近40年邢臺地區干旱災害致災因子危險性評估

趙志楠，孫 晶，何 凱，李 迪，彭 朋，張兆博

1.邢臺市氣象局，河北邢臺 054000；2.平鄉縣氣象局，河北邢臺 054500

近年來，全球變暖趨勢日益明顯，氣溫變化給氣候帶來了一定影響，各類氣象災害頻發。其中，干旱災害正逐步發展為對人類影響最深刻、帶來損失最嚴重的氣象災害之一，給人們的氣候、環境以及社會發展帶來的影響日益顯著[1]。為了降低旱災發生的頻率，盡量減輕其帶來的破壞，眾多學者就干旱過程的確定及其時空演變特征、干旱災害風險評估展開了相關研究，并提出了相應的防御措施[2-4]。

邢臺地處河北省中心地帶，近年來該區域年平均氣溫不斷升高，降水總量持續偏少，氣候變暖趨勢明顯，干旱狀況趨于嚴重。一些學者針對農業干旱進行風險評估和區劃研究，并基于遙感數據、多種氣象干旱指數對河北省干旱時空變化特征展開了研究。代立芹等[5]基于河北地區1971—2018年的逐日氣象數據和近40年的玉米生長資料，對河北省玉米生長季干旱分布特征、變化趨勢及其成因進行了分析。李亞男[6]基于2種衛星數據對河北地區干旱特征進行了監測與對比，指出了不同衛星數據在研究區域干旱情況監測中的優、缺點，為有關部門提供了一定的技術支撐。劉增進等[7]基于1988—2017年河北地區的逐月降水數據，將PA（降水量距平）作為干旱等級劃分指標，對研究區域近30年來逐月降水特征進行了分析，并對不同時間尺度的干旱風險進行了評估。上述研究已對河北地區的氣象干旱與農業干旱的時空分布與演變特征有所發現，但大多用的仍是較早的氣象干旱綜合指數（CI）亦或是SPI、MI、PDSI等較為單一的干旱指數。采用改進的氣象干旱綜合指數（MCI），基于自然災害風險評估原理，對邢臺地區1980—2019年干旱災害致災因子危險性進行評估，研究對指導該地區有關部門做好干旱災害防御工作意義重大。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

邢臺地區地處河北省中南部，太行山東部，介于36°50′～37°47′N，113°52′～115°49′E之間，該地區地形復雜，山地、丘陵、平原自西向東呈階梯狀分布。氣候類型為溫帶季風性氣候，雨熱同期，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，多年平均氣溫13.45℃，降雨總量486.4 mm。據不完全災情資料顯示，1983年以來，該地區發生干旱80余次，造成335萬人先后受災，直接經濟損失10.45億元，4.43萬hm2農作物受災。干旱災害是給當地人民帶來嚴重損失的氣象災害之一，做好該地區的干旱災害防御工作勢在必行。

1.2 資料來源

氣象數據：1980—2019年邢臺地區17個國家站逐日降水、氣溫數據。

地理信息數據：30 m×30 m分辨率DEM高程數據。

災情數據：1983—2018年受災數據，來源于邢臺市當地民政部門、統計局、縣志等相關資料。

1.3 氣象干旱綜合指數

基于邢臺市17個國家氣象站點1980—2019年近40年逐日降水和氣溫數據，根據GB/T20481—2017《氣象干旱等級》標準，計算邢臺地區各站點1980—2019年逐日氣象干旱綜合指數（MCI），并劃分相應干旱等級（表1），得到不同干旱等級日數，計算公式為[8]：

表1 氣象干旱綜合指數（MCI）等級劃分表

式（1）中，SPIW60是近60 d標準化權重降水指數，其基于60 d滑動加權平均降水計算得到；MI30是近30 d的相對濕潤度指數；SPI90和SPI150分別為近90 d和近150 d的標準化降水指數；a、b、c、d為各項權重系數，邢臺地區對應權重系數分別為0.3、0.5、0.3、0.2；Ka為季節調節系數，取值同樣參考規范[9]。

2 致災因子危險性分析

2.1 不同干旱等級致災因子危險性的空間分布特征

依據MCI指數劃分的干旱等級，統計輕旱、中旱、重旱、特旱出現的頻次作為邢臺地區干旱災害致災因子評價指標，在此基礎上利用GIS空間分析工具，疊加不同干旱等級的柵格圖層，得到邢臺市不同干旱等級致災因子危險性空間分布圖，并利用自然斷點法將致災因子危險性劃分為5個等級（圖1）。

圖1 邢臺地區不同干旱等級致災因子危險性的空間分布

由圖1a可知，邢臺地區輕旱整體呈現出中南部風險較高、北部風險較低的趨勢。次低風險與低風險主要位于柏鄉縣、新河縣、臨西縣、清河縣等地區，次高及高風險主要位于任縣、南和縣、平鄉縣、廣宗縣及西部山區縣等地區，其余地區大多屬于中風險。

由圖1b可知，邢臺地區中旱整體呈現出西南與東南部風險較高，中部風險較低的趨勢。次低風險與低風險主要位于中部任縣、南和縣、平鄉縣、廣宗縣及北部內丘縣、柏鄉縣等地區，次高與高風險主要位于西部沙河市、邢臺縣、東部威縣、清河縣、南宮市、臨西縣等地區，其余地區大多屬于中風險。

由圖1c可知，邢臺地區重旱整體呈現出西北部風險較高、中東部風險較低的趨勢。次低與第風險主要位于中部平鄉縣、廣宗縣、巨鹿縣、清河縣等地區，次高與高風險主要位于西部山區縣、北部寧晉縣、新和縣等地區，其余地區大多屬于中風險。

由圖1d可知，邢臺地區特旱整體呈現出中南部風險較高、其余地區風險相對較低的趨勢。次低與低風險主要位于廣宗縣、內丘縣、柏鄉縣、新河縣等地區，次高與高風險主要位于沙河市、南和縣、任縣等地區，其余地區大多屬于中風險。

2.2 干旱致災因子的空間分布特征

依據MCI指數劃分的干旱等級，統計輕旱、中旱、重旱、特旱出現的頻次作為邢臺地區干旱災害致災因子評價指標，基于專家打分法，確定權重指標，構建致災因子風險評估模型：

式（2）中，j表示某一站點，VHj表示j站點所在地區致災因子危險性指數。VHa、VHb、VHc、VHd分別表示j站點輕旱、中旱、重旱、特旱3種不同干旱等級出現頻率，0.15、0.20、0.40、0.25為其權重。在此基礎上利用GIS空間分析工具，疊加不同干旱等級的柵格圖層，得到邢臺市干旱致災因子危險性空間分布圖，并利用自然斷點法，將致災因子危險性劃分為5個等級（圖2）。

圖2 邢臺地區致災因子危險性的空間分布

從圖2可知，邢臺地區干旱致災因子危險性整體呈現出西部較高、東部相對較低的趨勢。次低與低風險主要位于廣宗縣、內丘縣、柏鄉縣、清河縣、新河縣等地區，次高與高風險主要位于西部山區縣等地區，中部平原縣大多屬于中風險。

3 干旱致災因子危險性評估結果的驗證

為對風險評估結果進行驗證，利用1983—2018年邢臺地區歷史災情數據，選取干旱發生頻次與受災面積作為驗證指標，并利用專家打分法確定驗證指標權重，構建研究區域干旱災害風險區劃驗證模型，具體公式如下：

式（3）中，j表示某一站點，Vj為j站點所在區域多年旱災嚴重指數，Va、Vb分別為旱災出現頻次與受災面積歸一化后的值。基于GIS空間分析工具，疊加旱災頻次與受災面積指標圖層，利用自然斷點法將邢臺地區旱災嚴重指數分為5個等級，得到研究區域干旱災害風險區劃驗證結果（圖3）。

從圖3中可以發現，高風險與次高風險位于邢臺西部沙河市、南和縣部分區域，東南部臨西縣、威縣、巨鹿縣及北部寧晉縣等部分區域。低風險與次低風險位于內丘縣、平鄉縣、廣宗縣及西北部柏鄉縣、隆堯縣等部分區域，其余地區大部分為中風險。驗證結果基本與圖2風險區劃結果一致。

圖3 邢臺地區致災因子危險性的驗證

4 結論

通過研究可知，邢臺地區干旱致災因子危險性整體呈現出西部較高、東部相對較低的趨勢。次低與低風險主要位于廣宗縣、內丘縣、柏鄉縣、清河縣、新河縣等地區，次高與高風險主要位于西部山區縣等地區，中部平原縣大多屬于中風險。基于歷史災情數據得到的驗證結果基本與風險區劃結果一致，可為有關部門做好邢臺地區干旱災害風險防范工作提供一定的參考。

干旱災害的形成是一個極其復雜的過程[9-10]。以有限數據對邢臺地區的干旱災害進行了分析，得到了研究區干旱災害致災因子危險性的空間分布特征。但由于數據有限而未對研究區域土壤、植被、水文條件等對干旱災害的形成與發展進行分析，因此，應在今后的研究中要加強對數據的搜集與處理，才能制作出更為精細化的風險區劃，為當地政府部分做好干旱災害的防災減災工作提供技術支撐。