 风 灾 风 险 实 例由 于20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 长 季 风 图5 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 轻 度 风 灾 累 积 发 生 日 数 的 空 间 分 布 Fig.5 Spatialdistributionofaccumulatedoccurrencenumber oflight-levelwinddisasterinShandongprovinceduring growingseasonfrom2006to2015 灾 以 轻 度 等 级 为 主, 忽 略 风 灾 等 级 的 差 异, 对 单 站 风 灾 的 发 生 情 况 进 行 风 险 分 析。 由 于 不 同 市 县 相 同 年 份 风 灾 的 出 现 日 数 存 在 差 异, 因 此 对 不 同 风 灾 日 数 风 险 分 别 进 行 计 算, 山 东 省120 个 气 象 站 年 平 均 风 灾 集 合 为 � X={ x 1 , x 2 ,, x 120 }={0 .4,0 .5,9 .2,,0 .3} 确 定 离 散 论 域 为 U={ u 1 , u 2 ,, u 11 }={0,1 .2,,10} 以 烟 台 站 为 例,20062015 年 风 灾 发 生 样 本 集 为 X={ x 1 , x 2 ,, x 10 }={6,4,3,3,6,2,3,1,5,5} 烟 台 站 扩 散 系 数 为 h=2.6581 b- a / n- 1=2.65816-1/10-1=1.4767。 利 用 信 息 扩 散 理 论 模 型 即 可 计 算 烟 台 站 出 现1.010.0d 风 灾 的 风 险 概 率 分 别 为0.9517、0.8597、0.7224、 0.5561、0.3846、0.2295、0.1107、0.0403、0.0104 和 0.0017。 2.3.2 风 灾 风 险 区 划 与 分 析 利 用 上 述 方 法 计 算 山 东 省120 个 气 象 站 不 同 时 间 风 灾 的 风 险 概 率, 由 于3.0d 及 以 上 风 险 概 率 较 小 且 差 异 较 小, 因 此 选 取 风 灾 日 数 为1.02.0d 的 概 率 风 险 值, 利 用ArcGIS9.3 软 件 将 山 东 省 各 市 县 风 灾 风 险 计 算 结 果 绘 制 风 险 区 划 图 图6 和 图7。由 图6 可 见, 定 义 出 现1.0d 风 灾 即 为 发 生 灾 害, 则20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季11 月 至 翌 年4 月 风 灾 的 风 险 呈 北 高 南 低 的 空 间 分 布 特 征, 山 东 半 岛 北 部、 鲁 中 西 北 部 及 鲁 西 北 局 部 地 区 日 光 温 室 生 产 季 出 现1.0 d 风 灾 的 概 率 为80.1% 以 上, 为 风 灾 的 主 要 发 生 区 域; 鲁 西 北、 鲁 中、 鲁 南 的 局 部 及 山 东 半 岛 中 部 地 区 出 现1.0 d 风 灾 的 概 率 为 30.1%50.0%; 其 他 地 区 出 现1.0d 风 灾 概 率 在 30.0% 以 下。由 图7 可 见,20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 图6 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 长 季1d 风 灾 发 生 风 险 的 空 间 分 布 Fig.6 Spatialdistributionofoccurrenceprobabilityofwind disasterappearedone-dayduringgrowingseasonin Shandongprovincefrom2006to2015 图7 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 长 季2d 风 灾 发 生 风 险 的 空 间 分 布 Fig.7 Spatialdistributionofoccurrenceprobabilityofwind disasterappearedtwo-dayduringgrowingseasonin Shandongprovincefrom2006to2015 产 季11 月 至 翌 年4 月 发 生2.0d 风 灾 可 能 性 较 大 的 区 域 仍 主 要 分 布 在 山 东 半 岛 及 鲁 中 西 北 部 地 区, 其 中 山 东 半 岛 大 部 地 区2.0d 风 灾 发 生 的 概 率 为 50.1%86.7%, 鲁 西 北 及 鲁 东 南 局 部 地 区2.0d 风 灾 发 生 的 概 率 为25.1%50.0%, 其 他 地 区2.0d 风 灾 的 发 生 概 率 较 小, 可 以 忽 略 不 计。由20062015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季11 月 至 翌 年4 月 风 灾 的 月 变 化 可 知 图4, 风 灾 主 要 发 生 在3 月 和4 月, 且 以 轻 灾 为 主, 因 此, 对3 月 和4 月 轻 度 风 灾 的 风 险 单 独 进 行 计 算 分 析。 根 据2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室 生 产 季 各 月 风 灾 平 均 发 生 次 数, 确 定 离 散 论 域 为 U={ u 1 , u 2 ,, u n }={0,0.5, 1.5,2}, 计 算 全 省120 个 气 象 站3 月和4 月 不 同等 级 风 灾 发 生 的 时 间 概 率 风 险, 并 绘 制 全 省 风 险 区 划 图。 由 图8 可 知,3 月 出 现 风 灾 可 能 性 较 大 的 地 区 为 山 东 半 岛 大 部、 鲁 西 北 北 部、 鲁 中 和 鲁 南 的 局 部 地 区, 发 生 概 率 为25.1% 以 上, 共 计36 个 站, 其 中 山 东 154 nbsp;气 象 与 环 境 学 报 第34 卷 nbsp;半 岛、 鲁 中 北 部 等 地 的21 个 气 象 站 风 灾 发 生 概 率 为 50.1% 以 上; 其 他 全 省 大 部 地 区 风 灾 发 生 的 概 率 为 25.0% 以 下。由 图9 可 知,4 月 风 灾 出 现 的 可 能 性 较3 月 大, 图8 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室3 月 风 灾 发 生 风 险 的 空 间 分 布 Fig.8 Spatialdistributionofoccurrenceprobabilityofwind disasterappearedone-dayduringMarchin Shandongprovincefrom2006to2015 图9 2006 2015 年 山 东 省 日 光 温 室4 月 风 灾 发 生 风 险 的 空 间 分 布 Fig.9 Spatialdistributionofoccurrenceprobabilityofwind disasterappearedone-dayduringAprilin Shandongprovincefrom2006to2015 风 灾 出 现 概 率 为25.1% 以 上 的 有46 个 气 象 站, 主 要 分 布 在 山 东 半 岛、 鲁 西 北 及 鲁 中 的 大 部 及 鲁 东 南 的 局 部 地 区; 其 中, 风 灾 出 现 概 率 为50.1% 以 上 的 有 15 个 气 象 站, 分 布 在 山 东 半 岛 部 分 地 区 及 鲁 西 北、 鲁 东 南、 鲁 中 西 部 的 局 部 地 区; 其 他 地 区 风 灾 发 生 的 风 险 概 率 为25.0% 以 下。 3 结 论 与 讨 论 1 山 东 省 日 光 温 室 主 要 生 产 季11 月 至 翌 年4 月 风 灾 发 生 指 标 为 日 最 大 风 速 为13.98.8ms -1 , 为 轻 度 风 灾; 日 最 大 风 速 为18.922.7ms -1 , 为 中 度 风 灾; 日 最 大 风 速 为 大 于22.7ms -1 , 为 重 度 风 灾。 农 业 气 象 业 务 服 务 中 可 以 采 用 风 力 等 级 指 标, 即78 级 风 为 轻 度 风 灾;8/p

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