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山洪灾害是指山地丘陵地区由于降水引起的洪水、崩塌、滑坡和泥石流等灾害的总称。山洪灾害具有突发性强,破坏力大,预报困难的特点,往往造成巨大人员伤亡和财产损失。同时,我国是世界上遭受热带气旋侵袭最频繁的国家之一,每年由于热带气旋引发的山洪灾害频频发生。山洪灾害已经成为制约我国山地丘陵地区发展的主要的灾害之一,但是由于山洪灾害的研究涉及气象、水利、国土等多个系统,综合程度和复杂程度较高,使其成为研究领域的难点之一。本文选择山洪灾害高发区湖南省资兴市作为研究对象,以GIS和RS为技术平台,引入气象学、水文学和地理学的原理和方法,综合利用气象观测资料、水文观测资料、卫星遥感资料、地理信息数据、社会经济统计资料等,定量分析了研究区历次致灾热带气旋的特征,并以2006年登陆强热带风暴碧利斯(BILIS)诱发资兴市特大山洪灾害为例,揭示出资兴市当地环境热力结构、地形地貌和森林植被对山洪灾害的影响,并从土地开发利用的角度分析了当地人类活动对加剧山洪灾害的贡献。本研究凸显了热带气旋诱发山洪灾害研究中不同时空尺度上以气象因素为主的多学科方法融合研究的重要性,成果对热带气旋诱发的山洪灾害气象预警、地质灾害防治、山区水土保持、水库移民安置等方面有一定的指导和借鉴意义。
研究表明,资兴市在1990-2008年间遭遇了11次全市性山洪灾害,其中有6次达到或超过了100年一遇的级别,而这6次山洪灾害全部由登陆热带引发。研究发现,3次超过300年一遇的山洪灾害的致灾热带气旋的移动速度均低于全部致灾热带气旋移动速度的平均值20km/h,福建登陆的热带气旋比广东登陆热带气旋引发暴雨的危险性更大,并且致灾热带气旋的移动路径方向具有高度相似性,在研究区东部100~400km处形成两个路径高密度区,结合探空资料显示此时研究区对流层中低层偏北风与研究区地形相互作用形成地形性降水,很可能是热带气旋造成研究区大雨的重要原因。印度洋和南海季风活动有助于热带气旋暴雨的发生。
天气雷达反射率数据分析显示造成资兴市2006年“7-15”特大山洪灾害的原因并非是简单的热带气旋暴雨,而是由热带气旋引发的一次强对流风暴造成。对流风暴发生在资兴市境内的东江水库盆地内,回波质心追踪表明了对流风暴与当地地形和下垫面之间存在密切联系。而多个对流单体连续移动经过同一地区,是造成资兴市龙溪等地极端降水的直接原因。
基于郴州的探空资料的研究显示,大气环境参数中的K指数、CAPE和CIN并不能有效指示2006年7月14日夜间出现在资兴市的强对流风暴,只有SWEAT指数预报成功,这可能与东江水库相对封闭的地形与当时风场环境所造成的。依靠AIRS大气温度产品,揭示出风暴发生前8h东江水库盆地局地出现了异常的环境热力结构特征,是导致当晚的强对流风暴的关键因素之一。
借助对高分辨率遥感资料、地质地貌资料和土地利用资料,对资兴市坪石乡区域严重的群发性滑坡灾害进行了重点研究,借助景观生态指数分析发现该地区滑坡面现状扁长、边缘整齐,为滑坡发生后植被覆盖而形成景观。在对流单体的时空尺度上,基于天气雷达反射率资料分析发现风暴产生的地面大风耦合强降水可能是造成这一地区滑坡灾害空间密度从南向北降低的原因。而该区域大规模种植的浅根性乔木杉木这可能加剧了当地滑坡灾害。
从资兴市东江水库地区的移民历史出发,结合当地土地利用类型和分布资料,发现东江库区大规模的人类开发活动一方面加大了当地环境生态压力,另一方面也使得环绕东江水库形成了人口和设施的高易损地带,加剧了当地山洪灾害的风险。