基于层次分析法的黑龙江省森林火灾气象风险评估

2016-08-09姚俊英时一文王庆余黑龙江省气象局黑龙江哈尔滨150001黑龙江省气象服务中心黑龙江哈尔滨15006南京信息工程大学江苏南京10044

黑龙江气象 2016年2期

高　明，姚俊英，时一文，王庆余（1.黑龙江省气象局，黑龙江哈尔滨150001；.黑龙江省气象服务中心，黑龙江哈尔滨15006；.南京信息工程大学，江苏南京10044）

高明1★，姚俊英2，时一文3，王庆余2
（1.黑龙江省气象局，黑龙江哈尔滨150001；2.黑龙江省气象服务中心，黑龙江哈尔滨150036；3.南京信息工程大学，江苏南京210044）

摘要：本文从森林火灾的危险性、易损性和防灾减灾能力出发，采用层次分析法对森林火灾的气象风险进行了评估研究。可应用于森林火灾气象服务，实现灾前、灾中、灾后风险动态评估。研究发现：当气象条件相同时，森林火灾的风险主要由易损性和抗灾能力决定，高风险区的分布与二者有着直接关系，即主要分布在大兴安岭、伊春、哈尔滨、牡丹江一带。是森林覆盖率较高或者经济相对较发达的地区，这些地区一旦发生森林火灾，损失相对较大。

关键词：森林火灾；气象风险；评估

1　引言

黑龙江省为林业大省，每年都有森林火灾发生，为森林防火服务是黑龙江省气象部门的工作重点之一。许多学者对森林火灾的时空分布特点及其与气象因子的关系进行过研究。宋志杰、郑焕能等认为气象条件是决定森林火灾发生与否的重要因素［1-2］。刘志德、许沂金研制了不同类型的林火预报模型或系统［3-4］。姚俊英等采用综合气象干旱指数（CI）来揭示森林火灾发生的机制和一般规律［5］。

近年来，不少学者对灾害风险理论和风险管理方法进行了积极的研究和探索，而且在不同的领域进行了应用研究，王霓虹等［6］在借鉴国内外多种分类方法和算法的基础上，对森林火灾直接损失给出了相应的评估方法和评估公式，汤宛地等［7］通过对影响森林火灾的各个因子研究，对森林火灾的可能性和危害度进行分析，并通过对两者的关联评价完成森林火灾的风险性评估，提出相应的森林火灾风险性管理措施。

虽然在林火气象研究方面取得了较大的进展，但是在森林火灾气象风险评估方法研究方面涉猎的很少。本文从森林火灾的危险性、易损性和防灾减灾能力出发，采用层次分析法对森林火灾的气象风险进行了评估研究。可实现灾前、灾中、灾后风险动态评估，可应用于森林火灾气象服务。

2　资料和方法

2.1资料

（1）1980-2010年森林火灾资料，来源于黑龙江省森林防火指挥部；

（2）1980-2010年日平均气温、降水资料来源于黑龙江省气象信息中心；

（3）森林覆盖率资料来源于2011年黑龙江省年鉴，部分市县资料来源于地方政府官方网站；

（4）单位面积GDP、人口密度、单位面积固定资产投资额等社会经济资料来源于2011年社会经济统计年鉴。

2.2研究方法

2.2.1森林火灾气象风险评估方法和模型

气象灾害是指由于气象条件超过某种临界值而导致承灾体遭受损害所导致的灾害，这个临界值就是致灾临界气象条件，它与孕灾环境和防灾工程有关。气象灾害危险性是致灾气象因子的强度、承灾体所处的孕灾环境、抗灾工程能力的非线性函数［8］。

所以，森林火灾气象风险评估模型可以描述为：LDRI=f（风险源的危险性Hc，承灾体的易损性Ec，防灾减灾能力Rc），即

其中LDRI为风险指数，值越大风险越大。Hc、Ec、Rc分别为危险性、易损性和防灾减灾能力，WH、WE、WR分别为危险性、易损性和防灾减灾能力的权重。

森林火灾致灾危险性，采用姚俊英等人［5］的研究成果。森林火灾易损性和防灾抗灾能力主要采用单位面积GDP、人口密度、单位面积固定资产投资额等社会经济数据，运用统计模型和层次分析模型计算得到。

2.2.2层次分析方法

层次分析法（AHP）为一种定性与定量分析方法相结合的综合性评价方法。主要是通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，对两两指标之间的重要程度作出比较判断，建立判断矩阵，通过计算判断矩阵的最大特征值以及对应特征向量，就可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。

森林火灾气象风险评估指标体系分三层，第一层为森林火灾气象风险这一总目标A，第二层包括气象风险指标B1，易损性指标B2，防御指标B3，共3项指标，每项指标下又包含若干个子指标项。那么整个森林火灾气象风险评估指标体系如表1所示。

表1　森林火灾气象风险评估体系

2.2.3自然断点分级法

自然断点分级法是用统计公式来确定属性值的自然聚类。公式的功能就是减少同一级中的差异、增加级间的差异。其公式为：

式中，A为数组（数组长度为N），meani-j为每个等级中的平均值。该方法可用GIS软件实现。

3　结果与分析

3.1森林火灾的致灾危险性分析

森林火灾和气象条件息息相关，当气象条件达到某一个临界值时，森林火灾的风险会大大提高，这个临界值称为致灾临界气象条件。

森林火灾致灾危险性，采用姚俊英等人［5］的研究成果。将上年夏秋季∑CI（CI为累计综合干旱指数）、3月份∑CI和前20天∑CI作为CI林火因子，分别代表长期、中期和近期的气象干旱情况，三个CI林火因子分月均值化，等权重相加得CI林火指数，记为Hc。林火指数可代表森林火灾气象风险的危险性，CI林火指数Hc越大风险越高。

3.2森林火灾的易损性分析

易损性包括暴露在自然灾害中的承灾体的量（数量和价值量，简称为“物理暴露”）及承灾体的脆弱性［8］。本文选取了单位面积GDP、单位面积固定资产投资额、人口密度、森林覆盖率4个因子作为森林火灾易损性指标。

3.2.1易损性指标权重的确定

建立判断矩阵B2-P（表2），相对于森林火灾易损性而言，各指标之间的相对重要性比较主要，采用专家打分的方法确定。计算得出λmax=4.069，DI= 0.023，DR=0.0256＜0.10通过了一致性检验，同时得出4个指标权重分别为0.1289、0.0535、0.1384、0.6764。

表2　易损性指标判断矩阵及其权重

3.2.2森林火灾气象风险易损性空间分布特征

易损性计算遵从下面的公式：

Ec为易损性，XEi、WEi分别为易损性指标及其权重。

计算黑龙江省各类资料完整、可信度高的72个市县的森林火灾气象风险易损性数值。易损性等级采用自然断点分级法分为5级：极低、较低、中等、较高、极高。易损性的高值区主要分布在大兴安岭、伊春、哈尔滨、牡丹江一带，是森林覆盖率较高或者经济相对较发达的地区，这些地区一旦发生森林火灾，损失相对较大。

3.3森林火灾的防御能力分析

防灾减灾措施是人类社会、特别是风险承担者用来应对灾害所采取的方针、政策、技术、方法和行动的总称。一般分为工程性和非工程性两类。灾害防御能力越强，相关的灾害风险就可能越小；反之，可能越大。本文选取地方财政收入、医院、卫生院床位数、森林防火投入3个因子作为森林火灾防御能力指标。

3.3.1防灾减灾能力指标权重的确定分析

建立判断矩阵B2-P（表3），对于森林火灾防灾减灾而言，各指标之间的相对重要性比较主要采用专家打分的方法确定。计算得出λmax=3.085，DI= 0.0425，DR=0.0732＜0.10通过了一致性检验，同时得出3个指标权重分别为0.2583、0.1506、0.6369。

表3　防灾减灾能力指标判断矩阵及其权重

3.3.2森林火灾抗灾能力空间分布特征分析

抗灾能力计算遵从下面的公式：

Rc为抗灾能力，XRi、WRi分别为抗灾能力指标及其权重。

计算全省各类资料完整、可信度高的72个市县的森林火灾气象风险抗灾能力数值。抗灾能力等级采用自然断点分级法分为5级：极低、较低、中等、较高、极高。结果表明大兴安岭、伊春、哈尔滨、牡丹江一带抗灾能力相对较强。

3.4森林火灾综合气象风险评估分析

3.4.1森林火灾气象风险评估指标权重的确定

建立判断矩阵A-B（表4），对于森林火灾气象风险评估而言，各指标之间的相对重要性比较，主要采用专家打分的方法确定。计算得出λmax=3.0385，DI=0.0194，DR=0.0334＜0.10通过了一致性检验，同时得出危险性、易损性和防灾减灾能力3个指标的权重分别为0.6369、0.2583、0.1047。