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)害風險評估技術(shù)研究及風險環(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)國際流行的災(zāi)害評估模式，通過對秦皇島市氣象災(zāi)害的分布和環(huán)境狀況的調(diào)查，建立風險要素和風險級別的隸屬關(guān)系矩陣，用層次分析法來確定風險要素權(quán)重的排序，憑借DPS數(shù)據(jù)處理軟件（Data Processing System） 計算權(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)害風險指數(shù)得分。

風險評估技術(shù)；風險區(qū)劃分；氣象災(zāi)害；致災(zāi)因子；風險要素指標

1 風險評估概念模型

1.1 評估使用的概念

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、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)、群體和個體存在內(nèi)在的不穩(wěn)定性； （2） 該系統(tǒng)、群體或個體對外界的干擾和變化比較敏感；（3） 在外來干擾和外部環(huán)境變化的威脅下，該系統(tǒng)、群體或個體易遭受某種程度的損失或損害。

1.1.3 風險評估使用的術(shù)語

在風險評估中，使用的術(shù)語有:敏感性、適應(yīng)能力、應(yīng)對能力、恢復力等，它們用來描述風險評估的過程。

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 風險評估中風險因素分析

風險因素的內(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)性脆弱的社會因素和經(jīng)濟因素。

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)量或者價值，是災(zāi)害風險存在的必要條件。承災(zāi)體的暴露取決于氣象災(zāi)害的危險性和區(qū)域內(nèi)承災(zāi)體總量。

1.2.2 風險評價指標選取

所謂的評價過程，就是找出各種指標對單一災(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，計算出各指標在整個評價體系所占的權(quán)重，即可完成脆弱程度或者風險承受能力的評價。評價指數(shù)（指標） 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)害的風險要素指標很多，具體見

2.1.2.2 脆弱性要素指標的選取。

1.3 風險性分析

1.3.1 自然災(zāi)害的相對優(yōu)先權(quán)計算

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)域的影響等級和潛在損毀等級值。頻率、區(qū)域影響和潛在損毀“等級值”用數(shù)字1～5來表示，1為低級別，5為高級別。通過公式:總得分=（頻率+影響等級） ×潛在損毀等級來計算，該總得分就是所謂確定災(zāi)害風險的分數(shù)，也叫相對優(yōu)先權(quán)?？梢杂孟鄬?yōu)先權(quán)得分計算出各種主要災(zāi)害的得分。

表1 天氣災(zāi)害風險性（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)；影響等級根據(jù)人員和物質(zhì)的損失情況，用數(shù)字1～5來劃分，有人員死傷的等級高；潛在損毀等級是由氣象災(zāi)害引起的次生災(zāi)害的損失程度用數(shù)字1～5來劃分。

1.3.2 幾類天氣災(zāi)害的風險得分

“風險得分”概念的內(nèi)涵是:不考慮風險的場所將會給出“0”得分，風險逐步增加到一定的程度加“1點”，設(shè)定其最高風險得分是“5”，風險得分“1”表明風險存在，“2” 表示遭受風險較低，“3”表示可能遭受風險，“4”表示很容易遭受風險，“5”表示極易遭受風險。因此“風險得分”的內(nèi)涵就是某種災(zāi)害發(fā)生可能性的得分，與災(zāi)害的強度無關(guān)。

表2 海岸線附近大風風險得分

表2說明了近海海域?qū)τ诖箫L級別的敏感性，港口及遠洋貨輪只對11級以上臺風或大風敏感，小船相對于海上大風是脆弱的。

表3 沿海地區(qū)及近岸海域濃霧風險得分

由此可見，本地沿海高速公路、海上交通、港口作業(yè)以及民航飛機起降（山海關(guān)機場距離海岸線5 km）對濃霧具有較強的敏感性。

表4反映了風暴潮對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的低洼地對風暴潮高度敏感。

表4 風暴潮風險得分

2 風險評估的技術(shù)方法

2.1 評估技術(shù)、方法

2.1.1 建評估關(guān)系集合

承災(zāi)體所面臨的風險是由本身的脆弱和環(huán)境脆弱構(gòu)成的，面對同樣的災(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險的能力。因此災(zāi)害評估不僅是對災(zāi)害本身（氣象災(zāi)害、地震、環(huán)境災(zāi)害等） 的評估。

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

（1） 為因子集合，是承災(zāi)體脆弱性“綜合評價要素指標”集合，U是一個矩陣。

（2） 為某一個評價區(qū)域的各因子指標的模糊性狀，表示各要素的脆弱性程度，分為五級的評價集合，V是模糊向量。

綜合評價模糊標準 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:V1=1，V2=2，V3=3，V4=4，V5=5。比如評價指標日最大降雨量u5，其真值u5=200 mm，則其模糊形狀的標準為v5=5=高度脆弱。

（3） 為權(quán)重集（各指標的綜合評價權(quán)重集合），權(quán)重集的確定有多種方法，層次分析法[6]的基本思路是把復雜問題分解成一個一個的因素，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)，通過兩兩比較的方式來確定諸要素的相對重要性。

（4） 為模糊綜合評判標準集合，可以采用構(gòu)造隸屬函數(shù)，確定隸屬度和求取評價指標權(quán)重來確定。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)進行評判。

U集合和V集合之間的關(guān)系可以用模糊關(guān)系矩陣R來表示:R代表了每個評價因子對每一級脆弱性等級標準的隸屬程度，可以把隸屬度看成是脆弱性指標因素的性狀數(shù)據(jù)和脆弱性等級的函數(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表示第某個研究區(qū)域第k個評價因子的數(shù)值，可以被評為第j級脆弱性的可能性，即k對于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），實際上代表了第k個評價因子對承災(zāi)體各級脆弱性標準的隸屬性。

而模糊關(guān)系矩陣中的第j列Rj=r1jr2j…rmj（j=1，2，……5）則代表了各個評價因子對第j級承災(zāi)體脆弱性標準的隸屬性。

在綜合評價指標模糊關(guān)系集合R和權(quán)重w確定以后，模糊綜合評判標準（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，評判結(jié)果取最大分量。其分量計算公式見公式 （8）。

2.1.2 各個集合元素的計算

2.1.2.1 隸屬函數(shù)的計算

考慮到各指標量級不完全相同，各指標的單位不盡一樣，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可通過歸一化公式（7） 計算。

xi為歸一化前的原始數(shù)據(jù)。

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

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

2.1.2.2 脆弱性要素指標的選取和權(quán)重的計算

參考沿海城市脆弱性評價指標體系和綜合脆弱性評價方法[7]，用頻率統(tǒng)計法預(yù)選關(guān)鍵指標。然后采用特爾菲專家咨詢法去除部分不合理指標，最后用層次分析法（Analytic Hierarchy Process） 對預(yù)選指標進一步篩選，最后確定圖1所示的指標體系，分層次排出圖1。

圖1 氣象災(zāi)害風險綜合承受能力評價指標體系

2.1.2.3 脆弱要素指標的單位和統(tǒng)計計算方法

根據(jù)國內(nèi)自然（氣象）災(zāi)害風險評估及風險環(huán)境的劃分[8～9]、國外主要災(zāi)害風險環(huán)境評估方法與評估模型[10]，對大風、大霧、洪水、風暴潮日數(shù)等要素進行計算和評估。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)站的公開數(shù)據(jù)。氣象資料取自相關(guān)監(jiān)測站歷史資料。

確定要素指標之后，根據(jù)風險得分和相對優(yōu)先權(quán)的計算，把各種氣象災(zāi)害要素加入重要度比較矩陣，依照圖2的順序進行兩兩比較，計算各層次的層次權(quán)重以及總排序權(quán)重。

按照層次分析法，其要素指標權(quán)重流程是:開始→二、三層次評價指標的構(gòu)造數(shù)據(jù)→構(gòu)成判斷矩陣→按每個層次單排序；若CR＞0.1，返回開始，若＜0.1，則總排序→顯示結(jié)果。流程見圖2。

圖2 層次分析法確定權(quán)重的流程

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

表5 氣象災(zāi)害風險綜合承受能力評價指標權(quán)重

通過公式（a～e） 計算因子對各級脆弱程度的隸屬值，見表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)害脆弱強度的計算

其中rkj為某區(qū)域第k種因子指標歸屬于j級模糊標準值的隸屬函數(shù)值，wk為相應(yīng)指標權(quán)重。

用公式（7） 分別對各縣區(qū)進行計算，可得出各縣區(qū)的脆弱度指數(shù)。公式（7） 是公式（8）的各分量求和運算表達。其結(jié)果如圖3所示。

圖3反映了沿海各區(qū)縣相對脆弱的模糊評價結(jié)果，因為通過歸一化后，判斷標準矩陣的取值范圍在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，可以劃分出各個區(qū)縣的氣象災(zāi)害風險程度，評估結(jié)果是:昌黎縣風險最高，撫寧縣和山海關(guān)區(qū)次之，海港區(qū)和北戴河區(qū)相對風險最低。山海關(guān)和撫寧的風險為中等偏上，昌黎縣具較高脆弱性，但還沒有達到高度脆弱。

圖3 秦皇島各縣區(qū)氣象災(zāi)害脆弱性評估結(jié)果

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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發(fā)基金項目《河北氣象災(zāi)害風險評估方法研究》 （09ky14-01）

張寶貴（1964-），男，河北秦皇島人，畢業(yè)于成都氣象學院天氣動力學專業(yè)，高級工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境與氣象關(guān)系的研究。