林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法

王 珺

(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院農(nóng)林系 青海，西寧 810016)

生態(tài)文明建設(shè)是中國特色社會(huì)主義事業(yè)的“五位一體”總體布局的戰(zhàn)略基礎(chǔ)，對(duì)新時(shí)期林業(yè)的和諧發(fā)展與改革創(chuàng)新提出了更高的要求。林業(yè)須從國家發(fā)展大局出發(fā)，以生態(tài)建設(shè)為先，以改善民生為要，以推進(jìn)綠色發(fā)展和建設(shè)美麗中國為責(zé)，以構(gòu)建國土生態(tài)安全屏障為使命，深入貫徹落實(shí)“兩山”理論，全面實(shí)施生態(tài)治理和修復(fù)，為全面建設(shè)小康社會(huì)和實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展做出新貢獻(xiàn)。林業(yè)生產(chǎn)是人類利用土地自然生產(chǎn)力和光、溫、水等氣候條件的植物栽植生產(chǎn)活動(dòng)，是對(duì)生態(tài)、地質(zhì)、環(huán)境等自然資源的綜合開發(fā)運(yùn)用，深受氣候的影響和限制。在全球氣候變化的背景下，氣象災(zāi)害和極端天氣事件頻發(fā)，傷林損木，嚴(yán)重威脅了森林資源安全和林業(yè)生態(tài)建設(shè)。習(xí)近平總書記指出：“人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)知沒有止境，防災(zāi)減災(zāi)、抗災(zāi)救災(zāi)是人類生存發(fā)展的永恒課題?！盵1]氣象災(zāi)害伴隨著林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的全過程，雖然不能完全阻止災(zāi)害發(fā)生，但是可以鉤深索隱，掌握其發(fā)生和發(fā)展變化規(guī)律，預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)預(yù)警，防萌杜漸，將災(zāi)害造成的損失降至最低。

近年來，國內(nèi)關(guān)于林業(yè)氣象災(zāi)害的研究主要集中在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與服務(wù)效益評(píng)估[2-6],對(duì)于林業(yè)氣象災(zāi)害區(qū)劃的研究尚不多見。作為林業(yè)氣候變化風(fēng)險(xiǎn)管理的重要手段之一，林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是在區(qū)域林業(yè)氣象災(zāi)害系統(tǒng)時(shí)空分布規(guī)律研究基礎(chǔ)上的科學(xué)評(píng)估區(qū)劃，是充分利用現(xiàn)有資源和技術(shù)，統(tǒng)籌優(yōu)化，激活林業(yè)自然災(zāi)害的應(yīng)急管理，提高應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)水平的直接、有效、高效的管理手段，對(duì)于優(yōu)化林業(yè)產(chǎn)業(yè)布局和指導(dǎo)林業(yè)防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

1 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)劃思路

林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的基本思路見圖1。

林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)劃基礎(chǔ)在于風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的測度，這里從林業(yè)氣象災(zāi)害的災(zāi)害類型、承災(zāi)體、孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子等四個(gè)方面入手，逐一計(jì)算林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的災(zāi)損指數(shù)、脆弱指數(shù)、防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)和危害指數(shù)，根據(jù)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的綜合指數(shù)的大小，對(duì)林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的空間分布進(jìn)行區(qū)域劃分。

2 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)資料

收集20年以上的林業(yè)氣象災(zāi)害資料和氣象災(zāi)害致災(zāi)因子資料。例如：干旱災(zāi)害，宜收集月度、季度、年度降水量（mm）以及某一關(guān)注時(shí)段的降水量（mm）等；雪災(zāi)，宜收集降雪量（mm）、累積降雪量（mm）、降雪厚度（cm）以及積雪日數(shù)（d）等。圖1中列示的致災(zāi)因子，在氣象災(zāi)害研究中應(yīng)根據(jù)特定區(qū)域、特定林木、特定的成災(zāi)機(jī)理做出取舍，通過相關(guān)分析，選擇一個(gè)或者幾個(gè)最直接或者最重要的因子進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和測度，做到因地制宜、因時(shí)制宜和因事制宜。

圖1 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的基本思路

收集與上述氣象資料相對(duì)應(yīng)年份的林業(yè)氣象災(zāi)害災(zāi)情統(tǒng)計(jì)資料，包括受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、受災(zāi)林種、林分、死亡樹種、直接經(jīng)濟(jì)損失等（生態(tài)和環(huán)境影響由于測度方法尚不成熟，暫不計(jì)入）。

收集區(qū)劃范圍內(nèi)市級(jí)（地區(qū)）的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境統(tǒng)計(jì)資料和縣級(jí)、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級(jí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)最新統(tǒng)計(jì)資料。關(guān)注抗災(zāi)建設(shè)投入，掌握林業(yè)生產(chǎn)管理狀況和基層林場站、林企的災(zāi)害應(yīng)急管理水平。區(qū)域總體防災(zāi)減災(zāi)能力可以通過林業(yè)總投入、林業(yè)總產(chǎn)值等來評(píng)估，具體到某一災(zāi)害，就需要選取相應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料來考量。

準(zhǔn)備區(qū)劃區(qū)域的地理信息資料，主要包括：數(shù)字高程模型的柵格數(shù)據(jù)（1：250000≤分辨率≤1：50000，盡可能選取高分辨率）、行政地理邊界、河流水系山川等的矢量數(shù)據(jù)。

3 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1.1 災(zāi)損指數(shù) 計(jì)算區(qū)劃范圍內(nèi)的林產(chǎn)暴露在氣象災(zāi)害面前招致?lián)p失的可能性?？梢杂脜^(qū)劃范圍內(nèi)的各個(gè)縣或者各個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的林業(yè)生產(chǎn)承災(zāi)面積與相應(yīng)的縣或者鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的總面積之比來計(jì)算：

上式中：ID：災(zāi)損指數(shù)；SD：縣或者鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的林業(yè)生產(chǎn)承災(zāi)面積；ST：縣或者鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的總面積。

3.1.2 脆弱指數(shù) 考慮生態(tài)地質(zhì)環(huán)境對(duì)氣象災(zāi)害形成的影響作用，評(píng)估區(qū)劃范圍內(nèi)林業(yè)氣象災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境的脆弱程度。這里以林業(yè)干旱災(zāi)害為例，采用區(qū)域內(nèi)的降水量作為脆弱指數(shù)的計(jì)量依據(jù)，計(jì)算如下：

上式中：

IV(ri)：格點(diǎn)i處降水量為ri時(shí)林木發(fā)生干旱災(zāi)害的脆弱指數(shù)；ri：格點(diǎn)i處的降水量；rs：林木發(fā)生重度干旱時(shí)的降水量閾值；rl林木發(fā)生輕度干旱時(shí)的降水量閾值。

3.1.3 防災(zāi)減災(zāi)指數(shù) 采用區(qū)劃范圍內(nèi)的各個(gè)縣或者各個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的林業(yè)投入、林業(yè)總產(chǎn)值、人均可支配收入等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，估計(jì)林業(yè)氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)。需要說明的是，對(duì)于某一個(gè)具體的災(zāi)害，須準(zhǔn)情酌理，分析防災(zāi)減災(zāi)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和應(yīng)急管理措施，選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)。這里以林業(yè)干旱災(zāi)害為例，取各個(gè)縣或者各個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的可灌溉林地面積與各個(gè)縣或者各個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的總面積之比作為防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)的計(jì)算依據(jù)，計(jì)算如下：

上式中：IP：防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)；SD：縣或者鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的可灌溉林地面積；ST：縣或者鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的總面積。

3.1.4 危害指數(shù) 首先，進(jìn)行致災(zāi)因子等級(jí)劃分。以3 級(jí)等級(jí)劃分為例，可將災(zāi)損率不超過10%的情形，劃分為輕度災(zāi)害；將災(zāi)損率超過10%同時(shí)不超過30%的情形，劃分為中度災(zāi)害；將災(zāi)損率在30%以上的情形，劃分為重度災(zāi)害。這里的災(zāi)損率就是因氣象災(zāi)害造成林木減產(chǎn)的百分比。

現(xiàn)在對(duì)某一種林木氣象災(zāi)害的致災(zāi)因子危害性進(jìn)行評(píng)價(jià)，各個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到輕度、中度、重度災(zāi)害等級(jí)閾值水平的概率分別為Pli、Pmi和Psi，與輕度、中度、重度災(zāi)害等級(jí)相對(duì)應(yīng)的災(zāi)損率分別為Lli、Lmi和Lsi，則該林木氣象災(zāi)害致災(zāi)因子的危險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算如下：

上式中：IH：某一種林木致災(zāi)因子的危害指數(shù)；i：致災(zāi)因子的序號(hào)；Pli：第i個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到輕度災(zāi)害等級(jí)閾值水平的概率；Lli：第i個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到輕度災(zāi)害的災(zāi)損率；Pmi：第i個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到中度災(zāi)害等級(jí)閾值水平的概率；Lmi：第i個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到中度災(zāi)害的災(zāi)損率；Psi：第i個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到重度災(zāi)害等級(jí)閾值水平的概率；Lsi：第i個(gè)致災(zāi)因子達(dá)到重度災(zāi)害的災(zāi)損率。

由于上述計(jì)算的量綱不統(tǒng)一，須進(jìn)行歸一化處理。處理方法主要有（0，1）標(biāo)準(zhǔn)化、Z-score標(biāo)準(zhǔn)化、Sigmoid函數(shù)等，根據(jù)需要進(jìn)行選擇，這里不再贅述。

3.2 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)從評(píng)價(jià)區(qū)域的成災(zāi)特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目標(biāo)和要求，處實(shí)效功，選擇適宜的評(píng)價(jià)模型，并在災(zāi)害管理實(shí)踐中不斷改進(jìn)，提高計(jì)算精度和模型使用效率。限于篇幅，以下僅給出兩種模型方法，而運(yùn)用大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力模型方法，擇機(jī)再敘。

3.2.1 單一氣象災(zāi)害為主的林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型 在某一特定時(shí)段內(nèi)，如果發(fā)生的林業(yè)氣象災(zāi)害以某種氣象災(zāi)害為主，則林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式如下：

上式中：IR：林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)；ID：災(zāi)損指數(shù)；wD：災(zāi)損指數(shù)的權(quán)重；IV：脆弱指數(shù)；wV：脆弱指數(shù)的權(quán)重；IP：防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)；wP：防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)的權(quán)重；IH：危害指數(shù)；wH：危害指數(shù)的權(quán)重。

權(quán)重的確定可以采用熵值法。

3.2.2 多種氣象災(zāi)害并發(fā)的林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

在某一特定時(shí)段內(nèi)，如果多種林業(yè)氣象災(zāi)害并發(fā)而不是以某種氣象災(zāi)害為主，則林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式如下：

權(quán)重的確定采用層次分析法。

熵值法和層次分析法是典型的權(quán)重確定方法，這里不再一一細(xì)述。

4 林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

將上述災(zāi)損指數(shù)、脆弱指數(shù)、防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)、危害指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，采用克里格法、多元回歸等插值技術(shù)，進(jìn)行空間化處理，形成相應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)，建立起地理坐標(biāo)系統(tǒng)和空間分辨率相統(tǒng)一的林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)計(jì)算所得的林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)的大小，將災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)（建議不少于3級(jí)），制作林業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。

對(duì)區(qū)劃結(jié)果給出分區(qū)評(píng)述和防災(zāi)減災(zāi)的建議。