论文总字数：25935字

摘 要

龙卷风近几十年来逐渐被人们所重视，目前已经成为我国重要天气灾害之一。龙卷风的持续时间有长有短，短则十几分钟，长则几个小时，虽然龙卷风袭击的范围很小，但是破坏力却很大，会对人们的生命和财产安全造成很大的威胁。由于龙卷风尺度较小、爆发的比较突然、多见于局地发生，使得难以监控。因此对中国龙卷风的时空分布特征进行分析，对其灾害风险评价，可以使我们对龙卷风具有更直观的认识以及为我国龙卷风防灾减灾与灾害管理决策提供参考依据。

由于我国目前尚缺少关于龙卷风的数据库，所以本文主要利用《中国气象灾害年鉴》统计了2007-2017年间发生的龙卷风灾害信息，通过收集的数据分析了11年间中国龙卷风的时空分布特征。统计发现，在空间上，龙卷风的发生主要集中在东北、华东、长江中下游以及华南的平原地区上，其中江苏和广东发生龙卷风的次数最为频繁。在时间上，龙卷风主要发生在春夏两季且多发于下午和傍晚。

另外利用层次分析法进行了龙卷风灾害风险分析，确定了倒损房屋数、伤亡人数、直接经济损失、受灾人数、龙卷密度、伴生灾害密度6个因子作为评价指标，对我国龙卷风风险区进行了划分。结果表明华东地区为龙卷风灾害最高风险区，华中地区和华南地区为较高风险区，东北地区和华北地区为中度风险区，西北地区和西南地区为低度风险区。

关键词：龙卷风；中国；时空分布；灾害评价

Abstract

Tornadoes have gradually been valued by people in recent decades, and have now become one of the important weather disasters in China. The duration of a tornado can be long or short, ranging from ten minutes to several hours. Although the scope of the tornado is small, the destructive power is great, and it will pose a great threat to people's lives and property safety. The tornadoes are small in scale, and the outbreaks are relatively sudden and often occur locally, making it difficult to monitor. Therefore, the analysis of the temporal and spatial distribution characteristics of Chinese tornadoes and the assessment of their disaster risk can give us a more intuitive understanding of tornadoes and provide a reference for our country’s tornado disaster prevention and mitigation and disaster management decisions.

Since China still lacks a database on tornadoes, the China Meteorological Disaster Yearbook is mainly used to count the information on tornado disasters that occurred between 2007 and 2017, and the spatial and temporal distribution characteristics of Chinese tornadoes during 11 years are analyzed through the collected data. During these 11 years, the occurrence of tornadoes was mainly concentrated in the Northeast, East China, the middle and lower reaches of the Yangtze River, and the plain areas of South China. Among them, Jiangsu and Guangdong had the most frequent tornadoes. It mainly occurs in the spring and summer seasons and occurs in the afternoon and evening.

Using AHP to analyze the risk of tornado disasters, six factors including the number of damaged houses, the number of casualties, direct economic losses, the number of victims, the tornado density, and the associated disaster density were determined as the evaluation indicators, and the tornado risk areas in my country were divided. The results show that East China is the highest risk area for tornado disasters, Central China and South China are higher risk areas, Northeast and North China are medium risk areas, and Northwest and Southwest areas are low risk areas.

Key words: tornado; China; spatiotemporal distribution; disaster assessment

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本文研究思路及主要工作 3

第2章 数据来源与研究方法 4

2.1 数据来源 4

2.2 研究方法 4

2.2.1 龙卷风的时空分布统计 4

2.2.2 层次分析法 4

2.3 本章小结 6

第3章 中国龙卷风的时空分布特征 7

3.1 引言 7

3.2 中国龙卷风的空间分布 7

3.3 中国龙卷风的时间分布 9

3.3.1 年际变化 9

3.3.2 逐月变化 10

3.3.3 逐时变化 11

3.4 灾情损失 12

3.5 本章小结 15

第4章 中国龙卷风的灾害风险评价 17

4.1 龙卷风灾害风险性评价模型 17

4.1.1 龙卷风灾害风险性的评价因子 17

4.1.2 龙卷风灾害风险性评价方法 18

4.2 中国龙卷风灾害风险度计算 18

4.2.1 因子权重的确定 18

4.2.2 龙卷风灾害风险度的计算 20

4.2.3 龙卷风灾害风险区评价及防灾措施 22

4.3 本章小结 23

第5章 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

参考文献 26

附录 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

龙卷风是一种小尺度天气事件，但是它的破坏力却不容小觑。龙卷风的直径一般为几米到数百米，有着极强的风力，移动速度也非常快，持续时间有长有短，短的可达十几分钟，长的可达几个小时^[1]。近年来，随着科技的发展进步，越来越多的龙卷风被观测记录下来，这为我们深入了解龙卷风提供了极大的帮助，只有及时发现并统计分析龙卷风的灾害情况，才能为防御龙卷风提供参考，从而将其灾害程度降到最低。现如今，在全世界很多地方都可以发现龙卷风的足迹，众所周知，美国是世界上龙卷风发生最多的国家。因此，美国在19世纪80年代就开始研究龙卷风，目前研究技术已经比较成熟了。近年来，欧洲的一些国家对龙卷风的研究逐渐兴起，不断建立起龙卷风数据库以及预报预警系统。我国也时常遭受龙卷风的侵害，但由于资料和数据库的缺乏，对龙卷风的研究较少。

纵观全世界，虽然我国龙卷风的发生次数较少，但是龙卷风带来的损失和影响却是很大的。根据本文收集到的数据可以发现，在2007-2017年间，龙卷风造成的灾害使我国平均每年经济损失约8.3亿元，2016年江苏盐城发生的一起龙卷风，仅阜宁县直接经济损失就超过43.7亿元^[2]。龙卷风不仅造成了经济损失，还威胁着人们的生命安全。因此，我们必须重视龙卷风灾害，积极投入到龙卷风防灾减灾工作。由于龙卷风具有尺度小、随机性强、持续时间短等特点，很难对它进行追踪，更难以对其进行准确无误的预报预警了。在目前已有的条件下，灾后调查成为了一种研究龙卷风的主要手段。通过调查受到龙卷风袭击的地区的灾害情况，不但可以统计到龙卷风灾害的持续时间、路径长宽、经济损失等信息，从而建立龙卷风数据库，而且可以掌握建筑物易受损的部位，为建筑物的抗风设计提供参考，以便于未来减少风灾对建筑物的破坏。因此，分析研究中国龙卷风的分布情况和灾害情况，不仅对建筑业和工农业生产具有重大意义，而且对防灾减灾和人民的生命财产安全都具有非常重大的意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

美国是世界上龙卷风发生最多的国家，虽然对龙卷风的研究并不起源于美国，但是美国对龙卷风的研究却最为深入。目前，全球大多数关于龙卷风的研究工作基本上都在美国开展，美国对于龙卷风的各项研究都走在世界的最前列。对龙卷风的相关研究最重要的基础工作就是收集整理龙卷风信息，建立龙卷风数据库。美国有两个机构是专门研究龙卷风等强对流天气的，它们分别是美国国家气候数据中心和风暴预测中心，它们相互协助相互交流，共同开展对于龙卷风的各项研究工作，共同建立了美国龙卷风数据库，该数据库十分完整，包括了美国1950年至今的龙卷风数据，涵盖了关于龙卷风的各项详细信息，比如开始结束时间、发生地点、龙卷风路径、各项损失、事件描述等信息^[3]。欧洲最早进行了龙卷风研究，可以说关于龙卷风的研究工作起源于欧洲，但是欧洲建立龙卷风数据库的时间却很晚，欧洲强风暴实验室在2006年才建立起了龙卷风数据库，该数据库综合了欧洲多国的龙卷风数据^[4]。另外，欧洲的各个国家也十分重视龙卷风的研究工作，各个国家根据自己的实际情况建立了各自的龙卷风数据库^[5]。美国针对龙卷风开展了大量的外场科学试验研究，主要调查研究龙卷风的生成、动态以及动力学、风暴环境与龙卷风结构关系等科学性问题^[6]。美国具有十分先进的探测技术以及比较完备的探测系统，所以美国的龙卷风预报预警水平非常高，基本上能够准确地预报出龙卷风等强对流天气^[7]。美国学者通过研究发现，有利的湿度场配置、对流有效位能、中层温度递减率、低层风切变等环境参数是有利于龙卷风发生的一些环境因子^[8-11]。Simmons和Sutter通过研究龙卷风对美国社会经济的影响，提出了一方面可以通过小范围人员疏散以减少人员伤亡，另一方面可以通过迁移重要基础设施的办法来降低经济损失^[12-13]。2015年，Shen和Hwang重点对龙卷风造成的人员伤亡风险进行了研究，通过建立人员伤亡风险评价模型进行研究，该研究具体到了州尺度上，最后评价出人员伤亡风险最高的地区和人员伤亡最低的地区^[14]。Tamura统计了日本龙卷风的时空特征，把日本划分成了19个区域，并提出了日本龙卷风设计风速的计算方法^[15]。

1.2.2 国内研究现状

中国相对于欧美这些发达国家对龙卷风的研究起步还算是比较晚的^[16]，在20世纪80年代，对于龙卷风的研究工作，我国主要进行了灾害描述^[17]，到了20世纪90年代后，我国逐渐开始对龙卷风的气候特征进行分析^[18-19]。进入21世纪后，很多学者开始深入研究龙卷风，包括龙卷风的生成机制以及龙卷风的内部特征等^[20-22]，同时也有越来越多的学者与专家开始利用雷达技术对龙卷风进行探测以及观察能够导致龙卷风发生的天气过程^[23-27]，近年来对于龙卷风发生环境的分析、气候与灾害特征研究已经由局部区域范围转变为全国范围^[28-31]。中国气象局国家气候中心于2008年的时候开始建立了中国龙卷风灾害信息数据库，到目前为止，已经收录了1984年以来发生在我国的所有龙卷风灾害信息，包括龙卷风发生的时间地点、受灾人数、伤亡人数、房屋倒损数、直接经济损失、农作物受灾面积、农业经济损失、伴生灾害等信息。根据中国气象局提供的信息，以及《中国气象灾害大典》、《全国气候影响评价》和《中国气象灾害年鉴》中都有对龙卷风灾害信息的记录。其中，《中国气象灾害大典》主要是记载了从1900年至2000年的龙卷风灾害信息，《全国气候影响评价》和《中国气象灾害年鉴》对龙卷风的记载相对来说比较完整。截止到目前，已经有很多学者对中国龙卷风进行了研究，大大地推动了研究进展。许遐祯等^[32]建立龙卷风灾害风险评价模型，对江苏省各个城市龙卷风灾害风险性进行了评价，同时利用主成分分析法对江苏省龙卷风灾害易损性进行了分析^[33]。周超等^[34]通过研究表明，我国龙卷风分布呈现出平原多于山地，沿海多于内陆的总特征。李峰等^[35]通过对近20年美国龙卷探测技术的研究，为我国龙卷探测方面的研究提供了极大的帮助。

1.3 本文研究思路及主要工作

综上所述，前人工作较多的只是分析了中国部分地区的龙卷风时空分布特征和龙卷天气过程。我们也需要对龙卷风的灾害风险进行分析，通过分析评价灾害风险性，可以为我国防御龙卷风灾害方面提供一些可行的参考依据，以减少未来龙卷风给我国带来的各种经济损失以及人员伤亡。而评价龙卷风的灾害风险性又是建立在清楚中国龙卷风时空分布特征的基础上进行的。

综合一下龙卷风研究现状以及前人的工作重点，本文工作的主要方向为以下三个方面：

1. 收集关于龙卷风灾害信息，提取其中比较完整的数据。通过对这些数据进行统计分析，分析出中国龙卷风的时空分布特征，并且根据收集到的具有文字性描述的灾害信息对灾情损失进行一定的分析。
2. 利用层次分析法对中国龙卷风的灾害风险性进行计算分析，通过得出的结果在空间上对中国龙卷风进行风险性区域等级划分。
3. 通过最终的分析结果为我国未来龙卷风的防灾减灾工作提供部分参考依据。

第2章 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文通过查阅《中国气象灾害年鉴》^[36]以及通过网络媒介搜索整理了龙卷风灾害信息的相关报道作为本文数据的主要来源。

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