浙江省臺風災(zāi)害風險區(qū)劃研究

周小梅，杜清運,2,3,4，彭 瑞

（1.武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079； 2.武漢大學 地理信息系統(tǒng)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079；3.武漢大學 數(shù)字制圖與國土信息應(yīng)用工程國家測繪地理信息局重點實驗室，湖北 武漢 430079；4.武漢大學 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079；5. 浙江省地理信息中心，浙江 杭州 310012）

氣候變化引起的極端天氣災(zāi)害已經(jīng)成為科學家、政府和公眾廣泛關(guān)注的全球性問題[1]。自然災(zāi)害風險管理是災(zāi)害學科的重要研究領(lǐng)域[2]，而臺風災(zāi)害是影響我國沿海地區(qū)的主要自然災(zāi)害之一。在臺風災(zāi)害風險管理過程中，臺風災(zāi)害風險區(qū)劃是臺風風險管理的重要依據(jù)，是防御臺風災(zāi)害的基礎(chǔ)[3]。

臺風災(zāi)害往往是多因素驅(qū)動結(jié)果，臺風災(zāi)害風險評估常用的方法主要包括基于歷史數(shù)據(jù)的資料分析法、基于指標體系的評估模型法、基于數(shù)值模擬的危險性分析法和情景分析法等[4]。總體而言，數(shù)學方法應(yīng)用及風險定量化表達已成災(zāi)害風險評估趨勢[5]。從自然災(zāi)害系統(tǒng)的角度出發(fā)，考慮到致災(zāi)因子危險性，孕災(zāi)環(huán)境脆弱性和承災(zāi)體暴露度的求解綜合風險度指標的研究數(shù)量逐年上升[6]，這表明，基于指標體系的模型評估法在臺風風險評價和風險區(qū)劃研究中占主導地位。

對于處于我國東部沿海的浙江省來說，臺風災(zāi)害是造成經(jīng)濟損失和制約社會發(fā)展的主要自然災(zāi)害之一。本文根據(jù)災(zāi)害理論建立評價模型對浙江省臺風災(zāi)害風險評估并進行風險區(qū)劃，評價因子覆蓋時序臺風強度、較短時間內(nèi)無明顯變化空間環(huán)境以及人文社會經(jīng)濟等因素，其全面性使得評價結(jié)果更能符合災(zāi)害管理的需要，更能為浙江省臺風災(zāi)害風險區(qū)劃提供參考。

1 資料和方法

1.1 資料來源

本文中臺風（1949～2002年進入20°N以北，128°E以西范圍或者在海南登陸的臺風）、河網(wǎng)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生程度、植被覆蓋度與耕地面積、防汛物資倉庫、堤防、海塘以及浙江省行政區(qū)劃等數(shù)據(jù)來源于浙江省地理信息中心； DEM數(shù)據(jù)來源于STRM（http://srtm.csi.cgiar.org）（由美國太空總署（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯(lián)合測量）；人口、GDP等統(tǒng)計數(shù)據(jù)（2012）來源于浙江省統(tǒng)計局。

1.2 研究方法

1.2.1 災(zāi)害研究理論

史培軍[7]等的災(zāi)害理論仍是當今臺風災(zāi)害風險評價的主要理論。結(jié)合該理論，將臺風災(zāi)害系統(tǒng)劃分為致災(zāi)因子，孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體三大子系統(tǒng)。災(zāi)害風險表示如下[8]：

式中，Rist表示災(zāi)害風險；E表示孕災(zāi)環(huán)境風險性；H表示致災(zāi)因子風險性；V表示承災(zāi)體脆弱性。

據(jù)此，本文中致災(zāi)因子風險性、孕災(zāi)環(huán)境風險性、承災(zāi)體脆弱性分別用不同的因素來綜合描述，如圖1所示。

圖1 臺風災(zāi)害評估結(jié)構(gòu)

1.2.2 權(quán)重確定方法

本文中各指標對于臺風災(zāi)害風險的貢獻程度不同，用層次分析法確定指標權(quán)重。層次分析法（AHP， Analytic Hierarchy Process）被廣泛運用于決策分析中[9]，能夠解決將定性風險因素定量化的問題，在自然災(zāi)害風險識別研究中具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用價值[10]。

利用層次分析法計算圖1中各指標權(quán)重，得出上層評價指標（致災(zāi)因子風險性、地形風險性、孕災(zāi)環(huán)境風險性、內(nèi)在脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)能力、承災(zāi)體脆弱性、臺風災(zāi)害風險）的隨機一致性比率CR值分別為（0,0,0.030,0.034,0.003,0,0.016），均小于等于0.1，通過一致性檢驗，對應(yīng)的權(quán)重分別如表1所示。

表1 指標權(quán)重（指標/權(quán)重）

2 浙江省臺風災(zāi)害風險評估

2.1 致災(zāi)因子各因子影響指數(shù)

以臺風中心附近的最大風速來表示臺風大風的強度，并用路徑寬度來表示其相對大?。▓D2a）。計算臺風移動路徑面在區(qū)域內(nèi)所占的面積比率，歸一化后得出臺風大風指數(shù)（圖2b）。利用同時間段內(nèi)歸一化的臺風過境時的降雨量與臺風影響時長（單位：d）的乘積之和表示臺風暴雨的強度指數(shù)（圖2c）。

圖2 致災(zāi)因子各因子及其影響指數(shù)

2.2 孕災(zāi)環(huán)境各因子影響指數(shù)

2.2.1 地形風險指數(shù)

地形風險利用高程和相對高程差（度量一個地區(qū)相鄰范圍內(nèi)的地形起伏的指標）來描述。高程和相對高程差越小則遭受臺風暴雨的影響越大。對DEM數(shù)據(jù)運算得出平均高程（圖3a1）與平均相對高程差（圖3b1），并分區(qū)計算平均值，歸一化后分別得出風險指數(shù)（圖 3a2、3b2）。

2.2.2 河網(wǎng)風險指數(shù)

洪水是臺風暴雨帶來的主要次生災(zāi)害之一，離河道越近一般遭受洪水災(zāi)害的可能性越大。用河網(wǎng)密度來描述一個地區(qū)的河網(wǎng)風險指數(shù)。分區(qū)統(tǒng)計各地河網(wǎng)（圖3c1）密度，歸一化后得出河網(wǎng)風險指數(shù)（圖 3c2）。

2.2.3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)

將地質(zhì)災(zāi)害相對易發(fā)生程度分布（圖3d1）分區(qū)統(tǒng)計，計算相對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生程度（圖3e1），即各地區(qū)歸一化的不同級別地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生程度的區(qū)域面積與權(quán)重乘積之和，其中，0～4級地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生程度的區(qū)域的權(quán)重分別為5、4、3、2、1。

2.2.4 植被覆蓋程度指數(shù)

根據(jù)土地利用情況（圖3e1）計算各地區(qū)植被覆蓋程度，歸一化后得到植被覆蓋程度指數(shù)（圖3e2）。

圖3 孕災(zāi)環(huán)境各因子指數(shù)

2.3 承災(zāi)體各指標影響指數(shù)

2.3.1 承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性指標

人口密度越大、經(jīng)濟越發(fā)達、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平越高的地區(qū)在臺風過境過程中遭受的損失越多。利用人口密度、人均GDP、地均GDP、耕地面積比重、農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟中占比等因素描述承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性，分別歸一化后得出各因素相關(guān)指數(shù)，如圖4所示。

圖4 承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性各因子影響指數(shù)

2.3.2 防災(zāi)救災(zāi)能力指標

防災(zāi)救災(zāi)能力即地區(qū)對臺風災(zāi)害的抵抗能力，用防汛物資倉庫密度、海塘、堤防等進行描述。對防汛物資倉庫進行核密度分析，并計算平均防汛物資倉庫密度（圖5a），歸一化后得出防汛物資倉庫密度指數(shù)（圖5b）；海塘和堤防指數(shù)（圖5c、5d）用各地區(qū)歸一化的不同級別海塘或堤防長度與權(quán)重乘積之和來表示，其中，1～5級海塘或堤防的權(quán)重分別為5、4、3、2、1。

圖5 防災(zāi)救災(zāi)能力各因子及其影響指數(shù)

2.4 浙江省臺風災(zāi)害風險區(qū)劃

根據(jù)1.2.2中計算得出的權(quán)重以及2.2中計算得出的各指標影響指數(shù)，得出致災(zāi)因子風險性、孕災(zāi)環(huán)境風險性、承災(zāi)體脆弱性以及浙江省臺風災(zāi)害風險區(qū)劃如圖6所示。

圖6 臺風災(zāi)害子系統(tǒng)風險性/脆弱性與浙江省臺風災(zāi)害風險區(qū)劃

3 結(jié) 語

本文以災(zāi)害研究理論為基礎(chǔ)，綜合歷史臺風數(shù)據(jù)和自然地理因素以及人文社會因素，對浙江省臺風災(zāi)害進行了全面的風險評估，得出了更具有決策支持意義的臺風災(zāi)害風險區(qū)劃結(jié)果，可為臺風災(zāi)害管理提供參考。從結(jié)果中得出：

1）浙江省臺風災(zāi)害風險性存在地域性差異，總體上，從沿海到內(nèi)陸變化趨勢為逐漸遞減。

2）從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體3個方面來看，臺風災(zāi)害風險性等級相同的地區(qū)，其災(zāi)害子系統(tǒng)風險性的相對大小對臺風災(zāi)害總風險性的貢獻不一。

以上結(jié)果可以作為臺風災(zāi)害管理的依據(jù)。臺風災(zāi)害存在地域性差異，為減少臺風災(zāi)害造成的損失，宜根據(jù)地域風險性大小來合理分配災(zāi)害管理資源，以節(jié)約災(zāi)害管理成本。由于臺風災(zāi)害是多因素共同作用下的結(jié)果，宜從災(zāi)害成因的角度制定合理的災(zāi)害管理方案，例如，承災(zāi)體脆弱性較強導致的臺風災(zāi)害風險較大的地區(qū)，可以通過增加防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施投資來預(yù)防和減少臺風災(zāi)害；由于致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境往往是自然形成的，致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境風險性較大的地區(qū)，宜采取措施增加防范，同時在未來區(qū)域規(guī)劃時考慮自然環(huán)境可能帶來的災(zāi)害影響等。