我國單因子海冰災害指標體系及海冰災害等級劃分方法初步探討

袁本坤，郭可彩，王相玉，商杰，黎舸，江帆

（1.國家海洋局北海預報中心，山東青島 266061；2.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室，山東青島 266061；3.國家海洋標準計量中心 天津 300112）

1 引言

海冰災害是我國渤海及黃海北部的主要海洋災害之一[1]。嚴重的海冰災害不僅影響了沿岸人民群眾的生活與安全，也制約了當地海洋經濟的快速發展。為了全面了解和掌握海冰災害對沿海社會經濟所造成的影響，必須對海冰災害（包括其自然屬性及社會經濟屬性等）進行評估[2]。而對我國的海冰災害進行評估，需要建立科學、合理的評估指標體系和海冰災害等級劃分方法。

2 單因子海冰災害指標

2.1 指標分類

海冰是大氣和海洋相互作用的結果。海冰的生成、發展、消融是一個十分復雜的物理過程[3]。這個過程是在自然環境中展開的，并受到地理環境、氣候條件等多個自然因素的影響。另一方面，這個過程直接決定了冰情的變化情況，從而也就影響著海冰災害的大小。因此，評價海冰災害時，應考慮到海冰全部狀態參量的時空特征，包括時間序列、空間分布以及總體程度等。

2.1.1 時間指標

冰情的時間序列主要為初冰日和終冰日。其中，初冰日到終冰日的時間段為總冰期，這是衡量每年冬季結冰時間長短的主要指標。但是，由于總冰期內各個階段的冰情起伏較大，有的年份甚至會出現多個無冰日，因此，初冰日和終冰日這兩個時間指標只能表征年度總冰期的長短，不能代表年度冰情的輕重程度，所以實踐中往往需要將嚴重冰日（盛冰日）和融冰日也作為衡量年度冰情輕重的指標。

2.1.2 空間指標

2.1.2.1 外緣線

外緣線是表述海冰（主要是浮冰）結冰范圍的主要指標，它是指海冰的最大離岸距離。毫無疑問，外緣線的變化，直接決定了結冰范圍的大小，同時也反映了冰情輕重的一個方面。

2.1.2.2 厚度

海冰厚度是海冰荷載計算的一個重要參數。同時，冰厚大小也是衡量冰情輕重的一個重要指標。一般說來，冰厚越大，冰情相對較重，反之亦然。

由于海冰具有重疊性和堆積性，因此，實測海冰厚度主要包括平整冰厚度、重疊厚度以及堆積厚度等，這些海冰的厚度并不均勻，通常存在很大差異。

2.1.2.3 密集度

密集度是反映海冰覆蓋海面疏密程度的主要指標，同時也是表征海冰輕重的重要指標之一。一般來說，密集度越大，冰情相對較重，反之亦然。

2.1.2.4 海冰增長速度

海冰增長速度表征的是海冰在單位時間里發展的快慢程度。通常，結冰期內海冰的發展變化基本上是根據天氣等自然因素變化狀況、并遵循一定規律進行的。但是，若遇特殊天氣過程比如強寒潮等天氣系統時，海冰的增長速度就會驟然加快，因此，海冰增長速度對于海冰預報和海冰防災減災來說是一個十分重要的考量值。

2.1.3 冰情程度指標[4]

2.1.3.1 年內冰情

年內冰情的主要指標包括初冰期、嚴重冰期（盛冰期）和融冰期。通常，初冰期或融冰期越短，則嚴重冰期越長，其冰情相對較重。反之亦然。

2.1.3.2 年際冰情

年際冰情主要用輕冰年、偏輕冰年、常冰年、偏重冰年以及重冰年等作為衡量指標，但是，這些指標僅能對冬季的冰情態勢進行表征，并非是年度冰情的平均概念。換言之，輕冰年里有相對較重冰情階段，同樣地，重冰年里也有相對較輕冰情階段。

2.1.4 其他指標

除了上述指標以外，通常還有其他表征海冰狀態的參量，例如冰量、海冰類型、海冰表面特征、海冰堆積狀況（包括堆積量和堆積高度）以及海冰漂移速度和方向[4-5]等。這些參量均可表征冰情的某一特征，而這些特征對于海冰研究特別是工程海冰學研究具有重要意義[6-8]。

2.2 單因子指標對各類承災體的影響分析

海冰災害是各種因素綜合影響的結果，因此，根據承災體性質不同，各種海冰單因子指標對其影響的貢獻大小是不一致的。單因子冰情指標對渤海及黃海北部主要承災體的影響分析見表1。

表1 單因子冰情指標對渤海及黃海北部主要承災體的影響分析

2.3 單因子指標體系的分級

根據歷史資料統計[9-11]，在對各種承災體受海冰影響程度和自然屬性進行分析的基礎上，得出了各種指標對港口、船舶、海上石油平臺以及海水養殖等各類承災體的影響貢獻值的大小，見表2。

從表2可以看出，各類海冰單因子指標對結冰海區主要承災體（港口、平臺、海水養殖、船舶等）的影響，按照自重權數（即影響貢獻）大小分等，依次為結冰范圍、冰厚、密集度、年際冰情、冰期、年內冰情、海冰增長速度及其他指標。表3是各類單因子指標的權數平均值及等級。

3 海冰災害等級指標

同其他自然災害一樣，如何簡明、清晰地反映海冰造成的災情，一直是一項十分復雜的技術難題。究其原因，主要是因為海冰受災體種類、數量、損毀程度等具體情況不易掌握，從而導致直接的、或間接的人員傷亡、經濟損失等情況難以確定。因此，合理確定海冰災害等級指標及其等級劃分標準對于科學反映海冰災情具有重要意義。

表2 各類指標對主要承災體的影響貢獻（自重權數）

表3 各類海冰單因子指標等級

3.1 等級指標確定的原則

3.1.1 科學性

盡管有多個表征和描述海冰災害的參量，但是，它們所表征或表達的海冰災害特征面各不相同，均是從不同的角度給出了海冰災害的某個程度狀況。因此，要科學地對其進行分級。

3.1.2 合理性

根據對我國結冰海區多年的海冰災害調查資料分析，即使在同一時間、同一天氣過程影響的情況下，不同結冰海區的災害影響程度也是不盡一致的，因此，需要從這個客觀事實出發，根據各個結冰海區的實際需要，本著宜粗不宜細的原則，合理確定不同級別的海冰災害等級指標。

3.1.3 可行性

海冰災害指標體系的確定和分級，主要是為各級政府及相關部門海冰抗災救災決策以及海冰防災減災決策提供基本依據和服務，因此，所給出的災害等級指標體系的級別和劃分結果應當具有簡單、方便以及實用等特點。

3.2 等級指標的確定

在對海冰災害和冰情的關系進行綜合分析研究的基礎上，綜合考慮結冰范圍、海冰厚度、海冰冰期等海冰單因子要素指標，系統分析多種因子在海冰災害中的綜合作用，結合海冰災害的經濟損失程度等，將海冰災害進行等級劃分，確定海冰災害的等級指標。

3.2.1 歷史海冰災害概況及對應的冰情等級

歷史上，我國渤海及黃海北部等結冰海區曾多次發生海冰災害。其中，1969年的海冰災害尤為嚴重。從1969年1月下旬至3月中旬，整個渤海幾乎全部被海冰覆蓋[12]，給人民群眾的生產、生活以及國民經濟建設和國防建設等帶來了極大危害，并造成了嚴重經濟損失。

海冰災害不僅在重冰年和偏重冰年出現，在常冰年甚至偏輕冰年也會出現，只是海冰災害規模和程度不同。根據對1950年以來我國的海冰災害概況及其對應的冰情等級[13]進行統計，得出：

（1）海冰災害的大小與冰情等級之間的關系并不完全一致，重冰年和輕冰年都有災情發生。例如，1994年盡管冰情等級為輕冰年，但仍然導致一艘2000噸級外籍油輪受海冰的碰撞沉沒，造成4人死亡的重大海難事故；

（2）海冰災害的主要受災體是港口、船只、海上石油平臺以及海水養殖等；

（3）經濟損失程度總體呈逐年上升的態勢。

造成上述事實的客觀原因，主要是經濟發展尤其是海洋經濟發展迅速，使得結冰海區的開發活動越來越多，沿岸社會經濟財富程度急劇提高所致；此外，過去許多年份發生災害情況，尤其是經濟損失情況的調查、統計、匯總等工作非常不健全，是出現這種事實的一個主觀原因。另一方面，海冰畢竟不同于其他災害，通常來說它持續時間長、發展相對比較緩慢，之所以造成冰情輕重與災害大小不完全一致的現實，從某種意義上說，很大程度上存在人為因素，例如思想麻痹、僥幸心理等等。

3.2.2 等級指標的選取

通常，對自然災害災情進行描述的指標體系包括兩大類[14]，一是定性指標，例如輕微損壞、嚴重損壞、毀壞以及微災、小災、中災及大災等；二是定量指標，例如傷亡人數、經濟損失、受災面積、受災平臺、船舶數量以及受災港口數量等等。反映災情程度基本是采用定量與定性相結合的方法，即通過災情調查資料統計，反映災情程度。

在各類反映災情程度的指標體系中，最重要的是受災體的損毀等級和對應的損失情況。顯然，對受災體分類越詳細，災情等級檔次的劃分就越多，計算的結果也就會越準確。但是，毫無疑問這樣勢必增加工作量，通常在實際工作中難以實現。反過來，如果將指標劃分的過于簡單，其計算結果必將十分粗糙，也不適用于防災減災的決策需要[15]。

統計結果表明，冰情和海冰災害尤其是石油平臺等海上工程設施、船只等發生災情的關聯程度相對較小。另外，由于不同的海區以及不同的受災體類別等客觀因素制約，要獲得它們的受災情況異常困難。所以，如果選取具體的承災體受損失或遭破壞程度等作為反映災情程度的指標，顯然很不現實。

鑒于上述原因，并借鑒國內外在自然災害管理工作的經驗，海冰災害等級應采用人員傷亡和經濟損失兩項指標來反映災情。但是，考慮到海冰災害與其他自然災害有著明顯的不同之處，除個別案例外，通常很難界定因海冰造成的人員傷亡情況。所以，海冰災害等級指標擬采用經濟損失指標。同時，考慮到冰情單因子指標中的結冰范圍和冰厚等通常對結冰海區承災體的影響貢獻最大，所以應將其作為衡量災情程度的參考指標。

3.3 海冰災害等級劃分

3.3.1 經濟損失定義及其計算方法

海冰災害造成的經濟損失通常包括絕對經濟損失和相對經濟損失兩種。絕對經濟損失是指一次災害事件或年度各種災害所造成的經濟損失，它直觀地反映災害損失程度；相對經濟損失是指一次災害事件或年度各種災害所造成的經濟損失額與同地區前一年國民生產總值或財政收入的比率及人均經濟損失與人均收入的比率。它反映的是災害損失與承災區生產力水平或經濟能力的相對關系。顯然，相對經濟損失的數據來源、統計以及計算等工作是非常艱難的。有鑒于此，在海冰災害等級劃分時，為了便于實際操作，僅僅采用絕對經濟損失，并將各項損失絕對值疊加后的總數作為劃分等級的指標。具體計算公式為：

式中ZS(C)為海冰災害直接經濟損失絕對值，ZS(Ji)為某類受災體的因災價值損失，i為受災體種類。

3.3.2 經濟損失分析對象

開展海冰災害損失評估等工作在我國起步較晚，歷史海冰災害資料尤其是經濟損失統計資料非常匱乏，而且，僅有的現存資料由于來源不同，錯綜復雜，并沒有統一的標準格式，無法對其進行系統的統計、分析和計算，因此，海冰災害經濟損失指標主要以質量和數量相對比較完善的2009/2010年度海冰災害經濟損失資料為主要分析對象，同時結合歷年海冰災害狀況，對我國的海冰災害等級進行經驗性劃分。

3.3.3 海冰災害分級

國內外目前對各類自然災害的分級并不一致，根據各自不同的災害及致災特點，有按3級劃分的，如崩塌、滑坡、泥石流災害等級劃分等，也有按四級劃分的，如洪水災度等級劃分等，還有按五級劃分的，如中國地震災度等級劃分等，但對于單次災害事件來說，則大多采用五級劃分。海冰災害是單次災害和年度災害的綜合體，同時，考慮到我國的冰情等級分為五級，為與之對應，所以海冰災害等級按五級進行劃分，并按災害大小順序分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，各級名稱分別為特大災害、重大災害、較大災害、一般災害和輕微災害。

3.3.4 海冰災害等級劃分

海冰災害等級劃分將2009/2010年度海冰經濟損失資料作為主要分析對象，同時對歷史海冰災害資料作為參考，最終確定各級海冰災害經濟損失指標的標準。

由于歷史海冰災害資料中給出的經濟損失額度均為災害發生年度當時的實際價值，所以，為了合理劃分指標范圍，在對這些資料進行分析研究時，均考慮到了價格變動因素，即按可比價格（又稱“固定價格”或“不變價格”）進行分析，然后再對不同年度的災情進行綜合比較，并按現行（2010年）價格水平確定不同災害等級的經濟損失指標的劃分標準。

《2010年中國海洋災害公報》顯示，2009/2010年冬季海冰災害造成的經濟損失超過60億元人民幣，總體上較為系統地顯示了該年度冬季海冰經濟損失的大概情況。

將2009/2010年海冰災害統計資料和冰情等級作為重要參考值，經過對歷年冰情等級和災害損失資料進行綜合分析、判別，并對各類受災體的價值進行有效折算，給出了海冰災害等級劃分指標范圍如下：

經濟損失大于60億元為特大災害；經濟損失在41—60億元為重大災害；經濟損失在21—40億元為較大災害；經濟損失在1—20億元為一般災害，經濟損失小于1億元為輕微災害。

盡管多年海冰災害統計資料顯示海冰災害程度與冰情等級之間不存在完全一致的相關關系，但考慮到單因子海冰災害指標，尤其是結冰范圍和冰厚等影響指標是造成海冰災害的主要影響因子，所以，將2010年編制的《海冰冰情等級標準》（行業標準、送審稿）中給出的結冰范圍最大值（遼東灣）分別列出，作為海冰等級劃分的參考指標。表4為海冰災害等級指標及其劃分范圍。

表4 海冰災害等級劃分

4 結果與討論

本研究根據多年的歷史資料，選擇海冰自身條件及環境因素作為分析對象，在對各類影響因子對海冰承災體的影響貢獻自重權數分析，得出了單因子海冰災害指標體系，并按照影響貢獻大小，將其劃分為7個等級。通過這些指標，可以全面反映出海冰環境影響因子對海冰災害的影響程度。

根據歷年海冰災害實際狀況和對應的冰情等級，給出了我國海冰災害等級劃分及其指標。海冰災害共分為五個等級，即特別重大災害、重大災害、較大災害、一般災害和輕微災害，同時將經濟損失作為衡量災情大小的唯一劃分指標。這種劃分既能真實反映出海冰災害的災情程度，同時還具有簡單、清晰并且易于實際操作的特點。

[1]白珊，劉欽政，李海，等.渤海的海冰[J].海洋預報,1999,16(3)：1-9.

[2]國家海洋環境預報中心.海冰災害及其對沿海地區社會經濟發展評價技術報告[R].北京：國家海洋局，2011.

[3]陸欽年.我國渤海海域的海冰災害及其防御對策[J].自然災害學報,1993,2(4)：53-59.

[4]丁德文.工程海冰學概論[M].北京：海洋出版社，1999.

[5]楊國金.海冰工程學[M].北京：石油工業出版社，2000.

[6]吳輝碇，楊國金，張方儉，等.渤海海冰設計條件[M].北京：海洋出版社，2001.

[7]楊國金.中國近海工程環境參數區劃[J].海洋預報,1998,15(3)：132-139.

[8]季順迎，岳前進.工程海冰數值模型與應用[M].北京：科學出版社,2011.

[9]國巧真，顧衛，李京，等.基于遙感數據的渤海海冰災害風險研究[J].災害學，2008，23（2）：10-18.

[10]楊華庭,田素珍,葉琳,等.中國海洋災害四十年資料匯編（1949-1990）[M],北京：海洋出版社,1993.

[11]張方儉，費立淑.我國的海冰災害及其防御對策[J].海洋通報，1994，13（5）：75-83.

[12]國家科委全國重大自然災害綜合研究組.中國重大自然災害及減災對策[M].北京：科學出版社,1994.

[13]張啟文.渤海及黃海北部海冰冰情預報等級[R].北京：國家海洋環境預報中心，2010.

[14]原國家科委國家計委國家經貿委自然災害綜合研究組.中國自然災害綜合研究的進展[M].北京：氣象出版社,2009.

[15]高慶華，馬宗晉，張業成，等.自然災害評估[M].北京：氣象出版社,2007.