朱萬(wàn)林，武于潔，劉一澤，蘇 揚(yáng)，宋 蕾，余永安

1.南京航天宏圖信息技術(shù)有限公司，江蘇南京 210012；2.航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司，北京 100089

我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，災(zāi)害造成的巨大損失往往給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的生活帶來(lái)較大影響[1]。據(jù)中國(guó)氣象局資料統(tǒng)計(jì)，在各類自然災(zāi)害中，氣象災(zāi)害占70%以上。作為主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，雪災(zāi)年年發(fā)生。例如：2008年的低溫冷凍和雪災(zāi)共造成了直接經(jīng)濟(jì)損失1 595億元，因?yàn)?zāi)死亡162人[2]。因此，對(duì)雪災(zāi)災(zāi)害進(jìn)行時(shí)空分布特征、危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的有效分析有助于提升雪災(zāi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警和管理能力[3]。

針對(duì)全國(guó)雪災(zāi)災(zāi)害進(jìn)行致災(zāi)因子時(shí)空特征分析，并基于最新的全國(guó)氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查技術(shù)規(guī)范，結(jié)合人口和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，以危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性作為2個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展全國(guó)尺度的雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃工作定量研究[4]。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)主要包含2類：一類是氣象數(shù)據(jù)；另一類是GDP和人口空間分布數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)源于ECMWF(歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心)提供的ERA5的逐小時(shí)再分析資料(https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-singlelevels?tab=form)，包括累積降雪量和最大積雪深度等氣象要素，時(shí)間范圍為1970年1月1日—2020年12月31日，空間分辨率為0.25°×0.25°；GDP和人口空間分布數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)歷史人口、GDP空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)集(https://data.tpdc.ac.cn/)[5-6]。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候分析方法采用線性回歸的方法，利用時(shí)間和變量之間的相關(guān)系數(shù)對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。在分析變量時(shí)間序列的突變時(shí)，使用Mann-Kendall法[7-8]。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法根據(jù)全國(guó)氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查技術(shù)規(guī)范，選擇暴雪日數(shù)、最大積雪深度和累積降雪量作為雪災(zāi)的致災(zāi)因子。定義1個(gè)綜合雪災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)進(jìn)行雪災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估，計(jì)算公式如下：

式(1)中：S代表雪災(zāi)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)；S1、S2和S3為經(jīng)過(guò)歸一化處理后的3個(gè)致災(zāi)因子評(píng)價(jià)指標(biāo)；A1、A2和A3為致災(zāi)因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。由此得到評(píng)估區(qū)域危險(xiǎn)性指數(shù)，通過(guò)百分位法將危險(xiǎn)性指數(shù)劃分為4級(jí)，形成全國(guó)雪災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)結(jié)果。

雪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式如下：

式(2)中，VE為危險(xiǎn)性指數(shù)、VD為暴露度(歸一化后的GDP或人口空間分布數(shù)據(jù))，WE、WS分別為危險(xiǎn)性指數(shù)和承災(zāi)體各自對(duì)應(yīng)的權(quán)重。由此得到評(píng)估區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，通過(guò)百分位法將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)劃分為5級(jí)，形成全國(guó)雪災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)結(jié)果。

2 雪災(zāi)災(zāi)害致災(zāi)因子的時(shí)空變化特征

2.1 致災(zāi)因子的年際變化特征

由圖1可以看出：暴雪日數(shù)年際變化明顯，主要呈現(xiàn)多—少—多—少—多的振蕩(圖1a)。由UFK曲線(圖1b)可見(jiàn)，自20世紀(jì)90年代初期以來(lái)，年平均暴雪日數(shù)有明顯的下降趨勢(shì)，2018年以后的下降趨勢(shì)超過(guò)顯著性水平0.1臨界線，表明20世紀(jì)90年代初期以來(lái)暴雪日數(shù)的下降是突變現(xiàn)象，從UFK和UBK的交點(diǎn)可以判定，該突變是從2007年開(kāi)始的。

圖1 歷年雪災(zāi)暴雪日數(shù)年際變化(a)和M-K突變檢驗(yàn)(b)

從圖2可知：1970—1970年代末，歷年年平均最大積雪深度明顯高于其他時(shí)期，從1980年代初期開(kāi)始，呈現(xiàn)多—少—多—少—多的交替振蕩，振蕩周期和幅度都較小。且有突變現(xiàn)象發(fā)生(圖2b)，全年平均最大積雪深度從1980年開(kāi)始一直減少，至2009年更為顯著，在1981年發(fā)生了由多到少的突變現(xiàn)象，直至2020年，減少趨勢(shì)仍通過(guò)99%的顯著性檢驗(yàn)。

圖2 歷年雪災(zāi)最大積雪深度年際變化(a)和M-K突變檢驗(yàn)(b)

累積降雪量整體的年際特征(圖3a)和最大積雪深度類似，這是因?yàn)榻笛┝康脑黾訒?huì)導(dǎo)致積雪深度加深[9]。由圖3b可以看出：全年平均累積降雪量的突變通過(guò)95%的顯著性檢驗(yàn)；1973年以前均呈增加趨勢(shì)，1973年以后均呈減少趨勢(shì)，1999年是由多到少的突變年，直至2020年，其減少趨勢(shì)仍然通過(guò)了上述的顯著性檢驗(yàn)。

圖3 歷年雪災(zāi)累積降雪量年際變化(a)和M-K突變檢驗(yàn)(b)

2.2 雪災(zāi)災(zāi)害致災(zāi)因子的空間分布特征

由全國(guó)平均暴雪日數(shù)空間分布圖(圖4a)可以看出，高值區(qū)主要位于西藏東部，四川中西部、青海東部南部、新疆西北部等地區(qū)，最高值為78.9 d；年均暴雪日數(shù)為1～2 d的地區(qū)主要位于東北地區(qū)東部和北部；0～1 d廣泛分布于華北、華東、東北中部、內(nèi)蒙古、甘肅、云南東部、四川東部、貴州和湖南；新疆中南部、青海西北部、四川東南部、云南西南部、廣西和廣東南部、海南等地區(qū)暴雪日數(shù)為0。

圖4 年平均暴雪日數(shù)(a)、最大積雪深度(b)、累積降雪量(c)的空間分布

由圖4b可以看出，積雪深度最高區(qū)域主要分布于黑龍江西北部、中部及東部等地區(qū)，吉林東部、西藏東部，四川中西部、青海東部南部、新疆西北部均達(dá)到3.95 cm以上；最大積雪深度為1.15～3.95 cm的地區(qū)主要位于東北地區(qū)中西部，內(nèi)蒙古東部，新疆北部，山西、河南及安徽大部分區(qū)域；最大積雪深度為1.15 cm以下較低值的區(qū)域主要位于新疆中南部、內(nèi)蒙古中西部、四川東部以及東部和南部沿海，其中，南部云南、廣西、廣東、海南、臺(tái)灣及福建南部最大積雪深度均位于0.52 cm以下。

由圖4c可以看出，累計(jì)降雪量最多的地區(qū)主要分布于西藏東部，四川中西部、青海南部以及新疆西北部的部分地區(qū)，均達(dá)200 mm以上，極大值為2 034.3 mm；累計(jì)降雪量位于80～200 mm的地區(qū)集中于西藏西部、內(nèi)蒙古東北部及東北地區(qū)的東部和北部；除去新疆中南部、四川東部、云南、廣西、廣東、海南、臺(tái)灣及福建大部分區(qū)域累計(jì)降雪量位于8 mm以下外，全國(guó)其他地區(qū)降雪量均位于8～80 mm之間。

3 雪災(zāi)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃

由全國(guó)雪災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)結(jié)果(圖5a)可以看出，高危險(xiǎn)性等級(jí)主要分布在西藏東部、新疆中部、青海南部以及四川東部；較高等級(jí)主要分布在吉林東部、黑龍江西北部、青海西部、西藏北部、新疆西部南部邊遠(yuǎn)地區(qū)及四川西部；較低等級(jí)主要分布在西藏西部、四川南部、甘肅南部、陜西南部、湖北西部、內(nèi)蒙古東部、遼寧東部、吉林中部及黑龍江；其他地區(qū)為低危險(xiǎn)性等級(jí)。

圖5 雪災(zāi)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)(a)、雪災(zāi)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(b)和雪災(zāi)人口風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(c)區(qū)劃圖

對(duì)雪災(zāi)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分布圖(圖5b)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：高風(fēng)險(xiǎn)主要分布在西藏東部、新疆中部、河南中部、山東北部部分區(qū)域、江蘇南部、北京市及上海市；較高風(fēng)險(xiǎn)位于西藏東部、青海南部及四川西部等地；中風(fēng)險(xiǎn)主要位于黑龍江南部、吉林大部分區(qū)域、遼寧東部、青海南部、四川西部、河南東部、山東西部、江蘇北部及新疆南部邊緣等地區(qū)；低風(fēng)險(xiǎn)主要分布于黑龍江大部分區(qū)域、內(nèi)蒙古東北部、湖北西部及湖南南部；其余地區(qū)為低風(fēng)險(xiǎn)。

全國(guó)雪災(zāi)人口風(fēng)險(xiǎn)(圖5b)高與較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要分布在西藏東部、新疆中部、河南中東部、山東大部分區(qū)域、河北南部、江蘇南部、北京市及上海市；中風(fēng)險(xiǎn)主要位于黑龍江南部、遼寧和吉林大部分區(qū)域、青海南部、四川西部、貴州北部及湖南西部；較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)位于新疆南部、西藏南部、青海南部、貴州東部、湖北西部及江西南部；其他地區(qū)為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

4 結(jié)論

(1)近50年來(lái)，3個(gè)致災(zāi)因子年平均和冬季平均的下降趨勢(shì)都較為顯著。其中，年平均暴雪日數(shù)的年際變化趨勢(shì)分別通過(guò)90%的顯著性檢驗(yàn)，年平均最大積雪日數(shù)和累積降雪量的下降趨勢(shì)均通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)；

(2)全年平均和最大積雪深度、暴雪日數(shù)、累計(jì)降雪量分布均呈現(xiàn)西藏、東北及新疆北部等地區(qū)較高，向中部地區(qū)遞減，在南部沿海、北部地區(qū)及新疆南部地區(qū)達(dá)到最低值的分布特征。

(3)雪災(zāi)危險(xiǎn)性高與較高等級(jí)主要位于青藏高原與新疆北部地區(qū)。人口與經(jīng)濟(jì)高與較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要位于青藏高原東部及華北平原和東部沿海地區(qū)，南部與北部地區(qū)均處于低和較低等級(jí)。