康邵鈞

(河南省商丘市氣象局，河南 商丘476000)

近半個世紀以來，全球氣候不斷發(fā)生變化，極端天氣事件發(fā)生的概率急劇上升，我國也時常發(fā)生氣候災害，災害所帶來的損失也讓我們意識到應急救援工作的緊迫性與重要性。從這樣的現(xiàn)象可以看出，當地各部門對于重大氣象災害的預警信息不夠重視，防御措施準確不足，導致我國的基本設施的防災水平低[1]。在評估方面，只是單純的對道路、陰雨相關數據進行采集、監(jiān)測及預警，對通信、電力等易受環(huán)境干擾的點，未進行足夠的重視，相關部門也并未對其進行數據相關的監(jiān)測和預警信號發(fā)布，這也反應出各部門缺少及時、有效的溝通，協(xié)調能力差[2-3]。此外，在災害發(fā)生前期，各部門并未及時把災害程度及所導致的各種損失作出準確的估計，在災害中缺失應急物資這就說明我國對災害應急所做的準備還不夠充分，容易造成被動受災。

目前，我國的應急救援服務仍然存有眾多問題，因此提高我國應急救援服務能力已經成為社會重點關注的問題。對此，提出基于時空差異的重大氣象災害應急防御能力實時評估方法。通過重大氣象災害風險理論分析，采用時空差異法提取氣候災害風險特征，并以此為基礎，建立重大氣象災害應急防御模型，引入分布函數求取應急防御時變率，實時評估重大氣象災害應急防御能力。實驗結果表明，采用改進方法進行重大氣象災害應急防御能力評估時，其評估準確率較高，且不易受外界影響，具有一定優(yōu)勢。

1 重大氣象災害風險分析

1.1 重大氣象災害風險理論分析

目前對于重大氣象災害風險的分析，多為洛倫斯(Loweance)提出的，對事件不利干擾因素可能性和后果嚴重程度的一種綜合計量[4]，而氣象造成災害的概率以及由此產生災害損失的乘積指的是重大氣象風險，可表示為：

R=f(p,h)=p×h。

(1)

式中：R表示重大氣象災害風險值，p表示重大氣象災害發(fā)生概率，h表示災害損失值。

據分析可知，在造成重大氣象災害風險時，災害應急防御功率變化頻繁[5]，因此重大氣象災害風險多為時變，可表示為：

R(t)=p(t)×h(t)。

(2)

式中：R(t)表示氣象災害的時變風險值，p(t)表示氣象災害的時變概率，h(t)為重大氣象災害損失值。則在固定一段時間里形成的重大氣象災害風險表示為：

(3)

式中：RT表示在時間區(qū)間T=[t1，t2]內發(fā)生重大氣象災害的風險。

1.2 基于時空差異的氣候災害風險特征分析

對此，在分析重大氣象災害風險理論的基礎上，采用時空差異法，對氣候災害風險特征進行分析。通過得出重大氣象災害風險后，進一步按氣象災害類型計算發(fā)生災害的概率，表達式為：

(4)

式中：nx為發(fā)生x類氣象災害的次數，x∈{雷電，臺風，大風，冰雪，高溫，暴雨，山火等}；T為災害單位時間；Tx為x類氣象災害所連續(xù)時間，?x為x類氣象災害的維持時間在研究時間內所占比例；βx是x類氣象災害發(fā)生次數在研究時間內所占出現(xiàn)災害次數的比例，λave為氣象災害嚴重等級。

將x類型氣象災害的持續(xù)時間計入研究時間區(qū)間內，則各風險因子在確定不同等級災害程度的貢獻率為：

(5)

式中：μx為x類氣象災后修復的概率；λx為不同類型的災害等級；px為不同等級災害程度的貢獻率。

氣象風險計算多采用氣象造成線路故障概率乘以輸送能力損失值的形式，所以，使用時空差異法，對某一時間區(qū)間里的重大氣象風險進行計算[6-7]，同時需要注意不同氣象災害類型對計算結果的影響。得到氣候災害風險特征，表示為：

(6)

式中：RTx(t)表示第x氣象災害在時間區(qū)間T=[t1，t2]內的風險值，px(t)表示第x類氣象造成災害的概率，h(t)表示時變的重大氣象災害損失值。

2 重大氣象災害應急預防能力評估

2.1 重大氣象災害應急防御模型

在對重大氣象災害特征進行分析的基礎上，對應急防御情況進行分析，構建重大氣象災害應急防御模型，并進行重大氣象災害應急防御能力的評估分析。

(7)

式中：對應的氣象災害元素局部權重向量為每一行的數值；當某一行數值均為0時，對應局部權重是1。將局部權重按元素順序排列得局部權重向量：Q=[q11,…,q1n1,q21,…,q2n2,…,qN1,…,qNnn]T。對重大氣象災害元素進行權重分析，并進行應急防御體系[10-11]，采用如下公式進行對重大氣象災害應急防御能力歸一化處理：

(8)

式中:Dij為重大氣象災害元素i的第j個指標歸一化值，重大氣象災害元素j的第i個指標值可表示為Aji，mini、maxi分別是第i個指標的最小值和最大值。

當發(fā)生重大氣象災害后，修復時間r和災害發(fā)生頻率f的數值較小[12]?？梢越普J為λ=f，所以長期統(tǒng)計計算氣象災害應急防御率可表示為：

(9)

式中：n為在研究時間區(qū)間內重大氣象災害發(fā)生的總次數。對此，對氣象災害進行分狀態(tài)考分析，其基本思想是將常規(guī)的年統(tǒng)計氣象災害發(fā)生概率按相應氣象條件比例系數進行計算，則重大氣象災害防御模型表達式為：

(10)

式中：λad為重大氣象災害防御模型；λave為多年統(tǒng)計評估準確率；Fad分別重大氣象災害應急預防失敗次數；Uad為重大氣象災害發(fā)生的比例。

2.2 重大氣象災害應急防御能力評估模型

在對氣象災害應急能力進行評估時，有三個干擾因素，分別是承災體易損性、防災減災能力、致災因子危險性[13]。

將整體重大氣候災害導致的損害描述為氣象災害作用下的應急防御能力，采用分布函數求取應急防御時變率，這樣能更好的分析應急防御能力隨時間變化特征對重大氣象災害的評估結果。則以月為事件尺度，重大氣象災害應急防御能力可表示為：

(11)

式中：λ(m)為歷史同期第m月對重大氣象災害應急防御的概率(次/月)：λave為多年平均需要應急防御的概率(次/(100 km·年))；λave為月平均需要應急防御的概率(次/(100 km·月))；f(m)為月應急防御概率分布函數，其中m=1,2,…,12。

用馬爾科夫過程表示重大氣象災害應急防御能力的評估模型時，主要分為兩個狀態(tài)，分別為不可防御狀態(tài)與可防御狀態(tài)，不可防御狀態(tài)在一個月內出現(xiàn)次數可評估概率為：

(12)

式中：λ(m)為第m月評估概率用；μ為修復率；MTTR為平均修復時間(h)；評估失效頻率表示為f；當失效頻率f和平均修復時間r取值較小時，失效頻率f用評估率λ進行代替?？紤]不同影響因素對整體的影響，建立重大氣象災害應急防御能力實時評估模型，表達式為:

FDRI=(VEwe)(VHwh)(VSws)(10-VR)wr。

(13)

式中：致災因子危險性指數用VH表示；防災減災能力指數用VR表示；各種災害指數用FDRI表示；孕災環(huán)境敏感性指數用VE表示；承災體易損性指數用VS表示；wh，we，ws，wr均為各評價因子權重。則時間分布特性的重大氣象災害應急防御能力實時評估流程如圖1所示。

圖1 重大氣象災害應急防御能力實時評估流程

3 實驗結果分析

3.1 實驗指標分析

①評估正確率ACR(Accurate Classification Rate)：可表示為評估正確的次數占有可能情況的比例，計算式為:

(14)

式中：NAW表示實現(xiàn)評估的次數；NMW表示漏評估次數。

②漏評率MWR(Missed Assessment Rate)：表示為漏評次數與實際評估總次數的百分比，計算式為

(15)

3.2 實驗結果分析

為了驗證改進方法在重大氣象災害應急防御能力評估方面的有效性及可行性，采用傳統(tǒng)的基于風險評價元素的評估方法，進行實驗對比分析(圖2、圖3)。由圖2、圖3可知，采用改進方法時，實驗結果圖毛刺較少，中間的準確率輸出部分平滑，變化幅度非常小這說明該方法不易受到外界干擾，能夠一直保持較高的準確率。相比之下，傳統(tǒng)的風險評估方法結果輸出圖出現(xiàn)大量波動，雖然其準確率出現(xiàn)了幾個較高點，但是準確率的變化幅度較大，這說明該方法缺乏穩(wěn)定性，易受到外界干擾，穩(wěn)定性較差，不能在實際中得以應用。改進方法相比傳統(tǒng)方法，充分考慮了多種氣象因素的影響，將時變的氣象災害作用導致災害應急防御能力評估準確率降低，應急防御能力評估時變概率用分布函數分析得到，用以評估重大氣象災害應急防御能力時變的規(guī)律。能夠更好的反映出，在評估準確率隨時間變化及氣象災害因素多樣情況下，重大氣象災害應急防御能力評估的時變特征。

圖2 改進方法

圖3 傳統(tǒng)基于風險評價元素的評估方法

4 結論

針對重大氣象災害應急防御能力評估一直存在評估精度低，誤差大的問題，提出基于時空差異的重大氣象災害應急防御能力實時評估方法。通過重大氣象災害風險理論分析，采用時空差異法提取氣候災害風險特征，并以此為基礎，建立重大氣象災害應急防御模型，引入分布函數求取應急防御時變率，實時評估重大氣象災害應急防御能力。實驗結果表明，采用改進方法進行重大氣象災害應急防御能力評估時，其評估準確率較高，且不易受外界影響，具有一定優(yōu)勢。