孟雪芹, 高春芳, 曹亞文

(安徽師范大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院, 安徽 蕪湖 241000)

旱澇災害屬于氣象災害之一, 在所有的自然災害中, 旱澇災害發(fā)生頻率最高、影響范圍最廣、持續(xù)時間最長, 這不僅嚴重制約著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和穩(wěn)定, 也對人民的生命財產(chǎn)安全造成威脅.海陸因素使得我國有顯著的季風氣候, 而旱澇災害形成的直接原因就是季風氣候?qū)е麓髿猸h(huán)境異常, 其中我國長江中下游地區(qū)和華北地區(qū)受旱澇災害的影響最為嚴重[1].望江縣位于長江中下游, 因此也是旱澇災害頻發(fā)的地區(qū).

為了預防和減少旱澇災害帶來的危害, 國內(nèi)許多學者對旱澇災害的致災因素、發(fā)生規(guī)律及發(fā)展趨勢進行了研究.1937年徐近之[2]利用統(tǒng)計分析法研究拉薩旱澇的現(xiàn)狀與成因, 這也是國內(nèi)對旱澇研究的起點.1953年安振[3]提出興修水利保留水土解決旱澇問題, 得到了國內(nèi)專家對旱澇災害研究的重視, 在該研究上取得了很大進步.近80年來國內(nèi)對旱澇災害問題的研究經(jīng)歷了三個階段: 以旱澇災害現(xiàn)象描述分析為主的萌芽階段; 以研究旱澇災害的分布規(guī)律及變化趨勢為主的發(fā)展階段; 以旱澇災害的預測和防控舉措為主的成熟階段[4].

1 模型、變量與數(shù)據(jù)處理

1.1 旱澇主要致災因素的選取

以各氣象因素數(shù)據(jù)為依據(jù), 通過置信區(qū)間[5]與誤差分析法[6]得到每個觀測因素比重, 從而可選出導致旱澇災害最主要的致災因素.望江縣每年都有不同程度的旱澇災害, 因此該地區(qū)每年的氣象數(shù)據(jù)對旱澇災害的研究都具有一定價值.以氣壓、氣溫、水汽壓、相對濕度、降雨量為氣象觀測因素, 2006年至2017年望江縣境內(nèi)的氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖1～5 所示.

圖1 氣壓數(shù)據(jù)

圖2 氣溫數(shù)據(jù)

圖3 水汽壓數(shù)據(jù)

圖4 相對濕度數(shù)據(jù)

圖5 降雨量數(shù)據(jù)

對以上氣象數(shù)據(jù)資料進行整理, 可得到多屬性決策矩陣, 記為X=(xij)144×5.為了保留更多的數(shù)據(jù)特征, 本文選用75%置信區(qū)間, 得到望江縣2006年至2017年每月各氣象因素數(shù)據(jù)的置信區(qū)間, 如圖6～10 所示.

圖6 氣壓數(shù)據(jù)的置信區(qū)間

圖7 氣溫數(shù)據(jù)的置信區(qū)間

圖8 水汽壓數(shù)據(jù)的置信區(qū)間

圖9 相對濕度數(shù)據(jù)的置信區(qū)間

對中間值矩陣X*與誤差估計值矩陣 ΔX*進行規(guī)范化處理, 可得中間值規(guī)范化矩陣與誤差估計值規(guī)范化矩陣

中間值指標權(quán)重與誤差估計值指標權(quán)重計算公式分別為

然后利用客觀權(quán)重區(qū)間公式[7]

即可得到五個觀測因素的客觀權(quán)重區(qū)間分別為

下面采用0.1～0.9 標度區(qū)間法對專家進行問卷調(diào)查, 再對專家調(diào)查結(jié)果進行整理可得區(qū)間數(shù)模糊互補判斷矩陣[8].利用誤差分析法計算得到五個觀測因素的主觀權(quán)重區(qū)間分別為

組合權(quán)重區(qū)間公式為

其中λ1,λ2分別為相應的客、主觀的權(quán)重系數(shù).由于主客觀權(quán)重是公平競爭的平等關(guān)系[9], 故取λ1=λ2=0.5, 即可得五個觀測因素的組合權(quán)重區(qū)間為

對組合權(quán)重區(qū)間結(jié)果進行分析可知, 氣溫與降雨量的權(quán)重總占比高達71.54%～87.71%, 所以氣溫和降雨量是望江縣旱澇災害的主要致災因素.

1.2 望江縣十二年間氣象數(shù)據(jù)每月的組合綜合評價區(qū)間

即可得到望江縣2006年至2017年氣象數(shù)據(jù)的客觀屬性綜合評價區(qū)間如圖11所示.

圖11 客觀綜合評價區(qū)間

再根據(jù)客觀屬性綜合評價區(qū)間的計算方法可求得望江縣2006年至2017年氣象數(shù)據(jù)的主觀屬性綜合評價區(qū)間如圖12所示.

圖12 主觀綜合評價區(qū)間

由主、客觀綜合評價區(qū)間的組合公式

其中λ1=λ2=0.5, 可得到望江縣2006年至2017年氣象數(shù)據(jù)的綜合評價區(qū)間如圖13所示.

圖13 綜合評價區(qū)間

1.3 望江縣十二年間氣象數(shù)據(jù)每月綜合評價區(qū)間的排序

根據(jù)上述得到的綜合評價區(qū)間, 用可能度的區(qū)間排序[11]對其進行計算.利用可能度公式

得到排序向量, 結(jié)果如圖14所示.

圖14 氣象數(shù)據(jù)的序

根據(jù)序的計算公式可知: 序值越大, 干旱越嚴重; 序值越小, 洪澇越嚴重.由此, 從圖14中可得出以下結(jié)論: 望江縣2006年至2017年十二年間干旱一般發(fā)生在12月至2月之間, 其中普遍存在于1月, 而洪澇一般發(fā)生在6月至11月, 其中普遍存在于8月、9月和10月, 并且從2015年開始, 旱澇情況逐漸趨于一個范圍, 且干旱時間變長.

2 結(jié)論

根據(jù)國家防汛抗旱總指揮部辦公室文件——《干旱評估標準(試行)》[12]中干旱標準條件可知, 本文對望江縣旱澇災害的評估與實際情況相符合.所以對望江縣2006年至2017年旱澇災害的評估方案是合理準確的, 將來可以提前做出一些防控措施.

本文是將望江縣氣象局的氣象數(shù)據(jù)信息作為望江縣綜合站點來研究的, 除此之外, 我們還可以對望江縣每個站點的氣象數(shù)據(jù)進行細分, 進一步分析每個站點區(qū)域的旱澇災害情形, 得出的結(jié)果將會更加精確.