兩種干旱指標(biāo)在干旱致災(zāi)因子危險性中的對比分析——以寧夏為例*

李紅英，張曉煜，曹寧，袁海燕，段曉鳳

(寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，寧夏銀川750002)

隨著全球范圍內(nèi)災(zāi)害的頻繁發(fā)生、災(zāi)情加重，災(zāi)害風(fēng)險研究也越來越受到研究者的重視，并展開了大量的研究。史培軍等認(rèn)為自然災(zāi)害是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體三者綜合作用的結(jié)果，隨后，張繼權(quán)又將防災(zāi)減災(zāi)能力作為一個重要因子引入到該“三因素”中，提出:自然災(zāi)害風(fēng)險=(致災(zāi)因子)危險性×(孕災(zāi)環(huán)境)暴露性×(承災(zāi)體)脆弱性×防災(zāi)減災(zāi)能力［1］，該觀點近年被多種災(zāi)害風(fēng)險評估采用和驗證［2－3］。隨著風(fēng)險形成機(jī)理認(rèn)識的統(tǒng)一，災(zāi)害風(fēng)險研究的趨勢之一將是對三因素的深入探討，已經(jīng)有學(xué)者對孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體展開了相應(yīng)的研究［4－7］。干旱指標(biāo)作為干旱致災(zāi)因子研究的基礎(chǔ)，目前對干旱指標(biāo)的研究較多［8－11］，各指標(biāo)間的對比研究也有不少［12－13］，但以往的研究多集中于洪澇等級劃分上，并沒有與致災(zāi)因子危險性研究緊密結(jié)合，因此，研究者在進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險分析時，干旱指標(biāo)的選用往往具有很大的人為性和隨機(jī)性。鑒于此，本文選取目前常用的兩種干旱指標(biāo)—降水距平百分率和標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，以寧夏為例，進(jìn)行致災(zāi)因子危險性分析，并根據(jù)寧夏實際情況，對比分析這兩種干旱指標(biāo)在災(zāi)害風(fēng)險評估中的可取性，從而為自然災(zāi)害風(fēng)險研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域介紹

以寧夏回族自治區(qū)為研究區(qū)域，寧夏地處西北內(nèi)陸地區(qū)，降雨量少，蒸發(fā)量大，氣候干燥，南北氣候懸殊較大，是一個自然災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)。根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，區(qū)內(nèi)干旱多發(fā)區(qū)集中在中南部山區(qū)，以往的干旱研究以及歷史干旱災(zāi)情記錄也多關(guān)注這些區(qū)域。為了使研究結(jié)果具有更多的參考依據(jù)，本研究在對比分析干旱風(fēng)險研究中的兩種干旱指標(biāo)應(yīng)用時，研究區(qū)域也集中在中南部山區(qū)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是中部干旱帶和南部山區(qū)所屬9個氣象臺站1961－2010年50年的月降水量資料;在運用所選指標(biāo)進(jìn)行致災(zāi)因子危險性評估和區(qū)劃時，以全區(qū)21個氣象臺站降水量資料為依據(jù)。

1.2 干旱指標(biāo)介紹

1.2.1 降水距平百分率

降水距平百分率是表征某時段降水量異常的方法之一，能直觀反應(yīng)降水異常引起的干旱;在我國氣象日常業(yè)務(wù)中經(jīng)常使用，多用于評估月、季、年發(fā)生的干旱事件。其計算公式為:

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI

SPI是表征某時段降水量出現(xiàn)的概率多少的指標(biāo)之一，該指標(biāo)適合于月以上尺度相對于當(dāng)?shù)貧夂驙顩r的干旱監(jiān)測與評估。SPI用式(1)求得［14］:

1.3 致災(zāi)因子危險性指數(shù)計算

致災(zāi)因子危險性指氣象災(zāi)害異常程度，主要是由氣象致災(zāi)因子活動規(guī)模(強(qiáng)度)和活動頻次(概率)決定的。一般致災(zāi)因子強(qiáng)度越大，頻次越高，氣象災(zāi)害所造成的破壞損失越嚴(yán)重，氣象災(zāi)害的風(fēng)險也越大。

根據(jù)表1提供的干旱強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)，R在－15%以下(SPI在－0.5以下)均發(fā)生干旱，本研究在統(tǒng)計各個干旱強(qiáng)度下發(fā)生概率時，借助界限強(qiáng)度指數(shù)的概念，即指每個干旱強(qiáng)度等級的下線，以此為準(zhǔn)，分別統(tǒng)計干旱強(qiáng)度小于各等級強(qiáng)度下線值的發(fā)生概率，具體為，統(tǒng)計歷史年R≤－40(SPI≤－1.5)的重旱發(fā)生概率、R≤－30(SPI≤－1.0)的重旱和中旱的合計發(fā)生概率、R≤－15(SPI≤－0.5)的輕旱及輕旱以上災(zāi)害發(fā)生概率，然后分別計算統(tǒng)計出來的概率與對應(yīng)的絕對界限指數(shù)值的乘積，加和之后從而得到各個氣象站點的致災(zāi)因子危險性指數(shù)值，具體致災(zāi)因子危險性指數(shù)Fd計算模式如下:

式中:i，j分別表示兩種干旱指標(biāo)及對應(yīng)的干旱強(qiáng)度;P表示各干旱強(qiáng)度等級的界限強(qiáng)度指數(shù);p表示干旱強(qiáng)度低于界限強(qiáng)度指數(shù)的發(fā)生概率。

表1 降水距平百分率和標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的干旱強(qiáng)度等級［12］

2結(jié)果分析

2.1 兩種干旱指標(biāo)在致災(zāi)因子危險性中的對比分析

寧夏中南部山區(qū)共有鹽池、興仁、麻黃山、海原、同心、固原、涇源、隆德、西吉等9個氣象觀測站，以各站1961－2010年降水?dāng)?shù)據(jù)，分別計算降水距平百分率(R)和標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)，各站的具體強(qiáng)度范圍如圖1和圖2所示。

圖1 中南部山區(qū)各站點標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)強(qiáng)度

圖2 中南部山區(qū)各站點降水距平百分率強(qiáng)度

將上述兩種干旱指標(biāo)所得的干旱強(qiáng)度進(jìn)行等級劃分，借助界限強(qiáng)度指數(shù)，分別統(tǒng)計不同等級干旱強(qiáng)度的發(fā)生概率，按照式(3)的致災(zāi)因子危險性指數(shù)計算模式，得出基于兩種干旱指標(biāo)的致災(zāi)因子危險性指數(shù)，結(jié)果見表2和表3。

表2 基于降水距平百分率的致災(zāi)因子危險性指數(shù)

表3 基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的致災(zāi)因子危險性指數(shù)

由于兩種干旱指標(biāo)的計算機(jī)理和側(cè)重點有所不同，基于兩種指標(biāo)的干旱發(fā)生概率統(tǒng)計結(jié)果也不完全相同，但趨勢具有一致性，即寧夏中南部山區(qū)干旱發(fā)生，以輕旱發(fā)生概率最大，其次是中旱，重旱的發(fā)生概率最小(表2和表3)。

由表2和表3還可以看出，基于兩種干旱指標(biāo)計算所得出的致災(zāi)因子危險性在寧夏中南部山區(qū)的高低分布趨勢具有一致性:中部干旱帶鹽池、同心一帶屬致災(zāi)因子危險性較高的地段，涇源及周邊地段致災(zāi)因子危險性偏低，西吉、海原處于中等危險性位置，致災(zāi)因子危險性大致均呈由南至北逐步增加的趨勢。從歷年平均降水量來看，南部山區(qū)約484 mm，中部干旱帶約291 mm，且中部干旱帶多以草場為主，蒸發(fā)量相對較大，而南部山區(qū)以山地丘陵地形為主、森林覆蓋面積大，蒸發(fā)量相對較少，由此也可以看出，基于兩種干旱指標(biāo)的致災(zāi)因子危險性分布趨勢均與實際情況大致相符。

2.2 寧夏致災(zāi)因子危險性區(qū)劃

基于上述分析，選擇降水距平百分率作為寧夏全區(qū)干旱致災(zāi)因子危險性分析的基礎(chǔ)，以全區(qū)分布在引黃灌區(qū)、中部干旱帶、南部山區(qū)的21個氣象觀測站點1961－2010年降水資料為基礎(chǔ)，首先計算出各站點的降水距平百分率，其強(qiáng)度范圍見圖3，統(tǒng)計不同等級干旱強(qiáng)度的發(fā)生概率，然后采取本文提出的致災(zāi)因子危險性計算模式，得到全區(qū)各站點的干旱致災(zāi)因子危險性指數(shù)，據(jù)此，結(jié)合GIS技術(shù)，對各站點的危險性指數(shù)進(jìn)行了網(wǎng)格化處理，最終形成全區(qū)的干旱致災(zāi)因子危險性區(qū)劃圖(圖4)。

圖3 寧夏全區(qū)各站降水距平百分率強(qiáng)度范圍

由圖4可以看出，寧夏干旱致災(zāi)因子危險性大致呈從南到北逐步增加的趨勢，其中涇源、隆德、固原等地屬于致災(zāi)因子危險性較低的區(qū)域，致災(zāi)因子危險性較高的地段為賀蘭及惠農(nóng)陶樂及平羅等石嘴山東北部大部分地區(qū)，同心、鹽池、中衛(wèi)等地屬致災(zāi)因子危險性中等區(qū)域。

圖4 寧夏干旱致災(zāi)因子危險性區(qū)劃

3 結(jié)論

(1)本文主要是針對干旱災(zāi)害致災(zāi)因子展開分析，致災(zāi)因子危險性是災(zāi)害風(fēng)險評估的重要部分，為了避免與災(zāi)害風(fēng)險的其他影響因素研究的重復(fù)性，該部分僅考慮降水因素，而忽略了地形、高程、水系等因子所引起的致災(zāi)因子危險性差異。

(2)依據(jù)以往災(zāi)害風(fēng)險理論，致災(zāi)因子危險性有災(zāi)害強(qiáng)度和概率共同決定。本研究在統(tǒng)計不同干旱強(qiáng)度發(fā)生概率時，引入界限強(qiáng)度指數(shù)概念，建立了致災(zāi)因子危險性指數(shù)計算模式，通過在寧夏中南部山區(qū)和寧夏全區(qū)的驗證，該模式具有很好的可行性。

(3)通過對兩種干旱指標(biāo)在寧夏中南部山區(qū)干旱致災(zāi)因子危險性中的對比分析，兩種指標(biāo)在風(fēng)險分析中應(yīng)用時，結(jié)果趨于一致。為了使方法更簡單易行，數(shù)據(jù)易獲得，在對全區(qū)進(jìn)行干旱致災(zāi)因子危險性分析時，以降水距平百分率作為干旱強(qiáng)度指標(biāo)。

(4)干旱致災(zāi)因子的分析不僅是農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險分析的基礎(chǔ)，同時也是氣象干旱風(fēng)險評估的基礎(chǔ)，雖然寧夏引黃灌區(qū)在農(nóng)業(yè)上由于有黃河水作為灌溉保障，很少因為干旱造成災(zāi)害，然而為了災(zāi)害研究的系統(tǒng)性，也為寧夏氣象干旱災(zāi)害風(fēng)險研究提供參考，本研究對包括中南部山區(qū)及引黃灌區(qū)在內(nèi)的全區(qū)進(jìn)行了干旱致災(zāi)因子危險性分析，寧夏致災(zāi)因子危險性大致呈從南到北逐步增加的趨勢，這也與寧夏南北降水分布極為不均的現(xiàn)狀相一致。

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