三重拉尼娜現象的分析與預測

杜詠崢，梁舒同，李奕欣，王錦賢

（西藏大學 工學院，西藏 拉薩）

引言

本文首先探討受三重拉尼娜事件影響的國家和地區[1]。通過國際氣象平臺數據、中國氣象科學數據共享服務、NOAA 數據庫和相關氣象文獻，搜索出受三重拉尼娜事件影響的國家，并根據過去的數據對這些國家進行分析，研究三重拉尼娜事件主要是由哪些因素造成的[2]。建立時間序列模型和灰色預測模型，預測未來發生三重拉尼娜事件的可能性。其次，收集了近年來中國經濟形勢的數據，并與災害時期的數據進行對比，評估干旱和高溫造成的損失，然后建立拓撲分析模型和層次分析法，比較和評估三重拉尼娜事件造成的損失中哪種損失最嚴重，并根據損失情況提出應對政策。第三，收集了中國近幾年的數據，如人口、GDP 等，并與災害發生時的數據進行對比，評估洪災造成的損失，建立了一個較好的模型來分析和評估三重拉尼娜事件造成的損失，分析洪災中哪種損失最嚴重，并根據實際情況提出合理可行的對策。最后根據上述模型得出的結論，從多維度、多角度對三重拉尼娜事件發生的原因和結果進行具體分析，并將三重拉尼娜現象發生的全過程向有關部門進行匯報，為防止此類損失的發生提出建設性意見（見圖1 和圖2）。

圖1 全球干旱指數

圖2 1972-2000 年平均降水量

1 分析預測

1.1 預測未來發生三重拉尼娜現象的可能性

根據GM（1.1）模型，得到指定時區內的預測值，并根據實際問題的需要給出相應的預測預報。

1.2 高溫和干旱導致各種災害損失評估分析

此問題數據來源于中國氣象數據網，變量為人員傷亡損失、室內物品損壞價值損失、農產品損壞價值損失、林木損壞價值損失和耕地損壞價值損失。采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），將與決策有關的要素分解為目標、標準、方案等多個層次，在此基礎上形成的一種系統、簡單、靈活、有效的決策方法。該算法用于指標權重的確定和定量方案的選擇。

在分層評價模型中，確定了整個決策事件的目標層、準則層和解決方案層。通過兩兩比較，確定每個準則層對目標層的權重。通常我們使用Santy 的1-9 比例法（見表1）[5]。

表1 Santy 的1-9 比例法

對于準則層A，我們可以構建一個

我們采用這種方法對矩陣進行歸一化處理，以便在變換后使每個屬性的最優值為1，最差值為0。

這兩種模式都認為，三重拉尼娜現象下的高溫和干旱對西北干旱區的影響最大，其次是東部季風區。層次結構模型以人員傷亡損失、直接經濟損失、間接經濟損失、恢復期損失情況和救災投入為影響因素[6]，通過各因素之間的兩兩比較，構建判斷矩陣；在Topsis模型中，采用專家評分法確定區域災害損失綜合評價指標體系。以人員傷亡損失、室內物品損失價值、農產品損失價值、林木損失價值、耕地損失價值五個重要性較高的因素作為評價指標。

但值得注意的是，層次分析法主觀性較強，方案層級不宜過多，數據是通過構建基于成對比較法和1～9 比例表的判斷矩陣得到的。

因此，使用Topsis 模型進行災害損失評估更為準確。

2 測試方法

2.1 灰色預測模型評價分析

建模過程如圖3、圖4 所示。

圖3 灰色預測模型建模過程

圖4 灰色預測模型的模型驗證和評價分析

通過在Matlab 中編程求解，將預測值與實際統計值進行比較，如表2 所示。根據每年的統計報告，2017-2021 年海洋溫度分布在0.6～0.8 ℃之間，從預測結果可以看出，預測值與實際值非常接近。預計2022 年海洋溫度將下降到0.63 ℃，出現三重拉尼娜現象的概率很大，超過50%。

表2 灰色預報模式和時間序列模式的預測值與真實價值

2.2 分級模型的驗證

在使用Topsis 算法進行中采用專家打分的方法確定區域災害損失綜合評價指標體系。n=3；m=14。經過上述處理后，我們采用5 個重要性較高的因素作為評價指標，即人員傷亡損失、室內物品損失價值、農產品損失價值、林木損失價值和耕地損失價值。

Matlab 編程求解，結果如表3 所示。

表3 Matlab 編程求解結果

這兩種模式都認為，三重拉尼娜現象下的高溫和干旱對西北干旱區的影響最大，其次是東部季風區。針對干旱的成因，可采取以下措施有效防御干旱或減少干旱損失：優化農業生產布局，改進生產技術，選種耐旱品種，深耕細作，地膜覆蓋；興修水利，合理灌溉；退耕還林，涵養水源，大規模綠化造林，減少水土流失[7]。

3 結論及建議

針對今年的三重拉尼娜現象，本文預測今年冬天我國將出現寒潮，而夏天，我國南方多地將出現高溫酷暑天氣，北方多地出現大范圍降水，華北地區汛期降水也將增多，而歐洲多地則出現罕見干旱。高溫和大規模降雨、干旱現象給許多國家造成了不同程度的經濟損失和人員傷亡，也影響了農產品的收成。颶風、暴雨和干旱都是三重拉尼娜現象的特征。

為此，我們應該改善耕作制度，改變作物構成，選育耐旱品種，充分利用有限的降水，減少拉尼娜的影響；相關決策部門可根據高溫天氣采取停課、停工等相關措施，確保人民群眾生命財產安全。