隴東地區(qū)氣象災(zāi)害災(zāi)情演變及災(zāi)害損失評估

韓 晶，焦美玲，曹彥超

（甘肅省慶陽市氣象局，甘肅 慶陽 745000）

全球氣候持續(xù)變暖，極端氣候事件隨之趨多趨強［1，2］，氣象災(zāi)害表現(xiàn)的形式也越來越多樣化［3］，造成的經(jīng)濟損失也隨之增加，局部地區(qū)強暴雨、極端高溫干旱以及超強臺風等事件呈突發(fā)、多發(fā)、并發(fā)態(tài)勢［4，5］，人類面臨的防災(zāi)減災(zāi)任務(wù)更為艱巨。只有及時了解和傳遞災(zāi)情信息，災(zāi)前和災(zāi)中的防災(zāi)抗災(zāi)工作才能發(fā)揮效能，災(zāi)后的恢復重建工作更是必須以災(zāi)情評估為依據(jù)［6，7］，還可以為提高氣象災(zāi)害防御和災(zāi)害風險管理提供重要的參考［8］。

隴東地區(qū)位于甘肅省最東部，系黃河中下游黃土高原溝壑區(qū)［9］，素有“隴東糧倉”之稱［10］，也是氣象災(zāi)害頻發(fā)的農(nóng)業(yè)地區(qū)，幾乎每年都會受到不同程度的氣象災(zāi)害影響，其中暴雨洪澇、干旱、冰雹、大風、低溫、雪災(zāi)等發(fā)生頻率較大，造成的損失也相當嚴重。復雜多樣的天氣狀況和農(nóng)業(yè)相結(jié)合的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)使得隴東地區(qū)氣象災(zāi)害及其影響同樣具有復雜多樣的特點［11］。那么，隴東地區(qū)近幾十年來氣象災(zāi)害造成的損失是如何變化的，其時空分布特征如何，有怎樣的發(fā)展趨勢，上述問題都亟需進行總結(jié)和分析。

為此，本研究利用隴東地區(qū)1984—2019 年氣象災(zāi)害災(zāi)情數(shù)據(jù)，從氣象災(zāi)害發(fā)生的種類、頻率和損失程度等方面定量評估該地區(qū)氣象災(zāi)害災(zāi)情特征及其時空演變規(guī)律，探討了各類氣象災(zāi)害的致災(zāi)程度，以期為該地區(qū)災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警、風險評估管理及氣象防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)提供依據(jù)［12］，對減輕該地區(qū)各類災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義，也可為服務(wù)地方綜合風險防范提供決策依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究所用的隴東地區(qū)1984—2019 年災(zāi)情數(shù)據(jù)記錄以氣象災(zāi)情收集上報相關(guān)規(guī)定、技術(shù)規(guī)范以及隴東地區(qū)災(zāi)害實況為依據(jù)，以災(zāi)害性天氣過程（災(zāi)害事件）為時間單元，以8 個區(qū)（縣）（即西峰、環(huán)縣、華池、慶城、鎮(zhèn)原、合水、寧縣、正寧）為基本地域單元，通過隴東地區(qū)氣象災(zāi)害普查數(shù)據(jù)和災(zāi)情直報系統(tǒng)獲得。

1.2 資料處理

統(tǒng)計氣象災(zāi)害災(zāi)情損失與災(zāi)害次數(shù)時，以災(zāi)害事件為時間單元，以8 個區(qū)（縣）為地域單元分別統(tǒng)計，如1 種氣象災(zāi)害同時影響到2 個區(qū)（縣），則統(tǒng)計為2 次災(zāi)害過程；由多類氣象災(zāi)害共同引發(fā)的災(zāi)情，且災(zāi)情數(shù)據(jù)無法分開時，按照損失最大的災(zāi)害類別進行統(tǒng)計，其他災(zāi)害類別不重復統(tǒng)計。本研究僅統(tǒng)計對當?shù)卦斐捎绊懬页霈F(xiàn)災(zāi)情的災(zāi)害過程，無災(zāi)情的氣象災(zāi)害不納入統(tǒng)計范圍［13］。

基于災(zāi)情數(shù)據(jù)的可獲取性，本研究對氣象災(zāi)情的統(tǒng)計分析主要基于直接經(jīng)濟損失、受災(zāi)人口、農(nóng)作物受災(zāi)面積等3 項災(zāi)害損失程度指標。

1.3 研究方法

1.3.1 計算方法 采用歸一化法對氣象災(zāi)害造成的損失指標歸一處理，通過熵值法對評價指標權(quán)重賦值［14］，計算氣象災(zāi)害損失綜合指數(shù)，并運用聚類分析法對其進行分級［15］。

數(shù)據(jù)歸一化：

指標熵值：

指標權(quán)重：

氣象災(zāi)害損失綜合指數(shù)：

式中，xij、x′ij分別表示第i個年份第j項災(zāi)害損失指標歸一化前后的值，xjmax、xjmin分別表示所有年份中第j項災(zāi)害損失指標的最大值、最小值，k=1/ ln(m)，其中m為評價年數(shù)，n為災(zāi)害損失指標個數(shù)。

1.3.2 分析方法 通過常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理、SPSS 軟件進行聚類分析；利用Excel、ArcGIS軟件進行圖像處理和繪制。

2 主要致災(zāi)氣象災(zāi)害類型特征

災(zāi)種不同造成的災(zāi)害損失不同，頻次高的災(zāi)種經(jīng)濟損失不一定最嚴重，故統(tǒng)計各災(zāi)種的致災(zāi)程度，能夠較全面、深入地了解各類災(zāi)害造成的損失程度。1984—2019 年隴東地區(qū)主要氣象災(zāi)種的損失情況（表1）表明，損失最嚴重的災(zāi)害是干旱，年均直接經(jīng)濟損失8 183.7 萬元、受災(zāi)人數(shù)147 889 人、受災(zāi)面積24 573.7 hm2，3 項災(zāi)害損失指標均屬最重；而損失最輕的為暴雨洪澇，年均直接經(jīng)濟損失952.5 萬元、受災(zāi)人數(shù)10 936 人、受災(zāi)面積1 167.9 hm2，3 項災(zāi)害損失指標均屬最輕。

表1 各類氣象災(zāi)害災(zāi)情信息統(tǒng)計

統(tǒng)計年份內(nèi)隴東地區(qū)氣象災(zāi)害共發(fā)生786 次（圖1），其中暴雨洪澇326 次（41.5%），冰雹310 次（39.4%），干旱91 次（11.6%），凍害（寒潮、霜凍、低溫冷害、雪災(zāi)）39 次（5.0%），大風20 次（2.5%）。這是因為隴東地區(qū)屬于大陸性季風氣候區(qū)，冬冷多睛，夏熱豐雨，年降水量時空分布不均，降水主要集中在夏季和秋初，春末和夏季多強對流過程，造成暴雨洪澇、冰雹和干旱災(zāi)害頻次較多，而大風和低溫發(fā)生頻次相對較少。

圖1 各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次占比

3 氣象災(zāi)害發(fā)生頻次特征

3.1 頻次時間演變特征

通過統(tǒng)計分析隴東地區(qū)各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次年際演變狀況（圖2）可知，1984—2019 年，隴東地區(qū)氣象災(zāi)害發(fā)生次數(shù)整體呈明顯增加趨勢。其中2013 年最多，達51 次；而1985、1986 和1989 年最少，僅有3 次。20 世紀80 年代，年平均災(zāi)害發(fā)生頻次最少，僅為7 次，90 年代增加至13 次；21 世紀00 年代，年平均災(zāi)害發(fā)生頻次為24 次，21 世紀10 年代最多，達到37 次。氣象災(zāi)害發(fā)生頻次以23%的年均增長率增加。

圖2 氣象災(zāi)害頻次逐年分布情況

根據(jù)隴東地區(qū)每年各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻率分布情況（圖3）可知，1984—2019 年，氣象災(zāi)害每年均有發(fā)生，2~5 類不等。有暴雨洪澇災(zāi)害記錄35 年，有冰雹災(zāi)害記錄36 年，有干旱災(zāi)害記錄19 年，有凍害災(zāi)害記錄16 年，有大風災(zāi)害記錄12 年。統(tǒng)計年份內(nèi)各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次中，暴雨洪澇災(zāi)害1995 年發(fā)生頻次多于其余年份；冰雹災(zāi)害1993 年發(fā)生頻次多于其余年份；干旱災(zāi)害2009 年發(fā)生頻次多于其余年份；凍害災(zāi)害2008 年發(fā)生頻次多于其余年份；大風災(zāi)害1985 年發(fā)生頻次多于其余年份。

圖3 氣象災(zāi)害頻率逐年分布情況

3.2 頻次空間分布特征

分析1984—2019 年隴東地區(qū)各類氣象災(zāi)害空間分布（圖4）可知，36 年間氣象災(zāi)害總體頻次在46~171 次，基本呈北多南少、西多東少的格局。位于隴東地區(qū)西北部的環(huán)縣是災(zāi)害頻次的大值區(qū)，為171次；其后依次為慶城113 次、鎮(zhèn)原112 次、華池103次、寧縣98 次、正寧93 次；位于隴東中東部的合水、西峰為低值區(qū)，分別是50、46 次。

圖4 氣象災(zāi)害總體頻次空間分布

統(tǒng)計隴東地區(qū)各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次和頻率的空間分布狀況（圖5）可知，36 年間各類氣象災(zāi)害在各區(qū)（縣）均有發(fā)生，為1~85 次，暴雨發(fā)生頻率最大出現(xiàn)在寧縣（53.1%），冰雹發(fā)生頻率正寧最大（58.1%），干旱發(fā)生頻率合水最大（20.0%），凍害發(fā)生頻率正寧最大（7.5%），大風發(fā)生頻率慶城最大（5.3%）。各類氣象災(zāi)害中暴雨洪澇和冰雹發(fā)生頻率較高，其中環(huán)縣、鎮(zhèn)原、正寧冰雹發(fā)生頻率最高，為49.7%~58.1%，其余區(qū)（縣）均以暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率最高，為44.0%~53.1%。

圖5 各類氣象災(zāi)害占比區(qū)域分布

4 氣象災(zāi)害損失程度

4.1 災(zāi)情時間演變特征

隴東地區(qū)1984—2019 年因氣象災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失、農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積及受災(zāi)總?cè)藬?shù)整體均呈上升趨勢（圖6），其中直接經(jīng)濟損失自1996 年呈現(xiàn)小峰值后，變化較為平穩(wěn)，直至2013 年再次出現(xiàn)明顯峰值；受災(zāi)總?cè)藬?shù)大多呈“減少-增多-減少-增多”的循環(huán)上升趨勢；農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積起初以平穩(wěn)態(tài)勢發(fā)展，2009 年開始變化幅度較大。對比分析3 項災(zāi)害損失指標，低谷異常值集中于20 世紀80 年代末至90 年代中期，特別是1989、1990 和1995 年較為明顯；高峰異常值集中于21 世紀10 年代，具有代表性的年份是2010、2013 和2015 年。

圖6 歷年災(zāi)害損失情況

4.2 災(zāi)情空間分布特征

根據(jù)隴東地區(qū)1984—2019 年因氣象災(zāi)害造成直接經(jīng)濟損失、受災(zāi)人口及農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的空間分布（圖7 至圖9）可知，3 項災(zāi)害損失均是位于隴東地區(qū)西北部的環(huán)縣最嚴重，而位于東南部的合水最輕，其中直接經(jīng)濟損失兩地相差近5 倍，受災(zāi)總?cè)藬?shù)相差約7 倍，農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積相差最明顯，達9 倍之多。不同的是，直接經(jīng)濟損失西北部多于東南部，受災(zāi)人口西北部多于中東部，農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積西北部多于東部。由于各區(qū)（縣）地形、地貌、海拔高度等不同，各種災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失不盡相同。

圖7 各地因災(zāi)造成的直接經(jīng)濟損失

圖8 各地因災(zāi)造成的受災(zāi)總?cè)藬?shù)

圖9 各地因災(zāi)造成的農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積

5 氣象災(zāi)害損失等級劃分

采用SPSS 軟件對氣象災(zāi)害損失綜合指數(shù)進行聚類分析，劃分為輕災(zāi)年、小災(zāi)年、中災(zāi)年、大災(zāi)年和重災(zāi)年共5 個級別。結(jié)果（表2）顯示，1984—2019 年隴東地區(qū)共出現(xiàn)輕災(zāi)年11 次（30.6%），頻率最高；小災(zāi)年10 次（27.8%）；中災(zāi)年5 次（13.8%）；大災(zāi)年8 次（22.2%）；重災(zāi)年2 次（5.6%），頻率最低。1984—1995 年均為小災(zāi)年及以下災(zāi)害損失等級，氣象災(zāi)害損失偏輕；1996—2007 年，除去1996、2004、2007 年的大災(zāi)年、2000 年和2006 年的中災(zāi)年以外，均為小災(zāi)年及以下災(zāi)害損失等級，氣象災(zāi)害損失處于中等偏輕水平；2008—2019 年，除2016 年為小災(zāi)年外，其余年份均為中災(zāi)年及以上災(zāi)害損失等級，氣象災(zāi)害損失偏重，其中2011 年和2017 年氣象災(zāi)害損失最為嚴重，為重災(zāi)年。總體來說，2008年以后重災(zāi)、大災(zāi)出現(xiàn)的可能性增大，災(zāi)害造成的損失更嚴重，氣象災(zāi)害損失等級有逐漸加重的趨勢。評價結(jié)果與實況吻合。

表2 氣象災(zāi)害損失等級劃分

6 氣象災(zāi)害損失與氣象要素相關(guān)性分析

由1984—2019 年隴東地區(qū)年平均氣溫和降水量年際變化（圖10）可知，36 年間隴東地區(qū)年平均氣溫在波動中略有上升趨勢，有5 次較為明顯的上升期，其中2006 年最高，為10.6 ℃，2016 年其次，為10.5 ℃。年降水量整體也呈上升趨勢，1997 年隴東地區(qū)的年降水量為362.9 mm，為歷史最少年（1984年以來，下同），2003 年的年降水量為743.3 mm，位列歷史最多年。

圖10 1984—2019 年隴東地區(qū)氣溫和降水量年際變化

氣象災(zāi)害與氣象要素的相關(guān)系數(shù)結(jié)果（表3）表明，暴雨洪澇與氣溫、降水量的相關(guān)性均達到了顯著性水平（P＜0.05），且R降水量＞R溫度；冰雹、干旱和凍害三者與氣溫的相關(guān)性均達到了顯著性水平（P＜0.05），且R溫度均明顯高于R降水量；而大風與氣溫和降水量的相關(guān)性均不顯著。由此可以看出，氣象災(zāi)害損失與氣象要素密切相關(guān)，當氣溫異常偏高、降水量異常偏少時，容易發(fā)生旱災(zāi)；當氣溫異常偏低、降水量異常偏多時，易發(fā)生洪澇災(zāi)害；當氣溫異常偏低時，易發(fā)生凍害；在上述這些情況下都易造成嚴重的氣象災(zāi)害損失。綜合結(jié)果表明，氣溫和降水量異常是引發(fā)隴東地區(qū)極端氣候事件頻發(fā)、氣象災(zāi)害加重的重要原因之一。

表3 各類氣象災(zāi)害與氣象要素相關(guān)系數(shù)（R）

7 結(jié)論與討論

1）統(tǒng)計年份內(nèi)氣象災(zāi)害損失以干旱最嚴重、暴雨洪澇最輕，氣象災(zāi)害發(fā)生次數(shù)排序為暴雨洪澇＞冰雹＞干旱＞凍害＞大風；氣象災(zāi)害發(fā)生頻次以23%的年均增長率增加，災(zāi)害每年均有發(fā)生，2~5 類不等。

2）氣象災(zāi)害總體頻次基本呈現(xiàn)北多南少、西多東少的格局。各類氣象災(zāi)害在各區(qū)（縣）均有發(fā)生，暴雨洪澇和冰雹災(zāi)害發(fā)生頻率較高，其中環(huán)縣、鎮(zhèn)原、正寧冰雹發(fā)生頻率最高，其余區(qū)（縣）均為暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率最高。

3）各類災(zāi)害損失整體呈上升趨勢，受災(zāi)人數(shù)上升趨勢最明顯，農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積次之，經(jīng)濟損失上升幅度最小。直接經(jīng)濟損失西北部多于東南部，受災(zāi)人數(shù)西北部多于中東部，農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積西北部多于東部。

4）災(zāi)害損失評估中輕災(zāi)年出現(xiàn)頻率最高，依次為小災(zāi)年、大災(zāi)年、中災(zāi)年，重災(zāi)年出現(xiàn)頻率最低；1984—1995 年氣象災(zāi)害損失偏輕，1996—2007 年氣象災(zāi)害損失處于中等偏輕水平，2008 年以后氣象災(zāi)害損失偏重，重災(zāi)、大災(zāi)出現(xiàn)的可能性增大，災(zāi)害造成的損失更嚴重，氣象災(zāi)害損失等級有逐漸加重的趨勢。評價結(jié)果與實況吻合。

5）暴雨洪澇與氣溫、降水量的相關(guān)性均達到了顯著性水平（P＜0.05），且R降水量＞R溫度；冰雹、干旱、凍害三者與氣溫的相關(guān)性均達到了顯著性水平（P＜0.05），且R溫度均明顯高于R降水量；而大風與氣溫和降水量的相關(guān)系數(shù)均未達顯著性水平。

6）總體來說，在氣候變化的大背景下，隨著隴東地區(qū)極端氣候事件的頻繁發(fā)生，氣象災(zāi)害所導致的損失也在不斷增加，使得氣象災(zāi)害更具突發(fā)性和不確定性，越發(fā)難以預(yù)報，這就對氣象災(zāi)害監(jiān)測、防御及災(zāi)害應(yīng)對能力提出了更高的要求。在下一步研究中，應(yīng)考慮引入社會、經(jīng)濟數(shù)據(jù)，這將會大大增強災(zāi)害時間損失程度的可比性。