兩種干旱指標在干旱致災因子危險性中的對比分析——以寧夏為例*

李紅英，張曉煜，曹寧，袁海燕，段曉鳳

(寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏銀川750002)

隨著全球范圍內災害的頻繁發生、災情加重，災害風險研究也越來越受到研究者的重視，并展開了大量的研究。史培軍等認為自然災害是致災因子、孕災環境和承災體三者綜合作用的結果，隨后，張繼權又將防災減災能力作為一個重要因子引入到該“三因素”中，提出:自然災害風險=(致災因子)危險性×(孕災環境)暴露性×(承災體)脆弱性×防災減災能力［1］，該觀點近年被多種災害風險評估采用和驗證［2－3］。隨著風險形成機理認識的統一，災害風險研究的趨勢之一將是對三因素的深入探討，已經有學者對孕災環境和承災體展開了相應的研究［4－7］。干旱指標作為干旱致災因子研究的基礎，目前對干旱指標的研究較多［8－11］，各指標間的對比研究也有不少［12－13］，但以往的研究多集中于洪澇等級劃分上，并沒有與致災因子危險性研究緊密結合，因此，研究者在進行災害風險分析時，干旱指標的選用往往具有很大的人為性和隨機性。鑒于此，本文選取目前常用的兩種干旱指標—降水距平百分率和標準化降水指數，以寧夏為例，進行致災因子危險性分析，并根據寧夏實際情況，對比分析這兩種干旱指標在災害風險評估中的可取性，從而為自然災害風險研究提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區域介紹

以寧夏回族自治區為研究區域，寧夏地處西北內陸地區，降雨量少，蒸發量大，氣候干燥，南北氣候懸殊較大，是一個自然災害多發的地區。根據當地實際情況，區內干旱多發區集中在中南部山區，以往的干旱研究以及歷史干旱災情記錄也多關注這些區域。為了使研究結果具有更多的參考依據，本研究在對比分析干旱風險研究中的兩種干旱指標應用時，研究區域也集中在中南部山區，基礎數據主要是中部干旱帶和南部山區所屬9個氣象臺站1961－2010年50年的月降水量資料;在運用所選指標進行致災因子危險性評估和區劃時，以全區21個氣象臺站降水量資料為依據。

1.2 干旱指標介紹

1.2.1 降水距平百分率

降水距平百分率是表征某時段降水量異常的方法之一，能直觀反應降水異常引起的干旱;在我國氣象日常業務中經常使用，多用于評估月、季、年發生的干旱事件。其計算公式為:

1.2.2 標準化降水指數SPI

SPI是表征某時段降水量出現的概率多少的指標之一，該指標適合于月以上尺度相對于當地氣候狀況的干旱監測與評估。SPI用式(1)求得［14］:

1.3 致災因子危險性指數計算

致災因子危險性指氣象災害異常程度，主要是由氣象致災因子活動規模(強度)和活動頻次(概率)決定的。一般致災因子強度越大，頻次越高，氣象災害所造成的破壞損失越嚴重，氣象災害的風險也越大。

根據表1提供的干旱強度等級標準，R在－15%以下(SPI在－0.5以下)均發生干旱，本研究在統計各個干旱強度下發生概率時，借助界限強度指數的概念，即指每個干旱強度等級的下線，以此為準，分別統計干旱強度小于各等級強度下線值的發生概率，具體為，統計歷史年R≤－40(SPI≤－1.5)的重旱發生概率、R≤－30(SPI≤－1.0)的重旱和中旱的合計發生概率、R≤－15(SPI≤－0.5)的輕旱及輕旱以上災害發生概率，然后分別計算統計出來的概率與對應的絕對界限指數值的乘積，加和之后從而得到各個氣象站點的致災因子危險性指數值，具體致災因子危險性指數Fd計算模式如下:

式中:i，j分別表示兩種干旱指標及對應的干旱強度;P表示各干旱強度等級的界限強度指數;p表示干旱強度低于界限強度指數的發生概率。

表1 降水距平百分率和標準化降水指數的干旱強度等級［12］

2結果分析

2.1 兩種干旱指標在致災因子危險性中的對比分析

寧夏中南部山區共有鹽池、興仁、麻黃山、海原、同心、固原、涇源、隆德、西吉等9個氣象觀測站，以各站1961－2010年降水數據，分別計算降水距平百分率(R)和標準化降水指數(SPI)，各站的具體強度范圍如圖1和圖2所示。

圖1 中南部山區各站點標準化降水指數強度

圖2 中南部山區各站點降水距平百分率強度

將上述兩種干旱指標所得的干旱強度進行等級劃分，借助界限強度指數，分別統計不同等級干旱強度的發生概率，按照式(3)的致災因子危險性指數計算模式，得出基于兩種干旱指標的致災因子危險性指數，結果見表2和表3。

表2 基于降水距平百分率的致災因子危險性指數

表3 基于標準化降水指數的致災因子危險性指數

由于兩種干旱指標的計算機理和側重點有所不同，基于兩種指標的干旱發生概率統計結果也不完全相同，但趨勢具有一致性，即寧夏中南部山區干旱發生，以輕旱發生概率最大，其次是中旱，重旱的發生概率最小(表2和表3)。

由表2和表3還可以看出，基于兩種干旱指標計算所得出的致災因子危險性在寧夏中南部山區的高低分布趨勢具有一致性:中部干旱帶鹽池、同心一帶屬致災因子危險性較高的地段，涇源及周邊地段致災因子危險性偏低，西吉、海原處于中等危險性位置，致災因子危險性大致均呈由南至北逐步增加的趨勢。從歷年平均降水量來看，南部山區約484 mm，中部干旱帶約291 mm，且中部干旱帶多以草場為主，蒸發量相對較大，而南部山區以山地丘陵地形為主、森林覆蓋面積大，蒸發量相對較少，由此也可以看出，基于兩種干旱指標的致災因子危險性分布趨勢均與實際情況大致相符。

2.2 寧夏致災因子危險性區劃

基于上述分析，選擇降水距平百分率作為寧夏全區干旱致災因子危險性分析的基礎，以全區分布在引黃灌區、中部干旱帶、南部山區的21個氣象觀測站點1961－2010年降水資料為基礎，首先計算出各站點的降水距平百分率，其強度范圍見圖3，統計不同等級干旱強度的發生概率，然后采取本文提出的致災因子危險性計算模式，得到全區各站點的干旱致災因子危險性指數，據此，結合GIS技術，對各站點的危險性指數進行了網格化處理，最終形成全區的干旱致災因子危險性區劃圖(圖4)。

圖3 寧夏全區各站降水距平百分率強度范圍

由圖4可以看出，寧夏干旱致災因子危險性大致呈從南到北逐步增加的趨勢，其中涇源、隆德、固原等地屬于致災因子危險性較低的區域，致災因子危險性較高的地段為賀蘭及惠農陶樂及平羅等石嘴山東北部大部分地區，同心、鹽池、中衛等地屬致災因子危險性中等區域。

圖4 寧夏干旱致災因子危險性區劃

3 結論

(1)本文主要是針對干旱災害致災因子展開分析，致災因子危險性是災害風險評估的重要部分，為了避免與災害風險的其他影響因素研究的重復性，該部分僅考慮降水因素，而忽略了地形、高程、水系等因子所引起的致災因子危險性差異。

(2)依據以往災害風險理論，致災因子危險性有災害強度和概率共同決定。本研究在統計不同干旱強度發生概率時，引入界限強度指數概念，建立了致災因子危險性指數計算模式，通過在寧夏中南部山區和寧夏全區的驗證，該模式具有很好的可行性。

(3)通過對兩種干旱指標在寧夏中南部山區干旱致災因子危險性中的對比分析，兩種指標在風險分析中應用時，結果趨于一致。為了使方法更簡單易行，數據易獲得，在對全區進行干旱致災因子危險性分析時，以降水距平百分率作為干旱強度指標。

(4)干旱致災因子的分析不僅是農業干旱風險分析的基礎，同時也是氣象干旱風險評估的基礎，雖然寧夏引黃灌區在農業上由于有黃河水作為灌溉保障，很少因為干旱造成災害，然而為了災害研究的系統性，也為寧夏氣象干旱災害風險研究提供參考，本研究對包括中南部山區及引黃灌區在內的全區進行了干旱致災因子危險性分析，寧夏致災因子危險性大致呈從南到北逐步增加的趨勢，這也與寧夏南北降水分布極為不均的現狀相一致。

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