高霞霞 ，蘇 偉 ，黃晚華 ， ，陸魁東 ，高 曙

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100083；2.湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

旱災(zāi)是對(duì)農(nóng)業(yè)影響最大的災(zāi)害，湖南是我國(guó)遭受旱災(zāi)較嚴(yán)重省份之一[1]。湖南省大部分地區(qū)位于北緯25°～30°，夏秋季多受副熱帶高壓的控制，高溫少雨，易發(fā)生旱災(zāi)[1-2]，旱災(zāi)是湖南省發(fā)生最頻繁且影響面積廣的氣象災(zāi)害[3]。近年來(lái)，在全球氣候變化背景下，極端天氣氣候事件頻繁出現(xiàn)，干旱的發(fā)生頻率和強(qiáng)度也明顯增加。2000年以來(lái)，湖南省旱災(zāi)更是頻繁發(fā)生。旱災(zāi)的發(fā)生給湖南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響，使糧食作物大幅度減產(chǎn)，從而對(duì)糧食安全構(gòu)成威脅。因此，必須對(duì)旱災(zāi)的發(fā)生、受災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)性、災(zāi)情的時(shí)空分布特點(diǎn)等進(jìn)行認(rèn)真的分析與研究，以防御和減輕旱災(zāi)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，這對(duì)認(rèn)識(shí)旱災(zāi)發(fā)生規(guī)律、建立旱災(zāi)防御體系和保障糧食安全都有重要意義。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估最早出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代末，興起于20世紀(jì)60年代，近50年來(lái)得到了迅速發(fā)展，并已廣泛應(yīng)用于自然災(zāi)害評(píng)估、生物、醫(yī)學(xué)、技術(shù)應(yīng)用、環(huán)境和工程等方面。20世紀(jì)90年代以來(lái)，不少學(xué)者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在地質(zhì)災(zāi)害、保險(xiǎn)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等方面的應(yīng)用進(jìn)行了許多開(kāi)創(chuàng)性的研究[4-6]。在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害評(píng)估上，貴州、山東、浙江、廣東等省份的學(xué)者做了較多的研究[7-11]。此外，部分專家還對(duì)作物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析[12-13]。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要工具為概率統(tǒng)計(jì)方法，資料主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是利用氣象要素（致災(zāi)因子）作為災(zāi)害指標(biāo)，如降水要素可作為洪澇、干旱等災(zāi)害的指標(biāo)；二是利用災(zāi)情資料作為災(zāi)害指標(biāo)，如農(nóng)作物枯萎面積或絕收面積是干旱的重要指標(biāo)，糧食的減產(chǎn)量可作為綜合災(zāi)害的指標(biāo)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)被廣泛應(yīng)用到干旱等災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[14-15]。在前人的研究中，多以氣象要素作為災(zāi)害指標(biāo)，本文使用災(zāi)情資料作為災(zāi)害指標(biāo)來(lái)研究旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)湖南旱災(zāi)進(jìn)行多因子評(píng)估，為防旱抗災(zāi)提供決策參考。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

根據(jù)《湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，依據(jù)最近21 a（1987～2007年），各縣（市、區(qū)）農(nóng)作物的干旱發(fā)生（受災(zāi)）面積（Sfs）、干旱成災(zāi)面積（Scz）、農(nóng)作物播種面積（Sb）等災(zāi)情資料建立災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

利用歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)進(jìn)行旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析，主要評(píng)估指標(biāo)有受災(zāi)率和成災(zāi)率、變異系數(shù)、脆弱度等，然后綜合各評(píng)估指標(biāo)，得到綜合旱災(zāi)評(píng)估指標(biāo)。

1.2.1 受災(zāi)率和成災(zāi)率 干旱的受災(zāi)率（Psz）為旱災(zāi)受災(zāi)面積占農(nóng)作物播種面積的比率，見(jiàn)公式（1）。

1.2.2 受災(zāi)變異系數(shù) 從概率的角度來(lái)說(shuō)，多年平均受災(zāi)率可視為期望，該指標(biāo)無(wú)法衡量年際間災(zāi)害發(fā)生的差別。為此，本文引用變異系數(shù)（v），即

式中，V為某區(qū)域的變異系數(shù)；xj為第j年的受災(zāi)率；x軃為平均受災(zāi)率，n為年數(shù)。我們用V來(lái)表達(dá)年際之間災(zāi)害發(fā)生偏離平均值的離散程度，體現(xiàn)災(zāi)害發(fā)生的年際變異性及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成損失的不穩(wěn)定性。

1.2.3 災(zāi)害脆弱度 某區(qū)域多年平均災(zāi)害脆弱度的定義見(jiàn)式（4）。

式中，C（i）為某區(qū)域的平均脆弱度，SCZ、SSZ分別指成災(zāi)面積和受災(zāi)面積。受資料限制，本文通過(guò)受災(zāi)面積、成災(zāi)面積來(lái)表達(dá)脆弱度。如果資料充分則可考慮水利設(shè)施、地形地質(zhì)狀況、排水條件、森林覆蓋率等因素，對(duì)脆弱度進(jìn)行更好的反映。

1.2.4 相當(dāng)受災(zāi)率 在不同地區(qū)、不同程度受災(zāi)面積中，對(duì)單位受災(zāi)面積造成的實(shí)際損害結(jié)果是不同的。文中相當(dāng)受災(zāi)率的定義見(jiàn)式（5）。

1.2.5 綜合旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) 對(duì)前面各災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因素所占的權(quán)重進(jìn)行分析，經(jīng)多次模擬，我們對(duì)綜合旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（K）進(jìn)行定義，見(jiàn)式（6）。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱背景分析

如圖1所示，1987～2007年，我省平均受災(zāi)（旱災(zāi)發(fā)生）面積82.8萬(wàn)hm2，約占我省耕地面積的21%，占播種面積的10.4%。從時(shí)間序列上看，從80年代末到90年代初，干旱較嚴(yán)重，1992年之后，干旱的受災(zāi)面積相對(duì)減少，自2001年始，干旱再次嚴(yán)重。在受災(zāi)面積大于100萬(wàn)hm2的大旱年份中，有1988、1990～1992、2001、2003、2005、2007 年等 8 a，全省各年干旱受災(zāi)面積占到耕地面積的三分之一以上。其中，2003、2007年干旱受災(zāi)面積達(dá)到或超過(guò)150萬(wàn)hm2，2003年干旱面積占耕地面積的48%以上，占作物播種面積的24%，是近21 a來(lái)干旱最嚴(yán)重一年。另外，受災(zāi)面積在65～100萬(wàn)hm2的中旱年有 1987、1989、1995、1998、2000、2004、2006年等7 a。其他年份干旱發(fā)生面積相對(duì)較少。以1992年和2001年為時(shí)間分界段，1992年之前和2001年以后旱災(zāi)發(fā)生嚴(yán)重，多大旱和中旱；1993～2000年一般只發(fā)生中旱和小旱?？梢钥闯?，自2001年以來(lái)，旱災(zāi)明顯加重。因此，對(duì)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估對(duì)今后防治旱災(zāi)有著更加重要意義。

圖1 湖南省21年來(lái)旱災(zāi)受災(zāi)和成災(zāi)面積（1987～2007）

2.2 各干旱風(fēng)險(xiǎn)因子分析

2.2.1 干旱平均受災(zāi)率 根據(jù)式（1）、式（2），求得我省各縣市的多年平均受災(zāi)率，并按表1進(jìn)行分級(jí)。

表1 旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

依表1標(biāo)準(zhǔn)，利用ArcGis地理信息系統(tǒng)分級(jí)，并生成我省干旱的受災(zāi)率風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)圖，見(jiàn)圖2。圖2表明，旱災(zāi)微風(fēng)險(xiǎn)、輕風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中分布在湘東的湘江中下游和和洞庭湖區(qū)等水利條件好的地區(qū)，主要包括岳陽(yáng)、益陽(yáng)、常德東部、長(zhǎng)沙、湘潭、株洲中北部和衡陽(yáng)西部的大部分縣（市）。其中，旱災(zāi)微風(fēng)險(xiǎn)區(qū)僅長(zhǎng)沙市郊（區(qū)）、株洲縣、益陽(yáng)資陽(yáng)區(qū)等少數(shù)縣。旱災(zāi)重風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)區(qū)主要分布在湘西北、湘南等地，包括湘西自治州、張家界、懷化北部和南部、邵陽(yáng)南部以及郴州、永州大部分，湘中的邵陽(yáng)中部、婁底等地也有零星分布。其中，永興、通道、冷水江市、古丈、新田、花垣受災(zāi)率最高，為旱災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)，其它大部分縣為旱災(zāi)中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.2.2 受災(zāi)變異系數(shù) 分析結(jié)果表明，干旱受災(zāi)率較高，即旱災(zāi)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和旱災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)的波動(dòng)一般較小，如湘南、湘西等地；受災(zāi)率較低的區(qū)域，即旱災(zāi)微風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和旱災(zāi)輕風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的波動(dòng)較大，一般干旱年旱災(zāi)發(fā)生面積較小，但重旱年也易發(fā)生較大面積旱災(zāi)，如湘東北等地。這說(shuō)明我省是旱災(zāi)多發(fā)地區(qū)，幾乎每年有較大旱災(zāi)發(fā)生，應(yīng)高度重視防旱工作。

2.2.3 成災(zāi)脆弱度 經(jīng)分析，脆弱度抗災(zāi)較強(qiáng)、次強(qiáng)區(qū)主要分布于湘東北、湘西南以及湘東南的部分區(qū)域；抗災(zāi)較弱區(qū)主要分布于湘南、湘西北等地。一般來(lái)說(shuō)，平原低丘陵地帶對(duì)旱災(zāi)的抗災(zāi)反應(yīng)較強(qiáng)，而山區(qū)及高丘陵地帶對(duì)旱災(zāi)的抗災(zāi)反應(yīng)較弱，其主要原因是山區(qū)地形復(fù)雜，較高海拔的丘陵土壤水分保持較差，以及水利設(shè)施普及率低，灌溉效率較低等。

2.2.4 不同程度旱災(zāi)受災(zāi)率的年次概率分布 由于我省每年干旱受災(zāi)面積不同，災(zāi)害造成的損失也不同，受災(zāi)面積越大，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失也越大。因此，以不同程度受災(zāi)率對(duì)旱災(zāi)發(fā)生頻率進(jìn)行分析。（1）旱災(zāi)受災(zāi)率≥5%的出現(xiàn)頻率。出現(xiàn)旱災(zāi)受災(zāi)率≥5%且年次概率≤10%的縣只有長(zhǎng)沙市郊，近21 a來(lái)，僅2003、2007年的受災(zāi)率在5%以上。旱災(zāi)受災(zāi)率≥5%且年次概率10%～20%的有資陽(yáng)區(qū)和株洲縣，僅3年的受災(zāi)率在5%以上（資陽(yáng)區(qū)分別為 1987、1988、2003 年，株洲縣為 1988、2003、2007年）。旱災(zāi)受災(zāi)率≥5%且年次概率20%～33%的，主要分布在常德、益陽(yáng)和長(zhǎng)株潭等地，有漢壽、沅江、湘陰、平江、株洲市（郊）、湘潭市（郊）、湘潭縣、韶山、常寧等9個(gè)縣。以上低于3 a一遇的區(qū)域主要是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、水利條件較好的地區(qū)（圖3）。旱災(zāi)受災(zāi)率≥5%且年次概率33%～50%的，主要分布在湘東北等地，有岳陽(yáng)、益陽(yáng)、常德大部、長(zhǎng)株潭地區(qū)、衡陽(yáng)北部和南部、懷化以及邵陽(yáng)局部，共32個(gè)縣。湘中、湘南、湘西等其它大部分區(qū)域的年次概率>50%，共59個(gè)縣。（2）旱災(zāi)受災(zāi)率≥10%出現(xiàn)頻率。出現(xiàn)旱災(zāi)受災(zāi)率≥10%且年次概率≤10%的縣為3個(gè)，即長(zhǎng)沙市郊、資陽(yáng)區(qū)和株洲縣，21 a來(lái)僅有1～2 a發(fā)生受災(zāi)率在10%以上旱災(zāi)。年次概率10%～20%的有平江、湘陰、漢壽、湘潭縣、韶山、醴陵、常寧、洞口等8個(gè)縣。年次概率20%～33%的區(qū)域分布在湘江流域中下流和洞庭湖區(qū)等水利條件較好的地方，包括岳陽(yáng)、益陽(yáng)、長(zhǎng)株潭和常德東部、衡陽(yáng)中北部等20個(gè)縣。年次概率33%～50%的區(qū)域主要在湘南和湘西，湘中亦有零星分布，共23個(gè)縣。湖南中西部等49個(gè)縣市的年次概率>50%。（3）旱災(zāi)受災(zāi)率≥20%出現(xiàn)頻率。出現(xiàn)旱災(zāi)受災(zāi)率≥20%且年次概率≤10%的縣有23個(gè)，主要分布在湘東北區(qū)域，包括岳陽(yáng)、常德等的部分縣，湘中的株洲北部以及邵陽(yáng)、婁底、懷化、衡陽(yáng)等地也有零星分布。其中，株洲縣、醴陵、常德市（郊）等3縣沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)旱災(zāi)受災(zāi)率≥20%的年份。受災(zāi)率≥20%且年次概率10%～20%的區(qū)域分布在洞庭湖區(qū)、湘江、資水等的中下游區(qū)以及懷化中部、邵陽(yáng)中西部的部分區(qū)域，共28個(gè)縣。旱災(zāi)受災(zāi)率≥20%且年次概率>33%的區(qū)域主要在湘西北、湘南和其他零星分布地區(qū)，共20個(gè)縣。其中，永興和通道兩縣的年次概率>50%。旱災(zāi)受災(zāi)率≥20%且年次概率20%～33%的區(qū)域分布在湖南西部和南部的廣大地區(qū)，有32個(gè)縣。（4）旱災(zāi)受災(zāi)率≥30%出現(xiàn)頻率。全省有接近一半的縣（48個(gè)）的旱災(zāi)受災(zāi)率≥30%。年次概率≤5%的區(qū)域主要分布在湘東北和湘中等地。其中，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)受災(zāi)率≥30%的縣有26個(gè)，分散分布在以上地方。年次概率≤10%的區(qū)域主要分布湘中一帶以及湘北等地，共有21個(gè)縣?？傮w上，旱災(zāi)受災(zāi)率≥30%且年次概率≤10%的縣約占全省7成左右。年次概率≥10%的區(qū)域主要分布在湘南、湘西北地區(qū)，有33個(gè)縣。其中，張家界市郊、桑植、龍山、花垣、古丈、通道、冷水江、新寧、雙牌、新田、永興、臨武等縣的年次概率≥20%，近21年來(lái)，發(fā)生過(guò)受災(zāi)率≥30%旱災(zāi)的有5～7年（圖4）。（5）旱災(zāi)受災(zāi)率≥40%出現(xiàn)頻率。全省有7成以上的縣（73個(gè)）旱災(zāi)受災(zāi)率≥40%。年次概率≤5%的區(qū)域主要分布除湘南和湘西北以外的廣大地區(qū)。其中，沒(méi)有出現(xiàn)受災(zāi)率≥40%的縣有53個(gè)，占全省的一半有余。年次概率=10%的區(qū)域主要分布湘南一帶，湘西北靠省境的邊緣地區(qū)有分布，共有21個(gè)縣。年次概率≥10%的區(qū)域主要分布在湘西北和湘南部分地區(qū)，即有吉首市、龍山、花垣、古丈、張家界市郊、桑植、冷水江、蘇仙區(qū)、永興縣等地9個(gè)縣。其中古丈、永興兩縣最高，年次概率達(dá)20%。（6）旱災(zāi)受災(zāi)率≥50%出現(xiàn)頻率。全省出現(xiàn)過(guò)受災(zāi)率≥50%的僅29個(gè)縣，主要分布在湘西北、湘南的旱災(zāi)重風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)區(qū)的縣市。年次概率≤5%的有22個(gè)縣，年次概率≤10%的區(qū)域有6個(gè)縣，年次概率≥10%的僅1縣。

2.3 湖南省旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估

對(duì)各因素進(jìn)行綜合來(lái)評(píng)估干旱風(fēng)險(xiǎn)。從以上分析知道，旱災(zāi)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)受干旱受災(zāi)率、變異系數(shù)、不同程度受災(zāi)面積的發(fā)生年次概率、脆弱度等因素影響。根據(jù)公式（6），求得各縣市的綜合旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并依表2進(jìn)行分級(jí)。

表2 旱災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

我們利用地理信息系統(tǒng)A rcGis生成湖南省旱災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)圖，見(jiàn)圖5。

由圖5可知，我省的旱災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（K）介于0.103～0.885，全省平均為0.496。位于洞庭湖周邊的益陽(yáng)資陽(yáng)區(qū)的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.103，為全省最低，該地區(qū)的旱災(zāi)發(fā)生和受損面積都很小，成災(zāi)的面積也不大，是我省典型的旱災(zāi)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。我省旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)I級(jí)區(qū)（災(zāi)害微風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）還有湘陰、平江、株洲市（郊）、株洲縣、醴陵市、洞口等7個(gè)縣。這些地區(qū)的受旱面積很少，而且抗災(zāi)能力較強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)較小，不易受旱。旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)II級(jí)區(qū)（輕風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）主要分布在湘東北的洞庭湖區(qū)、湘江中下游區(qū)及周?chē)h市，湘中的懷化和邵陽(yáng)也有零散分布，共計(jì)27縣。這些地區(qū)的受旱較少，或是成災(zāi)面積較少、只是變異系數(shù)稍高，因此旱災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較低。

旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)Ⅳ級(jí)和V級(jí)區(qū)主要分布在湘南和湘西北，包括永州、郴州、湘西自治州、張家界、懷化北部等地區(qū)，共34個(gè)縣，是受旱面積大，損失面積廣，成災(zāi)率較高的地區(qū)。其中新田、雙牌、郴州、蘇仙區(qū)、永興、冷水江、吉首市達(dá)到V級(jí)，為旱災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)。其他地區(qū)為旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)III級(jí)區(qū)（圖5）。

3 結(jié)果與討論

我們充分考慮影響旱災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)的各個(gè)因素，分析旱災(zāi)受災(zāi)率、變異系數(shù)、相當(dāng)受災(zāi)率、脆弱度等要素值在我省的分布情況，最后得出我省旱災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。（1）湖南省洞庭湖區(qū)、湘江下游的平原、低丘陵地區(qū)的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)低，這些地區(qū)受災(zāi)的面積小或抗災(zāi)能力強(qiáng)。湘南、湘西北的山地，湘中少雨地區(qū)的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高，這些地區(qū)受災(zāi)的面積大或抗災(zāi)能力弱。（2）湖南省大部分縣市的旱災(zāi)年際變化不大，為波動(dòng)中值區(qū)。旱災(zāi)的多發(fā)地區(qū)，多數(shù)年份有較大面積旱災(zāi)發(fā)生，是防旱重點(diǎn)地區(qū)；旱災(zāi)少發(fā)地區(qū)，一般干旱年旱災(zāi)發(fā)生面積較少，較大旱災(zāi)只是偶而發(fā)生。就旱災(zāi)脆弱度而言，平原、低丘陵地帶對(duì)旱災(zāi)的抗災(zāi)反應(yīng)較強(qiáng)，在山區(qū)、高丘陵地帶對(duì)旱災(zāi)的抗災(zāi)反應(yīng)較弱。（3）旱災(zāi)較低風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的縣市，一般發(fā)生面積較小，而風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高的縣市，發(fā)生面積都較大。

本文應(yīng)用的分析結(jié)果與前人分析的結(jié)果有所不同，這是因?yàn)楹禐?zāi)的受災(zāi)情況既與降水等氣象要素有較大的相關(guān)，也受土壤、地形地質(zhì)狀況、抗旱的水利條件和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平等諸多因素影響。本文從災(zāi)情的各因素來(lái)分析旱災(zāi)的綜合風(fēng)險(xiǎn)性，能較好體現(xiàn)我省旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際情況。不足的是，本文所分析的各風(fēng)險(xiǎn)要素中，受資料來(lái)源的限制，一些情況作了簡(jiǎn)化處理，有待進(jìn)一步完善。

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