高　明，姚俊英，時(shí)一文，王慶余（1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001；.黑龍江省氣象服務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱15006；.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京10044）

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基于層次分析法的黑龍江省森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

高明1★，姚俊英2，時(shí)一文3，王慶余2
（1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001；2.黑龍江省氣象服務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱150036；3.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京210044）

摘要：本文從森林火災(zāi)的危險(xiǎn)性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力出發(fā)，采用層次分析法對(duì)森林火災(zāi)的氣象風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估研究?？蓱?yīng)用于森林火災(zāi)氣象服務(wù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)氣象條件相同時(shí)，森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)主要由易損性和抗災(zāi)能力決定，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分布與二者有著直接關(guān)系，即主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶。是森林覆蓋率較高或者經(jīng)濟(jì)相對(duì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些地區(qū)一旦發(fā)生森林火災(zāi)，損失相對(duì)較大。

關(guān)鍵詞：森林火災(zāi)；氣象風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)估

1　引言

黑龍江省為林業(yè)大省，每年都有森林火災(zāi)發(fā)生，為森林防火服務(wù)是黑龍江省氣象部門的工作重點(diǎn)之一。許多學(xué)者對(duì)森林火災(zāi)的時(shí)空分布特點(diǎn)及其與氣象因子的關(guān)系進(jìn)行過研究。宋志杰、鄭煥能等認(rèn)為氣象條件是決定森林火災(zāi)發(fā)生與否的重要因素［1-2］。劉志德、許沂金研制了不同類型的林火預(yù)報(bào)模型或系統(tǒng)［3-4］。姚俊英等采用綜合氣象干旱指數(shù)（CI）來(lái)揭示森林火災(zāi)發(fā)生的機(jī)制和一般規(guī)律［5］。

近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論和風(fēng)險(xiǎn)管理方法進(jìn)行了積極的研究和探索，而且在不同的領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用研究，王霓虹等［6］在借鑒國(guó)內(nèi)外多種分類方法和算法的基礎(chǔ)上，對(duì)森林火災(zāi)直接損失給出了相應(yīng)的評(píng)估方法和評(píng)估公式，湯宛地等［7］通過對(duì)影響森林火災(zāi)的各個(gè)因子研究，對(duì)森林火災(zāi)的可能性和危害度進(jìn)行分析，并通過對(duì)兩者的關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)完成森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估，提出相應(yīng)的森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性管理措施。

雖然在林火氣象研究方面取得了較大的進(jìn)展，但是在森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究方面涉獵的很少。本文從森林火災(zāi)的危險(xiǎn)性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力出發(fā)，采用層次分析法對(duì)森林火災(zāi)的氣象風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估研究。可實(shí)現(xiàn)災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估，可應(yīng)用于森林火災(zāi)氣象服務(wù)。

2　資料和方法

2.1資料

（1）1980-2010年森林火災(zāi)資料，來(lái)源于黑龍江省森林防火指揮部；

（2）1980-2010年日平均氣溫、降水資料來(lái)源于黑龍江省氣象信息中心；

（3）森林覆蓋率資料來(lái)源于2011年黑龍江省年鑒，部分市縣資料來(lái)源于地方政府官方網(wǎng)站；

（4）單位面積GDP、人口密度、單位面積固定資產(chǎn)投資額等社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料來(lái)源于2011年社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2研究方法

2.2.1森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和模型

氣象災(zāi)害是指由于氣象條件超過某種臨界值而導(dǎo)致承災(zāi)體遭受損害所導(dǎo)致的災(zāi)害，這個(gè)臨界值就是致災(zāi)臨界氣象條件，它與孕災(zāi)環(huán)境和防災(zāi)工程有關(guān)。氣象災(zāi)害危險(xiǎn)性是致災(zāi)氣象因子的強(qiáng)度、承災(zāi)體所處的孕災(zāi)環(huán)境、抗災(zāi)工程能力的非線性函數(shù)［8］。

所以，森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型可以描述為：LDRI=f（風(fēng)險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性Hc，承災(zāi)體的易損性Ec，防災(zāi)減災(zāi)能力Rc），即

其中LDRI為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，值越大風(fēng)險(xiǎn)越大。Hc、Ec、Rc分別為危險(xiǎn)性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力，WH、WE、WR分別為危險(xiǎn)性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力的權(quán)重。

森林火災(zāi)致災(zāi)危險(xiǎn)性，采用姚俊英等人［5］的研究成果。森林火災(zāi)易損性和防災(zāi)抗災(zāi)能力主要采用單位面積GDP、人口密度、單位面積固定資產(chǎn)投資額等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)模型和層次分析模型計(jì)算得到。

2.2.2層次分析方法

層次分析法（AHP）為一種定性與定量分析方法相結(jié)合的綜合性評(píng)價(jià)方法。主要是通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，對(duì)兩兩指標(biāo)之間的重要程度作出比較判斷，建立判斷矩陣，通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值以及對(duì)應(yīng)特征向量，就可得出不同方案重要性程度的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)。

森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系分三層，第一層為森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)這一總目標(biāo)A，第二層包括氣象風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)B1，易損性指標(biāo)B2，防御指標(biāo)B3，共3項(xiàng)指標(biāo)，每項(xiàng)指標(biāo)下又包含若干個(gè)子指標(biāo)項(xiàng)。那么整個(gè)森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

表1　森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

2.2.3自然斷點(diǎn)分級(jí)法

自然斷點(diǎn)分級(jí)法是用統(tǒng)計(jì)公式來(lái)確定屬性值的自然聚類。公式的功能就是減少同一級(jí)中的差異、增加級(jí)間的差異。其公式為：

式中，A為數(shù)組（數(shù)組長(zhǎng)度為N），meani-j為每個(gè)等級(jí)中的平均值。該方法可用GIS軟件實(shí)現(xiàn)。

3　結(jié)果與分析

3.1森林火災(zāi)的致災(zāi)危險(xiǎn)性分析

森林火災(zāi)和氣象條件息息相關(guān)，當(dāng)氣象條件達(dá)到某一個(gè)臨界值時(shí)，森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大提高，這個(gè)臨界值稱為致災(zāi)臨界氣象條件。

森林火災(zāi)致災(zāi)危險(xiǎn)性，采用姚俊英等人［5］的研究成果。將上年夏秋季∑CI（CI為累計(jì)綜合干旱指數(shù)）、3月份∑CI和前20天∑CI作為CI林火因子，分別代表長(zhǎng)期、中期和近期的氣象干旱情況，三個(gè)CI林火因子分月均值化，等權(quán)重相加得CI林火指數(shù)，記為Hc。林火指數(shù)可代表森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性，CI林火指數(shù)Hc越大風(fēng)險(xiǎn)越高。

3.2森林火災(zāi)的易損性分析

易損性包括暴露在自然災(zāi)害中的承災(zāi)體的量（數(shù)量和價(jià)值量，簡(jiǎn)稱為“物理暴露”）及承災(zāi)體的脆弱性［8］。本文選取了單位面積GDP、單位面積固定資產(chǎn)投資額、人口密度、森林覆蓋率4個(gè)因子作為森林火災(zāi)易損性指標(biāo)。

3.2.1易損性指標(biāo)權(quán)重的確定

建立判斷矩陣B2-P（表2），相對(duì)于森林火災(zāi)易損性而言，各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性比較主要，采用專家打分的方法確定。計(jì)算得出λmax=4.069，DI= 0.023，DR=0.0256＜0.10通過了一致性檢驗(yàn)，同時(shí)得出4個(gè)指標(biāo)權(quán)重分別為0.1289、0.0535、0.1384、0.6764。

表2　易損性指標(biāo)判斷矩陣及其權(quán)重

3.2.2森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)易損性空間分布特征

易損性計(jì)算遵從下面的公式：

Ec為易損性，XEi、WEi分別為易損性指標(biāo)及其權(quán)重。

計(jì)算黑龍江省各類資料完整、可信度高的72個(gè)市縣的森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)易損性數(shù)值。易損性等級(jí)采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法分為5級(jí)：極低、較低、中等、較高、極高。易損性的高值區(qū)主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶，是森林覆蓋率較高或者經(jīng)濟(jì)相對(duì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些地區(qū)一旦發(fā)生森林火災(zāi)，損失相對(duì)較大。

3.3森林火災(zāi)的防御能力分析

防災(zāi)減災(zāi)措施是人類社會(huì)、特別是風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者用來(lái)應(yīng)對(duì)災(zāi)害所采取的方針、政策、技術(shù)、方法和行動(dòng)的總稱。一般分為工程性和非工程性兩類。災(zāi)害防御能力越強(qiáng)，相關(guān)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)就可能越?。环粗?，可能越大。本文選取地方財(cái)政收入 、醫(yī)院、衛(wèi)生院床位數(shù)、森林防火投入3個(gè)因子作為森林火災(zāi)防御能力指標(biāo)。

3.3.1防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)權(quán)重的確定分析

建立判斷矩陣B2-P（表3），對(duì)于森林火災(zāi)防災(zāi)減災(zāi)而言，各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性比較主要采用專家打分的方法確定。計(jì)算得出λmax=3.085，DI= 0.0425，DR=0.0732＜0.10通過了一致性檢驗(yàn)，同時(shí)得出3個(gè)指標(biāo)權(quán)重分別為0.2583、0.1506、0.6369。

表3　防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)判斷矩陣及其權(quán)重

3.3.2森林火災(zāi)抗災(zāi)能力空間分布特征分析

抗災(zāi)能力計(jì)算遵從下面的公式：

Rc為抗災(zāi)能力，XRi、WRi分別為抗災(zāi)能力指標(biāo)及其權(quán)重。

計(jì)算全省各類資料完整、可信度高的72個(gè)市縣的森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)抗災(zāi)能力數(shù)值?？篂?zāi)能力等級(jí)采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法分為5級(jí)：極低、較低、中等、較高、極高。結(jié)果表明大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶抗災(zāi)能力相對(duì)較強(qiáng)。

3.4森林火災(zāi)綜合氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

3.4.1森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定

建立判斷矩陣A-B（表4），對(duì)于森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估而言，各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性比較，主要采用專家打分的方法確定。計(jì)算得出λmax=3.0385，DI=0.0194，DR=0.0334＜0.10通過了一致性檢驗(yàn)，同時(shí)得出危險(xiǎn)性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.6369、0.2583、0.1047。

表4　森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)判斷矩陣及其權(quán)重

3.4.2森林火災(zāi)綜合氣象風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征分析

假定全省森林火災(zāi)氣象條件均為中等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，即Hc=1時(shí)，按照公式（1）計(jì)算森林火災(zāi)氣象風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)氣象條件相同時(shí)，森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)主要由易損性和抗災(zāi)能力決定，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分布與二者有著直接關(guān)系，即主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶。

4　結(jié)論與討論

（1）本文采用層次分析法對(duì)森林火災(zāi)的氣象風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估研究，既考慮了氣象條件的危險(xiǎn)性，也兼顧了承載體的易損性和抗災(zāi)能力?？蓱?yīng)用于森林火災(zāi)氣象服務(wù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估。

（2）研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)氣象條件相同時(shí)，森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)主要由易損性和抗災(zāi)能力決定，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分布與二者有著直接關(guān)系，主要分布在大興安嶺、伊春、哈爾濱、牡丹江一帶。是森林覆蓋率較高或者經(jīng)濟(jì)相對(duì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些地區(qū)一旦發(fā)生森林火災(zāi)，損失相對(duì)較大。

（3）本文選擇了7個(gè)影響因子對(duì)森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，基本上能夠反映總體情況，但是影響森林火災(zāi)損失評(píng)估的因素涉及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的方方面面，還需今后進(jìn)一步的研究和探討，尤其應(yīng)加大定量化評(píng)估技術(shù)的研究，以便為制定更為切實(shí)可行的防災(zāi)減災(zāi)措施提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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［8］向靜.氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理［D］.成都：西南財(cái)經(jīng)大學(xué)，2012.

黑龍江省氣象局項(xiàng)目（HQ2014029）

文章編號(hào)：1002-252X（2016）02-0016-03

收稿日期：2016-3-1

第一作者簡(jiǎn)介：高明（1980-），女，黑龍江省哈爾濱市人，東北林業(yè)大學(xué)，碩士生，助理工程師.