气象灾害风险区划指标与风险模型

一、气象灾害风险区划指标与风险模型

（一）气象灾害风险区划评价指标的选取

气象灾害的致灾因子主要是能够引发灾害的气象事件，对气象灾害致灾因子的分析，主要考虑引发灾害的气象事件出现的时间、地点和强度。气象灾害强度、出现概率取决于宁波市境内常规气象站和自动气象站的气象要素资料，包括强降水、高温、低温、大风、冰雹、低能见度、冰冻、大雪等致灾因子的出现概率和分布。

孕灾环境与承灾体潜在易损性，包括人类社会所处的自然地理环境条件（地形地貌、地质构造、DEM、河流水系分布、土地利用现状等），社会经济条件（人口分布、经济发展水平等），人类的防灾抗灾能力（防灾设施建设、灾害预报预警水平、减灾决策与组织实施的水平等）等。

（二）气象灾害风险区划评价指标的量化

根据不同灾种风险概念框架选取不同的指标。由于所选指标的单位不同，为了便于计算，选用以下公式将各指标量化成可计算的0~10之间的无向量指标：

其中：X^'_ij与X_ij相应表示象元j上指标i的量化值和原始值，X_imɑxj表示指标i在所有象元中的最大值。

（三）气象灾害风险区划因子的网格化

在GIS平台上，将所有风险区划因子落实到100m×100m的网格上进行处理。对于致灾因子利用Kriging方法进行插值,获取象元大小为100m×100m的栅格数据；对于栅格数据因子，如果象元大小不是100m×100m，将其重采样为100m×100m。

对于承灾体，应用基于GIS技术的图层叠置法进行网格化，这种方法能够反映区域灾害承灾体潜在易损性的空间差异。对于气象灾害，不同的下垫面类型很大程度上决定了其承灾体脆弱性的程度。同时，不同的土地利用类型代表了不同的下垫面类型。根据土地利用类型的一级分类标准以及宁波的实际情况，将宁波市土地利用类型分为居民用地、城镇用地、水域、旱地、林地、草地和水田。

在不同土地利用类型基础上，综合考虑每种下垫面类型上气象灾害对土地利用类型潜在易损性指标的分布和程度，确定气象灾害对不同土地利用类型的潜在易损性权重系数。将基于不同土地利用类型上气象灾害潜在易损性指数做定量化计算。在计算过程中，网格化后得到的网格区域可能落在多个源区域，根据规则，按网格区域内各源区域所占面积的百分比来确定网格区域的属性数值。

具体计算模型如下：图5.1为一个网格单位，土地利用类型A、B、C、D，气象灾害对不同土地利用类型的潜在易损性程度为I_A、I_B、 I_C、I_D。网格中A、B、C、D的面积为S_A、S_B、 S_C、S_D。网格总面积为S。其单元网格内气象灾害对土地利用类型潜在易损性的量化值（I）可表达为：

同理，人口密度和地均产值等承灾体脆弱性的量化值也按照同样的网格化思路求得。

图5.1　单个网格示意图

（四）确定气象灾害风险区划指标的权重

层次分析法（AHP）是将多层次、多准则的复杂问题分解为各个组成因素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式，确定层次中各因素的相对重要性，再加以综合以决定评价因素的相对重要性顺序，也就是权重，所以又称两两比较法，这是一种将专家知识与数学原理相结合、定性与定量相结合的目标决策分析方法，提高了评价成果的科学性，但数据运算较复杂。

层次分析法的基本原理是把所要研究的复杂问题看作一个系统，通过对系统中多个因素的分析，划分出各因素间相互联系的有序层次；经专家对每一层次的各因素进行较客观的判断后，相应给出相对重要性的定量表示；进而建立数学模型，计算出每一层次全部因素相对重要的权重值。

层次分析法步骤可分为如下几步进行：

1.建立层次结构模型

首先把复杂问题分解为不同的层次。同一层次的因素作为准则，对下一层次的某些因素起支配作用，同时，又受上一层次因素的支配。处于最上面的一层称为目标层，该层通常只有一个因素，是分析问题的目标；中间层次称为准则层，其下一层次为子准则层；最低一层称为方案层，该层是解决问题的预选方案。层次之间因素的支配关系不一定是完全的，即可以存在这样的因素，它并不支配下一层次的所有因素。

2.构造判断矩阵

将同一层次中各因素相对于上一层次而言进行两两比较，对每一层次中各因素的相对重要性给出一个判断，采用1—6比率标度进行定量化，并进行两两因素之间的比较，就形成了判断矩阵。

其中：Z表示判断矩阵，a_ij表示g_i与g_j对目标层的影响之比，g_i和g_j表示各因素对目标层的影响程度。

该判断矩阵必须满足以下三个特征:

①R_ii =1

②R_ij =1/ R_ji（ i，j =1，2，3…n）

③R_ij = > 0（ i，j =1，2，3…n）

只有满足上述三个特征的判断才具有完全一致性。由于客观事物的复杂性和人们认识客观世界的片面性，使得判断矩阵不可能表现出完全的一致性，这就需要在层次分析法中引入判断矩阵的一致性指标来检查一致性。

3. CR 检验

为了判断矩阵所求得的权重是否合理，需要对判断矩阵进行一致性检验，检验公式为：

CR = CI / RI

表5.1　层次分析法中因素间相互比较重要程度的分级表

重分配是合理的，否则就需要调整判断矩阵，直到取得满意的一致性为止。权重是区划指标对评价对象的影响程度或贡献率。权重确定的合理性能保证评价的精度和评价结果的准确性。

（五）分灾种风险模型的建立

考虑致灾因子危险性、孕灾环境、承灾体脆弱性和灾害防御能力，建立如下灾害风险指数评估模型：

其中：DRI是各灾种灾害风险指数；H、E、V、R分别表示致灾因子危险性、孕灾环境、承灾体脆弱性和防御能力因子指数；W_H、W_E、W_V、W_R相应地表示其权重；X_k是指标k量化后的值；W_k为指标k的权重，表示各指标对形成气象灾害风险的主要因子的相对重要性；变量ɑ是常数，用来描述防灾减灾能力对于减少总的经济损失所起的作用。根据宁波市的实际情况，将ɑ确定为0.8。

灾害区划是灾害普查结果的体现。以宁波市历史灾情资料为依据，结合各种气象要素资料，通过层次分析、专家决策打分等方法找出各评价因子的影响程度，建立适当的模型，计算各灾种的风险系数；结合本地实际情况，在GIS技术、遥感技术和空间数据库的支持下，计算各灾种风险系数的空间分布。

（六）综合风险区划模型的建立

IDRI=∑DRI_kW_k

其中：IDRI是气象灾害综合风险指数，DRIk是灾种k的风险指数，Wk为灾种k的权重，是根据宁波市每个灾种的损失情况，采用层次分析法、专家决策打分法赋予台风、暴雨洪涝、干旱、大风、低温雨雪冰冻、高温、雷电、冰雹、大雾等的权重；据此计算气象灾害综合风险系数。

利用灾情评估模型，结合历史灾情资料，在层次分析、统计聚类分析、专家决策打分等方法的基础上，确定各灾种各风险等级所占面积比例。最终在GIS技术的支持下，确定不同风险等级的空间分布状况，绘制气象灾害的风险区划图。