從干旱災(zāi)害到干旱災(zāi)害鏈：進(jìn)展與挑戰(zhàn)

張 翔,韋燕芳,李思宇,梁 達(dá)

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)國(guó)家地理信息系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地理與信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079；3.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079；4.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079)

引 言

干旱災(zāi)害一般是指因短期水資源供給匱缺并對(duì)人類社會(huì)造成負(fù)面影響的一種自然災(zāi)害。干旱災(zāi)害也是我國(guó)最常見(jiàn)、影響最大的氣候?yàn)?zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定，成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一[1-3]。近幾十年來(lái)，對(duì)干旱災(zāi)害本身的形成機(jī)制、時(shí)空特征、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)測(cè)預(yù)警、災(zāi)情解除等方面的研究已取得較多成果[4-7]，建立了許多區(qū)域和全球尺度的干旱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8-12]。然而，每一種災(zāi)害事件并不是單一孤立的，而是與其他災(zāi)害事件構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)交錯(cuò)的網(wǎng)狀鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)[13]，干旱也不例外。研究表明，干旱災(zāi)害會(huì)進(jìn)一步引起森林火災(zāi)、蝗災(zāi)和沙塵暴等其他災(zāi)害，即干旱災(zāi)害鏈?zhǔn)强陀^存在的[14]。因此，在研究災(zāi)害問(wèn)題時(shí)，必須要有研究災(zāi)害系統(tǒng)的頂層思想。在國(guó)內(nèi)，史培軍[15]把某一災(zāi)害引起的一系列其他災(zāi)害發(fā)生的現(xiàn)象稱為“災(zāi)害鏈”，并認(rèn)為災(zāi)害鏈的發(fā)生是災(zāi)情傳遞與放大的過(guò)程。在國(guó)外，這種鏈?zhǔn)叫?yīng)被稱為“級(jí)聯(lián)”(cascading)，例如CUTTER[16]認(rèn)為原生災(zāi)害的直接或間接結(jié)果即為級(jí)聯(lián)效應(yīng)?？v觀當(dāng)前有關(guān)災(zāi)害鏈的研究，主要集中在鏈?zhǔn)叫?yīng)形成時(shí)間較短且災(zāi)害效應(yīng)顯著的災(zāi)害系統(tǒng)上，如暴雨災(zāi)害鏈、地震災(zāi)害鏈、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈等[17-26]，但對(duì)于成災(zāi)時(shí)間較長(zhǎng)、鏈?zhǔn)絺鬟f機(jī)理較為復(fù)雜的干旱災(zāi)害鏈的研究較為缺乏。在干旱災(zāi)害傳遞過(guò)程中，災(zāi)害鏈效應(yīng)的存在有可能顯著擴(kuò)大包括干旱災(zāi)害在內(nèi)的多災(zāi)種影響范圍，并可能加速多災(zāi)種的演化進(jìn)程，這使得干旱災(zāi)害造成規(guī)模更大和影響更廣的損失[27-28]。

目前學(xué)術(shù)界已初步達(dá)成共識(shí)：針對(duì)干旱災(zāi)害開(kāi)展系統(tǒng)性的減災(zāi)工作，必須首先對(duì)干旱災(zāi)害鏈開(kāi)展理論研究，內(nèi)容應(yīng)包括干旱災(zāi)害鏈識(shí)別、演化過(guò)程分解、構(gòu)鏈規(guī)律量化、斷鏈減災(zāi)對(duì)策等多個(gè)方面。從近些年的相關(guān)研究可以看出，關(guān)于干旱災(zāi)害鏈的鏈?zhǔn)叫?yīng)，特別是相關(guān)定性分析方法取得了一定進(jìn)展，能夠從干旱災(zāi)害的次生災(zāi)害、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和造成影響等多個(gè)角度，對(duì)區(qū)域干旱災(zāi)害鏈進(jìn)行現(xiàn)象剖析[29-33]、成因分析[32-33]和減災(zāi)探討[30,34-35]。例如劉江龍等[36]構(gòu)建了廣東省區(qū)域的干旱災(zāi)害鏈，并提出干旱災(zāi)害的防御對(duì)策；姜逢清等[29]分析了干旱及其次生災(zāi)害之間的相關(guān)關(guān)系，論證了干旱災(zāi)害鏈相互依存的鏈?zhǔn)叫?yīng)；王勁松等[30]構(gòu)建和比較了西南和華南干旱災(zāi)害鏈，得出鏈上災(zāi)害傳遞具有區(qū)域性特征的結(jié)論；哈斯等[31]引入了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)草原干旱雪災(zāi)災(zāi)害鏈的發(fā)生過(guò)程進(jìn)行推理分析。但總體而言，目前針對(duì)干旱災(zāi)害鏈的研究仍相對(duì)薄弱，特別是干旱災(zāi)害鏈的形成機(jī)理、動(dòng)態(tài)構(gòu)鏈、演變形態(tài)、能量傳遞等更細(xì)致和定量的研究仍處于探索階段。

1 干旱災(zāi)害鏈的定義和研究發(fā)展階段

1.1 定 義

國(guó)內(nèi)外研究表明干旱可引發(fā)多種次生災(zāi)害，就暗含了干旱災(zāi)害鏈的思想[39-44]，同時(shí)災(zāi)害鏈的研究常提及干旱災(zāi)害鏈[45-46]。然而，目前干旱災(zāi)害鏈的研究尚缺乏直接、明確且廣泛認(rèn)可的定義。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中首次正式出現(xiàn)“干旱災(zāi)害鏈”的表述可追溯到1997年，文中論述了干旱不僅造成吉林省作物大幅度減產(chǎn)，還會(huì)導(dǎo)致沙漠化和荒漠化等次生災(zāi)害，成為其西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙[47]。此后，在關(guān)于干旱的研究中發(fā)現(xiàn)，干旱與其他相繼發(fā)生的災(zāi)害之間確實(shí)存在一定客觀關(guān)聯(lián)關(guān)系，并將這種關(guān)系統(tǒng)稱為干旱災(zāi)害鏈效應(yīng)[29,48]。而后，學(xué)術(shù)界從鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、階段性特征、災(zāi)變鏈?zhǔn)叫?yīng)等角度，對(duì)干旱災(zāi)害鏈進(jìn)行了初步定義和探索研究[30,34,37,49]。目前，從早期干旱與其次生災(zāi)害之間的線性相關(guān)到災(zāi)害的相互誘發(fā)和作用機(jī)制轉(zhuǎn)變，已經(jīng)形成了多種不同的定義，如表1所示。

表1 現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)干旱災(zāi)害鏈的典型定義和描述Tab.1 Definitions and descriptions of drought disaster chain in existing literatures

基于上述研究，首先干旱災(zāi)害鏈的定義必須與干旱災(zāi)害自身的演化過(guò)程進(jìn)行區(qū)分。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，干旱災(zāi)害是氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱、社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱和生態(tài)干旱之間的傳遞和轉(zhuǎn)化，這本身就是一種鏈狀的過(guò)程[50-52]。但這種鏈?zhǔn)叫?yīng)是在干旱這一災(zāi)種內(nèi)部，并不涉及其他災(zāi)種，將其稱為干旱演變或干旱傳播(drought propagation)更貼切。而干旱災(zāi)害鏈必須強(qiáng)調(diào)多災(zāi)種之間的因果關(guān)聯(lián)，必須表現(xiàn)為干旱災(zāi)害引發(fā)新的災(zāi)害類型(例如林火災(zāi)害)。其次應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，災(zāi)害鏈與次生災(zāi)害這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)在邏輯上的區(qū)別。次生災(zāi)害的定義對(duì)應(yīng)原生災(zāi)害，此時(shí)的原生災(zāi)害指受環(huán)境影響所直接造成的災(zāi)害，而次生災(zāi)害指由原生災(zāi)害引起的連帶性災(zāi)害或延續(xù)性災(zāi)害。災(zāi)害鏈與次生災(zāi)害兩者的區(qū)別在于：原生災(zāi)害與其所引起的次生災(zāi)害共同構(gòu)成了災(zāi)害鏈，次生災(zāi)害是災(zāi)害鏈內(nèi)涵中的一部分，因此災(zāi)害鏈的表述更能體現(xiàn)災(zāi)害系統(tǒng)的理念；并且從內(nèi)涵上，次生災(zāi)害的表述主要暗含時(shí)空上的先后關(guān)系，而災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋€(gè)復(fù)雜的災(zāi)情傳遞與放大的過(guò)程，不僅包含時(shí)空關(guān)聯(lián)，更強(qiáng)調(diào)物質(zhì)、能量與信息的關(guān)聯(lián)。

因此，干旱災(zāi)害鏈的定義應(yīng)反映干旱災(zāi)害引發(fā)其他災(zāi)害類別以及鏈?zhǔn)絺鬟f的系統(tǒng)性特點(diǎn)。在上述研究基礎(chǔ)上，將干旱災(zāi)害鏈的定義明確如下：干旱災(zāi)害和由此引發(fā)的一系列次生災(zāi)害，在時(shí)空、物質(zhì)、信息和能量上構(gòu)成多災(zāi)種鏈狀衍生的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并造成超過(guò)干旱本身負(fù)面影響的災(zāi)害現(xiàn)象。

1.2 研究發(fā)展階段

近20 a來(lái)，干旱災(zāi)害鏈的研究經(jīng)歷了2個(gè)典型的階段：第1階段為概念探討與定性分析階段，著重于干旱災(zāi)害鏈的現(xiàn)象描述和概念建立；第2階段為定性與定量相結(jié)合階段，著重于鏈?zhǔn)叫?yīng)分析、斷鏈減災(zāi)方法和系統(tǒng)減災(zāi)政策的探索。下面分別闡述每個(gè)階段的主要進(jìn)展。

概念探討與定性分析階段：自干旱災(zāi)害鏈的概念出現(xiàn)后，學(xué)術(shù)界便開(kāi)始從災(zāi)害演化的連鎖效應(yīng)角度研究干旱災(zāi)害的鏈?zhǔn)絺鬟f。主要是嘗試通過(guò)災(zāi)害事件發(fā)生的科學(xué)邏輯和經(jīng)驗(yàn)常識(shí)，從多災(zāi)種發(fā)生的時(shí)間順序和空間位置探索干旱災(zāi)害與其次生災(zāi)害之間的聯(lián)系，并構(gòu)建簡(jiǎn)單的干旱災(zāi)害鏈模式，以及對(duì)其成因進(jìn)行分析與解釋[29,48,53-54]。該階段對(duì)干旱災(zāi)害鏈的理解主要停留在災(zāi)害之間的線性相關(guān)，研究?jī)?nèi)容主要為災(zāi)害鏈的定性構(gòu)建及理論分析，提出的治災(zāi)措施也主要針對(duì)干旱災(zāi)害一種。因此，這一階段的研究較為基礎(chǔ)，并沒(méi)有深入探究災(zāi)害的傳遞過(guò)程定量建模與系統(tǒng)減災(zāi)。

定性與定量相結(jié)合階段：這一階段的研究逐漸重視多災(zāi)種數(shù)據(jù)收集、干旱災(zāi)害鏈演化過(guò)程分析、區(qū)域減災(zāi)對(duì)策制定等方面，并提出或引入了一些新的干旱災(zāi)害鏈判別和定量建模研究方法。這一階段的研究主要包括3種典型模式：第1種模式是基于多源數(shù)據(jù)對(duì)干旱與其他災(zāi)害事件之間的相關(guān)性進(jìn)行研究。例如CHRISTIAN等[38]使用多源遙感數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化蒸發(fā)壓力比，分析其時(shí)間演變，明確驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)需求的關(guān)鍵地表變量，進(jìn)而證明干旱是熱浪等事件的可能先兆和直接因素。第2種模式是通過(guò)系統(tǒng)整理多源災(zāi)害數(shù)據(jù)提取多類型災(zāi)害事件，構(gòu)建干旱災(zāi)害鏈的類型和關(guān)聯(lián)關(guān)系，并根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)提出治災(zāi)策略，最終實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)區(qū)域干旱災(zāi)害鏈和系統(tǒng)性防災(zāi)減災(zāi)的目標(biāo)。例如賈慧聰?shù)萚34]收集并整理了中國(guó)省級(jí)報(bào)刊中的災(zāi)害事件，建成了中國(guó)省級(jí)報(bào)刊災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)，以此作為自然災(zāi)害鏈研究的基礎(chǔ)，并針對(duì)災(zāi)害鏈整體提出了減災(zāi)對(duì)策。第3種模式是結(jié)合定量分析或數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)干旱災(zāi)害鏈發(fā)生機(jī)制進(jìn)行研究，以期有效應(yīng)對(duì)未來(lái)可能形成的災(zāi)情。例如哈斯等[31]利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了草原干旱雪災(zāi)災(zāi)害鏈建模，完成了研究區(qū)域因果型災(zāi)害鏈發(fā)生過(guò)程的推理分析，且模型預(yù)測(cè)效果良好，為次生災(zāi)情的預(yù)測(cè)提供了思路；deBRITO[37]利用序列模式挖掘算法得到了干旱災(zāi)害與其次生災(zāi)害之間的關(guān)系規(guī)則并進(jìn)行干旱級(jí)聯(lián)的路徑預(yù)測(cè)，形成了干旱影響的動(dòng)態(tài)化整體視圖。因此，這一階段的干旱災(zāi)害鏈研究開(kāi)始注重定性與定量相結(jié)合。上述3種研究模式各有側(cè)重，互為補(bǔ)充，體現(xiàn)了認(rèn)識(shí)和研究災(zāi)害鏈的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。

經(jīng)過(guò)上述2個(gè)階段的發(fā)展，干旱災(zāi)害鏈的定性分析已經(jīng)取得了一定成果，能夠初步掌握典型的干旱災(zāi)害鏈內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但由于干旱災(zāi)害系統(tǒng)中多災(zāi)種時(shí)空演變特征和能量傳播的復(fù)雜性，目前針對(duì)干旱災(zāi)害鏈的定量研究仍十分有限。因此，未來(lái)干旱災(zāi)害鏈的研究，不僅要基于前2個(gè)階段打下的良好基礎(chǔ)，還要融入多學(xué)科的交叉知識(shí)，特別是系統(tǒng)論的研究策略，攻克定量建模與鏈?zhǔn)酵评淼碾y題。

另一方面，在執(zhí)行過(guò)程中要堅(jiān)持以人為本，講究實(shí)事求是。管理者要對(duì)制度內(nèi)容和要求了然于胸，對(duì)于組織成員要一視同仁，獎(jiǎng)罰分明。其他組織成員要對(duì)管理制度清晰認(rèn)識(shí)，遵守制度。對(duì)于違反管理制度的成員要懲處，樹(shù)立制度的權(quán)威，促使組織成員從上到下自覺(jué)維護(hù)，保證制度對(duì)管理工作的高效作用。

2 干旱災(zāi)害鏈的主要研究?jī)?nèi)容

2.1 演化研究

災(zāi)害的演化過(guò)程伴隨著物質(zhì)、能量等信息的變化，這種演化過(guò)程一般用“鏈?zhǔn)疥P(guān)系”或“鏈?zhǔn)叫?yīng)”來(lái)表示[13]，其具體表現(xiàn)形式即為災(zāi)害鏈形態(tài)。目前，干旱災(zāi)害的連續(xù)性演化過(guò)程研究主要通過(guò)分析干旱與其多種次生災(zāi)害的關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面根據(jù)干旱災(zāi)害引發(fā)的不同次生災(zāi)害總結(jié)干旱災(zāi)害鏈中的演化機(jī)制。

(1)森林火災(zāi)。因干旱期間一般氣溫較高、空氣干燥，易導(dǎo)致森林火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展。已有研究證實(shí)了干旱和森林火災(zāi)之間的密切關(guān)聯(lián)[55-60]。例如1980年廣東惠陽(yáng)發(fā)生森林大火前，最長(zhǎng)連續(xù)干旱天數(shù)(日雨量小于等于3 mm)達(dá)104 d[36]；2003—2015年長(zhǎng)沙森林火災(zāi)一般發(fā)生在干旱持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)期[58]。干旱-森林火災(zāi)是目前最常見(jiàn)的干旱災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外研究較多[14,27,41]。

(2)病蟲(chóng)害。干旱形成了干燥炎熱的自然環(huán)境，非常有利于一些害蟲(chóng)的生殖、繁育和取食[29,61-62]，并有可能造成跨區(qū)域的影響。例如姜逢清等[29]通過(guò)分析干旱受災(zāi)面積與蝗災(zāi)受災(zāi)面積之間的線性相關(guān)性，證明了旱害和蝗災(zāi)具有時(shí)空同步性。在我國(guó)，半干旱區(qū)和干旱區(qū)的病蟲(chóng)害防治也一直是農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[63]。但干旱-病蟲(chóng)害的研究涉及到特定物種的成災(zāi)過(guò)程，研究難度相對(duì)較大。

(3)風(fēng)沙災(zāi)害。干燥的高溫天氣將導(dǎo)致近地面大氣劇烈的垂直對(duì)流，形成大風(fēng)等惡劣天氣。同時(shí)，大風(fēng)天氣會(huì)加劇水資源短缺引起土地沙化，形成惡性循環(huán)[14,27]。目前的研究通過(guò)統(tǒng)計(jì)干旱災(zāi)害與風(fēng)沙災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間和發(fā)生區(qū)域，論述兩者之間的時(shí)空同步性[34,64]。

(4)疫病。干旱形成了干燥溫暖的環(huán)境，適合一些病毒和細(xì)菌生存，并進(jìn)一步促進(jìn)它們的生物活性。特別是一些傳染性的細(xì)菌和病毒在干旱環(huán)境中具有極強(qiáng)的生物活性，如研究發(fā)現(xiàn)1820—1911年嶺南地區(qū)的霍亂流行常與干旱同時(shí)發(fā)生[65]，2002年發(fā)生的SARS在干旱少雨的地區(qū)更易滋生和傳播[66]。而且，長(zhǎng)期干旱易導(dǎo)致饑荒和飲用水源水質(zhì)惡化，使得人體免疫能力下降，導(dǎo)致疾病更易發(fā)生[67]。

(5)其他災(zāi)害。主要包括①農(nóng)業(yè)減產(chǎn)：干旱導(dǎo)致灌溉不足，農(nóng)作物減產(chǎn)；②地陷：干旱引起的水資源短缺，導(dǎo)致地下水大量開(kāi)采，若長(zhǎng)期嚴(yán)重超采將造成地陷災(zāi)害；③人畜飲水困難：持續(xù)干旱將造成水源枯竭，影響供水，導(dǎo)致人畜飲用水困難；④野生動(dòng)植物消亡：干旱導(dǎo)致水源減少甚至枯竭，影響自然環(huán)境下野生動(dòng)植物的生存和繁殖，并可能進(jìn)一步導(dǎo)致物種滅絕；⑤咸潮：干旱造成江河水位下降，導(dǎo)致海水入侵而誘發(fā)咸潮，進(jìn)一步加劇旱情。

2.2 分類研究

目前，干旱災(zāi)害鏈的分類主要基于其次生災(zāi)害種類，例如“干旱-蝗災(zāi)”災(zāi)害鏈、“干旱-火災(zāi)”災(zāi)害鏈以及“干旱-雪災(zāi)”災(zāi)害鏈等，這種初步的分類方法仍有很大的改進(jìn)空間[30,34,48]。良好的災(zāi)害鏈分類方法不僅要能夠完整地表述災(zāi)害鏈的表觀屬性，還要能夠刻畫(huà)災(zāi)害鏈的時(shí)空規(guī)律或者物質(zhì)特性，并在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮重要作用。這方面可參考其他類型災(zāi)害鏈的分類研究，例如李英奎等[17]利用單指標(biāo)分類法和分級(jí)分類兩種方法，從受災(zāi)體和致災(zāi)體兩個(gè)角度提出了泥沙災(zāi)害鏈的分類分級(jí)；帥嘉冰等[18]結(jié)合臺(tái)風(fēng)路徑以及區(qū)域地理環(huán)境特性對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈進(jìn)行了分類；鐘敦倫等[19]根據(jù)致災(zāi)因素的差異對(duì)山地災(zāi)害鏈進(jìn)行分類等。這些分類方法主要從災(zāi)害鏈的致災(zāi)因子、承災(zāi)體和孕災(zāi)環(huán)境等方面進(jìn)行更加科學(xué)的分類。因此，在未來(lái)的干旱災(zāi)害鏈研究中，可以從致災(zāi)因子之間的鏈?zhǔn)接|發(fā)作用、承災(zāi)體的不同類型、孕災(zāi)環(huán)境的特性以及演化過(guò)程的時(shí)空特征等方面進(jìn)行多維度分類。此處歸納了國(guó)內(nèi)外研究中的干旱災(zāi)害鏈[14,30,34,36,53-54,68-71]，并根據(jù)受災(zāi)對(duì)象的差異，判定并形成了人類社會(huì)和生態(tài)環(huán)境兩種典型的干旱災(zāi)害鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示。

圖1 最終作用于人類社會(huì)的干旱災(zāi)害鏈Fig.1 The chain of drought disaster affecting human society ultimately

圖2 最終作用于生態(tài)環(huán)境的干旱災(zāi)害鏈Fig.2 The chain of drought disaster affecting the natural environment ultimately

2.3 鏈?zhǔn)絺鬟f機(jī)理研究

災(zāi)害鏈的鏈?zhǔn)絺鬟f機(jī)理研究包括災(zāi)害鏈各個(gè)階段的劃分和描述、傳遞規(guī)律的分析、成災(zāi)機(jī)理研究(涉及致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損壞環(huán)等)等方面。這一部分的研究對(duì)干旱災(zāi)害鏈的分類和斷鏈減災(zāi)有重要意義，然而目前干旱災(zāi)害鏈的研究中鮮有涉及。其中王勁松等[30]的研究較有代表性，通過(guò)對(duì)比西南和華南干旱災(zāi)害鏈的異同，總結(jié)得出干旱災(zāi)害鏈傳遞過(guò)程的2個(gè)規(guī)律：干旱災(zāi)害鏈上災(zāi)害傳遞具有明顯的區(qū)域性特征；同一區(qū)域，對(duì)于不同承災(zāi)體而言，干旱等級(jí)的下傳閾值不同。在其他類型災(zāi)害鏈(如礦山災(zāi)害鏈)的研究中，通過(guò)類比災(zāi)害發(fā)育的規(guī)律將礦山災(zāi)害鏈的發(fā)育分為孕育、潛存和誘發(fā)3個(gè)階段，并引入致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)和損害環(huán)概念，實(shí)現(xiàn)礦山災(zāi)害鏈的災(zāi)害傳遞過(guò)程分析[20]。在公路滑坡災(zāi)害鏈的研究中，采用廣泛調(diào)研和專家咨詢的技術(shù)手段，從發(fā)育階段的表現(xiàn)特征中選定滑坡識(shí)別的相關(guān)因素集和評(píng)分，在此基礎(chǔ)上采用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)公路滑坡災(zāi)害的發(fā)育階段進(jìn)行識(shí)別[21]?？梢钥闯?，相比于其他的災(zāi)害鏈，當(dāng)前干旱災(zāi)害鏈的傳遞機(jī)理研究仍相對(duì)匱乏，仍需針對(duì)干旱災(zāi)害鏈的發(fā)生、發(fā)展和消亡機(jī)理開(kāi)展探索。

2.4 防治措施研究

災(zāi)害鏈的研究重點(diǎn)在于利用理論研究成果推理斷鏈減災(zāi)策略，這也是災(zāi)害鏈的研究有望系統(tǒng)地應(yīng)對(duì)災(zāi)害的核心原因[22,46]。目前干旱災(zāi)害鏈的防治措施主要集中于單一災(zāi)種的治理，較少涉及災(zāi)害鏈的綜合防治。典型的干旱災(zāi)害鏈防治研究成果包括4個(gè)方面：(1)針對(duì)一定區(qū)域的干旱災(zāi)害鏈過(guò)程提出預(yù)防措施，如劉江龍等[36]基于廣東省可能出現(xiàn)的7種干旱災(zāi)害鏈，從水利工程建設(shè)、水資源開(kāi)發(fā)利用和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等多個(gè)方面提出了應(yīng)對(duì)干旱災(zāi)害鏈的措施。(2)針對(duì)區(qū)域孕災(zāi)環(huán)境的特性提出防治措施，如賈慧聰?shù)萚34]充分考慮西北的干旱內(nèi)陸區(qū)、半干旱草原區(qū)和半濕潤(rùn)區(qū)的黃河流域中上游環(huán)境的差異，分別提出水源保護(hù)、荒漠化防治和水土流失防治的措施。(3)近年來(lái)，從孕源和傳遞路徑兩方面構(gòu)建斷鏈減災(zāi)對(duì)策已成為前沿主題[72-74]，這方面的研究起源于肖盛燮[13]提出的災(zāi)變鏈?zhǔn)嚼碚?，將鏈?zhǔn)诫A段劃分為早期、中期和晚期，并指出在災(zāi)害鏈的孕育階段斷鏈、中期防御和晚期治理的創(chuàng)新思想。例如劉磊等[20]在礦山災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式中提出了“初次斷鏈、預(yù)防斷鏈、災(zāi)后重建”方法。張影等[75]在地質(zhì)災(zāi)害鏈的研究中提出以破壞災(zāi)害鏈中某個(gè)或者多個(gè)“鏈環(huán)”的方式達(dá)到破壞鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)制的效果，或是以減少受災(zāi)體的數(shù)量、增強(qiáng)可能受災(zāi)體的抗災(zāi)能力等方式來(lái)避開(kāi)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的路徑。(4)從災(zāi)害管理的角度提出了針對(duì)的減災(zāi)措施，例如史培軍等[76]遵循區(qū)域自然災(zāi)害系統(tǒng)的鏈?zhǔn)教卣?，提出?yīng)實(shí)行綜合的行政管理模式。同時(shí)還需制定各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，達(dá)到災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)信息共建共享、資源高效利用的目的。

總之，當(dāng)前以斷鏈為核心的減災(zāi)策略已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，成為系統(tǒng)應(yīng)對(duì)干旱災(zāi)害鏈的方法內(nèi)核。目前其他災(zāi)害類型的斷鏈減災(zāi)實(shí)踐亦可用于干旱災(zāi)害鏈的研究中。但由于干旱災(zāi)害鏈的鏈?zhǔn)絺鬟f機(jī)理研究尚未成熟，目前還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)判災(zāi)害鏈的演化階段，制約了斷鏈減災(zāi)措施的推理效能。

3 干旱災(zāi)害鏈的主要研究方法

干旱災(zāi)害鏈的研究方法主要用于探討災(zāi)害鏈的形成與演化機(jī)制，分析鏈?zhǔn)綖?zāi)變過(guò)程的影響，主要包括定性分析法、相關(guān)分析法、基于概率模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的方法等。表2列舉了干旱災(zāi)害鏈研究中一些可行的方法，其中一部分已經(jīng)得到運(yùn)用，另一部分在理論上是可行的，需要在未來(lái)的研究中進(jìn)一步加以驗(yàn)證。

表2 干旱災(zāi)害鏈主要研究方法Tab.2 Main research methods for drought disaster chain

3.1 定性分析方法

定性分析是干旱災(zāi)害鏈的研究中應(yīng)用最廣泛的方法之一，主要用于分析旱災(zāi)與其次生災(zāi)害的鏈?zhǔn)桨l(fā)育機(jī)理，即干旱如何影響其他環(huán)境和社會(huì)因子并導(dǎo)致相關(guān)次生災(zāi)害的發(fā)生。已有研究通常從干旱所造成的短時(shí)水文異常切入，分析氣候、環(huán)境和動(dòng)植物之間相互關(guān)聯(lián)和彼此影響的關(guān)系。例如侯薇等[14]針對(duì)明代山西的五種干旱災(zāi)害鏈類型進(jìn)行了鏈?zhǔn)窖莼亩ㄐ苑治觯赋龈珊禃?huì)導(dǎo)致植被難以存活，長(zhǎng)期發(fā)展將形成以沙地為主的地表形態(tài)，而沙子的比熱容特性又會(huì)導(dǎo)致大風(fēng)天氣的產(chǎn)生，從而促進(jìn)土地進(jìn)一步沙化，這就完成了對(duì)“旱災(zāi)-植被減少-土地沙化”的定性分析；蘭明才等[58]研究發(fā)現(xiàn)干旱發(fā)生時(shí)一般空氣濕度低，水分蒸發(fā)大，可造成植被含水量下降，易導(dǎo)致森林火災(zāi)的發(fā)生，即定性分析了“干旱-森林火災(zāi)”災(zāi)害鏈的發(fā)生機(jī)制。但是該方法的研究相對(duì)基礎(chǔ)，還不能完全滿足對(duì)干旱災(zāi)害鏈演化規(guī)律和能量傳遞的分析要求。

3.2 相關(guān)分析方法

相關(guān)分析方法是一種常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)方法，從數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)層面提取兩種災(zāi)害之間存在的相關(guān)關(guān)系。例如姜逢清等[29]量化了旱災(zāi)程度、沙塵暴程度和蝗災(zāi)程度，通過(guò)建立折線(直方圖)和線性回歸分析得出新疆干旱分別與沙塵暴和蝗災(zāi)的顯著災(zāi)害鏈效應(yīng)；侯薇等[14]通過(guò)繪制大旱災(zāi)年份與沙漠化年份關(guān)系圖、森林火災(zāi)在干旱與非干旱年份的分布圖、旱災(zāi)時(shí)期發(fā)生蝗災(zāi)縣次及其所占比例圖、干旱與饑荒發(fā)生趨勢(shì)的對(duì)比圖等確定了明代山西干旱災(zāi)害與其次生災(zāi)害的響應(yīng)機(jī)制?？傮w來(lái)說(shuō)，相關(guān)性分析是適用范圍較廣的一種研究干旱災(zāi)害與其他災(zāi)害間響應(yīng)機(jī)制的方法，對(duì)數(shù)據(jù)的要求相對(duì)簡(jiǎn)單。但該方法主要反映的是統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，而不一定是邏輯因果關(guān)系，因此僅適用于干旱災(zāi)害鏈的初步構(gòu)建和統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證，還需要結(jié)合邏輯分析和歸因分析。

3.3 基于概率模型的研究方法

干旱災(zāi)害鏈構(gòu)成了一個(gè)鏈?zhǔn)降膫鞑ヂ窂?，在?shù)學(xué)上是一種有向圖，而有向圖中各節(jié)點(diǎn)的連接概率代表了災(zāi)種之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這成為災(zāi)害鏈研究的重點(diǎn)方向?；诟怕誓Ｐ偷难芯糠椒梢詮母怕式y(tǒng)計(jì)的角度定量地描述這種有向圖的關(guān)系[77]，方法框架見(jiàn)圖3。這一類方法的核心是先建立干旱災(zāi)害事件樹(shù)，再利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家打分等方法計(jì)算干旱災(zāi)害的次生災(zāi)害發(fā)生條件概率，分析各災(zāi)害之間的相互關(guān)系，構(gòu)建干旱災(zāi)害鏈。其中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可用于建模和推理復(fù)雜系統(tǒng)，也常用于災(zāi)害鏈的概率推理研究，例如哈斯等[31]已經(jīng)將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用于草原干旱雪災(zāi)災(zāi)害鏈的研究，其主要研究過(guò)程如圖4所示。在這一貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中，沒(méi)有任何災(zāi)害父節(jié)點(diǎn)的條件概率為其先驗(yàn)概率，而后驗(yàn)概率描述了干旱災(zāi)害發(fā)生后雪災(zāi)發(fā)生的概率。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析方法能夠?qū)ξ粗Ｊ降拇罅繌?fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，專家打分方法則能夠?qū)Υ罅侩y以定量分析的因素進(jìn)行合理估算。

圖3 基于概率模型的研究方法框架Fig.3 Research method framework based on probabilistic model

圖4 草原干旱雪災(zāi)災(zāi)害鏈的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理Fig.4 Bayesian network inference of drought and snow disaster chain in grassland

3.4 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究方法

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是一種基于圖論且具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)[78]，干旱災(zāi)害鏈天然地就可以被抽象為一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。其中，干旱及其次生災(zāi)害事件用網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)表示，災(zāi)害之間的關(guān)系用網(wǎng)絡(luò)的有向邊表示，對(duì)應(yīng)災(zāi)害的損失用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)表示[79]，然后基于建成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)計(jì)算干旱災(zāi)害鏈演化過(guò)程[80-81]。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)方法雖然已經(jīng)應(yīng)用于冰雪、暴雨、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)等災(zāi)害鏈[82-84]，但尚未應(yīng)用于干旱災(zāi)害鏈研究。例如賴勇等[23]排查可能導(dǎo)致硫化礦山炸藥自爆的事故隱患后，分析出各隱患之間的誘發(fā)關(guān)系，構(gòu)建了該事故的災(zāi)害系統(tǒng)拓?fù)鋱D，通過(guò)統(tǒng)計(jì)各事故隱患的出入度對(duì)其危險(xiǎn)性進(jìn)行了分析。在災(zāi)害事故的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)的出入度指的是可以引發(fā)子事故的父事故隱患數(shù)量和父事故可導(dǎo)致子事故隱患的數(shù)量[24]。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)該類方法在干旱災(zāi)害鏈的研究和應(yīng)用，如基于節(jié)點(diǎn)出入度分析各類次生災(zāi)害的危險(xiǎn)性，區(qū)分干旱災(zāi)害鏈的演化方式并提出針對(duì)性的斷鏈減災(zāi)措施。但在此過(guò)程中，除了研究干旱災(zāi)害鏈中各災(zāi)害之間的演化關(guān)系，還應(yīng)關(guān)注多災(zāi)種在時(shí)空上的關(guān)聯(lián)關(guān)系[77]。

3.5 其他研究方法

除了上述4類研究方法以外，還有一些研究方法在干旱災(zāi)害鏈研究中雖不常用，但預(yù)計(jì)也有較好效果。例如，歷史記錄法、成因分析法和預(yù)測(cè)法能夠得到干旱災(zāi)害的次生災(zāi)害類型并形成干旱災(zāi)害樹(shù)模型[25]；通過(guò)大量搜集災(zāi)害案例，也可建立災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行編碼，進(jìn)一步從中提取出干旱災(zāi)害鏈[34]；而經(jīng)驗(yàn)地學(xué)統(tǒng)計(jì)模型能夠得到某一災(zāi)害的最終災(zāi)情，盡管它對(duì)災(zāi)害的發(fā)展及傳播過(guò)程機(jī)制刻畫(huà)不足[10]；另外還可以利用以元胞自動(dòng)機(jī)為主的災(zāi)害系統(tǒng)模擬技術(shù)分析干旱災(zāi)害鏈的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程[28]；或者利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)干旱災(zāi)害及其次生災(zāi)害的等級(jí)進(jìn)行評(píng)估[25]；最后，還可以利用多源遙感數(shù)據(jù)提取干旱災(zāi)害鏈的時(shí)空分布特征信息[31,46]?？傊?，由于干旱災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋€(gè)涵蓋地理、氣象、水文、農(nóng)業(yè)、數(shù)學(xué)、社會(huì)和人文等多學(xué)科的復(fù)雜事件，因此具備系統(tǒng)論特征或針對(duì)鏈中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究方法，都將有用武之地。

4 干旱災(zāi)害鏈研究中存在問(wèn)題與研究趨勢(shì)

4.1 缺乏系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)

目前，干旱災(zāi)害鏈的研究大多側(cè)重于揭示干旱的時(shí)空分布規(guī)律、成因、干旱災(zāi)害與其他災(zāi)害之間的鏈?zhǔn)疥P(guān)系及產(chǎn)生機(jī)制[85-87]。但對(duì)比其他類型的災(zāi)害鏈研究，干旱災(zāi)害鏈的研究體系仍未系統(tǒng)地建立，例如干旱災(zāi)害鏈的分類尚不統(tǒng)一、適用于干旱災(zāi)害鏈研究的定量方法較少、干旱災(zāi)害鏈的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究不足以及干旱災(zāi)害鏈發(fā)育階段的識(shí)別不成熟。同時(shí)，與其他災(zāi)害鏈的研究類似，目前干旱災(zāi)害鏈的研究大多只針對(duì)災(zāi)害直接引發(fā)的次生災(zāi)害或是災(zāi)害鏈中的最后一種災(zāi)害作分析和評(píng)估，忽視了災(zāi)害鏈研究的系統(tǒng)性和過(guò)程性[35,76]。另外，由于缺乏災(zāi)害鏈意識(shí)和系統(tǒng)管理意識(shí)，干旱災(zāi)害鏈的預(yù)防管理模式仍局限于單一災(zāi)種的減災(zāi)管理。因此，在未來(lái)的研究中，亟需構(gòu)建適用于干旱災(zāi)害鏈的頂層研究體系，從災(zāi)變載體認(rèn)識(shí)、鏈?zhǔn)筋愋图耙?guī)律和鏈?zhǔn)诫A段識(shí)別與劃分入手，深入研究干旱災(zāi)害鏈的鏈?zhǔn)街聻?zāi)機(jī)理。同時(shí)，還需要充分理解災(zāi)害鏈災(zāi)情累積放大的效應(yīng)，結(jié)合孕源斷鏈減災(zāi)法、易控災(zāi)種斷鏈法以及系統(tǒng)管理手段，全面科學(xué)地制定干旱災(zāi)害鏈防治對(duì)策。

4.2 亟需更多的定量分析方法

早期大部分研究主要以定性分析的手段研究區(qū)域干旱災(zāi)害鏈的形成機(jī)制和傳遞方向，近些年出現(xiàn)了通過(guò)建立數(shù)學(xué)和物理模型來(lái)定量化研究干旱災(zāi)害鏈的創(chuàng)新工作[30-31,37-38]，但這方面的探索仍然未能完全明確不同區(qū)域內(nèi)各類干旱災(zāi)害鏈的致災(zāi)機(jī)理，因而無(wú)法直接支撐區(qū)域減災(zāi)工作。因此，未來(lái)干旱災(zāi)害鏈的深入研究依賴于定量分析方法的引入和創(chuàng)新，重點(diǎn)應(yīng)包括：(1)在研究?jī)?nèi)容上，應(yīng)定量化解析災(zāi)害鏈中的能量傳遞規(guī)律，預(yù)測(cè)后續(xù)災(zāi)害節(jié)點(diǎn)的類型和發(fā)生概率，從而精確量化干旱災(zāi)害鏈的風(fēng)險(xiǎn)，并為防災(zāi)減災(zāi)提供支撐；(2)在研究方法上，應(yīng)利用基于概率模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)干旱災(zāi)害鏈演化規(guī)律與特征進(jìn)行深入分析，或利用災(zāi)害鏈過(guò)程模擬等方法分析干旱災(zāi)害鏈的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)干旱災(zāi)害鏈形成過(guò)程的科學(xué)理解。

4.3 依賴多學(xué)科交叉融合策略

目前與干旱災(zāi)害鏈直接相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)量并不多，部分研究?jī)H涉及干旱及其引發(fā)的某一種次生災(zāi)害，部分研究則側(cè)重跨年際的災(zāi)害鏈規(guī)律研究[88-89]，并不是常規(guī)的鏈?zhǔn)綑C(jī)理研究。同時(shí)，當(dāng)前災(zāi)害鏈的構(gòu)建側(cè)重于探究干旱導(dǎo)致的某種或某些常見(jiàn)災(zāi)害之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)[31,90]，而新災(zāi)種的探索較為缺乏。因此，干旱災(zāi)害鏈的研究呈現(xiàn)出顯著的跨學(xué)科屬性，對(duì)研究者的學(xué)科背景有了更高的要求。為跳出特定學(xué)科研究的局限性，迫切需要與氣象學(xué)、水文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、信息科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)等一系列學(xué)科開(kāi)展交叉融合探索，才有可能科學(xué)地理解干旱災(zāi)害鏈的致災(zāi)機(jī)理。同時(shí)，未來(lái)干旱災(zāi)害鏈的研究應(yīng)該依托跨學(xué)科知識(shí)體系構(gòu)建研究路線，例如，近些年以深度學(xué)習(xí)為代表的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法不斷得到跨學(xué)科的應(yīng)用[89-90]，其具備的強(qiáng)大知識(shí)挖掘和邏輯推理能力，將有助于探索干旱災(zāi)害鏈的深層規(guī)律。

5 總結(jié)與展望

隨著災(zāi)害演化理論和災(zāi)變鏈?zhǔn)嚼碚摰难芯堪l(fā)展，災(zāi)害鏈研究已成為災(zāi)害領(lǐng)域研究的重要方向，相關(guān)的邏輯定義、技術(shù)方法和數(shù)據(jù)成果逐步成熟[91-94]。而干旱是我國(guó)頻發(fā)的氣象水文災(zāi)害，若能以干旱災(zāi)害鏈為核心，掌握其演化規(guī)律，將有望顯著提高防災(zāi)減災(zāi)決策的系統(tǒng)性和科學(xué)性，最大限度地減少多災(zāi)種造成的損失，具有極為重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值[3,15,28,33,35,49,95]。通過(guò)分析近20 a的相關(guān)研究，得到如下結(jié)論：(1)當(dāng)前干旱災(zāi)害鏈的研究仍處于初期，已有研究主要停留在災(zāi)害鏈現(xiàn)象的描述和分析層面，較少深入探討其內(nèi)在發(fā)生機(jī)制與過(guò)程變化，整體研究框架尚未建立；(2)當(dāng)前干旱災(zāi)害鏈的研究多為定性探討，缺乏鏈?zhǔn)竭^(guò)程的定量化研究，亟需復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和概率推理等量化建模方法；(3)干旱災(zāi)害鏈的鏈內(nèi)發(fā)育階段識(shí)別尚未成熟，斷鏈減災(zāi)方法較為欠缺，干旱災(zāi)害的系統(tǒng)化科學(xué)化管理仍存在巨大的發(fā)展空間；(4)干旱災(zāi)害鏈的研究需借鑒其他災(zāi)害鏈領(lǐng)域的研究方法，并依托多學(xué)科交叉策略，豐富研究?jī)?nèi)涵。

通過(guò)上述工作，基本明晰了當(dāng)前干旱災(zāi)害鏈的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了其中的關(guān)鍵內(nèi)容和核心方法，并指出了目前面臨的瓶頸問(wèn)題。未來(lái)的研究應(yīng)進(jìn)一步探索干旱災(zāi)害鏈的本質(zhì)規(guī)律，揭示構(gòu)鏈機(jī)制，并形成干旱災(zāi)害鏈研究的系統(tǒng)理論與方法。同時(shí)，應(yīng)注重將干旱災(zāi)害鏈的斷鏈減災(zāi)成果運(yùn)用于實(shí)際防災(zāi)減災(zāi)工作中，切實(shí)提高我國(guó)災(zāi)害系統(tǒng)的管理能力。