基于SPI指数的青海省东部地区干旱灾害风险区划

赵超君，杨玉平，胡亚男，赵 珠，金 欣，马海玲

(1.玉树州气象局，青海 玉树 815000；2.青海省气候中心，青海 西宁 810000；3.青海省气象灾害防御技术中心，青海 西宁 810000；4.海北州气象局，青海 共和 813099)

干旱是严重威胁世界人类生存环境的一种自然灾害，目前已经引起了人们的普遍关注。而干旱风险评估主要是结合各种指标应用多种方法建立评估模型，对干旱的强度、范围、影响等进行评估，这些模型[1-3]在评估不同强度干旱发生的风险概率等方面有较好表现，但较少考虑承灾体和抗灾力等方面对干旱的影响。但干旱灾害形成的影响因子普遍错综复杂，不确定性很大，因此可以通过层次分析法[4]来确定因子权重，再借助 GIS[5]的空间分析优势进行灾害风险评估。这在多种灾害的风险评估研究[6]中发挥了极大的作用，二者结合应用使确定评估因子的过程更具有逻辑性和系统性。

青海省为高原气候的典型区域，其东部地区属于干旱半干旱气候区，且该区是青海省主要的粮食农作物生产区，然而干旱一直是制约该区域农业生产的最主要的气象灾害。因此本文将基于自然灾害风险理论，构建干旱灾害风险模型对青海省干旱灾害风险进行评估，揭示干旱灾害风险空间分布特征，为干旱灾害风险管理提供科学依据。

1 数据与资料来源

数据主要包括青海省东部地区境内6个国家气象站36年(1981-2017 年)的逐日降水量数据。根据青海省东部地区6县2016-2020年统计年鉴整理出各县以乡镇为单位的人口密度、国民生产总值(GDP)、耕地面积、粮食产量、工业产值等社会经济数据；地理信息数据采用青海省1∶25万数字高程模型(DEM)资料和坡度资料。

2 研究方法

2.1 标准化降水指数

SPI 指数，又称为标准化降水指数。该指数假设某时段的降水量服从Γ分布，计算该时段降水量的Gamma分布累积概率，再将累积概率进行正态标准化处理，利用标准化降水累积概率分布来划分干旱等级。本文中SPI指数利用青海省东部地区6个国家气象站1981-2017年逐日降水量数据，根据修订的最新国家标准《气象干旱等级》，求得各站点1981-2017年逐日SPI指数。

2.2干旱灾害致灾因子评估指标

定义干旱平均强度为青海省东部地区干旱灾害致灾因子评估指标。根据标准化降水指数 SPI划分的气象干旱等级(见表1)，SPI指数在-0.5以上时为无旱。因此，利用青海省东部地区1981-2017年逐日SPI指数，统计36年间SPI≤-0.5的日数作为干旱持续时间，干旱持续时间内SPI的总和作为干旱累积强度，干旱累积强度与持续时间的比值作为干旱平均强度。

表1 SPI干旱等级划分表

2.3 评估指标体系的构建

根据自然灾害风险评估理论，结合影响青海省东部地区诱发干旱灾害的要素，从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体易损性和防灾减灾能力等4个方面考虑，选取了11个指标进行干旱灾害风险分析，并通过层次分析法确定各指标的权重系数，构建青海省东部地区干旱灾害风险综合评估指标体系(图1)，对青海省东部地区干旱灾害风险进行评估。

图1 干旱灾害风险评估指标体系框架图

2.4 层次分析法

层次分析法是将系统问题概化为各层次间的逻辑结构关系的计算模型。根据研究区实际情况，在青海省东部地区干旱灾害风险评估过程中，层次分析模型结构共分为3层：第一层为区分干旱灾害程度的目标层，为干旱灾害风险；第二层为影响干旱灾害风险程度的准则层，包括干旱灾害致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力；第三层为分析对象的目标层，为所选取的11个评估指标。构建干旱灾害风险评估权重判断矩阵，计算得到青海省东部地区干旱灾害风险各级指标权重(见表2)。

表2 干旱灾害风险各级权重

3 结果与分析

3.1 干旱灾害风险分析

3.1.1 致灾危险性分析

致灾因子危险性指导致干旱灾害的自然变异因素及其异常程度，与干旱发生频率、强度和持续时间密切相关[7]。计算各站点的多年干旱平均强度的平均值，作为各站点致灾因子危险性指数，如图 2 所示。从图中可以看出，青海省东部地区干旱致灾因子危险性呈北低南高的趋势，具体为化隆县东部、循化县北部干旱致灾因子危险性最强；互助和平安北部小部分地区、乐都南部、民和西部的干旱致灾因子危险性较强；平安南部、乐都中部、民和东部、化隆西部地区致灾因子危险性较低；互助县大部分地区致灾因子危险性最低。

图2 青海省东部地区干旱灾害致灾因子危险性指数分布

3.1.2 孕灾环境脆弱性分析

孕灾环境脆弱性能客观反映不同地区的自然因素和社会经济因素对干旱灾害应对和缓冲作用的差异，对干旱灾情具有放大或缩小的作用[8]。青海省东部地区孕灾环境脆弱性在空间分布上呈现河谷低、山区高的趋势(见图3)。互助东部、平安南部、乐都北部和南部、民和西部、化隆东部、循化南部和东部位于山区，脆弱性较强；而互助西部、乐都中部、民和大部、化隆北部、循化北部等河谷地区，其脆弱性较低。

图3 青海省东部地区干旱灾害孕灾环境脆弱性指数分布

3.1.3承载体易损性分析

综合考虑青海省东部地区的旱灾承灾体易损性主要涉及经济、人口、农业等因素，选取农作物播种面积、粮食产量、农业产值、人口密度、GDP以及工业产值 6个因子作为青海省东部地区干旱承灾体。由图4可以看出，互助县西北部、平安区北部、乐都区大部、民和县中部和南部、化隆县北部和南部、循化县北部和东部承灾体易损性较强；互助东部、平安东部、乐都西南部、民和北部、化隆东部以及循化西南部承灾体易损性较弱。

3.1.4 防灾减灾能力分析

根据数据采集的难易程度，选取人口密与GDP作为青海省东部地区干旱灾害防灾减灾能力指标因子，建立干旱灾害防灾减灾能力评估模型。由图5可以看出，青海省东部地区干旱灾害防灾减灾能力高值区由西北至东南呈带状分布，互助西北部、平安北部、乐都大部、民和中西部、化隆东部、循化东北部为防灾减灾能力次高与高能力区，其余地区防灾减灾能力较低。

图5 青海省东部地区干旱灾害防灾减灾能力指数分布

3.2 干旱灾害综合风险评估

在对致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体易损性和防灾减灾能力定量分析的基础上，采用干旱灾害风险综合评估模型对4项指标进行尺度匹配，在GIS软件中利用栅格计算得到青海省东部地区干旱灾害风险指数，结合自然断点法将干旱灾害风险指数分为低、次低、中等、次高、高等5个风险等级，绘制青海省东部地区干旱灾害风险区划图(图6)。

图6 青海省东部地区干旱灾害综合风险指数分布

由图可以看出，青海省东部地区干旱风险总体呈现北低南高，从西北向东南递增的趋势。高风险区主要分布在互助西北部、乐都南部、民和西部和中部小部分地区以及化隆北部局部地区，较高风险区包括互助西北部和西南部小部分地区，平安东部局部地区、乐都大部、民和南部地区、化隆大部以及循化中部和东部局部地区；中风险区主要分布在互助和平安小部分地区、乐都西部和东部小部分地区、民和北部、化隆西部、循化大部分地区；较低风险区主要包括平安大部分地区、循化西南部；低风险区主要位于互助县东部大部分地区。

4 结论

本文从干旱灾害的致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个方面，构建了青海省东部地区干旱灾害风险评估模型，结果表明:

4.1青海省东部地区干旱致灾因子危险性呈北低南高的趋势，化隆县东部、循化县北部干旱致灾因子危险性最强，互助县大部分地区致灾因子危险性最低。

4.2青海省东部地区干旱灾害孕灾环境脆弱性在空间分布上呈现河谷低、山区高的趋势。

4.3青海省东部地区干旱灾害承灾体暴露性互助县西北部、平安区北部、乐都区大部、民和县中部和南部、化隆县北部和南部、循化县北部和东部承灾体易损性较强；其余地区较弱。

4.4青海省东部地区干旱灾害防灾减灾能力高值区由西北至东南呈带状分布，互助西北部、平安北部、乐都大部、民和中西部、化隆东部、循化东北部为防灾减灾能力次高与高能力区。

4.5青海省东部地区干旱灾害风险在中部和南部地区的风险性较高，东北部和西部以及北部偏西地区的风险性较低。