山西省陽泉市行業氣象災害風險評估及在災害防御中的應用

李潤春 李偉 宋希娟 王妍 賈利冬 張寶軍 高源

（1 山西省陽泉市氣象局，陽泉 045000；2 山西省氣象信息中心，太原 030002；3 山西省公路局陽泉分局，陽泉 045000）

0 引言

隨著社會經濟的發展和社會財富的積累，氣象災害帶來的損失的絕對數額呈遞增趨勢[1]。從20世紀90年代“國際減輕自然災害十年”活動[2]，到2010年國務院公布《氣象災害防御條例》，到2016年《中共中央國務院關于推進防災減災救災體制機制改革的意見》發布，確立“以防為主、防抗救相結合”的工作方針，防災減災工作的不斷進步在不同階段引領了氣象部門災害防御工作的發展。氣象災害監測、預報、預警是比較有效的災害防御手段，但基本氣象業務體系中的預報、預警指標側重于天氣指標，對各行業的針對性不夠。不同行業對氣象條件的敏感性不同，需要重點防御的氣象災害種類也有差別。人們對災害性天氣產生的災害程度沒有比較量化的概念，采取的防御措施就不一定最恰當，因此天氣預報向氣象災害風險評估延伸是氣象服務亟待解決的問題，進行氣象災害風險預評估，可在“科學防災”方面顯示出重要價值。

自然災害風險評估因社會發展需要應運而生，20世紀30年代美國田納西河流域管理局最早對洪水災害風險進行分析和評價；20世紀90年代以來，災害風險分析和災害風險管理在防災減災領域地位突顯[3]。國外災害風險評估多集中在防災減災政府部門及保險行業等社會機構，并且評估內容各有側重[4-5]，HAZUS模型是比較有影響的災害評估模型，其特別之處是可以基于災害預警進行風險評估[3]。災害風險評估在20世紀90年代也在我國逐步興起[3]，本世紀初，國內地質災害的調查、區劃、評估得到發展[6-8]。國內氣象災害風險評估主要從20世紀10年代起步[9]，各級氣象部門在氣象業務實踐中進行了一些有益的嘗試。中國氣象局國家級、省級業務單位2010年以來逐步發展氣象災害風險評估業務，2011年在南方5省開展了暴雨洪澇災害風險評估試點工作[9]，2013年開始在全國開展了暴雨誘發中小河流洪水和山洪地質災害氣象風險預警服務業務；氣象預報服務一線業務人員也在實踐中形成了常用的技術方法，就是以氣象災害風險（預）評估為基礎的氣象災害影響預報和風險預警。上海2016年開始開展了針對社區、交通、海洋等不同行業的影響預報和風險預警服務業務實踐[10]，重慶針對煤礦[11]等行業開展服務。2020年全國自然災害綜合風險普查工作的開展，極大地推動了氣象災害風險評估工作（包括災前預評估、災時跟蹤評估和災后評估[3,12]）。中國氣象局國家氣候中心2020年建成氣象災害風險管理系統，但氣象災害風險評估、特別是預評估在市、縣級的應用還是比較少見。本文從實際出發，選擇陽泉市范圍，通過劃分行業和分災種，應用氣象災害風險評估的概念，簡化了氣象災害風險評估方法，并應用于當地行業氣象服務工作。

1 資料和方法

1.1 資料

應用了陽泉市氣象部門成立以來積累的陽泉市范圍的歷史氣象災情資料[13-14]、地面氣象觀測資料；參考使用了2014—2018年陽泉市極軌衛星熱源點監測資料，還參考使用了太原多普勒雷達監測資料。對暴雨、強對流等樣本數多的氣象災害，選用1989—2018年的資料；對森林火災、霜凍等樣本少的災害則選用1949—2018年的資料。根據災情資料描述，通過人工辨識將災害發生的地點細化到鄉鎮，以提高災害的空間分辨率。災情資料來自當地民政、農業、防汛抗旱指揮部、森林防火指揮部、鄉鎮等政府部門，相對可靠。人工校驗災情資料的準確性，將災情資料與氣象資料對比，對個別日期、時間等稍有出入的災情進行訂正，必要時回查雷達資料；氣象觀測不足時，以災情資料描述為準。災情資料存在災情報告不足的問題，但一般已包括了影響比較大的氣象災害，本文以搜集到的資料為準。

業務實踐應用的資料包括山西省氣象局與陽泉市氣象局現行氣象監測、預測預報、氣象服務等基礎氣象業務的大量資料和產品。

1.2 方法

現有的災害風險評估理論[3-4,6,15-18]：

即自然災害的風險度R是自然災害的危險度（h）和承災體的易損度（v）的非線性函數。承災體的易損度又可分離為物理暴露（e）、承載體災損敏感性（d）和防災減災能力（c），可簡稱為暴露性、敏感性、和防災減災能力（潘進軍等[18]將之劃分為敏感性、暴露性、脆弱性和防災減災能力）。該理論在基層應用比較困難，本文將其簡化，將災害天氣的影響作為變量，則災害天氣監測、預報、預警可表達為行業氣象災害風險評估和預評估最重要的變量因子，即危險度。易損度第一個分量（暴露性）可表達為陽泉市特殊的地理地形、氣候環境條件下單災種氣象災害風險分布或風險區劃；在本地區（范圍較小）進行行業劃分，某行業設施建設水平、應對氣象災害的能力在一定發展階段差別不大，即易損度的第二個、第三個分量是基本穩定的量。這樣，通過劃分行業和分災種，易損度的差別可只考慮第一個分量，用分災種的氣象災害風險分布（或區劃）或災害隱患點來表達。

應用層次分析法[16-21]進行陽泉市行業氣象災害風險評估，建立目標層、準則層、指標層（表1）。

表1 陽泉市行業氣象災害風險評估層次分析法的關系Table 1 Relationship of the analytic hierarchy process of industrial meteorological disaster risk assessment in Yangquan

1.2.1 風險度

建立目標層，即行業氣象災害風險評估結論集：

共劃分為六級，對應的顏色標志、風險級別見表2。

表2 行業氣象災害風險評估風險度和危險度分級Table 2 Classification of risk degree and danger degree of industrial meteorological disaster risk assessment

1.2.2 危險度

層次分析法指標層1中的危險度由氣象條件確定，與風險度類似，也劃分為六級，見表2。

1.2.3 易損度

層次分析法指標層2中的易損度，如果是單災種的氣象災害風險的空間分布或區劃則劃分為五級（表3），如果是單災種災害隱患點的分布則劃分為二級（表4）。

表3 氣象災害風險空間分布或區劃（易損度）分級Table 3 Classification of spatial distribution or zoning(vulnerability degree) of meteorological disaster risk

表4 行業氣象災害隱患點易損度分級Table 4 Classification of vulnerability degree of potential disaster points of industrial meteorological disasters

1.2.4 風險評估方法

層次分析法的準則層：

理論上根據各指標層的意義，利用專家打分法，準則層規則為：

兩者比較，危險度更具重要性；與危險度相比，易損度是一個比較穩定的量。本文根據實踐經驗，氣象災害風險度評估的思路可轉化為對氣象災害危險度評估，利用易損度進行訂正。易損度訂正時，將易損度簡單劃分為小于中易損和大于等于中易損2個級別；當危險等級達到中危險及以上時，對中易損及以上的區域風險度提高1個級別。準則層規則見表5。

表5 行業氣象災害風險評估準則層規則Table 5 Rule of risk assessment criterion layer of industrial meteorological disasters

2 陽泉市重點行業關注的致災類和高影響類天氣

分析災情資料，開展行業調查，針對陽泉市交通、礦山企業、新能源發電、林業、農業、旅游業等經濟發展重點行業，分別找出對各行業影響較大的致災類和高影響類天氣（表6），發現陽泉市發生頻率大的致災類天氣和氣象次生災害主要是暴雨、強對流（短時強降水、冰雹、大風、雷電）和降雨誘發的地質災害（泥石流、滑坡、崩塌），對各行業都有較大影響。

表6 陽泉市重點行業致災類和高影響類天氣Table 6 Disaster-causing and high-impact weather for key industries in Yangquan

3 陽泉市行業氣象災害風險評估

3.1 陽泉市行業氣象災害臨界氣象條件和危險度

統計分析陽泉市主要氣象災情資料，參考現有氣象業務規定、標準，總結出陽泉市各行業各種類天氣（致災類、高影響類）臨界氣象條件指標體系和對應的危險度。臨界氣象條件指標主要為經驗閾值，一方面要盡量符合本地實際，另一方面要盡量靠近氣象業務規范標準，便于用戶理解和在實踐中應用。表7為降雨誘發地質災害（泥石流、滑坡、崩塌）臨界氣象條件，適用于各行業；表8為道路交通行業降雨災害臨界氣象條件。也總結了其他行業、其他災種的臨界氣象條件，如設施農業低危險大風災害的臨界氣象條件為極大風速［17.0，21.0） m/s、低溫災害臨界氣象條件為氣溫（－12.0，－10.0］ ℃、連陰（雨）災害臨界氣象條件為陰雨日數［3，5） d、降雪災害臨界氣象條件為降雪量［5.0，10.0） mm。

表7 降雨誘發地質災害（泥石流、滑坡、崩塌）臨界氣象條件Table 7 Critical meteorological conditions for rainfall-induced geological disasters (debris flow, landslide and collapse)

表8 道路交通降雨災害臨界氣象條件Table 8 Critical meteorological conditions for rainfallinduced disasters of road traffic

3.2 陽泉市主要氣象災害風險的空間分布特征和易損度

3.2.1 主要氣象災害風險的空間分布特征和易損度

陽泉市僅建有3個國家級氣象站，行政區下設3個區縣（盂縣、郊區、平定縣）32個鄉鎮，市區設城區、礦區、經濟技術開發區，利用常用氣象資料和社會發展統計數據進行氣象災害風險區劃有難度。陽泉市氣象災害的分布情況是在陽泉市特定的地理、地質、氣候、環境等自然因素與人口分布、人均GDP、人類防災等人文因素共同作用下發生的，可綜合反映承災體的易損度差異。利用鄉鎮氣象災害分布頻次分析氣象災害風險的空間分布特征，采用極值法[18]對數據進行標準化處理，將易損等級按標準化數據劃分為五級。

得到陽泉市暴雨、強對流、暴雨誘發地質災害（泥石流、滑坡、崩塌）、森林火災災害風險的空間分布（即易損度，見圖1）：1）暴雨、大暴雨類連續降雨致災易發地區是沿桃河一線的陽泉市區由西至東及下游的地勢低洼地區，即陽泉市市區（城區、礦區、經濟技術開發區）和平定縣巨城鎮；2）強對流天氣致災易發地區是平定縣西南部冠山鎮、張莊鎮、冶西鎮、鎖簧鎮和東部岔口鄉；3）降雨誘發地質災害（泥石流、滑坡、崩塌）易發地區是平定縣西南部冶西鎮、張莊鎮、冠山鎮、鎖簧鎮和東部巨城鎮、東回鎮，陽泉市區，陽泉市郊區平坦鎮，盂縣梁家寨鄉、上社鎮；4）森林火災易發地區是盂縣南婁鎮、仙人鄉、萇池鎮、北下莊鄉、東梁鄉、西煙鎮、上社鎮、路家村鎮，陽泉市郊區河底鎮、平坦鎮、義井鎮，市區周邊，主要在林區和人口較密集區。各鄉鎮主要區域達中易損及以上的鄉鎮見表9。

圖1 陽泉市主要氣象災害風險的空間分布特征（易損度）（a）暴雨；（b）強對流；（c）降雨誘發地質災害（泥石流、滑坡、崩塌）；（d）森林火災Fig.1 Spatial distribution characteristics of main meteorological disaster risk in Yangquan (Vulnerability degree)(a) rainstorm; (b) severe convection; (c) rainfall-induced geological disaster (mud, slide, landslide); (d) forest fire

表9 陽泉市主要區域達中易損及以上的鄉鎮Table 9 Towns reaching moderate or above vulnerability degree in the main area of Yangquan

3.2.2 交通氣象災害隱患點分布和易損度

陽泉市由于復雜的山區地形，交通氣象災害隱患點分布較廣，高速公路、國省道、縣鄉道和城市道路均有隱患點分布。交通管理部門和城市管理部門詳查了交通氣象災害隱患點，主要是易團霧、易積雪、易結冰、易積水、連續長陡下坡（下雪隱患）、轉彎路段（下雪隱患）、地質災害路段、臨水臨崖的路段和隧道、涵洞（易洪澇）、橋梁（易結冰等）的地點。表10列出陽泉市重要交通氣象災害隱患點，隱患點易損度定為中易損，非隱患點易損度定為極低易損。在陽泉市交通地圖和陽泉市市區地圖上標注了隱患點，供業務工作中進行地理查詢。

表10 陽泉市重要交通氣象災害隱患點Table 10 Potential disaster points for key traffic meteorology disasters in Yangquan

3.3 風險度和防御建議

經行業調查得到各行業、各種類天氣各風險度對應的災害防御建議（如表11、表12），并按照行業進行總結。

表11 降雨誘發地質災害（泥石流、滑坡、崩塌）防御建議Table 11 Suggestions on the prevention of rainfallinduced geological disasters (debris flow, landslide and collapse)

表12 道路交通降雨災害防御建議Table 12 Suggestions on the prevention of rain-induced disasters of road traffic

4 風險評估方法的應用

本文的風險評估方法適用于各類氣象災害監測、預報和預警產品。對不定時的氣象監測、預警產品，可人工評估風險等級；定時發布的天氣預報，自動進行風險評估。

4.1 未來24 h氣象災害風險預評估

為保證風險評估結論的可靠性，只利用未來24 h天氣預報（時間分辨率為12 h）進行氣象災害風險預評估；由天氣預報業務和危險度評估方法得到計算規則（表13），對應的防御建議見表14。根據表5、表9、表13和表14編制氣象災害風險預評估計算模塊。

表13 輸入城鎮和鄉鎮天氣預報、輸出各重點行業危險度預評估規則Table 13 Rule for inputing weather forecast of counties and towns and outputing pre-assessment of danger degree for each key industry

表14 各重點行業各風險評估等級對應的防御建議Table 14 Prevention suggestions for each risk assessment level of each key industry

暴雨、強對流、高溫和低溫類天氣，各鄉鎮的預報有差異；其他的降雪和大風等天氣，各鄉鎮預報差別不大。對暴雨、強對流、高溫和低溫4類天氣，輸入鄉鎮預報，輸出鄉鎮的災害風險預評估結果；各類天氣均可輸入城鎮天氣預報（分辨率為縣區），輸出各縣區災害風險預評估結果。

4.2 陽泉市行業氣象服務平臺

陽泉市氣象服務中心建立“行業氣象服務平臺”與基礎氣象業務對接，主界面菜單和災害風險評估菜單見圖2。個別用戶還根據需求建立了客戶端服務平臺。平臺主要功能：1）利用定時發布的天氣預報（07時、17時）自動進行未來24 h氣象災害風險預評估；2）顯示監測、預報和預警等基礎氣象業務產品；3）查閱陽泉市行業氣象災害防御服務的知識庫、信息庫；4）人工交互制作或自動生成針對用戶的服務產品。平臺中災害風險預評估結果若無災害風險，則氣象條件有利；預評估結果為極低、低、中、高和極高風險，則氣象條件不利。氣象條件不利時，氣象服務人員利用業務平臺制作行業影響預報，開展風險提醒服務；使用客戶端服務平臺的用戶可根據提示自行采取適當措施。本文的氣象災害風險評估方法提升了氣象服務的針對性，還與業務平臺結合，提升了氣象服務的信息綜合能力和產品制作效率，在當地氣象災害防御工作中發揮了作用。

圖2 陽泉市行業氣象服務平臺主界面菜單和災害風險評估菜單Fig.2 Main interface menu and disaster risk assessment menu of the Industrial Weather Service Platform of Yangquan

5 結論與討論

利用歷史災情資料，通過選擇區域、劃分行業和分災種，可應用氣象災害風險評估的概念，簡化風險評估方法，形成針對當地各重點行業的、基于現有天氣預報技術水平和鄉鎮分辨率的易損度的氣象災害風險評估方法，有一定實用性。本方法的關鍵是各行業、各種類天氣危險度評估的臨界氣象條件指標體系，臨界值需要在實踐中不斷檢驗，必要時進行訂正。

現有氣象災害風險評估的內容比較廣泛，主要是在致災因子危險性評估、承災體脆弱性評估的基礎上進行氣象災害風險評估和區劃[22]；業務化應用一類是災后綜合評估一次災害天氣過程對各行業的綜合影響[23]，另一類是結合天氣預報，以風險評估技術為基礎，支撐氣象災害風險預警服務業務[18,24]。本文以簡化的風險評估方法開展陽泉市的行業氣象服務工作，不足之處是易損度空間分布的精細化程度還有待提升[25]。