基于層次分析法的黑龍江省森林火災氣象風險評估

高　明，姚俊英，時一文，王慶余（1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001；.黑龍江省氣象服務中心，黑龍江 哈爾濱15006；.南京信息工程大學，江蘇 南京10044）

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基于層次分析法的黑龍江省森林火災氣象風險評估

高明1★，姚俊英2，時一文3，王慶余2
（1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001；2.黑龍江省氣象服務中心，黑龍江 哈爾濱150036；3.南京信息工程大學，江蘇 南京210044）

摘要：本文從森林火災的危險性、易損性和防災減災能力出發，采用層次分析法對森林火災的氣象風險進行了評估研究。可應用于森林火災氣象服務，實現災前、災中、災后風險動態評估。研究發現：當氣象條件相同時，森林火災的風險主要由易損性和抗災能力決定，高風險區的分布與二者有著直接關系，即主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶。是森林覆蓋率較高或者經濟相對較發達的地區，這些地區一旦發生森林火災，損失相對較大。

關鍵詞：森林火災；氣象風險；評估

1　引言

黑龍江省為林業大省，每年都有森林火災發生，為森林防火服務是黑龍江省氣象部門的工作重點之一。許多學者對森林火災的時空分布特點及其與氣象因子的關系進行過研究。宋志杰、鄭煥能等認為氣象條件是決定森林火災發生與否的重要因素［1-2］。劉志德、許沂金研制了不同類型的林火預報模型或系統［3-4］。姚俊英等采用綜合氣象干旱指數（CI）來揭示森林火災發生的機制和一般規律［5］。

近年來，不少學者對災害風險理論和風險管理方法進行了積極的研究和探索，而且在不同的領域進行了應用研究，王霓虹等［6］在借鑒國內外多種分類方法和算法的基礎上，對森林火災直接損失給出了相應的評估方法和評估公式，湯宛地等［7］通過對影響森林火災的各個因子研究，對森林火災的可能性和危害度進行分析，并通過對兩者的關聯評價完成森林火災的風險性評估，提出相應的森林火災風險性管理措施。

雖然在林火氣象研究方面取得了較大的進展，但是在森林火災氣象風險評估方法研究方面涉獵的很少。本文從森林火災的危險性、易損性和防災減災能力出發，采用層次分析法對森林火災的氣象風險進行了評估研究。可實現災前、災中、災后風險動態評估，可應用于森林火災氣象服務。

2　資料和方法

2.1資料

（1）1980-2010年森林火災資料，來源于黑龍江省森林防火指揮部；

（2）1980-2010年日平均氣溫、降水資料來源于黑龍江省氣象信息中心；

（3）森林覆蓋率資料來源于2011年黑龍江省年鑒，部分市縣資料來源于地方政府官方網站；

（4）單位面積GDP、人口密度、單位面積固定資產投資額等社會經濟資料來源于2011年社會經濟統計年鑒。

2.2研究方法

2.2.1森林火災氣象風險評估方法和模型

氣象災害是指由于氣象條件超過某種臨界值而導致承災體遭受損害所導致的災害，這個臨界值就是致災臨界氣象條件，它與孕災環境和防災工程有關。氣象災害危險性是致災氣象因子的強度、承災體所處的孕災環境、抗災工程能力的非線性函數［8］。

所以，森林火災氣象風險評估模型可以描述為：LDRI=f（風險源的危險性Hc，承災體的易損性Ec，防災減災能力Rc），即

其中LDRI為風險指數，值越大風險越大。Hc、Ec、Rc分別為危險性、易損性和防災減災能力，WH、WE、WR分別為危險性、易損性和防災減災能力的權重。

森林火災致災危險性，采用姚俊英等人［5］的研究成果。森林火災易損性和防災抗災能力主要采用單位面積GDP、人口密度、單位面積固定資產投資額等社會經濟數據，運用統計模型和層次分析模型計算得到。

2.2.2層次分析方法

層次分析法（AHP）為一種定性與定量分析方法相結合的綜合性評價方法。主要是通過將復雜問題分解為若干層次和若干因素，對兩兩指標之間的重要程度作出比較判斷，建立判斷矩陣，通過計算判斷矩陣的最大特征值以及對應特征向量，就可得出不同方案重要性程度的權重，為最佳方案的選擇提供依據。

森林火災氣象風險評估指標體系分三層，第一層為森林火災氣象風險這一總目標A，第二層包括氣象風險指標B1，易損性指標B2，防御指標B3，共3項指標，每項指標下又包含若干個子指標項。那么整個森林火災氣象風險評估指標體系如表1所示。

表1　森林火災氣象風險評估體系

2.2.3自然斷點分級法

自然斷點分級法是用統計公式來確定屬性值的自然聚類。公式的功能就是減少同一級中的差異、增加級間的差異。其公式為：

式中，A為數組（數組長度為N），meani-j為每個等級中的平均值。該方法可用GIS軟件實現。

3　結果與分析

3.1森林火災的致災危險性分析

森林火災和氣象條件息息相關，當氣象條件達到某一個臨界值時，森林火災的風險會大大提高，這個臨界值稱為致災臨界氣象條件。

森林火災致災危險性，采用姚俊英等人［5］的研究成果。將上年夏秋季∑CI（CI為累計綜合干旱指數）、3月份∑CI和前20天∑CI作為CI林火因子，分別代表長期、中期和近期的氣象干旱情況，三個CI林火因子分月均值化，等權重相加得CI林火指數，記為Hc。林火指數可代表森林火災氣象風險的危險性，CI林火指數Hc越大風險越高。

3.2森林火災的易損性分析

易損性包括暴露在自然災害中的承災體的量（數量和價值量，簡稱為“物理暴露”）及承災體的脆弱性［8］。本文選取了單位面積GDP、單位面積固定資產投資額、人口密度、森林覆蓋率4個因子作為森林火災易損性指標。

3.2.1易損性指標權重的確定

建立判斷矩陣B2-P（表2），相對于森林火災易損性而言，各指標之間的相對重要性比較主要，采用專家打分的方法確定。計算得出λmax=4.069，DI= 0.023，DR=0.0256＜0.10通過了一致性檢驗，同時得出4個指標權重分別為0.1289、0.0535、0.1384、0.6764。

表2　易損性指標判斷矩陣及其權重

3.2.2森林火災氣象風險易損性空間分布特征

易損性計算遵從下面的公式：

Ec為易損性，XEi、WEi分別為易損性指標及其權重。

計算黑龍江省各類資料完整、可信度高的72個市縣的森林火災氣象風險易損性數值。易損性等級采用自然斷點分級法分為5級：極低、較低、中等、較高、極高。易損性的高值區主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶，是森林覆蓋率較高或者經濟相對較發達的地區，這些地區一旦發生森林火災，損失相對較大。

3.3森林火災的防御能力分析

防災減災措施是人類社會、特別是風險承擔者用來應對災害所采取的方針、政策、技術、方法和行動的總稱。一般分為工程性和非工程性兩類。災害防御能力越強，相關的災害風險就可能越小；反之，可能越大。本文選取地方財政收入 、醫院、衛生院床位數、森林防火投入3個因子作為森林火災防御能力指標。

3.3.1防災減災能力指標權重的確定分析

建立判斷矩陣B2-P（表3），對于森林火災防災減災而言，各指標之間的相對重要性比較主要采用專家打分的方法確定。計算得出λmax=3.085，DI= 0.0425，DR=0.0732＜0.10通過了一致性檢驗，同時得出3個指標權重分別為0.2583、0.1506、0.6369。

表3　防災減災能力指標判斷矩陣及其權重

3.3.2森林火災抗災能力空間分布特征分析

抗災能力計算遵從下面的公式：

Rc為抗災能力，XRi、WRi分別為抗災能力指標及其權重。

計算全省各類資料完整、可信度高的72個市縣的森林火災氣象風險抗災能力數值。抗災能力等級采用自然斷點分級法分為5級：極低、較低、中等、較高、極高。結果表明大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶抗災能力相對較強。

3.4森林火災綜合氣象風險評估分析

3.4.1森林火災氣象風險評估指標權重的確定

建立判斷矩陣A-B（表4），對于森林火災氣象風險評估而言，各指標之間的相對重要性比較，主要采用專家打分的方法確定。計算得出λmax=3.0385，DI=0.0194，DR=0.0334＜0.10通過了一致性檢驗，同時得出危險性、易損性和防災減災能力3個指標的權重分別為0.6369、0.2583、0.1047。

表4　森林火災氣象風險評估指標判斷矩陣及其權重

3.4.2森林火災綜合氣象風險空間分布特征分析

假定全省森林火災氣象條件均為中等風險時，即Hc=1時，按照公式（1）計算森林火災氣象風險。當氣象條件相同時，森林火災的風險主要由易損性和抗災能力決定，高風險區的分布與二者有著直接關系，即主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶。

4　結論與討論

（1）本文采用層次分析法對森林火災的氣象風險進行了評估研究，既考慮了氣象條件的危險性，也兼顧了承載體的易損性和抗災能力。可應用于森林火災氣象服務，實現災前、災中、災后風險動態評估。

（2）研究發現：當氣象條件相同時，森林火災的風險主要由易損性和抗災能力決定，高風險區的分布與二者有著直接關系，主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶。是森林覆蓋率較高或者經濟相對較發達的地區，這些地區一旦發生森林火災，損失相對較大。

（3）本文選擇了7個影響因子對森林火災的風險進行評估，基本上能夠反映總體情況，但是影響森林火災損失評估的因素涉及到社會經濟的方方面面，還需今后進一步的研究和探討，尤其應加大定量化評估技術的研究，以便為制定更為切實可行的防災減災措施提供科學依據。

參考文獻

［1］宋志杰．林火原理與林火預報［M］．北京：氣象出版社，1991．

［2］鄭煥能，邸雪穎，姚樹人．中國林火［M］．哈爾濱：東北林業大學出版社．1993．

［3］劉志德．氣象與林火關系［J］.氣象，1987（1）：32．

［4］許沂金．龍巖地區森林火險與氣象因子的相關研究［J］.氣象，1984．

［5］姚俊英，時一文，于宏敏等.CI指數在大興安嶺地區春季防火服務中的應用［J］.氣象科技，2014，42（20）：348-352.

［6］王霓虹，呂瑞，傅學杰.森林火災損失評估系統的研究與實現［J］．東北林業大學學報，2006，36（6）：31-33.

［7］湯宛地，朱同武.森林火災的風險性評估初探［J］．森林防火，2010（2）：9-12，25.

［8］向靜.氣象災害風險評估與管理［D］.成都：西南財經大學，2012.

黑龍江省氣象局項目（HQ2014029）

文章編號：1002-252X（2016）02-0016-03

收稿日期：2016-3-1

第一作者簡介：高明（1980-），女，黑龍江省哈爾濱市人，東北林業大學，碩士生，助理工程師.