秦皇島市氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究及風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境區(qū)劃分

張寶貴，孫麗華，樊清華

（秦皇島市氣象局，河北 秦皇島 066000）

秦皇島市氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究及風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境區(qū)劃分

張寶貴，孫麗華，樊清華

（秦皇島市氣象局，河北 秦皇島 066000）

根據(jù)國(guó)際流行的災(zāi)害評(píng)估模式，通過(guò)對(duì)秦皇島市氣象災(zāi)害的分布和環(huán)境狀況的調(diào)查，建立風(fēng)險(xiǎn)要素和風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的隸屬關(guān)系矩陣，用層次分析法來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)要素權(quán)重的排序，憑借DPS數(shù)據(jù)處理軟件（Data Processing System） 計(jì)算權(quán)重，得到綜合脆弱度指數(shù)集合，獲得相關(guān)區(qū)域的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)得分。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)；風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分；氣象災(zāi)害；致災(zāi)因子；風(fēng)險(xiǎn)要素指標(biāo)

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概念模型

1.1 評(píng)估使用的概念

1.1.1 脆弱性

Rygel L等[1]提出了所謂脆弱性問(wèn)題的具體名稱；而White G F和Cutter S L[2～3]提出了自然災(zāi)害以及氣象災(zāi)害領(lǐng)域的脆弱性定義:脆弱性是在自然災(zāi)害的不利影響下，社會(huì)、人口遭受損害的程度或可能性。

1.1.2 脆弱性的內(nèi)涵

脆弱性包含三層含義[4]: （1） 它表明系統(tǒng)、群體和個(gè)體存在內(nèi)在的不穩(wěn)定性； （2） 該系統(tǒng)、群體或個(gè)體對(duì)外界的干擾和變化比較敏感；（3） 在外來(lái)干擾和外部環(huán)境變化的威脅下，該系統(tǒng)、群體或個(gè)體易遭受某種程度的損失或損害。

1.1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估使用的術(shù)語(yǔ)

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，使用的術(shù)語(yǔ)有:敏感性、適應(yīng)能力、應(yīng)對(duì)能力、恢復(fù)力等，它們用來(lái)描述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程。

敏感性是由“承災(zāi)體”本身的物理特性決定的，接受一定強(qiáng)度的打擊后，受到損失的難易程度，是由“承災(zāi)體”自身性質(zhì)決定的，高敏感性意味著高脆弱性。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中風(fēng)險(xiǎn)因素分析

風(fēng)險(xiǎn)因素的內(nèi)涵包括物質(zhì)的暴露程度、暴露物質(zhì)的敏感性、暴露物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性脆弱的社會(huì)因素和經(jīng)濟(jì)因素。

1.2.1 物質(zhì)的暴露程度

物質(zhì)的暴露程度是指暴露在氣象災(zāi)害影響范圍之內(nèi)的承災(zāi)體數(shù)量或者價(jià)值，是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)存在的必要條件。承災(zāi)體的暴露取決于氣象災(zāi)害的危險(xiǎn)性和區(qū)域內(nèi)承災(zāi)體總量。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

所謂的評(píng)價(jià)過(guò)程，就是找出各種指標(biāo)對(duì)單一災(zāi)害或者綜合災(zāi)害體系的關(guān)聯(lián)程度即所謂的隸屬程度，計(jì)算出各指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)體系所占的權(quán)重，即可完成脆弱程度或者風(fēng)險(xiǎn)承受能力的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指數(shù)（指標(biāo)） 主要由暴露程度指數(shù)、敏感性指數(shù)、災(zāi)害本體指數(shù)構(gòu)成。

涉及災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)要素指標(biāo)很多，具體見(jiàn)

2.1.2.2 脆弱性要素指標(biāo)的選取。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)性分析

1.3.1 自然災(zāi)害的相對(duì)優(yōu)先權(quán)計(jì)算

調(diào)查各種天氣災(zāi)害的出現(xiàn)頻率、影響程度和范圍、物質(zhì)和人員損失情況等，給出區(qū)域的影響等級(jí)和潛在損毀等級(jí)值。頻率、區(qū)域影響和潛在損毀“等級(jí)值”用數(shù)字1～5來(lái)表示，1為低級(jí)別，5為高級(jí)別。通過(guò)公式:總得分=（頻率+影響等級(jí)） ×潛在損毀等級(jí)來(lái)計(jì)算，該總得分就是所謂確定災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分?jǐn)?shù)，也叫相對(duì)優(yōu)先權(quán)?？梢杂孟鄬?duì)優(yōu)先權(quán)得分計(jì)算出各種主要災(zāi)害的得分。

表1 天氣災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性（優(yōu)先權(quán)） 得分

平均影響頻率是每年出現(xiàn)某種災(zāi)害的平均次數(shù)；影響等級(jí)根據(jù)人員和物質(zhì)的損失情況，用數(shù)字1～5來(lái)劃分，有人員死傷的等級(jí)高；潛在損毀等級(jí)是由氣象災(zāi)害引起的次生災(zāi)害的損失程度用數(shù)字1～5來(lái)劃分。

1.3.2 幾類天氣災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)得分

“風(fēng)險(xiǎn)得分”概念的內(nèi)涵是:不考慮風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)所將會(huì)給出“0”得分，風(fēng)險(xiǎn)逐步增加到一定的程度加“1點(diǎn)”，設(shè)定其最高風(fēng)險(xiǎn)得分是“5”，風(fēng)險(xiǎn)得分“1”表明風(fēng)險(xiǎn)存在，“2” 表示遭受風(fēng)險(xiǎn)較低，“3”表示可能遭受風(fēng)險(xiǎn)，“4”表示很容易遭受風(fēng)險(xiǎn)，“5”表示極易遭受風(fēng)險(xiǎn)。因此“風(fēng)險(xiǎn)得分”的內(nèi)涵就是某種災(zāi)害發(fā)生可能性的得分，與災(zāi)害的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。

表2 海岸線附近大風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)得分

表2說(shuō)明了近海海域?qū)τ诖箫L(fēng)級(jí)別的敏感性，港口及遠(yuǎn)洋貨輪只對(duì)11級(jí)以上臺(tái)風(fēng)或大風(fēng)敏感，小船相對(duì)于海上大風(fēng)是脆弱的。

表3 沿海地區(qū)及近岸海域濃霧風(fēng)險(xiǎn)得分

由此可見(jiàn)，本地沿海高速公路、海上交通、港口作業(yè)以及民航飛機(jī)起降（山海關(guān)機(jī)場(chǎng)距離海岸線5 km）對(duì)濃霧具有較強(qiáng)的敏感性。

表4反映了風(fēng)暴潮對(duì)低洼地影響有明顯影響，因此沿海地域海拔高程低于2m或者1.5 m的低洼地對(duì)風(fēng)暴潮高度敏感。

表4 風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)得分

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)方法

2.1 評(píng)估技術(shù)、方法

2.1.1 建評(píng)估關(guān)系集合

承災(zāi)體所面臨的風(fēng)險(xiǎn)是由本身的脆弱和環(huán)境脆弱構(gòu)成的，面對(duì)同樣的災(zāi)害沖擊力，承災(zāi)體的本身性質(zhì)和環(huán)境差異，很大程度上其影響抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。因此災(zāi)害評(píng)估不僅是對(duì)災(zāi)害本身（氣象災(zāi)害、地震、環(huán)境災(zāi)害等） 的評(píng)估。

脆弱性是由多個(gè)脆弱性因素決定的，每個(gè)脆弱性因素又往往由多個(gè)脆弱性因子所組成，任何一個(gè)因子都無(wú)法作出確定性的脆弱性評(píng)判，每一個(gè)因子的判定具有不確定性，因此可以用模糊綜合評(píng)判方法[5]來(lái)建立因素集、綜合評(píng)價(jià)集以及權(quán)重集。具體定義如下:

（1） 為因子集合，是承災(zāi)體脆弱性“綜合評(píng)價(jià)要素指標(biāo)”集合，U是一個(gè)矩陣。

（2） 為某一個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域的各因子指標(biāo)的模糊性狀，表示各要素的脆弱性程度，分為五級(jí)的評(píng)價(jià)集合，V是模糊向量。

綜合評(píng)價(jià)模糊標(biāo)準(zhǔn) V=｛v1， v2， v3， v4， v5｝={低脆弱性，較低脆弱性，中等脆弱性，較高脆弱性，高脆弱性}。脆弱性指標(biāo):V1=1，V2=2，V3=3，V4=4，V5=5。比如評(píng)價(jià)指標(biāo)日最大降雨量u5，其真值u5=200 mm，則其模糊形狀的標(biāo)準(zhǔn)為v5=5=高度脆弱。

（3） 為權(quán)重集（各指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)權(quán)重集合），權(quán)重集的確定有多種方法，層次分析法[6]的基本思路是把復(fù)雜問(wèn)題分解成一個(gè)一個(gè)的因素，按支配關(guān)系把相關(guān)因素分組，形成一定的層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩兩比較的方式來(lái)確定諸要素的相對(duì)重要性。

（4） 為模糊綜合評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)集合，可以采用構(gòu)造隸屬函數(shù)，確定隸屬度和求取評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重來(lái)確定。隸屬函數(shù)的確定:參考一些典型的函數(shù)構(gòu)造所需要的隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)包括偏小型隸屬函數(shù)、偏大型隸屬函數(shù)等。筆者用偏小型降半梯形分布和偏大型升半梯形分布隸屬函數(shù)進(jìn)行評(píng)判。

U集合和V集合之間的關(guān)系可以用模糊關(guān)系矩陣R來(lái)表示:R代表了每個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)每一級(jí)脆弱性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬程度，可以把隸屬度看成是脆弱性指標(biāo)因素的性狀數(shù)據(jù)和脆弱性等級(jí)的函數(shù)。

矩陣R就是脆弱性因子與脆弱性程度的模糊關(guān)系。根據(jù)模糊關(guān)系的定義，rkj表示第某個(gè)研究區(qū)域第k個(gè)評(píng)價(jià)因子的數(shù)值，可以被評(píng)為第j級(jí)脆弱性的可能性，即k對(duì)于j的隸屬度。因此模糊關(guān)系矩陣R中的第k行Rk=rk1rk2…rkn（k=1，2，……5），實(shí)際上代表了第k個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)承災(zāi)體各級(jí)脆弱性標(biāo)準(zhǔn)的隸屬性。

而模糊關(guān)系矩陣中的第j列Rj=r1jr2j…rmj（j=1，2，……5）則代表了各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)第j級(jí)承災(zāi)體脆弱性標(biāo)準(zhǔn)的隸屬性。

在綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊關(guān)系集合R和權(quán)重w確定以后，模糊綜合評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)（綜合脆弱度指數(shù)集合） 為:

“○”為模糊合成算子。根據(jù)模糊集的運(yùn)算法則，有采用小中取大、取最大值以及加權(quán)平均模型等原則，最終確定向量S值。依據(jù)最大隸屬性原則，評(píng)判結(jié)果取最大分量。其分量計(jì)算公式見(jiàn)公式 （8）。

2.1.2 各個(gè)集合元素的計(jì)算

2.1.2.1 隸屬函數(shù)的計(jì)算

考慮到各指標(biāo)量級(jí)不完全相同，各指標(biāo)的單位不盡一樣，應(yīng)該把各類量綱不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采用某種方式換算成具有可比性的數(shù)值。因此必須將樣本矩陣U和模糊性狀矩陣V中的元素歸一化，轉(zhuǎn)變?yōu)?[0，1]區(qū)間內(nèi)取值。樣本矩陣U、模糊性狀矩陣V可通過(guò)歸一化公式（7） 計(jì)算。

xi為歸一化前的原始數(shù)據(jù)。

所有要素歸一化后，可通過(guò)構(gòu)建隸屬函數(shù)的方式，通過(guò)隸屬度的計(jì)算（公式a～e），建立脆弱性指標(biāo)的性狀數(shù)據(jù)和脆弱性等級(jí)的關(guān)系:

Xk為歸一化后的脆弱性指標(biāo)性狀數(shù)據(jù)，v為脆弱性（等級(jí)） 模糊標(biāo)準(zhǔn)值，rkj為隸屬程度值，取值范圍: 0≤rkj≤1。

2.1.2.2 脆弱性要素指標(biāo)的選取和權(quán)重的計(jì)算

參考沿海城市脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合脆弱性評(píng)價(jià)方法[7]，用頻率統(tǒng)計(jì)法預(yù)選關(guān)鍵指標(biāo)。然后采用特爾菲專家咨詢法去除部分不合理指標(biāo)，最后用層次分析法（Analytic Hierarchy Process） 對(duì)預(yù)選指標(biāo)進(jìn)一步篩選，最后確定圖1所示的指標(biāo)體系，分層次排出圖1。

圖1 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合承受能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.2.3 脆弱要素指標(biāo)的單位和統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法

根據(jù)國(guó)內(nèi)自然（氣象）災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的劃分[8～9]、國(guó)外主要災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境評(píng)估方法與評(píng)估模型[10]，對(duì)大風(fēng)、大霧、洪水、風(fēng)暴潮日數(shù)等要素進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估。資料選取《2009版秦皇島年鑒》、 《撫寧縣志》、 《昌黎縣志》、《秦皇島環(huán)境年鑒》、 《秦皇島市志》，秦皇島政府網(wǎng)站，昌黎縣、撫寧縣、海港區(qū)、北戴河區(qū)及山海關(guān)區(qū)政府網(wǎng)站的公開(kāi)數(shù)據(jù)。氣象資料取自相關(guān)監(jiān)測(cè)站歷史資料。

確定要素指標(biāo)之后，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)得分和相對(duì)優(yōu)先權(quán)的計(jì)算，把各種氣象災(zāi)害要素加入重要度比較矩陣，依照?qǐng)D2的順序進(jìn)行兩兩比較，計(jì)算各層次的層次權(quán)重以及總排序權(quán)重。

按照層次分析法，其要素指標(biāo)權(quán)重流程是:開(kāi)始→二、三層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)造數(shù)據(jù)→構(gòu)成判斷矩陣→按每個(gè)層次單排序；若CR＞0.1，返回開(kāi)始，若＜0.1，則總排序→顯示結(jié)果。流程見(jiàn)圖2。

圖2 層次分析法確定權(quán)重的流程

計(jì)算權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，用DPS（Data Processing System） 數(shù)據(jù)處理軟件。計(jì)算可得表5。

表5 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合承受能力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)公式（a～e） 計(jì)算因子對(duì)各級(jí)脆弱程度的隸屬值，見(jiàn)表6。

表6 各縣區(qū)氣象災(zāi)害及相關(guān)要素的隸屬函數(shù)值

3 氣象災(zāi)害脆弱強(qiáng)度的計(jì)算

其中rkj為某區(qū)域第k種因子指標(biāo)歸屬于j級(jí)模糊標(biāo)準(zhǔn)值的隸屬函數(shù)值，wk為相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重。

用公式（7） 分別對(duì)各縣區(qū)進(jìn)行計(jì)算，可得出各縣區(qū)的脆弱度指數(shù)。公式（7） 是公式（8）的各分量求和運(yùn)算表達(dá)。其結(jié)果如圖3所示。

圖3反映了沿海各區(qū)縣相對(duì)脆弱的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，因?yàn)橥ㄟ^(guò)歸一化后，判斷標(biāo)準(zhǔn)矩陣的取值范圍在0～1，而0表示低脆弱性，1表示高脆弱性。根據(jù)表3的結(jié)果，可以劃分出各個(gè)區(qū)縣的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度，評(píng)估結(jié)果是:昌黎縣風(fēng)險(xiǎn)最高，撫寧縣和山海關(guān)區(qū)次之，海港區(qū)和北戴河區(qū)相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)最低。山海關(guān)和撫寧的風(fēng)險(xiǎn)為中等偏上，昌黎縣具較高脆弱性，但還沒(méi)有達(dá)到高度脆弱。

圖3 秦皇島各縣區(qū)氣象災(zāi)害脆弱性評(píng)估結(jié)果

[1]RYGEL L.，O'SULLIVAN D.， YA MAL B..A Method for Constructing a Social Vulnerability Index:An Application to Hurricane Storm Surges in a Developed Country.Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change[J].2006，11（ 3):741-764.

[2]WHITE G.F.，NATURAL HAZARDS.Oxford:Oxford University Press，1974.

[3]CUTTER S.L.Living with risk:The Geography of Technological Hazards.London:Edward Arnold，1993.

[4]李鶴，張平宇，程葉青.脆弱性的概念及其評(píng)價(jià)方法[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2008，27（ 2):18-25.

[5]樊運(yùn)曉，高朋會(huì)，王紅娟.模糊綜合評(píng)判區(qū)域承災(zāi)體脆弱性的理論模型[J].災(zāi)害學(xué)， 2003，18（ 3):20-23.

[6]樊運(yùn)曉.區(qū)域承災(zāi)體脆弱性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定[J].災(zāi)害學(xué)，2001，16（ 1):85-87.

[7]許世遠(yuǎn)，王軍，石純，等.沿海城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究[J].地理學(xué)報(bào),2006，61（ 2):127-138.

[8]孫蕾.沿海城市自然災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)研究——以上海市沿海六區(qū)縣為例[D].上海:華東師范大學(xué)，2007:1-54.

[9]章國(guó)材.氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃方法[M].北京:氣象出版社，2010.

[10]葛全勝，鄒銘，鄭景云.中國(guó)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估初步研究[M].北京:科學(xué)出版社，2008.

Technical Study of the Risk Assessment on the Meteorological Disaster and Risky Environment Region Division

Zhang Baogui,Sun Lihua,Fan Qinghua
（Qinhuangdao Meteorological Bureau,Qinhuangdao Hebei066000,China）

According to the international common method for the risk assessment,by researching the distribution of the meteorological disaster and environment conditions in Qinhuangdao,it constructed the subordinating relationship matrix between risk factors and risk levels,and determined the sequence of the weighting on the risk factors using the analytic hierarchy process,calculated the weight by DPS data processing software,got the comprehensive relating set of vulnerability index and the risk score of the weather disaster on the relevant region.

technology for risk assessment； division of risky region； formative factors of meteorological disaster；risk factor index

X4

A

1008-813X（2012）02-0028-06

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.02.008

2012-02-02

河北省氣象局科研開(kāi)發(fā)基金項(xiàng)目《河北氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究》 （09ky14-01）

張寶貴（1964-），男，河北秦皇島人，畢業(yè)于成都?xì)庀髮W(xué)院天氣動(dòng)力學(xué)專業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境與氣象關(guān)系的研究。