ENSO影響下陜甘寧蒙接壤區暴雨災害風險評價

馬振寧, 楊 蓉, 楊美玲

(寧夏大學 資源環境學院, 銀川 750021 )

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ENSO影響下陜甘寧蒙接壤區暴雨災害風險評價

馬振寧, 楊 蓉, 楊美玲

(寧夏大學 資源環境學院, 銀川 750021 )

選取致災因子危險性、承載體易損性、區域防災抗災能力三個因子,從宏觀、中觀、微觀三個尺度對ENSO影響下陜甘寧蒙接壤區暴雨災害的風險性進行了評價。研究表明：(1) 研究區暴雨災害在宏觀、中觀、微觀尺度上都表現出與拉尼娜事件有很強的相關性；(2) 暴雨災害的致災因子危險性、承災體易損性、防災抗災能力在空間分布上有很強的區域差異性,暴雨災害的致災因子危險性與降水的分布特征表現出了一致性，呈明顯的自東南向西北逐漸降低的帶狀分布特征；承災體易損性最高的區域主要在騰格里沙漠的景泰、阿拉善左旗和甘肅民勤地區；防災抗災能力最高的區域主要在陜西的長武、延安、吳旗，甘肅的平涼；(3) 受降水特點及地形因素的影響，暴雨災害風險最高的區域主要在毛烏素沙地的榆林、橫山、綏德，黃土丘陵溝壑區的西峰、平涼、長武等地區。

風險評價; ENSO; 暴雨災害; 陜甘寧蒙接壤區

陜甘寧蒙接壤區位于我國西北內陸陜西、甘肅、寧夏、內蒙古四省的接壤地區，是一個近似四邊形的區域，總面積約為34萬km2，包括陜西北部、寧夏、甘肅東南部、內蒙古臨近寧夏的南部地區，是典型的從半濕潤區向半干旱、干旱區過渡的農牧交錯區，降水量由南到北逐漸減少，是世界上氣候變率較大的地區之一。由于特殊的地理環境和氣候條件，該區域干旱、暴雨洪澇、大風沙塵、低溫凍害、冰雹和雷暴等氣象災害種類多、危害大，由暴雨原因引發的洪澇、地質災害以及生物災害等也時有發生。此區域暴雨災害風險與其他一般地區的不同之處主要體現在脆弱的生態環境因素上，該區域孕災環境的暴露性和承災體的易損性要比其他一般地區都要大得多，此外在暴雨致災因子上，誘發暴雨災害的因素很多，如降水的季節變異極大，植被覆蓋率低且地表起伏大易發生泥石流、滑坡等暴雨次生災害等等，是暴雨災害的易、多發區域，因此極易產生巨大的暴雨災害風險。在已有的歷史文獻中，有大量關于該區暴雨等氣象災害災情的記載[1-4]。

近年來在全球變化及ENSO(氣象上把拉尼娜和厄爾尼諾現象合稱為ENSO(El Nio/La Nia-Southern Oscillation，簡寫ENSO)加劇的影響下[5]，該區域在響應環境變化的過程中將更為敏感、及時。由于敏感性、脆弱性和易變性，這里各種氣象災害包括暴雨災害發生的頻度和強度也較其他地區更大，且會通過一系列連續脆弱環節的反應造成更大災害損失，因而區域所面臨的暴雨災害風險也會具有放大的作用。有效防范此區域的暴雨災害，將對我國西部的生態環境及社會經濟的發展有重要的作用[6-8]。

1　資料來源及研究方法

為了詳細分析西北脆弱帶的氣候變化特征，論文依據區域自然地理環境的差異性將西北脆弱帶做了進一步的中尺度劃分，以我國干濕環境的大致分界線105°E線作為區域的東西分界線，大致以37°N線為界作為區域的南北分界線，分為干旱的東北毛烏素沙區、半濕潤的東南黃土丘陵區、半干旱的西南黃土溝壑區、極干的西北騰格里沙區四個中尺度區域。此外，再在各分區中各選擇一個具有地理代表性的站點作為典型站點做氣候變化背景的分析，選擇的四個小尺度典型站點依次為東勝、洛川、榆中、民勤。這樣分別從大、中、小三種空間尺度進行西北脆弱帶氣候變化背景的分析探討。

1.1資料來源

(1) ENSO數據獲取。論文主要利用中國氣象局國家氣候中心網1961—2014年ENSO(El Nio-Southern Oscillation)的數據資料來研究西北脆弱帶暴雨災害與ENSO發生的相關關系。

(2) 相關氣象數據獲取。暴雨災害致災因子的降水量等氣象數據主要來源于《國家氣象數據共享網》西北脆弱帶所屬的1961—2013年降水日數據較全的共15個站點的逐月、逐日降水數據，通過Excel工具統計計算得到。

(3) 統計數據收集。暴雨災害風險的承災體易損性及防災抗災能力指標所需的各種社會經濟指標數據，如人口、GDP、農業產值等數據的獲取，主要是來源于西北脆弱帶所在各省市的統計局、民政局、環保局、農牧局、國土資源局等相關管理部門的統計報表和統計資料(2013年)及《統計年鑒》(2013年)。

1.2研究方法

選取致災因子危險性、承載體易損性、區域防災抗災能力三個因子、從宏觀、中觀、微觀三個尺度對ENSO影響下西北脆弱帶暴雨災害的風險性進行評價。

1.2.1暴雨致災因子危險性評價暴雨致災因子是指自然環境中可能發生的暴雨的災變因素，是暴雨災害發生的誘因。當環境中的暴雨致災因子的量達到某臨界值時，就可能發生暴雨災害風險。暴雨災害發生本身的危險性程度是由致災因子反映，稱之為致災因子的危險性，主要影響因子包括暴雨災害發生頻率、發生強度、影響范圍等因素[9]。對暴雨致災因子危險性進行評價是通過分析過去時段致災因子的活動頻繁程度和強度，得到定量的暴雨致災因子的危險性指數。暴雨致災因子危險性指數高低可用公式(1)求得：

H=f(M,P)

(1)

式中：H為Hazard，代表致災因子的危險性指數；M為Magnitude，代表致災因子的變異強度；P為Possibility，代表氣象災害災變發生的概率。致災因子危險性指數越大，氣象災害發生可能性就越大，遭受的氣象災害風險也就越大[6]。

1.2.2承災體易損性評價有了致災因子說明有災的存在，但并不代表一定有害，也就是不一定會出現暴雨災害風險，害的形成還需要承災對象的存在。暴雨災害承災體是承受暴雨災害帶來影響和損失的各類受災體，主要暴雨災害的承災因子包括：人口、農作物、植被、交通道路等社會經濟因素和人類生活生產活動。區域在暴雨致災因子的影響下，由于區域承災體的脆弱易損性而產生暴雨災害損失的可能性稱之為承災體的易損性[10]。

對承災體易損性的評價主要通過分析區域中處于暴雨災害風險中的各類承災體的分布情況、數量，以及區域內主要承災體的社會經濟價值屬性進行估算，得到區域的承災體易損性指數。暴雨承災體易損性指數的大小可用公示(2)表示：

D=f(p,e)

(2)

式中：D為Damaga，代表氣象災害的易損性指數；p為person，代表與人口相關的因素；e為economy，代表與經濟相關的因素。

1.2.3區域防災抗災能力評價區域防災減災能力表示區域在受到暴雨災害影響后在短期或長期內能夠從災害中恢復的能力，包括災前資源儲備、災中應急能力和減災投入、災后恢復能力等。區域的防災抗災能力是承災體易損性的對立面，防災抗災能力越強，則相應的承災體易損性會越弱，則區域面臨的暴雨災害風險就可能越小；反之，風險可能越大。一般來說，區域的防災抗災能力和社會經濟發展水平是密切相關的。經濟越發達，區域的防災設施建設就會越完備，抗災物資儲備和投入就會越多，區域人口的受教育水平會越高，人口的防災意識和抗災自救能力也會越強，所以說，社會經濟越發達的區域，其防災抗災能力會越強[11]。區域抗災能力指數的大小可用公示(3) 表示：

F=f(e,p)

(3)

式中：F為Fight natural calamities，代表區域的抗災能力指數；e為economy，代表與經濟相關的因素；p為person，代表與人口相關的因素。

1.2.4西北脆弱帶暴雨災害風險評價模型充分考慮暴雨災害的致災因子危險性、承災體易損性、區域災害防御能力指標，主要采用加權綜合評價法(WCA)和層次分析法(AHP)，建立以下暴雨災害風險指數評價模型得到西北脆弱帶暴雨災害的氣象災害風險指數，用公式(4)表示：

MDRI=∑WijQij

(4)

式中：MDRI為暴雨災害風險指數，指數值越大則表示區域的暴雨災害風險越高。Wij是第i個評價因子的第j個指標的權重值，Qij表示第i個評價因子的第j個指標的量化值。用H，D，R分別代表致災因子危險性、承災體易損性、防災減災能力，則有：

MDRI=(WHQH+WDQD+WRQR)/3

(5)

(1) 評價指標體系。 西北脆弱帶暴雨災害風險的評價指標主要包括了致災因子危險性指標，承災體易損性指標、區域防災抗災能力指標三大部分。在對西北脆弱帶實地考察和暴雨災害特征分析的基礎上，綜合考慮影響暴雨災害風險的各類因素，參考國內外常采用的指標，兼顧所獲取資料的實際情況，并考慮指標是否方便表達和計算等方面因素，對暴雨災害風險的評價指標進行選擇，建立了西北脆弱帶暴雨災害風險評價的指標體系，共選取了14個不同類別的指標[11-12]。暴雨致災因子危險性指標選取年均降水量、年均暴雨日數、暴雨發生頻率、年降水距平百分率4個指標。由于大多數地區地處全年降水不豐富但卻集中的干旱半干旱地區，因此，將24 h內降水量達到30 mm及以上定為1次暴雨過程，即一次暴雨日。為了方便統計，不考慮暴雨過程持續的天數，僅計算日降水量在30 mm及以上水平的天數來統計年均暴雨日數。選取1961—2013年降水日數據較全的15個站點進行數據分析。承載體易損性指標選取人口密度、海拔高程、綠地覆蓋面積、耕地面積和農業產值比例5個指標因素。區域抗災能力指標選取人均GDP、第三產業產值所占比例、千人擁有醫院床位數、綠地覆蓋率、受高等教育人口比例5個指標來反映區域對暴雨災害的防御和抵抗能力(圖1)。

(2) 數據的量化。數據質量是暴雨災害風險評價結果是否真實科學的基礎，也是保證暴雨災害風險等級劃分的客觀性和準確性的關鍵因素。由于選取的評價指標涉及到降水量等要素、生態及社會經濟等各個方面，各個指標數據的的單位是不同的，為了便于最后做出歸一化計算，需將各個指標標準量化成可比較計算的0～10的無向量指標，可采用公式(6)：

(6)

(3) 權重確定。評價過程中，不同的評價因子相對于評價標準來說具有不同的相對重要程度，需要通過賦予指標權重值來確定不同指標的相對重要程度大小。評價指標權重的合理性將直接影響到評價結果的科學性和準確性，明確各指標之間的權重將是定量化的風險評價非常重要的一步。因此對所有評價指標量化之后，還要對暴雨災害的致災因子危險性指標、承災體易損性指標，區域抗災能力指標三部分指標分別賦予不同的權重值。權重的確定方法有很多，論文綜合考慮指標的可信度和實用性等因素采用了專家評分法來確定指標權重(表1)。

2　暴雨災害與ENSO的關系

從宏觀、中觀、微觀三個空間尺度暴雨災害的變化特征與1961—2013年的ENSO事件進行相關分析來探討兩者之間的關系，宏觀尺度即西北脆弱帶整個區域的暴雨災害、中觀尺度選取西南黃土丘陵溝壑區暴雨災害，微觀尺度選取榆林中站點的暴雨災害。

西北脆弱帶全區暴雨災害共有13個災害事件，有8次暴雨災害出現在ENSO事件年中，其中有5次發生在拉尼娜事件期間占62.5%，剩余3次暴雨災害發生在厄爾尼諾事件期間占37.5%。與西北脆弱帶旱災事件的出現正好相反，暴雨災害發生在拉尼娜事件期間的比例明顯高于厄爾尼諾事件期間，說明拉尼娜事件對西北脆弱帶暴雨災害的發生影響更大，兩者具有較大相關性。西南黃土丘陵溝壑區暴雨災害共有14個事件年份，共8次出現在ENSO事件年中，其中有5次發生在拉尼娜事件期間占62.5%，剩余3次暴雨災害發生在厄爾尼諾事件期間，占37.5%，暴雨災害出現在拉尼娜事件期間的比例更高，說明拉尼娜事件對西南黃土丘陵溝壑區暴雨災害的發生影響更大，這與西北脆弱帶全區暴雨災害發生表現出一樣的特征。榆中站暴雨災害共12個災害事件，有9次出現在ENSO事件年中，其中6次發生在拉尼娜事件期間占66.67%，剩余3次暴雨災害發生在厄爾尼諾事件期間占33.33%，榆中暴雨災害發生在拉尼娜事件期間的比例明顯高于厄爾尼諾事件期間，說明拉尼娜事件對榆中暴雨災害的發生影響更大。

圖1　西北脆弱帶暴雨災害與ENSO事件的關系

表1　陜甘寧蒙接壤區暴雨災害風險評價指標體系

通過分析三個尺度暴雨災害與ENSO事件的時間對應關系(圖2)可知，1961—2013年西北脆弱帶暴雨災害發生的大部分年份都出現在ENSO事件期間。具體而言，發生暴雨災害的年份中出現ENSO事件的比例，西北脆弱帶暴雨災害事件占61.54%，西南黃土丘陵溝壑區暴雨災害為57.14%，榆中站暴雨災害為75%。研究表明，宏觀、中觀、微觀尺度的暴雨災害都表現出與拉尼娜事件有很強的相關性。

3　暴雨災害風險評價

3.1暴雨致災因子危險性指數

在此采用年均降雨量、暴雨發生頻率、年均暴雨日數和年均降水距平四個指標來衡量暴雨致災因子的強度和頻率。按公式(6)分別對各暴雨致災因子的強度值進行標準量化，利用專家評分法對各指標確定相應的權重值，利用公式1即可得出暴雨災害致災因子的危險性指數并得到西北脆弱帶暴雨災害致災因子危險性指數空間分布圖(圖2)。

圖2　暴雨災害致災因子危險性指數、易損性指數空間分布

3.2暴雨災害承災體易損性指數

暴雨災害對區域的產生的影響主要是：極大降水量到達地表，由于各種原因導致匯流、下滲不暢而產生洪澇災害，洪水淹沒農田、村莊、房屋，交通線路等，也會導致人員傷亡。因此在此選擇了對暴雨洪水匯流、下滲產生影響的海拔高度、綠地覆蓋面積；對農業產生影響的耕地面積、農業產值比例及對人口產生影響人口密度的五個指標因素作為反映區域對暴雨災害的易損程度的反映。同樣按照公式6分別對各暴雨承災體易損性指標的原始數值進行標準量化，再利用專家評分法對各指標給定相應的權重值，最后利用公式2即可得出西北脆弱帶暴雨災害承災體易損性指數和承災體易損性指數空間分布圖(圖3)。

3.3區域防災抗災能力指數

區域對暴雨災害的防御抵抗能力大都取決于區域的社會經濟發展水平及區域人口的防災應災能力的高低，因此對于西北脆弱帶暴雨災害區域防災抗災能力的分析評價，主要選取了人均GDP、第三產業所占比重、千人擁有醫院床位數、綠地覆蓋率、受高等教育人口比例五個指標來反映區域對暴雨災害的防范應對能力。同樣先確定西北脆弱帶暴雨災害區域抗災能力各評價指標的標準量化值及權重值，再根據公式3計算出西北脆弱帶各站點對氣象災害的區域抗災能力指數及得到西北脆弱帶暴雨災害區域抗災能力指數空間分布圖(圖3)。

圖3　暴雨災害區域抗災能力指數、災害風險指數空間分布

3.4西北脆弱帶暴雨災害風險指數

根據暴雨災害風險指數計算模型(公式5)可計算出研究區暴雨災害風險指數(表2)。

3.5西北脆弱帶暴雨災害風險空間分布

通過大量文獻的參考和與西北脆弱帶的暴雨災害實際情況相結合可制定出如下西北脆弱帶暴雨災害風險等級劃分標準(表3)，可得到西北脆弱帶暴雨災害風險等級空間分布圖(圖3)。通過對暴雨災害風險指數和暴雨災害風險等級劃分標準可以得到暴雨災害風險區劃圖，由圖可知，暴雨災害風險最高的區域在中尺度區域都有分布，主要在東北毛烏素沙地的榆林、橫山、綏德，東南黃土丘陵區的西峰、平涼、長武等，以及西北騰格里沙區的民勤、阿拉善左旗、景泰，這些區域極易發生暴雨災害，這主要是由于這些地區的降水特點疊加上獨特的地形因素造成暴雨發生的次數相對較多；而東北區的惠農、陶樂、鄂托克旗及東南區的洛川，西南區的會寧等地區暴雨災害風險相對較低。

表2　西北脆弱帶暴雨災害風險指數

表3　暴雨災害風險等級劃分標準

4　結 論

(1) 1961—2013年西北脆弱帶發生暴雨災害的年份中出現ENSO事件的比例，西北脆弱帶全區占61.54%，中尺度黃土溝壑區為57.14%，小尺度榆中為75%。選取的三個空間尺度區域中暴雨災害都表現出與拉尼娜事件有很強的相關性。研究表明西北脆弱帶的暴雨災害主要受ENSO的拉尼娜事件影響。

(2) 陜甘寧蒙接壤區暴雨災害的致災因子危險性呈明顯的自東南向西北逐漸降低的帶狀分布特征，這與降水的分布特征表現出了一致性。危險性最高的區域主要分布在黃土丘陵溝壑地區，具體有陜北的大部分地區，甘肅的環縣、西峰、長武、平涼、合作、岷縣等地；而吉蘭泰、民勤、武威等地區的暴雨災害致災危險性最弱。

(3) 暴雨災害的承災體易損性最高的區域主要在騰格里沙區的景泰、阿拉善左旗和民勤；而黃土丘陵溝壑區的大部分地區，如蘭州、榆中、臨洮、西吉、海原等，毛烏素沙地的中部地區，如榆林、橫山、東勝等地區暴雨災害的承災體易損性最弱。

(4) 暴雨災害的防災抗災能力最高的區域主要在黃土丘陵溝壑區陜西的長武、延安、吳旗，甘肅的平涼，陜西的榆林、寧夏的惠農、銀川，及甘肅蘭州，這些地區抵抗氣象災害的能力最強；毛烏素沙區的陶樂以東、鄂托克旗以南區域以及寧夏的西吉、固原、海原，甘肅的岷縣、臨洮等地區氣象災害的區域抗災能力最弱。

(5) 暴雨災害風險最高的區域主要在毛烏素沙區的榆林、橫山、綏德，黃土丘陵溝壑區的西峰、平涼、長武以及騰格里沙區的民勤、阿拉善左旗、景泰，這些區域極易發生暴雨災害，這主要是由于這些地區的降水特點疊加上獨特的地形因素造成暴雨發生的次數相對較多；惠農、陶樂、鄂托克旗及東南區的洛川，西南區的會寧等地區暴雨災害風險相對較低。

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Risk Assessment on Rainstorm Disaster Under the Influence of ENSO in the Border Area of Shaanxi, Gansu, Ningxia and Inner Mongolia

MA Zhenning, YANG Rong, YANG Meiling

(CollegeofResourcesandEnvironment,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

From three aspects: hazards risk, vulnerability of carrier, disaster prevention and resilience, we evaluated the rainstorm disaster under the influences of ENSO in the border area of Shaanxi, Gansu, Ningxia and Inner Mongolia from the macro, meso and micro scales. The results show that: (1) northwest fragile zone rainstorm disasters and Lanina events showed a strong correlation at macro, meso, micro scales; (2) the hazard risk, vulnerability of carrier, disaster prevention and resilience have a strong regional differences, the hazard risk and distribution of rainfall showed a consistent feature, it gradually reduced and showed obvious zonal distribution features from southeast to northwest; the regions with the highest vulnerability of carrier mainly include the Tengger Desert of Jingtai, Alxa Left Banner and Minqin of Gansu; the highest regional in disaster prevention and resilience are Changwu, Yan′an, Wuqi and Pingliang; (3) because of rainfall characteristics and terrain factors, the highest risk areas of storm disaster are Yulin, Xifeng, Pingliang, Changwu and other areas.

ENSO; rainstorm disaster; risk assessment; fragile zone

2015-07-13

2015-08-10

國家社會科學資助項目(14AZD094);國家自然科學基金(41361024)資助

馬振寧(1977—),男(回族),寧夏吳忠人,碩士,講師,主要研究區域可持續發展。E-mail:Mazhenning2009@126.com

楊蓉(1979—),女,陜西漢中人,博士,副教授,主要研究區域可持續發展。E-mail:yangr821@163.com

P426.616

A

1005-3409(2016)04-0294-06