岱岳区干旱风险评价及区划分析

2012-12-23崔兆韵王玉荣王洪明邹俊丽

山西农业科学 2012年6期

崔兆韵，黄华，王玉荣，王洪明，邹俊丽

（1.泰安农业气象试验站，山东泰安271000；2.泰安市气象局，山东泰安271000）

气象灾害是指由气象原因直接或间接引起的灾害[1-2]。干旱是鲁中山区主要的气象灾害之一，通常认为，干旱是一种气候现象，指在某一地区某段持续时间内降水量比常规显著偏少，如果这种情况使该地区按照常规年景安排活动，尤其是农业生产受到缺水威胁时，则称为干旱发生[3-4]。农业对气候的依赖性很强，因此，其对干旱响应十分敏感。气象灾害风险区划是灾害研究领域的一个重要方面，其研究取得了丰硕的成果[5-8]。

本研究以乡镇为基础，进行县一级的气象灾害风险区划，旨在为当地工农业生产提供科学的指导依据，更好地为农村气象灾害防御服务。

1 岱岳区自然概况

岱岳区地处山东省中部，总面积1 750 km2，总人口达97 万人。全区辖15 个乡镇，2 个街道办事处。总体地势北高南低、东高西低，制高点在徂徕山的太平顶，最低点在马庄镇的临汶。全区山地、丘陵、平原各占1/3。该区属温带大陆性半湿润季风气候区，四季分明，寒暑适宜，光温同步，雨热同季；春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季晴和气爽，冬季寒冷少雪。全年平均日照2 536 h，气温年平均13 ℃，年平均降水量688 mm（东部多于西部、山区多于平原）。

2 资料来源

气象数据采用各乡镇月降水数据，日最高温、最低温数据，数据来源于岱岳区气象站。研究中所选用的其他分析指标如人口密度、耕地比例、人均GDP 等数据来自岱岳区2009 年统计年鉴。本研究仅基于岱岳区进行分析，而岱岳区气象站处于泰山区中心位置，考虑到灾害风险区划的完整性，所以，将岱岳区气象站资料赋予泰山区。

3 研究方法

3.1 灾害风险的基本概念

气象灾害风险性是指若干年（10，20，50，100 a 等）内可能达到的灾害程度及其灾害发生的可能性。气象灾害风险既具有自然属性，也具有社会属性，无论自然变异还是人类活动都可能导致气象灾害发生[9-13]。气象灾害风险因素是指对气象灾害风险性大小起一定作用的因素。自然灾害系统是由致灾因子、孕灾环境和承载体共同组成的复杂系统，灾害风险往往是天、地、人综合作用的结果[14-16]，因此，应从自然灾害系统的构成要素——致灾因子、孕灾环境和承载体出发，分析气象灾害风险因素。

3.2 灾害风险评估原理

灾害风险是由危险性、暴露性、脆弱性、防灾减灾能力4 个主要因子构成，每个因子又是由一系列子因子组成。其表达式为：

危险性是指造成气象灾害的自然变异因素和程度，主要指极端的气候条件及自然地理环境，一般危险性越大，气象灾害的风险也越大。

暴露性（承载体）是指可能受到危险因素威胁的经济、社会和自然环境系统，具体包括农业、牧业、工业、城市、人类和生态环境等。一个地区暴露于气象灾害危险因素的价值密度越高，可能遭受潜在损失就越大，灾害风险也越大。

承载体的脆弱性是指在给定危险地区存在的所有可能受到致灾因子威胁的对象由于潜在的危险因素而造成的危害或损失程度，其综合反映了气象灾害的损失程度。一般承载体的脆弱性越低，灾害损失越小，灾害风险也越小，反之亦然。承载体脆弱性的大小，既与其承载体的类型、结果等有关，也与抗灾能力有关。

防灾减灾能力是指各种用于防御和减轻气象灾害的各种管理措施和对策，包括管理能力、减灾投入等。管理措施得当和管理能力越强，可能遭受潜在损失就越小，气象灾害的风险越小。

3.3 灾害风险指数分析方法

3.3.1 因子标准化研究中，由于所选因子的量纲不同，所以，要将因子进行标准化。本研究根据具体情况，采用极大值标准化和极差标准化方法。其表示式为：

式中，Xij为第i 个因子的第j 项指标；X′ij为去量纲后的第i 个因子的第j 项指标；Xmin，Xmax为该指标的最小值和最大值。由于研究中低温存在负值，将其标准化时对极差标准化方法有所修正，将原公式（2）分子中的最小值修订为最大值，使得结果符合实际。

3.3.2 加权综合评价法加权综合评价法综合考虑了各个因子对总体对象的影响程度，是把各个具体指标的优劣综合起来，用一个数值化指标加以集中，表示整个评价对象的优劣。其表达式为：

式中，Cvj是评价因子的总值，Qvij是对于因子j 的指标i 的量化值（Qij≥0），Wci是指标i 的权重值（0≤Wci≤1）（通过层次分析法（AHP）计算得出），m 是评价指标个数。

对于综合风险指数，表达式为：

式中，Cv为综合风险指数，Cvj为危险性、暴露性和脆弱性风险因子，Cvk为防灾减灾能力。

3.3.3 层次分析法层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是对一些较为复杂、模糊的问题做出决策的简易方法，其特别适用于那些难于完全定量分析的问题，通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计算，就可以得出不同方案重要性程度的权重，为最佳方案的选择提供依据。

3.3.4 气象资料插值方法本研究根据实际情况，分别采用线性回归方法、趋势面拟合方法。

线性回归方法：线性回归模型描述2 个要素之间的线性相关关系，如2 个要素间存在显著的相关关系，就可以建立二者之间的线性回归方程，其表达式为：

式中，x为自变数；y是与x相对应的变量；a和b 为回归系数。

趋势面拟合方法：趋势面分析是利用数学曲面模拟地理系统要素在空间上的分布及变化趋势的一种数学方法，实质上是通过回归分析原理，运用最小二乘法拟合一个二维非线性函数，模拟地理要素在空间上的分布规律，其表达式为：

式中，z 为地理要素，x，y 为影响地理要素的基本因子。

4 岱岳区干旱灾害风险评价与区划

4.1 岱岳区干旱灾害风险评价与区划因子的权重确定

根据灾害风险评估原理，通过层次分析法（AHP）确定干旱灾害风险的危险性、暴露性、脆弱性、防灾减灾能力4 个指标因子的权重值，如图1 所示。

图1 显示，干旱灾害指标中年均降水量、有效灌溉面积、地均GDP 分别与干旱灾害危险性、脆弱性成反比，所以，在进行计算时，这些指标未进行归一化，而是按表1 进行了分级，干旱灾害各因子等级划分标准如表2 所示。

表1 岱岳区干旱灾害指标分级标准

表2 岱岳区干旱灾害各因子等级划分标准

4.2 岱岳区干旱灾害危险性因子的评价与区划

由表3 和图2 可知，岱岳区干旱灾害危险性轻风险分布在夏张镇、粥店街道、大汶口镇、化马湾乡、黄前镇、下港乡；道朗镇、满庄镇、马庄镇、范镇为干旱低风险区；中、高风险分布在天平街道、泰山区、山口镇、良庄镇、房村镇、祝阳镇、角峪乡、徂徕镇。综合而言，轻、低风险区分布比较分散，以周边乡镇为主；中、高风险以中部乡镇为主，且较集中。

表3 岱岳区干旱灾害危险性指数值

4.3 岱岳区干旱灾害暴露性因子的评价与区划

岱岳区干旱灾害暴露性指数的计算结果如表4 所示。岱岳区干旱灾害暴露性区划如图3 所示。

由表4 和图3 可知，岱岳区干旱灾害暴露性轻风险分布在黄前镇、天平街道、大汶口镇、角峪乡、化马湾乡；低风险分布在道朗镇、粥店街道、房村镇、徂徕镇、祝阳镇；下港乡、山口镇、范镇、夏张镇、马庄镇、满庄镇、良庄镇为暴露性中风险区；泰山区为暴露性高风险区。总体上，岱岳区干旱暴露性风险由中部向四周逐渐减弱，且不同等级风险分布均较分散。

表4 岱岳区干旱灾害暴露性指数值

4.4 岱岳区干旱灾害脆弱性因子的评价与区划

由表5 和图4 可知，岱岳区干旱灾害脆弱性轻风险分布在粥店街道和天平街道；低风险区分布在马庄镇、房村镇、角峪乡、范镇、山口镇、泰山区；夏张镇、满庄镇、良庄镇、祝阳镇为干旱灾害脆弱性中风险区；下港乡、黄前镇、道朗镇、大汶口镇、徂徕镇、化马湾乡为脆弱性高风险区。总体而言，岱岳区干旱灾害脆弱性风险由中心向四周逐渐增强；相对而言，中、高风险区分布比较零散。

4.5 岱岳区干旱灾害防灾减灾能力的评价与区划

岱岳区干旱灾害防灾减灾能力计算结果如表6 所示。岱岳区干旱灾害防灾减灾能力风险区划如图5 所示。由表6 和图5 可知，岱岳区干旱灾害防灾减灾能力中部泰山区能力最强；西部、南部夏张镇、马庄镇等8 个乡镇防灾减灾能力较强；北部下港乡、黄前镇、山口镇、祝阳镇，东南部化马湾乡，粥店街道、天平街道防灾减灾能力较弱。

表5 岱岳区干旱灾害脆弱性指数值

表6 岱岳区干旱灾害防灾减灾能力指数值

4.6 岱岳区干旱灾害综合风险指数的评价与区划

岱岳区干旱灾害综合风险指数为危险性、暴露性、脆弱性、防灾减灾能力的综合。其计算公式同式（9）。其表达式为：

其中，UDRI，DH，DE，DV，DC 分别为洪涝灾害的综合风险指数、危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力。

岱岳区干旱灾害综合风险的指数值如表7所示。

岱岳区干旱综合风险指数区划如图6 所示。结合表7 和图2～6，岱岳区干旱灾害综合风险高风险区位于泰山区。

泰山区干旱灾害危险性较高，承载环境暴露性也较高，承载体脆弱性为低风险，防灾减灾能力较强，但综合而言，干旱风险仍为最高。中度风险分布在道朗镇、山口镇、祝阳镇、下港乡，这些乡镇干旱灾害致灾因子的危险性、承载环境暴露性、承载体脆弱性都较高，防灾减灾能力处于较低水平。干旱灾害轻、低风险分布在大汶口镇、粥店街道、天平街道、夏张镇等13 个乡镇，这些乡镇的干旱灾害危险性、暴露性都为轻度风险，防灾减灾能力大多为中等强度，所以，干旱风险较轻。