基于層次分析法的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)權(quán)重分析

彭勇剛，黃肖寒，莫益江，許翊楠

（河池市氣象局，廣西 河池 547000）

1 引言

河池地處廣西西北邊陲、云貴高原南麓，地勢(shì)東南低西北高，屬于典型的喀斯特地貌，屬于氣象災(zāi)害多發(fā)地。每年都有暴雨、干旱、雷電、冰雹、大霧、冰凍冷害等氣象災(zāi)害發(fā)生。在全球氣候變暖背景下，極端天氣氣候事件增多，頻繁的氣象災(zāi)害已經(jīng)成為影響河池農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要因素。但是，關(guān)于河池市農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害影響的研究較少，只有劉芳、陳健、賀春江等［1-4］學(xué)者對(duì)影響河池的各主要?dú)庀鬄?zāi)害各進(jìn)行研究分析，但是缺乏各災(zāi)種災(zāi)情的對(duì)比研究。由于多種氣象災(zāi)害常常交替發(fā)生，不同氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響程度也不同，因此，合理客觀的對(duì)主要?dú)庀鬄?zāi)害的影響程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，即求出各災(zāi)種對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響權(quán)重很有必要。

在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評(píng)價(jià)體系中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重各不相同。目前，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表的賦權(quán)方法已有數(shù)十種之多，按照確定指標(biāo)權(quán)重的方式，大體上可以分為兩大類，即主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法［5］。層次分析法是一種定量與定性相結(jié)合確定分層次評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法。本文嘗試將層次分析法引入農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中，計(jì)算出各氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)影響的影響程度，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、開展農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工作決策提供有益的參考。

2 資料與方法

2.1 資料來源

通過對(duì)河池市1981-2010年共30年的農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積和成災(zāi)面積資料統(tǒng)計(jì)分析，得出主要影響河池農(nóng)業(yè)的氣象災(zāi)害有洪澇、干旱、冰雹、低溫冷害四種。1981-2010年共30年的旱災(zāi)、水災(zāi)、冰雹災(zāi)害、低溫冷害的受災(zāi)面積和成災(zāi)面積的數(shù)據(jù)來源于河池全市10個(gè)基本氣象臺(tái)站和當(dāng)?shù)孛裾帧⒎姥床块T收集的災(zāi)情歷史數(shù)據(jù)。

2.2 層次分析法簡(jiǎn)介

層次分析法（簡(jiǎn)稱AHP）基本原理：它根據(jù)專家打分原則構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)行層次單排序求解判斷矩陣的特征值和特征向量，并對(duì)判斷矩陣計(jì)算一致性比率進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最后確定的各層因子的權(quán)重［6］。層次分析法確定的步驟如圖1。

圖1 層次分析法計(jì)算流程

3 AHP在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中的應(yīng)用

3.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

欲對(duì)河池地區(qū)進(jìn)行氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，主要考慮的因素有：致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)體易損度、承災(zāi)體脆弱性、防災(zāi)抗災(zāi)能力。用它們來作為衡量災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響程度的準(zhǔn)則，即作為層次結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)則層，以河池市的主要?dú)庀鬄?zāi)害（干旱、洪澇、冰雹、低溫冷害）為方案層，構(gòu)造出圖2所示的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)模型。

圖2 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)模型

3.2 構(gòu)建判斷矩陣

在AHP方法的實(shí)現(xiàn)過程中，構(gòu)建判斷矩陣是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。各層次的判斷矩陣只有通過了一致性檢驗(yàn)，其最大特征值對(duì)應(yīng)的各權(quán)向量才能作為各層次指標(biāo)的權(quán)重值。文中在構(gòu)造權(quán)重判斷矩陣時(shí)，采用專家打分法的原則。即由經(jīng)驗(yàn)豐富的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)各指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較評(píng)價(jià)。根據(jù)專家打分的結(jié)果，從最上面的準(zhǔn)則層開始向下，逐步確定各層因素相對(duì)于上一層各因素的重要性權(quán)數(shù)，建立矩陣。在確定各層不同因素相對(duì)于上一層各因素的重要性時(shí)，利用兩個(gè)因素之間兩兩比較的方法，采用saaty提出的1-9標(biāo)度法［7］。本文構(gòu)造的判斷矩陣如下：

其中：矩陣a為G-P判斷矩陣，即準(zhǔn)則層P對(duì)于目標(biāo)層G的判斷矩陣；矩陣a1為P1-D判斷矩陣，即方案層D1對(duì)于準(zhǔn)則層P的判斷矩陣；矩陣a2為P2-D判斷矩陣，即方案層D2對(duì)于準(zhǔn)則層P的判斷矩陣；矩陣a3為P3-D判斷矩陣，即方案層D3對(duì)于準(zhǔn)則層P的判斷矩陣；矩陣a4為P4-D判斷矩陣，即方案層D4對(duì)于準(zhǔn)則層P的判斷矩陣。

判斷矩陣構(gòu)造完成后，計(jì)算各矩陣的最大特征值和特征向量。一般而言，可以通過和法、方根法等方法對(duì)判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到它的最大特征值和特征向量。本文采用方根法進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下：

（1）計(jì)算判斷矩陣各行元素乘積，并計(jì)算其n次方根。即：

（2）歸一化處理。

′＝得到 w′＝（w1′，w2′，……，wn′）為所求特征向量的近似值，即各因素的權(quán)重。

3.3 一致性檢驗(yàn)和權(quán)重值計(jì)算

判斷矩陣構(gòu)建好后，需要計(jì)算一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CR。若計(jì)算隨機(jī)一致性比例CR＜0.1，即認(rèn)為判斷矩陣具有一致性，否則就需要重新調(diào)整判斷矩陣，直至滿足一致性。 CR＝CI/RI，CI＝（λmax-n）/（n-1），其中 CR表示矩陣的隨機(jī)一致性比例，CI表示一致性指標(biāo)，RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值。當(dāng)矩陣的階數(shù)為 3 時(shí)，RI＝0.58；階數(shù)為 4 時(shí)，RI＝0.9。 各層次的CR值見表1。各層次判斷矩陣均通過一致性檢驗(yàn)，即CR值均小于0.1。

對(duì)于G-P判斷矩陣，通過matlab軟件計(jì)算出它的最大特征值 λmax＝4.1873， 對(duì)應(yīng)的特征向量＝（0.5399、0.2341、0.1688、0.0572），即確定出相對(duì)于目標(biāo)層，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性（P1）、承災(zāi)體易損度（P2）、承災(zāi)體脆弱性（P3）、防災(zāi)抗災(zāi)能力（P4）的相對(duì)重要性權(quán)值分別為 0.5399、0.2341、0.1688、0.0572。 同理，可以計(jì)算出方案層同準(zhǔn)則層的權(quán)重，如下表1所示。

各級(jí)指標(biāo)對(duì)上一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算出來以后，即可從最上一級(jí)開始，自上而下求出各級(jí)指標(biāo)關(guān)于評(píng)價(jià)目標(biāo)的綜合權(quán)重。某一級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重是該指標(biāo)的權(quán)重和上一級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重的乘積值。計(jì)算結(jié)果見表 1。結(jié)果表明：澇災(zāi) （0.4608）＞旱災(zāi)（0.2229）＞風(fēng)雹災(zāi)（0.1980）＞低溫冷害（0.1182）。澇災(zāi)是影響河池農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最大的氣象災(zāi)害，其次是旱災(zāi)，冰雹災(zāi)的影響大于低溫冷害災(zāi)害。

表1 運(yùn)用層次分析法計(jì)算得到的權(quán)重

4 結(jié)論

綜上所述，在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中，應(yīng)用層次分析法進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害權(quán)重：澇災(zāi)＞旱災(zāi)＞冰雹災(zāi)＞低溫冷害。雖然各權(quán)重大小與河池農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受災(zāi)數(shù)據(jù)大致符合。但是，層次分析法屬于主觀賦權(quán)法，它根據(jù)評(píng)價(jià)者主觀上對(duì)各指標(biāo)的重視程度來確定指標(biāo)權(quán)重，簡(jiǎn)單易行，但賦權(quán)結(jié)果客觀性較差，其賦權(quán)結(jié)果易受群體成員知識(shí)、能力、經(jīng)驗(yàn)限制方面的影響。因此，采用更加客觀合理的方法進(jìn)行權(quán)重分析仍有待進(jìn)一步的深入研究。

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