湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估研究

鄧 玲 ，李學敏 ，譚姍姍 ，張思遠 ，譚詩琪

（1.湖南省氣象服務中心，長沙 410118；2.氣象防災減災湖南省重點實驗室，長沙 410118；3.湖南大學電氣與信息工程學院，長沙 410082）

暴雨是湖南省最主要的災害性天氣，是造成湖南省山洪型、洪潰堤型及澇漬型等洪澇災害的重要誘因［1］。暴雨洪澇帶來的損失巨大，據統計，湖南省平均每年造成的經濟損失占國民生產總值的5.2%［2］。如何最大程度降低和減輕暴雨災害損失及影響是湖南省氣象防災減災工作的重點和難點。近年來，伴隨著湖南省暴雨預測預報技術、氣象服務能力等不斷提高，如何通過準確及時的氣象預報、優質的氣象服務來提高暴雨災害防災減災中的氣象服務效益已成為關注的重點。氣象部門需要以科學全面的方法證明氣象防災減災服務效益遠高于服務生產和傳播成本［3］。因此，如何利用科學、客觀的方法評估氣象防災減災服務效益具有重要的現實意義。2018 年，湖南省氣象局圍繞防災減災效益評估能力建設，開展了針對暴雨災害的氣象防災減災服務效益評估技術研究，以期提升氣象部門防災減災的整體服務能力。

為了定量評估氣象服務效益，國內外很多學者開展了氣象服務效益評估技術和方法研究。Johnson等［4］認為貝葉斯決策理論可將氣象信息作為一個關鍵變量，應用于決策制定過程，以減少不確定性。Lazo［5］定量計算美國氣象預報系統每年給國家帶來的總體效益（公眾和商業氣象服務效益）為114 億美元。張曉美等［6］基于非線性加權綜合法對中國公眾氣象服務經濟效益進行綜合評估，估算出2018 年中國公眾氣象服務的經濟效益為671.9 億元。吳先華等［7］基于條件價值法研究得出，中國網絡民眾每年對氣象服務的支付意愿值為73.6 億～205.8 億元。胡麗莉等［8］利用AHP（層次分析法）和BCG（波士頓矩陣）相結合的方法，構建農業氣象服務效益評估模型。羅慧等［9，10］綜合應用模糊數學和多項式擬合方法，對奧運氣象服務社會經濟效益進行了定量評估分析。鐘飛等［11］基于德爾菲法開展了江西省“三農”氣象服務效益評估，結果表明，2010—2013 年江西省“三農”氣象服務效益評估值分別為76.04 億、108.14 億、104.36 億和 116.07 億元，投入產出比為1∶3.3～1∶7.8。吳先華等［12］將支付意愿法與結構方程模型相結合，應用路徑分析方法評估了滬寧高速公路的氣象服務效益值。狄靖月等［13］運用逆推法結合德爾菲法，建立地質災害氣象服務效益評估模型，得出湖南、湖北多個省（市、自治區）防災減災效益百分率都達12%以上，防災減災成效較好。

受許多復雜因素的影響，氣象服務效益評估具有不易確定度量性、歸屬性、整體效益等特點［14］。迄今為止，氣象服務效益的定量評估仍是個難點，至今尚未形成普適的評價方法和評估模型［15，16］。在目前較少的研究中，氣象災害防災減災服務效益評估主要涉及臺風、暴雨等。如姜愛軍等［17］、王輝等［18］運用多種數理方法，研究建立了暴雨預報氣象服務效益評估數學模型，并進行了實證分析，結果表明，預報準確率、預報服務覆蓋率和預報服務時效與服務效益成正比，各評估因子會很大程度影響服務效益值。張穎超等［19］、邢彩盈等［20］采用逆推算法分別構建了浙江省、海南省臺風氣象服務效益評估模型，并計算臺風氣象服務效益值，結果表明，近年來臺風災害氣象服務效益和臺風直接經濟損失均處于增長趨勢，臺風氣象服務效益與臺風直接經濟損失具有極高相關性。

本研究著重考慮決策服務效益、公眾服務效益、社會服務效益指標及不可避免損失因子，采用逆推法建立湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估模型。基于該模型對湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨天氣過程的氣象防災減災服務效益進行評估。

1 研究區域與數據

本研究以湖南省為研究區域，對2011—2015 年6 次典型暴雨災害氣象服務案例進行了調查與分析，收集整理了直接經濟損失、預報準確率、預警覆蓋率、預報時效、災害強度、安全轉移人口、公眾滿意度、決策材料提前時間等資料，相關數據主要來源于《湖南統計年鑒》、湖南省民政廳、湖南省氣象局（部分數據見表1）。同時，采用湖南省氣象局2018 年氣象防災減災效益評估能力建設項目組通過2 輪專家問卷調查建立的湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系（表2）。

2 效益評估模型

影響暴雨災害氣象防災減災服務效益的因素有很多，如暴雨強度及出現時間、預報預警準確性、氣象服務水平、政府防災減災決策、各部門組織和動員防災減災情況、公眾自身防御能力、受災地區經濟狀況、地理條件等，這些因子往往存在較大的不穩定性。因此，在評估氣象防災減災服務效益時主要考慮實際可操作性及重要因素的綜合影響。近年來，評估重大氣象災害服務效益值使用較多的方法是逆推法［13，19，20］，即在綜合考慮氣象服務水平、政府決策效率、公眾防御能力、不可避免損失因子等基礎上，由災害造成的直接經濟損失來計算某次氣象災害影響過程中氣象防災減災服務效益值。

表1 湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨災害氣象服務調查與分析評價數據

表2 湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系及指標權重

2.1 評估模型建立

本研究綜合考慮暴雨災害氣象防災減災服務效益中的決策服務效益（Q1）、公眾服務效益（Q2）、社會服務效益（Q3）以及不可避免損失因子（D）的基礎上，利用逆推法建立暴雨災害氣象防災減災服務效益評估關系式為：

式中，Z表示某次暴雨災害造成某地的直接經濟損失；W表示某次暴雨災害氣象防災減災服務效益值；Z+W表示在未采取任何防災減災措施的情況下，某次暴雨災害可能對某地造成的直接經濟損失；Q1、Q2、Q3分別表示決策服務效益、公眾服務效益、社會服務效益；D表示災害過程中不可避免損失因子。參數Q1、Q2、Q3、D均處于［0，1］。式（1）轉換得到某次暴雨災害氣象防災減災服務效益值的計算公式為：

2.2 模型參數確定

2.2.1 不可避免損失因子D災害損失一般分為可避免損失和不可避免損失。理想狀態下，由于氣象防災減災服務的合理有效使用，最大程度上可避免的災害損失為可避免損失，即可避免損失是氣象防災減災服務效益的上限。關于不可避免損失，針對每次災害影響過程都有差別，這與災種、災害強度、當地社會經濟發展、防災減災基礎設施建設等有直接關系。暴雨災害的不可避免損失主要集中在不動產上，如受災農田、損壞房屋等，此外交通、通信等不可避免損失統計在直接經濟損失中，因此，直接經濟損失也能間接反映不可避免損失的大小。暴雨影響期間，不可避免損失的影響因子主要有農作物受災d1、房屋損毀d2、直接經濟損失d3和災害強度d4。

不可避免損失因子D的計算方式：將各個影響因子序列標準化，每次暴雨災害中每個影響因子對應一個評價集；參考張穎超等［19］臺風災害不可避免損失因子D的計算方法以及各影響因子指標，對不可避免損失的影響因子權重進行評價（表3）。考慮到暴雨災害的影響不及臺風，影響因子指標對不可避免損失影響程度會有差異，經向湖南省本地多名專家咨詢、打分，確定調整后的不可避免損失影響因子權重如表4 所示。

表3 不可避免損失的影響因子權重

表4 調整后的不可避免損失影響因子權重

由于本研究中災害強度指數是通過研究小組自建的模型推算得出（具體數據見表1），根據模糊變化原理，由式（3）計算每次暴雨災害過程中不可避免損失因子。

2.2.2 決策服務效益Q1決策服務效益主要評價政府在暴雨防災減災決策和部署工作中發揮的作用。根據湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系，決策服務效益Q1的計算公式如下：

式中，T表示決策材料及時性評價得分，F表示政府響應反饋率評價得分。

2.2.3 公眾服務效益Q2公眾服務效益主要評價氣象服務水平和能力。根據湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系，公眾服務效益Q2的計算公式如下：

式中，A表示預報準確率評價得分，E表示預警發布及時性評價得分，C表示預警覆蓋率評價得分，L表示預報時效評價得分。

2.2.4 社會服務效益Q3社會服務效益主要評價經濟社會及社會公眾防御能力。根據湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系，社會服務效益Q3的計算公式如下：

式中，S表示社會滿意度評價得分，R表示災情穩健率評價得分。

3 效益評估結果

基于湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨災害過程氣象服務調查與分析評價數據，利用湖南省氣象局2018 年氣象防災減災效益評估能力建設項目組建立的暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系的評價規則與方法，計算出各指標評價得分；根據式（3）、式（4）、式（5）、式（6）分別計算不可避免損失因子D、決策服務效益Q1、公眾服務效益Q2、社會服務效益Q3；再由式（2）計算6 次暴雨過程氣象防災減災服務效益值W。表5 是湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨災害氣象防災減災服務效益評估結果。由表5 可知，近年來湖南省暴雨災害過程的決策服務效益、社會服務效益基本呈上升趨勢，公眾服務效益波動性較大；整體來看，由暴雨造成的直接經濟損失與對應的氣象防災減災服務效益分布較為相似，二者相關性高達0.896；暴雨災害氣象防災減災服務效益占災害直接經濟損失的38.6%～57.0%。

表5 湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨災害氣象防災減災服務效益評估結果

4 小結與討論

本研究運用逆推法，建立適用于評估湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益的客觀模型，并利用湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨災害過程氣象服務調查與分析評價數據、湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系中各評價指標數據，對湖南省暴雨災害氣象防災減災服務效益進行評估，得到以下結論。

1）近年來，湖南省暴雨災害過程的決策服務效益、社會服務效益基本呈上升趨勢，表明湖南省暴雨災害氣象防災減災服務能力在不斷提升。此外，公眾服務效益相對偏低，且波動性較大，氣象及相關部門應給予更多重視，進一步提升暴雨災害氣象防災減災公眾服務水平。

2）暴雨災害氣象防災減災服務效益占災害直接經濟損失的38.6%～57.0%，單次暴雨過程氣象防災減災服務效益值最高達13.66 億元。氣象防災減災服務效益和災害直接經濟損失的分布相似，二者相關性達0.896，在一定程度上表明當暴雨災害影響較重時，氣象服務顯得更為重要。

3）基于逆推法的效益評估模型能夠實現氣象服務效益的有效提取。在模型構建中，如何合理地評價政府決策、部門聯防以及公眾參與對氣象防災減災行為的效益及作用是一個極其重要的問題。相比已有研究，本研究采用湖南省氣象防災減災效益評估能力建設項目組建立的暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系中的3 個一級指標決策服務效益、公眾服務效益和社會服務效益作為模型構建的主要因子，同時根據評估指標體系的評價規則與方法，基于氣象服務調查與分析評價數據，定量計算各指標因子，相比調查問卷分析的結果更實際、合理。但由于評估指標體系的建立本身存在不完善，部分指標的評價方法是根據參考經驗或調查問卷確定，需要其他數據源予以補充和支持。