趙志楠，孫 晶，何 凱，李 迪，彭 朋，張兆博

1.邢臺(tái)市氣象局，河北邢臺(tái) 054000；2.平鄉(xiāng)縣氣象局，河北邢臺(tái) 054500

近年來(lái)，全球變暖趨勢(shì)日益明顯，氣溫變化給氣候帶來(lái)了一定影響，各類氣象災(zāi)害頻發(fā)。其中，干旱災(zāi)害正逐步發(fā)展為對(duì)人類影響最深刻、帶來(lái)?yè)p失最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一，給人們的氣候、環(huán)境以及社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響日益顯著[1]。為了降低旱災(zāi)發(fā)生的頻率，盡量減輕其帶來(lái)的破壞，眾多學(xué)者就干旱過(guò)程的確定及其時(shí)空演變特征、干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展開(kāi)了相關(guān)研究，并提出了相應(yīng)的防御措施[2-4]。

邢臺(tái)地處河北省中心地帶，近年來(lái)該區(qū)域年平均氣溫不斷升高，降水總量持續(xù)偏少，氣候變暖趨勢(shì)明顯，干旱狀況趨于嚴(yán)重。一些學(xué)者針對(duì)農(nóng)業(yè)干旱進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃研究，并基于遙感數(shù)據(jù)、多種氣象干旱指數(shù)對(duì)河北省干旱時(shí)空變化特征展開(kāi)了研究。代立芹等[5]基于河北地區(qū)1971—2018年的逐日氣象數(shù)據(jù)和近40年的玉米生長(zhǎng)資料，對(duì)河北省玉米生長(zhǎng)季干旱分布特征、變化趨勢(shì)及其成因進(jìn)行了分析。李亞男[6]基于2種衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)河北地區(qū)干旱特征進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與對(duì)比，指出了不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)在研究區(qū)域干旱情況監(jiān)測(cè)中的優(yōu)、缺點(diǎn)，為有關(guān)部門(mén)提供了一定的技術(shù)支撐。劉增進(jìn)等[7]基于1988—2017年河北地區(qū)的逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，將PA（降水量距平）作為干旱等級(jí)劃分指標(biāo)，對(duì)研究區(qū)域近30年來(lái)逐月降水特征進(jìn)行了分析，并對(duì)不同時(shí)間尺度的干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。上述研究已對(duì)河北地區(qū)的氣象干旱與農(nóng)業(yè)干旱的時(shí)空分布與演變特征有所發(fā)現(xiàn)，但大多用的仍是較早的氣象干旱綜合指數(shù)（CI）亦或是SPI、MI、PDSI等較為單一的干旱指數(shù)。采用改進(jìn)的氣象干旱綜合指數(shù)（MCI），基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估原理，對(duì)邢臺(tái)地區(qū)1980—2019年干旱災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估，研究對(duì)指導(dǎo)該地區(qū)有關(guān)部門(mén)做好干旱災(zāi)害防御工作意義重大。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

邢臺(tái)地區(qū)地處河北省中南部，太行山東部，介于36°50′～37°47′N，113°52′～115°49′E之間，該地區(qū)地形復(fù)雜，山地、丘陵、平原自西向東呈階梯狀分布。氣候類型為溫帶季風(fēng)性氣候，雨熱同期，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，多年平均氣溫13.45℃，降雨總量486.4 mm。據(jù)不完全災(zāi)情資料顯示，1983年以來(lái)，該地區(qū)發(fā)生干旱80余次，造成335萬(wàn)人先后受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失10.45億元，4.43萬(wàn)hm2農(nóng)作物受災(zāi)。干旱災(zāi)害是給當(dāng)?shù)厝嗣駧?lái)嚴(yán)重?fù)p失的氣象災(zāi)害之一，做好該地區(qū)的干旱災(zāi)害防御工作勢(shì)在必行。

1.2 資料來(lái)源

氣象數(shù)據(jù)：1980—2019年邢臺(tái)地區(qū)17個(gè)國(guó)家站逐日降水、氣溫?cái)?shù)據(jù)。

地理信息數(shù)據(jù)：30 m×30 m分辨率DEM高程數(shù)據(jù)。

災(zāi)情數(shù)據(jù)：1983—2018年受災(zāi)數(shù)據(jù)，來(lái)源于邢臺(tái)市當(dāng)?shù)孛裾块T(mén)、統(tǒng)計(jì)局、縣志等相關(guān)資料。

1.3 氣象干旱綜合指數(shù)

基于邢臺(tái)市17個(gè)國(guó)家氣象站點(diǎn)1980—2019年近40年逐日降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)GB/T20481—2017《氣象干旱等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算邢臺(tái)地區(qū)各站點(diǎn)1980—2019年逐日氣象干旱綜合指數(shù)（MCI），并劃分相應(yīng)干旱等級(jí)（表1），得到不同干旱等級(jí)日數(shù)，計(jì)算公式為[8]：

表1 氣象干旱綜合指數(shù)（MCI）等級(jí)劃分表

式（1）中，SPIW60是近60 d標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù)，其基于60 d滑動(dòng)加權(quán)平均降水計(jì)算得到；MI30是近30 d的相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)；SPI90和SPI150分別為近90 d和近150 d的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；a、b、c、d為各項(xiàng)權(quán)重系數(shù)，邢臺(tái)地區(qū)對(duì)應(yīng)權(quán)重系數(shù)分別為0.3、0.5、0.3、0.2；Ka為季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)，取值同樣參考規(guī)范[9]。

2 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析

2.1 不同干旱等級(jí)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的空間分布特征

依據(jù)MCI指數(shù)劃分的干旱等級(jí)，統(tǒng)計(jì)輕旱、中旱、重旱、特旱出現(xiàn)的頻次作為邢臺(tái)地區(qū)干旱災(zāi)害致災(zāi)因子評(píng)價(jià)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上利用GIS空間分析工具，疊加不同干旱等級(jí)的柵格圖層，得到邢臺(tái)市不同干旱等級(jí)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性空間分布圖，并利用自然斷點(diǎn)法將致災(zāi)因子危險(xiǎn)性劃分為5個(gè)等級(jí)（圖1）。

圖1 邢臺(tái)地區(qū)不同干旱等級(jí)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的空間分布

由圖1a可知，邢臺(tái)地區(qū)輕旱整體呈現(xiàn)出中南部風(fēng)險(xiǎn)較高、北部風(fēng)險(xiǎn)較低的趨勢(shì)。次低風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)主要位于柏鄉(xiāng)縣、新河縣、臨西縣、清河縣等地區(qū)，次高及高風(fēng)險(xiǎn)主要位于任縣、南和縣、平鄉(xiāng)縣、廣宗縣及西部山區(qū)縣等地區(qū)，其余地區(qū)大多屬于中風(fēng)險(xiǎn)。

由圖1b可知，邢臺(tái)地區(qū)中旱整體呈現(xiàn)出西南與東南部風(fēng)險(xiǎn)較高，中部風(fēng)險(xiǎn)較低的趨勢(shì)。次低風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)主要位于中部任縣、南和縣、平鄉(xiāng)縣、廣宗縣及北部?jī)?nèi)丘縣、柏鄉(xiāng)縣等地區(qū)，次高與高風(fēng)險(xiǎn)主要位于西部沙河市、邢臺(tái)縣、東部威縣、清河縣、南宮市、臨西縣等地區(qū)，其余地區(qū)大多屬于中風(fēng)險(xiǎn)。

由圖1c可知，邢臺(tái)地區(qū)重旱整體呈現(xiàn)出西北部風(fēng)險(xiǎn)較高、中東部風(fēng)險(xiǎn)較低的趨勢(shì)。次低與第風(fēng)險(xiǎn)主要位于中部平鄉(xiāng)縣、廣宗縣、巨鹿縣、清河縣等地區(qū)，次高與高風(fēng)險(xiǎn)主要位于西部山區(qū)縣、北部寧晉縣、新和縣等地區(qū)，其余地區(qū)大多屬于中風(fēng)險(xiǎn)。

由圖1d可知，邢臺(tái)地區(qū)特旱整體呈現(xiàn)出中南部風(fēng)險(xiǎn)較高、其余地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低的趨勢(shì)。次低與低風(fēng)險(xiǎn)主要位于廣宗縣、內(nèi)丘縣、柏鄉(xiāng)縣、新河縣等地區(qū)，次高與高風(fēng)險(xiǎn)主要位于沙河市、南和縣、任縣等地區(qū)，其余地區(qū)大多屬于中風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 干旱致災(zāi)因子的空間分布特征

依據(jù)MCI指數(shù)劃分的干旱等級(jí)，統(tǒng)計(jì)輕旱、中旱、重旱、特旱出現(xiàn)的頻次作為邢臺(tái)地區(qū)干旱災(zāi)害致災(zāi)因子評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于專家打分法，確定權(quán)重指標(biāo)，構(gòu)建致災(zāi)因子風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型：

式（2）中，j表示某一站點(diǎn)，VHj表示j站點(diǎn)所在地區(qū)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)。VHa、VHb、VHc、VHd分別表示j站點(diǎn)輕旱、中旱、重旱、特旱3種不同干旱等級(jí)出現(xiàn)頻率，0.15、0.20、0.40、0.25為其權(quán)重。在此基礎(chǔ)上利用GIS空間分析工具，疊加不同干旱等級(jí)的柵格圖層，得到邢臺(tái)市干旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性空間分布圖，并利用自然斷點(diǎn)法，將致災(zāi)因子危險(xiǎn)性劃分為5個(gè)等級(jí)（圖2）。

圖2 邢臺(tái)地區(qū)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的空間分布

從圖2可知，邢臺(tái)地區(qū)干旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性整體呈現(xiàn)出西部較高、東部相對(duì)較低的趨勢(shì)。次低與低風(fēng)險(xiǎn)主要位于廣宗縣、內(nèi)丘縣、柏鄉(xiāng)縣、清河縣、新河縣等地區(qū)，次高與高風(fēng)險(xiǎn)主要位于西部山區(qū)縣等地區(qū)，中部平原縣大多屬于中風(fēng)險(xiǎn)。

3 干旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果的驗(yàn)證

為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，利用1983—2018年邢臺(tái)地區(qū)歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)，選取干旱發(fā)生頻次與受災(zāi)面積作為驗(yàn)證指標(biāo)，并利用專家打分法確定驗(yàn)證指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建研究區(qū)域干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃驗(yàn)證模型，具體公式如下：

式（3）中，j表示某一站點(diǎn)，Vj為j站點(diǎn)所在區(qū)域多年旱災(zāi)嚴(yán)重指數(shù)，Va、Vb分別為旱災(zāi)出現(xiàn)頻次與受災(zāi)面積歸一化后的值?；贕IS空間分析工具，疊加旱災(zāi)頻次與受災(zāi)面積指標(biāo)圖層，利用自然斷點(diǎn)法將邢臺(tái)地區(qū)旱災(zāi)嚴(yán)重指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)，得到研究區(qū)域干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃驗(yàn)證結(jié)果（圖3）。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，高風(fēng)險(xiǎn)與次高風(fēng)險(xiǎn)位于邢臺(tái)西部沙河市、南和縣部分區(qū)域，東南部臨西縣、威縣、巨鹿縣及北部寧晉縣等部分區(qū)域。低風(fēng)險(xiǎn)與次低風(fēng)險(xiǎn)位于內(nèi)丘縣、平鄉(xiāng)縣、廣宗縣及西北部柏鄉(xiāng)縣、隆堯縣等部分區(qū)域，其余地區(qū)大部分為中風(fēng)險(xiǎn)。驗(yàn)證結(jié)果基本與圖2風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果一致。

圖3 邢臺(tái)地區(qū)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的驗(yàn)證

4 結(jié)論

通過(guò)研究可知，邢臺(tái)地區(qū)干旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性整體呈現(xiàn)出西部較高、東部相對(duì)較低的趨勢(shì)。次低與低風(fēng)險(xiǎn)主要位于廣宗縣、內(nèi)丘縣、柏鄉(xiāng)縣、清河縣、新河縣等地區(qū)，次高與高風(fēng)險(xiǎn)主要位于西部山區(qū)縣等地區(qū)，中部平原縣大多屬于中風(fēng)險(xiǎn)?；跉v史災(zāi)情數(shù)據(jù)得到的驗(yàn)證結(jié)果基本與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果一致，可為有關(guān)部門(mén)做好邢臺(tái)地區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范工作提供一定的參考。

干旱災(zāi)害的形成是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程[9-10]。以有限數(shù)據(jù)對(duì)邢臺(tái)地區(qū)的干旱災(zāi)害進(jìn)行了分析，得到了研究區(qū)干旱災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的空間分布特征。但由于數(shù)據(jù)有限而未對(duì)研究區(qū)域土壤、植被、水文條件等對(duì)干旱災(zāi)害的形成與發(fā)展進(jìn)行分析，因此，應(yīng)在今后的研究中要加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的搜集與處理，才能制作出更為精細(xì)化的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，為當(dāng)?shù)卣糠肿龊酶珊禐?zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)工作提供技術(shù)支撐。