龔偉，劉建，楊小鋒，龐真真

【摘要】臺風(fēng)在給海南島帶來降溫、降雨，緩解夏日氣候炎熱的同時，也帶來了暴風(fēng)、海浪及暴雨等自然災(zāi)害，給海南島的設(shè)施農(nóng)業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失。因此對臺風(fēng)登陸海南島規(guī)律的研究，不僅可以幫助了解臺風(fēng)對海南島影響的分布情況，還可以為島內(nèi)各地區(qū)的溫室大棚設(shè)計提供一個合理的設(shè)計依據(jù)，減少臺風(fēng)對海南島設(shè)施農(nóng)業(yè)造成的損害。文章對1966～2015年50年間登陸海南島的97場臺風(fēng)路徑進行統(tǒng)計，重點分析了登陸臺風(fēng)的風(fēng)力等級、登陸路徑和登陸頻次；制作出了登陸路徑圖，風(fēng)力分布圖等圖表；并根據(jù)海南設(shè)施農(nóng)業(yè)不同的設(shè)計使用年限要求，將臺風(fēng)的風(fēng)力大小進行了分類，得出不同分類等級（8級及以上、10級及以上、12級及以上）條件下島內(nèi)各地區(qū)的風(fēng)壓分布圖，并結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)出了島內(nèi)各地區(qū)溫室大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本風(fēng)壓取值。

引言

海南省地處中國南部，擁有廣闊的海洋及諸多島嶼。海南島為海南省最大的島嶼，受熱帶亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，臺風(fēng)多發(fā)。島內(nèi)平均海拔僅為120 m，沿海地區(qū)海拔高度更低，臺風(fēng)所帶來的颶風(fēng)、暴雨、巨浪等給海南省造成了巨大的經(jīng)濟損失。

2011年9月29日14：30，第17號強臺風(fēng)“納沙”登陸海南文昌，據(jù)海南省18個市（縣）民政部門統(tǒng)計，截至10月8日18：00，強臺風(fēng)“納沙”造成海南全省受災(zāi)人口347.84萬人，因災(zāi)死亡1人，緊急轉(zhuǎn)移人口35.96萬人（其中受災(zāi)人口轉(zhuǎn)移25.93萬人，緊急避險轉(zhuǎn)移人口10.03萬人），因災(zāi)直接經(jīng)濟損失67.64億元；強熱帶風(fēng)暴“尼格”造成海南省104.17萬人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移人口92116人（其中受災(zāi)人口轉(zhuǎn)移64886人，緊急避險轉(zhuǎn)移人口27630人），因災(zāi)直接經(jīng)濟損失4.77億元[1]；2014年7月18日15：00，第9號超強臺風(fēng)“威馬遜”登陸海南文昌，海南省政府發(fā)布，截至7月20日，海南省有18個市縣216個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）受災(zāi)，受災(zāi)人口325.8萬人，受災(zāi)農(nóng)作物面積162.97 khm2，倒塌房屋23163間，直接經(jīng)濟損失108.28億元，其中農(nóng)林牧漁業(yè)損失44.6億元、工業(yè)交通運輸業(yè)損失8.7億元、水利設(shè)施損失

3.69億元[2]。由此可見，一旦臺風(fēng)登陸海南島，往往會造成巨大的經(jīng)濟損失。

設(shè)施農(nóng)業(yè)在海南發(fā)展較為迅速。在2014年海口市委召開的十二屆二次全市經(jīng)濟工作會議中，擬將?？谛缕?、那力洋等地打造為蔬菜基地，新建設(shè)成為333.5 hm2高標(biāo)準蔬菜大棚[3]；2016年海南全省蔬菜收獲面積397.57萬畝（26.5萬hm2），增長0.4%；蔬菜產(chǎn)量達571.88萬t[4]。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)在海南具有廣闊的發(fā)展前景。

海南設(shè)施農(nóng)業(yè)在大力發(fā)展的同時，臺風(fēng)的侵襲危害也不容忽視。受2010年7月16日登陸海南三亞亞龍灣的第2號臺風(fēng)“康森”影響，三亞中檔鋼架大棚有23220 m2骨架受損，其中，11808 m2出現(xiàn)了棚體傾斜，11412 m2出現(xiàn)了棚體倒塌現(xiàn)象。簡易蔭棚約有10000 m2出現(xiàn)了整體倒塌。低檔鋼架大棚有3330 m2出現(xiàn)了棚體倒塌，簡易鋼架棚有20010 m2 出現(xiàn)倒塌[5]；受2016年10月18日登陸海南萬寧的第21號臺風(fēng)“莎莉嘉”影響，海南常年冬季瓜菜受災(zāi)面積達14.2萬畝（9466.7 hm2），2300萬株冬季育苗瓜菜受到影響，大棚及棚內(nèi)瓜菜估損8140.8萬元；?？谑性讫堟?zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施遭到破壞，其中農(nóng)業(yè)大棚基地235畝（15.7 hm2）全部不同程度受災(zāi)；萬寧市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重影響，經(jīng)濟損失合計2757萬元，其中常年蔬菜受災(zāi)8050畝（536.7 hm2）、溫室大棚損毀32.24 畝（2.15 hm2）[6]。

在對海南島臺風(fēng)研究方面，張凱榮等根據(jù)1957～2006年50年來海南島東部的臺風(fēng)記錄進行了統(tǒng)計，并對其進行了其災(zāi)害性評價，得出了登陸海南島東部的臺風(fēng)年際和月際的明顯變化及登陸地點分布不均等規(guī)律，根據(jù)其災(zāi)情指數(shù)的描述，顯示出海南臺風(fēng)災(zāi)害嚴重，93.3%的臺風(fēng)造成重災(zāi)[7]。

研究方法與數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源

臺風(fēng)路徑資料來自于中國氣象局熱帶氣旋資料中心提供的1949～2015年熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)。該文選取了1966～2015年50年間的臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)，從西太平洋地區(qū)所產(chǎn)生的1675次熱帶氣旋資料中整理了登陸海南島的97次熱帶氣旋數(shù)據(jù)，并對其路徑、登陸時風(fēng)速進行了統(tǒng)計，并把統(tǒng)計結(jié)果與中國天氣-臺風(fēng)網(wǎng)、中央氣象臺臺風(fēng)網(wǎng)上的臺風(fēng)路徑進行了校對檢查。

研究方法

臺風(fēng)發(fā)生過程伴隨著強風(fēng)，通過測定臺風(fēng)風(fēng)力，可以判斷臺風(fēng)等級。根據(jù)中國的《熱帶氣旋等級標(biāo)準》（GB/T19201-2006），按近中心最大風(fēng)力（速）劃分為6個等級：熱帶低壓（10.8～17.1 m/s），

熱帶風(fēng)暴（17.2～24.4 m/s），強熱帶風(fēng)暴（24.5～

32.6 m/s），臺風(fēng)（32.7～41.4 m/s），強臺風(fēng)（41.5～

50.9 m/s）和超強臺風(fēng)（≥51.0 m/s）[8]。

根據(jù)熱帶氣旋強度等級劃分標(biāo)準，將登陸海南島的臺風(fēng)劃分為8級及以上、10級及以上、12級及以上、14級及以上4個分析段，通過作圖，對不同臺風(fēng)等級分別進行風(fēng)力圖表及臺風(fēng)登陸路徑分析，得出海南省各地所受臺風(fēng)風(fēng)力的影響程度，并計算出各地風(fēng)壓取值。

熱帶氣旋登陸海南島頻率分析

登陸海南島臺風(fēng)全路徑

1966～2015年間登陸海南島的熱帶氣旋達97次，年平均1.94次。其中風(fēng)力達到8級及以上的達67次，占比69.1%，風(fēng)力達10級及以上的達53次，占比54.6%，風(fēng)力達12級及以上的達25次，占比25.8%，風(fēng)力達14級及以上的達6次，占比0.062%。

1966～2015年50年登陸海南島熱帶氣旋總覽

通過對50年來所有熱帶氣旋等級以上臺風(fēng)資料的登陸次數(shù)和登錄月份進行分析（圖1），可以明顯看出，1966～2015年海南島臺的多發(fā)月份為7～9月，這3個月平均登陸次數(shù)多達20次，其次是10～11月份和6月份。

通過近50年登陸海南島的臺風(fēng)統(tǒng)計，海南島設(shè)施農(nóng)業(yè)適宜的種植期為12月初～次年的5月，在此期間，臺風(fēng)發(fā)生不頻繁，4月及5月雖有臺風(fēng)發(fā)生，但強度不高，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的影響有限；在6～11月期間，為發(fā)臺風(fēng)較多的時期，在此期間應(yīng)做好臺風(fēng)的防范工作，避免臺風(fēng)的突然來襲，給設(shè)施農(nóng)業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。

登陸海南島臺風(fēng)路徑研究

1966～2015年50年各等級臺風(fēng)登陸海南島路徑

強熱帶風(fēng)暴

強熱帶風(fēng)暴中心附近最大風(fēng)力達到10～11級（24.5～32.6 m/s），此時樹木能夠被吹斷，對農(nóng)業(yè)也會造成較大的影響。從50年來強熱帶風(fēng)暴路徑（圖2）來看，風(fēng)力在24.5 m/s以上的熱帶氣旋幾乎橫掃過整個海南島，覆蓋范圍之廣，對各個地區(qū)都有一定的影響。

臺風(fēng)

臺風(fēng)中心附近最大風(fēng)力達到12～13級（32.7～41.4 m/s），登陸后可能摧毀莊稼、各種建筑設(shè)施等，造成人民生命、財產(chǎn)的巨大損失。

從近50年來臺風(fēng)的路徑（圖3）來看，風(fēng)力在32.7 m/s以上時，登陸海南島的臺風(fēng)大都集中在海南島的東北部及南部，海南島中部地區(qū)的儋州、臨高、澄邁、屯昌和定安地區(qū)因近50年來達到此等級的臺風(fēng)只有兩次，所受影響較少。

強臺風(fēng)

強臺風(fēng)中心附近最大風(fēng)力達到14～15級（41.5～50.9 m/s）、中心附近最大風(fēng)力達到16級（51.0 m/s）及以上時稱為超強臺風(fēng)。因其發(fā)生頻次較少，在50年間總共發(fā)生了6次，年均0.12次，分別為1970年的15級強臺風(fēng)Joan、1973年的15級強臺風(fēng)Marge、1981年的14級強臺風(fēng)Kelly、2005年的14級強臺風(fēng)Damrey、2014年的14級強臺風(fēng)Kalmaegi和2014年的17級超強臺風(fēng)Rammasun，這里統(tǒng)一進行統(tǒng)計。這兩類臺風(fēng)所產(chǎn)生的后果具有極強的災(zāi)難性甚至是毀滅性。雖然登陸海南島的此類臺風(fēng)僅發(fā)生過6次，但其每次所產(chǎn)生的影響可以達到半個甚至是整個海南島，從路徑圖（圖4）上來看，主要在海南島的東（北）部及南部登陸。

1996～2015年20年登陸海南島臺風(fēng)路徑

因溫室使用年限很少有超過50年的，5年及10年的重現(xiàn)期因數(shù)據(jù)過少從而不具有代表性，海南島的生產(chǎn)型溫室又以塑料大棚、溫室為主，所以單獨選取了1996～2015年20年間登陸海南島的臺風(fēng)路徑進行了統(tǒng)計分析。

近20年，登陸海南島熱帶氣旋中心附近最大風(fēng)力等級在10級或10級以上的臺風(fēng)也遍布整個海南島（圖5），影響范圍較為廣闊。其中臨高及澄邁、定安地區(qū)雖有臺風(fēng)路過，但路經(jīng)次數(shù)相對較少。

當(dāng)風(fēng)力等級在12級或12級以上時，臺風(fēng)的登陸數(shù)量及登陸路徑分布（圖6）呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，即登陸數(shù)量明顯減少（9次）、路徑集中在海南島的東北部及南部；島中部的澄邁、臨高、儋州、白沙、屯昌和定安地區(qū)沒有臺風(fēng)中心經(jīng)過。

當(dāng)風(fēng)力等級在14級或以上時，臺風(fēng)登陸數(shù)量少，20年中僅有3次登陸海南島，登陸路徑沿著海南島的東北部和中部地區(qū)（圖7）。但從對海南島帶來的災(zāi)害來看，影響非常的嚴重，尤其是文昌，有2次臺風(fēng)都給給文昌地區(qū)帶來了災(zāi)難性的后果，嚴重影響設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

對臺風(fēng)路經(jīng)區(qū)域統(tǒng)計分析

通過對臺風(fēng)路經(jīng)地區(qū)風(fēng)力等級進行統(tǒng)計、作圖，可以得出臺風(fēng)登陸海南島過程中經(jīng)過的市縣，對路徑中各市縣的風(fēng)速進行記錄、歸類，可以直觀地判斷臺風(fēng)路徑所經(jīng)過各地的風(fēng)力大小及頻次（圖8），其中風(fēng)力大小為登陸時風(fēng)力的大小，未考慮登陸后風(fēng)力降低的情況，因此該圖僅能反應(yīng)臺風(fēng)登陸后的途經(jīng)海南各地的頻次規(guī)律。

由圖8可以看出，當(dāng)臺風(fēng)等級為≥10級時，各地臺風(fēng)路經(jīng)的頻次都較高，其中以文昌、萬寧、三亞、瓊中、樂東、東方等沿海地區(qū)的頻次較高，但當(dāng)將臺風(fēng)等級提升為≥12級時，各地區(qū)的途經(jīng)頻次呈現(xiàn)明顯差距。

臺風(fēng)登陸海南島后風(fēng)速變化

根據(jù)對臺風(fēng)登陸路徑各點風(fēng)速的統(tǒng)計，可以了解到大部分臺風(fēng)登陸海南島后其風(fēng)速開始下降，對此本文將臺風(fēng)登陸后的路徑點及各點的風(fēng)速做了簡化處理，并應(yīng)用插值法進行插值，制作出臺風(fēng)登陸后風(fēng)力大小分區(qū)域的分布圖。

（1）1966～2015年以來登陸海南島所有臺風(fēng)登陸后風(fēng)力大小分區(qū)域的分布圖（圖9）?？梢钥闯觯顷懞Ｄ蠉u的臺風(fēng)風(fēng)力大都在12級以下，風(fēng)力值較高的地區(qū)分布在文昌及樂東地區(qū)。但由于插值法在統(tǒng)計學(xué)上面有一定的缺陷，即對少數(shù)存在的極值點無法進行準確的顯示，登陸海南島的臺風(fēng)時常出現(xiàn)，所以本文按風(fēng)力達到8級、10級、12級等不同等級以上的風(fēng)力數(shù)據(jù)單獨列出，并繪制了不同等級下風(fēng)力值區(qū)域分布圖。

（2）1966～2015年以來登陸海南島臺風(fēng)等級達到8級以上的臺風(fēng)登陸后風(fēng)力大小分區(qū)域的分布圖（圖10）?？梢钥闯觯陲L(fēng)力值達到8級（17.2 m/s）后，文昌、?？?、定安、瓊海北部、三亞東部、陵水東部、萬寧東部及樂東等東部沿海一帶受到臺風(fēng)的影響更為明顯。

（3）1966～2015年以來登陸海南島臺風(fēng)等級達到10級以上的臺風(fēng)登陸后風(fēng)力大小分區(qū)域的分布圖（圖11）。在風(fēng)力值達到10級（24.5 m/s）時，海南島東北部地區(qū)及瓊海北部地區(qū)所受到臺風(fēng)的影響更為劇烈，而海南島中西部地區(qū)，即儋州、臨高及澄邁地區(qū)則呈現(xiàn)出風(fēng)力值偏低的現(xiàn)象。

（4）1966～2015年以來登陸海南島臺風(fēng)等級達到12級以上的臺風(fēng)登陸后風(fēng)力大小分區(qū)域的分布圖（圖12）?？梢钥闯?，登陸臺風(fēng)等級達到12級（32.7 m/s）時，臺風(fēng)的風(fēng)力分布呈現(xiàn)東北部，中部和南部三個區(qū)域，文昌及瓊海地區(qū)所受到的強臺風(fēng)影響較為嚴重。

海南地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)基本風(fēng)壓的確定

基本風(fēng)壓確定

基本風(fēng)壓計算公式

W0 =I2 V2/1600

式中，W0 ——基本風(fēng)壓；I——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；V——基本設(shè)計風(fēng)速，m/s。

運用基本風(fēng)壓計算公式，對登陸海南島臺風(fēng)基本風(fēng)力值進行計算，其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)I暫按1.0取值，得到基本風(fēng)壓值，再對其進行插值，制作出登陸海南島臺風(fēng)基本風(fēng)壓圖。根據(jù)基本風(fēng)壓圖能夠在確定海南島各地溫室大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)壓取值起到一定的參考作用。

1966～2015年全部臺風(fēng)基本風(fēng)壓分布情況

圖13為由1966～2015年間全部臺風(fēng)計算插值得到的基本風(fēng)壓圖。當(dāng)風(fēng)力等級小于8級時對海南的設(shè)施農(nóng)業(yè)的參考意義不大。全部登陸臺風(fēng)中有較大部分的風(fēng)壓是小于8級的，導(dǎo)致平均后使得某些區(qū)域的平均風(fēng)壓值較小，如圖中的瓊海地區(qū)。為了更加準確的反應(yīng)對設(shè)施農(nóng)業(yè)有明顯影響的8級以上臺風(fēng)在海南島的基本風(fēng)壓分布情況。需要進一步對8級以上、10級以上、12級以上的臺風(fēng)進行插值計算，分別得到其基本風(fēng)壓分布圖。

1966～2015年間臺風(fēng)風(fēng)力大于8級基本風(fēng)壓分布情況

圖14是8級（17.2 m/s）以上臺風(fēng)為插值計算后得到的基本風(fēng)壓分布圖。如前所述，8級以上臺風(fēng)登陸路徑遍布海南島。因此設(shè)計使用年限在3年以下的簡易大棚設(shè)施建議可采用此基本風(fēng)壓分布圖。

1966～2015年間臺風(fēng)風(fēng)力大于10級基本風(fēng)壓分布情況

圖15是10級（24.5 m/s）以上臺風(fēng)插值計算后得到的基本風(fēng)壓分布圖。根據(jù)統(tǒng)計50年來10級以上臺風(fēng)發(fā)生的總次數(shù)為53次，平均到海南島的每個市縣，發(fā)生的頻次為4.04年/次。因此在設(shè)計使用年限8年以下的普通溫室大棚設(shè)施建議可采用此基本風(fēng)壓分布圖。

1966～2015年間臺風(fēng)風(fēng)力大于12級基本風(fēng)壓分布情況

圖16是12級（32.7 m/s）以上臺風(fēng)插值計算后得到的基本風(fēng)壓分布圖。根據(jù)統(tǒng)計50年來12級以上的臺風(fēng)發(fā)生的總次數(shù)為25次，平均到每個市縣，發(fā)生的頻次為10.23年/次。因此在設(shè)計使用年限10年以上的高檔溫室、育苗溫室、常年（永久）蔬菜大棚設(shè)施建議可采用此基本風(fēng)壓分布圖。

海南溫室大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計基本風(fēng)壓取值建議

表1是根據(jù)前述分析（8級及以上基本風(fēng)壓分布圖）得到海南島各市縣設(shè)施農(nóng)業(yè)基本風(fēng)壓的建議取值。表中重現(xiàn)期R=10的情況主要指用于西瓜、哈密瓜或其它短期使用的簡易大棚、網(wǎng)室，其使用周期一般5年以下；重現(xiàn)期R=15的情況主要指用于普通蔬菜、苗木等生產(chǎn)的一般性大棚、蔭棚等，其使用周期為一般為10年以下；重現(xiàn)期R=20的情況主要指育苗、觀光的溫室或保障性常年蔬菜大棚等，其使用周期為一般為10年以上（一般情況下，優(yōu)先建議選用該值）。

由于表1取值均為登陸臺風(fēng)的中心風(fēng)力（即過境時的最大風(fēng)力），因此在使用時候建議參考《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB/T51183-2016的相關(guān)規(guī)定，進行荷載組合時，風(fēng)荷載的分項系數(shù)取1，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)可取0.9或0.95。

總結(jié)建議

（1）《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB/T51183-2016中根據(jù)農(nóng)業(yè)溫室的特點給出了海南主要地區(qū)的10、15、20年一遇的風(fēng)壓值，風(fēng)荷載的組合分項系數(shù)為1。將規(guī)范中的風(fēng)壓值與本文的分析結(jié)果比較，除三亞外，其它地區(qū)的風(fēng)壓取值均較小。特別是儋州、瓊海20年一遇的取值分別為0.48、0.58 kN/m2，按照分項系數(shù)為1的情況考慮，與設(shè)計實踐差距較大，近年來在該地區(qū)按照接近該風(fēng)壓值設(shè)計的溫室大棚發(fā)生損毀的情況時有發(fā)生。

（2）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB/T50009-2012中也給出了海南主要地區(qū)10、50、100年一遇的風(fēng)壓值，其中風(fēng)荷載的組合分項系數(shù)為1.4。結(jié)合分項系數(shù)和風(fēng)壓值，本文的分析結(jié)果中“R=10”和“R=20”的風(fēng)壓值與該規(guī)范中“10年一遇”和“50年一遇”的風(fēng)壓值比較接近。如《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中海口地區(qū)50年一遇的風(fēng)壓值為0.75 kN/m2，乘以分項系數(shù)1.4后為1.05 kN/m2，而本文R=20的風(fēng)壓取值是1.10 kN/m2。

（3）《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》均只給出了海南典型地區(qū)的風(fēng)壓值，而對于島內(nèi)大部分地區(qū)的風(fēng)壓取值不明確，只能按就近原則近似取得。本文結(jié)果明確給出了各個市縣的取值參考，具有操作性；同時也針對海南本地的設(shè)施類型分別來確定不同的取值大小，具有實用性；本文根據(jù)近50年來登陸臺風(fēng)分析得到的數(shù)據(jù)，其取值與現(xiàn)有的規(guī)范相近或略高，同時也根據(jù)本地區(qū)設(shè)計經(jīng)驗修正，具有可靠性。

（4）風(fēng)荷載是海南地區(qū)溫室大棚的主要荷載、也是起決定作用的關(guān)鍵荷載，其取值的科學(xué)性直接影響到設(shè)施農(nóng)業(yè)的投資大小和生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵。大量的經(jīng)驗教訓(xùn)顯示，一定要根據(jù)實際情況合理確定溫室大棚類型和對應(yīng)的風(fēng)荷載取值，不能有僥幸心理和麻痹大意，否則帶來的損失只會更大。

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項目支持：海南省自然科學(xué)基金項目資助（20153058、317049）。

作者簡介：龔偉（1990-），男，本科生，研究方向：設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程。

通信作者：劉建（1982-），男，四川綿陽人，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)工程與規(guī)劃、設(shè)計。

[引用信息]龔偉，劉建，楊小鋒，等.海南溫室大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計基本風(fēng)壓取值的研究[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（34）：44-51.