摘要：準(zhǔn)確判定評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性是雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的關(guān)鍵技術(shù)之一。為解決層次分析法（AHP）由人為經(jīng)驗(yàn)方式判定指標(biāo)相對(duì)重要性存在的問(wèn)題，提出一種改進(jìn)的AHP法（IAHP）；同時(shí)，利用湖北省2007—2020年閃電監(jiān)測(cè)、數(shù)字地形高程、土壤電導(dǎo)率及經(jīng)濟(jì)社會(huì)等資料，選取雷擊大地密度、地閃強(qiáng)度、海拔高度、地形起伏度、土壤電導(dǎo)率、人口密度、 GDP密度7個(gè)參數(shù)作為湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，據(jù)此對(duì)湖北省雷電災(zāi)害進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。結(jié)果表明：湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)可分為高、較高、中、較低、低5個(gè)等級(jí)，較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于鄂東大別山以南、幕阜山以北的平原和低山丘陵地區(qū)，以及江漢平原大部和鄂西山區(qū)向江漢平原的過(guò)渡帶；較低、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于鄂西的恩施、神農(nóng)架、十堰、宜昌西部和襄陽(yáng)西南部；湖北其它地區(qū)，大部為雷電災(zāi)害中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。對(duì)比檢驗(yàn)顯示，各區(qū)縣雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與歷年實(shí)際雷災(zāi)頻次呈正相關(guān)，且相關(guān)性較好，基本反映了湖北省雷電災(zāi)害的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：雷電災(zāi)害；層次分析法；權(quán)重分析；風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

中圖法分類號(hào)：P429∶X820.4""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Anbsp;""""" DOI：10.12406/byzh.2022-185

Risk zoning of lightning disaster in Hubei Province based on improved analytic hierarchy process

YU Tianye， HE Shan， ZHANG Kejie， GONG Mingxiang

（Lightning Protection Centre of Hubei Province， Wuhan 430074）

Abstract： Determining accurately the relative importance of evaluation indicators is one of the key technologies for lightning disaster risk zoning. In order to solve the problem of analytic hierarchy process （AHP） in judging the relative importance of indices by human experience， we proposed an improved AHP method （IAHP）. In addition， using the lightning monitoring data from 2007 to 2020， digital terrain elevation data， soil conductivity data， as well as economic and social data of Hubei， we selected seven parameters： lightning strike density， lightning in- tensity， altitude， terrain undulation， soil conductivity， population density， and GDP density， as the risk evaluation indices of lightning disas- ter in Hubei Province， and then established a lightning disaster risk assessment model. Based on this model， we conducted a risk zoning of lightning disasters in Hubei province. The results indicate that the lightning disaster risk in Hubei Province can be divided into five levels， i.e.， higher risk， sub high risk， medium risk， inferior risk， and lower risk. The higher and sub high risk areas mainly locate in the plains and low mountain and hilly terrain between the south of Dabie Mountain and the north of Mufu Mountain in eastern Hubei， as well as the most of Jianghan Plain and the transition zone from the western Hubei mountainous area to the Jianghan Plain. The inferior and lower risk areas mainly locate in Enshi， Shennongjia， Shiyan， western Yichang， and southwestern Xiangyang. In other areas of Hubei， most of them are mainly medium risk of lightning disaster. The lightning disaster risk index of each district or county and the lightning disaster frequency show good positive correlation， which reflects basically the potential risk of lightning disaster in Hubei Province.

Key words： lighting disaster; analytic hierarchy process; weight analysis; risk zoning

引言

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是提升雷電災(zāi)害防御能力的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，對(duì)客觀認(rèn)識(shí)不同地區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平，為地方政府有效開(kāi)展防災(zāi)減災(zāi)工作、切實(shí)保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。開(kāi)展雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，建立風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系并確定其權(quán)重分配是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃技術(shù)指南》（中國(guó)氣象局，2017）和《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（中國(guó)氣象局，2018）給出了風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型以及通過(guò)層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法。層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）是國(guó)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中廣泛使用的一種多層次權(quán)重分析決策方法，該方法最早由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty （1980）于20世紀(jì)后期提出。Aupetita和 Genest （1993）在Saaty的研究基礎(chǔ)上，明確了對(duì)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)問(wèn)題。AHP法能夠?qū)?fù)雜問(wèn)題中的各因子劃分為相互關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟危⒅笜?biāo)數(shù)據(jù)、專家意見(jiàn)以及分析者的客觀判斷進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，受到專家學(xué)者青睞（李崧等，2006）。如，袁湘玲等（2010）對(duì)黑龍江省、朱涯等（2017）對(duì)玉溪市、高金閣等（2019）對(duì)北京市、任照環(huán)等（2020）對(duì)重慶市、李霞等（2021）對(duì)紹興市所開(kāi)展的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃工作，均采用了AHP法。然而，傳統(tǒng)AHP法是通過(guò)專家打分法構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)而計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，造成相關(guān)研究結(jié)論受人為因素影響較大，難以真實(shí)反映雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)實(shí)情，且上述研究中也未考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的正向或反向驅(qū)動(dòng)作用。為減少人為因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果的影響，部分專家學(xué)者對(duì)如何優(yōu)化 AHP法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了探索。如，李文輝等（2021）擴(kuò)大了打分專家的基數(shù)，通過(guò)6000多份調(diào)查問(wèn)卷確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性，計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；王曉天等（2021）運(yùn)用AHP法計(jì)算了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的初始權(quán)重后，再利用熵值法對(duì)初始權(quán)重進(jìn)行了修正。上述對(duì)AHP法的優(yōu)化計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的探索成果無(wú)疑具有較好的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)性，但要最大限度減少人為因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果的影響，對(duì)AHP法仍有進(jìn)一步優(yōu)化之必要。

湖北省位于我國(guó)地形第二級(jí)階梯向第三級(jí)階梯過(guò)渡地帶，其西南、西北、東南、東北均為山地，山前丘陵崗地廣布，中南部為江漢平原，境內(nèi)湖泊眾多，素有“千湖之省”之稱（李娟文等，2015）。復(fù)雜地形導(dǎo)致雷電活動(dòng)呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性，我國(guó)每年因雷擊造成的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失巨大（王學(xué)良等，2012）。對(duì)于湖北雷電災(zāi)害，朱傳林等（2015）以地市為最小研究單元，對(duì)湖北省雷電災(zāi)害易損度進(jìn)行了區(qū)劃。余田野等（2019）選取雷暴日數(shù)、地閃密度等6個(gè)雷電參數(shù)作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以各區(qū)縣為最小研究單元開(kāi)展了基于雷電參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作相繼展開(kāi)，以區(qū)縣或地市為最小研究單元的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果分辨率較低，無(wú)法滿足風(fēng)險(xiǎn)普查工作的精細(xì)化需求。因此，本研究綜合使用閃電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)、土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)等，通過(guò)對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析，定量計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，探索性提出了一種改進(jìn)的 AHP法（IAHP）。同時(shí)，以3 km×3 km為統(tǒng)計(jì)單元，分別計(jì)算各統(tǒng)計(jì)單元的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并完成了湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，以期為我國(guó)其他省份或地區(qū)開(kāi)展雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查和防雷減災(zāi)提供參考。

1資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的地閃數(shù)據(jù)來(lái)源于2007—2020年湖北省ADTD閃電定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)理論定位精度優(yōu)于300 m，理論探測(cè)效率在80%以上（余田野等，2021）。為提高地閃數(shù)據(jù)質(zhì)量，本文剔除了雷電流幅值絕對(duì)值＜2 kA和＞200 kA的相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)來(lái)源于先進(jìn)星載熱發(fā)射和反射輻射儀全球數(shù)字高程模型（ASTER GDEM），其柵格單元垂直分辨率為20 m，水平分辨率為30 m （康曉偉和馮鐘葵，2011）。土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)來(lái)源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD），其柵格單元分辨率為1 km 。雷電災(zāi)情數(shù)據(jù)（2007—2020年）來(lái)自中國(guó)氣象局雷電防護(hù)管理辦公室編寫(xiě)的《全國(guó)雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)》。另外，有關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)來(lái)自2020年人口密度數(shù)據(jù)集和2015年 GDP 密度數(shù)據(jù)集（http：//www.geo- doi.ac.cn/），其柵格單元分辨率為1 km。

1.2研究方法

本文在劃分湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，首先，基于致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性和承災(zāi)體暴露度3個(gè)方面建立雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系；然后，采用IAHP計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；最后，運(yùn)用ArcGIS軟件空間分析模塊將湖北省劃分為3 km×3 km的統(tǒng)計(jì)單元，分別計(jì)算每個(gè)統(tǒng)計(jì)單元的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并利用自然斷點(diǎn)分級(jí)法完成風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。對(duì)上述方法分別介紹如下：

1.2.1改進(jìn)層次分析法

傳統(tǒng)AHP法（鄧雪等，2012）是通過(guò)專家打分法確定不同評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相對(duì)重要性，當(dāng)不同專家打分時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相對(duì)重要性可能會(huì)發(fā)生改變，計(jì)算的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果受人為主觀影響較大，使得研究結(jié)論可能存在誤差。而 IAHP是通過(guò)設(shè)定參照指標(biāo)，再將其余各評(píng)價(jià)指標(biāo)與參照指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，利用相關(guān)系數(shù)比值作為計(jì)算指標(biāo)間相對(duì)重要性的依據(jù)。計(jì)算的相對(duì)重要性不受人為主觀判定的干擾，解決了傳統(tǒng) AHP法采用專家打分存在的問(wèn)題。另外，相關(guān)系數(shù)為正，代表變量間存在正向驅(qū)動(dòng)作用，否則為反向驅(qū)動(dòng)作用，因此可通過(guò)計(jì)算相關(guān)系數(shù)判定評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的正向或反向驅(qū)動(dòng)作用。圖1給出層次分析法改進(jìn)技術(shù)流程，其主要步驟如下：

（1）計(jì)算相對(duì)重要性。作為表征雷電活動(dòng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，雷擊大地密度（即每km2每年發(fā)生的雷擊次數(shù)）可用來(lái)反映研究區(qū)域遭受雷擊的可能性（陳家宏等，2007）。本文以雷擊大地密度作為相關(guān)性分析參照指標(biāo)，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)與雷擊大地密度的相關(guān)系數(shù)。另外，通過(guò)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相對(duì)重要性，得到其權(quán)重值。即

其中：aij為因素Ai 與因素Aj兩兩比較的重要性賦值，取整；r1i、r1j 分別為雷擊大地密度與評(píng)價(jià)指標(biāo)Di、Dj的相關(guān)系數(shù)。

（2）建立判斷矩陣。根據(jù)式（1）計(jì)算各指標(biāo)間的相對(duì)重要性，參照1～9標(biāo)度法確定指標(biāo)間兩兩比較賦值結(jié)果。并得出判斷矩陣A。

（3）計(jì)算相對(duì)權(quán)重。通過(guò)求解判斷矩陣A的最大特征值λmax 及最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量 W，得出同一層次各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重系數(shù)。

（4）一致性檢驗(yàn)。用平均隨機(jī)一致性指標(biāo)檢驗(yàn)各指標(biāo)重要程度比較鏈上的相容性，最終確定總層次指標(biāo)權(quán)重。當(dāng)計(jì)算得出的判斷矩陣階數(shù)≥3時(shí)，才需作一致性檢驗(yàn)（陳佳超，2014）。

1.2.2雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法

根據(jù)《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（中國(guó)氣象局，2018）和《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃技術(shù)指南》（中國(guó)氣象局，2017）給出的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型，選用雷擊大地密度、地閃強(qiáng)度、海拔高度、地形起伏度、土壤電導(dǎo)率、人口密度、GDP 密度作為雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型（圖2）。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分為以下四步。

（1）歸一化處理。為了消除雷擊大地密度、地閃強(qiáng)度、海拔高度等7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的量綱差異，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)作歸一化處理。即

其中，Dij是j站（格）點(diǎn)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值；Aij是j 站（格）點(diǎn)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值；mi 和Mi 分別是第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值中的最小值和最大值。

（2）計(jì)算權(quán)重和二級(jí)指標(biāo)。采用IAHP計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，利用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算各統(tǒng)計(jì)單元的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體暴露度等二級(jí)指標(biāo)。即

式（3）中，Rj為二級(jí)指標(biāo)，即致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)、孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)、承災(zāi)體暴露度指數(shù)；Wi 為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；Dij為三級(jí)指標(biāo)，即j站（格）點(diǎn)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值；n 為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

計(jì)算各統(tǒng)計(jì)單元的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。即

式（4）中，ILD 為一級(jí)指標(biāo)，即雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；IRH、IRI、 IRE 分別為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)、孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)和承災(zāi)體暴露度指數(shù)；wh、wi、we 分別為各二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分級(jí)。根據(jù)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果，采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法（張京紅等，2010）完成雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分級(jí)。自然斷點(diǎn)分級(jí)方法計(jì)算過(guò)程可通過(guò)ArcGIS軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

2指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)《基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則》（國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2018）給出的最小統(tǒng)計(jì)單元要求，將研究區(qū)域劃分為3 km×3 km的統(tǒng)計(jì)單元，分別計(jì)算不同統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)值；再以雷擊大地密度作為參照指標(biāo)，通過(guò)各評(píng)價(jià)指標(biāo)與雷擊大地密度的相關(guān)性分析，計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相對(duì)重要性；最后，根據(jù)IAHP計(jì)算得到評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重，并判定評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的正向或反向驅(qū)動(dòng)作用。

2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析

為減少干擾誤差，探討評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性，將湖北省以3個(gè)不同區(qū)域范圍分別進(jìn)行分析：全省范圍（D01），分析雷擊點(diǎn)密度與地閃強(qiáng)度的相關(guān)性；西部山區(qū)（D02），即鄂西山區(qū)，該區(qū)大部海拔高度都在1000 m 以上，最高達(dá)3105 m，分析雷擊點(diǎn)密度與海拔高度、地形起伏度的相關(guān)性；東部平原（D03），分析雷擊點(diǎn)密度與土壤電導(dǎo)率、人口密度、GDP密度的相關(guān)性，避免地形或氣候特征等對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響（圖3、表1）。

2.1.1雷擊大地密度（Ld）與地閃強(qiáng)度（Ln）

Ln 可表征研究區(qū)域可能遭受雷電災(zāi)害的程度，即按照百分位數(shù)法將地閃放電的雷電流幅值分級(jí)后加權(quán)平均得到的強(qiáng)度（中國(guó)氣象局，2017）。分別計(jì)算 D01各統(tǒng)計(jì)單元的Ln 值，以4%作為L(zhǎng)n 百分比區(qū)間間隔，計(jì)算得到湖北省不同Ln 百分比區(qū)間對(duì)應(yīng)區(qū)域的Ld，見(jiàn)圖4。

由圖4可知，Ld隨Ln 百分比區(qū)間增加而增加，Ld從0.72次·km-2·a-1增加到6.13次·km-2·a-1。經(jīng)線性擬合得出Ld與Ln 的關(guān)系式為（為區(qū)分不同區(qū)域范圍Ld與不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的擬合關(guān)系，以Ld下角標(biāo)數(shù)字予以區(qū)分，即1、2、3分別對(duì)應(yīng)于D01、D02、D03）

由式（5）可知，Ln 與Ld呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9698，且通過(guò)0.001顯著性水平檢驗(yàn)。這說(shuō)明Ln 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)具有正向驅(qū)動(dòng)作用。

2.1.2雷擊大地密度（Ld）與孕災(zāi)環(huán)境指標(biāo)

（1） Ld與海拔高度（Eh）。統(tǒng)計(jì)表明，由于湖北省Eh 超過(guò)2700 m的區(qū)域面積較小，監(jiān)測(cè)到的地閃回?fù)纛l次也較少，不能真實(shí)反映該區(qū)域內(nèi)的Ld。因此，按照間隔50 m分別統(tǒng)計(jì) D02區(qū)域內(nèi)lt;50 m、50～100 m、···、2650～2700 m不同Eh 區(qū)間的Ld （圖5a）。圖5a顯示，Eh在0～150 m 時(shí)，Ld隨Eh 增加而增加，100～150 m 處Ld最大為3.08次·km-2·a-1；Eh 由150 m上升到2700 m時(shí)，Ld減少至1.38次·km-2·a-1?？梢?jiàn)，低海拔地區(qū)Ld明顯高于高海拔地區(qū)，這與劉海兵等（2017）、王學(xué)良等（2020）的相關(guān)研究結(jié)論基本一致。經(jīng)擬合，Ld隨Eh 變化呈線性負(fù)關(guān)系，其表達(dá)式為

由式（6）可知，Eh 與Ld呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.8585，且通過(guò)0.001顯著性水平檢驗(yàn)，Eh 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)具有反向驅(qū)動(dòng)作用。

（2） Ld與地形起伏度（Tr）。參照張靜靜等（2018）給出的地形起伏度計(jì)算方法提取湖北省每個(gè)柵格單元的 Tr 。分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)柵格鄰域Eh 的最大值和最小值，兩者之差即為相應(yīng)柵格的地形起伏度，即

其中，EhM為中心柵格鄰域Eh 最大值；Ehm為中心柵格鄰域Eh 最小值。

采用 ArcGIS 軟件鄰域分析工具計(jì)算 D02各柵格單元的 Tr，并由小到大依次排列，以4%作為 Tr 百分比區(qū)間，計(jì)算得到不同 Tr 百分比區(qū)間對(duì)應(yīng)區(qū)域的Ld （圖5b）。由圖5b可知，Ld隨 Tr 百分比區(qū)間增大而減少，Ld從2.76次·km-2·a-1減少至1.59次·km-2·a-1。經(jīng)線性擬合得出Ld與 Tr 的表達(dá)式為

由式（8）可知，Tr 與Ld呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.9388，且通過(guò)0.001顯著性檢驗(yàn)水平，表明 Tr 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)具有反向驅(qū)動(dòng)作用。

（3） Ld與土壤電導(dǎo)率（Sc）。統(tǒng)計(jì)表明，湖北省表層土壤（0～30 cm深度）電導(dǎo)率分布較為離散，主要分布于0～1 ds ·m-1。為減小區(qū)間分組引起的計(jì)算誤差，通過(guò)引入啞變量的方法（賈煒瑋等，2019）對(duì) D03各柵格單元Sc 進(jìn)行重新編碼（表2），分別計(jì)算不同Sc 百分比區(qū)間對(duì)應(yīng)區(qū)域的Ld。經(jīng)線性回歸擬合，含有啞變量的Ld與Sc 的回歸方程為

其中，Sc1、Sc2、Sc3分別為Sc 低值區(qū)、中值區(qū)、高值區(qū)對(duì)應(yīng)的虛擬變量。Sc1、Sc2、Sc3的系數(shù)表示在其他條件不變的情況下Sc 低值區(qū)、中值區(qū)或高值區(qū)的Ld比Sc 極高值區(qū)偏大或偏小，差值分別為0.358、0.104或0.012。由式（9）可知，Sc 與Ld呈弱的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.16，該結(jié)果與張祎等（2019）相關(guān)研究結(jié)果一致，說(shuō)明Sc 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)具有正向驅(qū)動(dòng)作用。

2.1.3雷擊大地密度（Ld）與暴露度指標(biāo)

為減小區(qū)間分組引起的計(jì)算誤差，同樣引入啞變量對(duì)人口密度和 GDP密度柵格進(jìn)行重新編碼，表2給出暴露度指標(biāo)百分位區(qū)間及等級(jí)劃分結(jié)果。分別計(jì)算 D03不同暴露度評(píng)價(jià)指標(biāo)區(qū)間對(duì)應(yīng)區(qū)域的Ld，經(jīng)線性回歸擬合，含有啞變量的Ld與人口密度（Pd）的回歸方程為

其中，Pd1、Pd2、Pd3分別為人口低值區(qū)、中值區(qū)、高值區(qū)對(duì)應(yīng)的虛擬變量。由式（10）可知，Pd 與Ld之間呈弱的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.13，說(shuō)明Pd 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)具有正向驅(qū)動(dòng)作用。

另外，經(jīng)擬合，含有啞變量的Ld與 GDP密度（Gd）的回歸方程為

其中，Gd1、Gd2、Gd3分別為 Gd 低值區(qū)、中值區(qū)、高值區(qū)對(duì)應(yīng)的虛擬變量。由式（11）可知，Gd 與Ld之間呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.33，說(shuō)明 Gd 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也具有正向驅(qū)動(dòng)作用。

2.2計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

利用 IAHP計(jì)算各層指標(biāo)間的相對(duì)重要程度，進(jìn)而構(gòu)建各層指標(biāo)的重要性判斷矩陣，求得其最大特征值以及對(duì)應(yīng)的特征向量。經(jīng)對(duì)階數(shù)≥3的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，構(gòu)建符合一致性要求的湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)權(quán)重，其結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型中Ld、Ln 權(quán)重系數(shù)較高，與劉垚等（2014）、高金閣等（2019）、任照環(huán)等（2020）的相關(guān)研究結(jié)論基本一致，但Eh 的權(quán)重系數(shù)與上述文獻(xiàn)存在一定的差異。上述文獻(xiàn)研究中Eh 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)均設(shè)定為正向驅(qū)動(dòng)，且Eh 權(quán)重值相對(duì)較小，其原因可能與Eh 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)作用方向有關(guān)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，當(dāng)設(shè)定Eh 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)正向驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于專家打分計(jì)算權(quán)重的差異性，隨著Eh 指標(biāo)權(quán)重的增加，評(píng)價(jià)結(jié)果中Eh 的貢獻(xiàn)率不斷凸顯，最終將導(dǎo)致雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果與Eh 分布特征趨于一致。因此，采用IAHP定量計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，科學(xué)評(píng)價(jià)各指標(biāo)影響雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)方向，從而避免人為因素對(duì)區(qū)劃結(jié)果的影響。

3雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

首先，根據(jù)式（3）計(jì)算求得湖北省各統(tǒng)計(jì)單元的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性以及承災(zāi)體暴露度等二級(jí)指標(biāo)值Rj；然后，根據(jù)式（4）計(jì)算湖北省各統(tǒng)計(jì)單元的一級(jí)指標(biāo)，即雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ILD；最后，采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法，將湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型中的一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)劃分為高、較高、中、較低和低5個(gè)等級(jí)。

3.1致災(zāi)因子危險(xiǎn)性

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性考慮了雷擊大地密度（Ld）、地閃強(qiáng)度（Ln）這2項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖6a給出湖北省雷電災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)的區(qū)劃結(jié)果，從中看到，雷電致災(zāi)因子高、較高危險(xiǎn)性等級(jí)主要分布在湖北東部的武漢、黃岡、鄂州、黃石、咸寧一帶，以及分散于西部山區(qū)向江漢平原的過(guò)渡地帶；較低、低危險(xiǎn)性等級(jí)主要分布在湖北西南、西北部以及湖北部分邊界地區(qū)。

3.2孕災(zāi)環(huán)境敏感性

孕災(zāi)環(huán)境敏感性綜合考慮了海拔高度（Eh）、地形起伏度（Tr）、土壤電導(dǎo)率（Sc）這3項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖6b給出湖北省雷電災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性等級(jí)區(qū)劃結(jié)果，從中看到，孕災(zāi)環(huán)境敏感性呈東高西低分布特征。Eh 和 Tr 的權(quán)重（表3）分別為Sc 的5.1倍和5.8倍，說(shuō)明孕災(zāi)環(huán)境敏感性指標(biāo)主要受地形影響。湖北西部以山地為主，Eh 和 Tr 均較大，且Eh 和 Tr 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)均具有反向驅(qū)動(dòng)作用，導(dǎo)致該地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性較低；湖北中部和東部地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性較高，其遭受雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也較大。

3.3承災(zāi)體暴露度

承災(zāi)體暴露度考慮了人口密度（Pd）、GDP密度（Gd）這2項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。Pd、Gd 對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)均具有正向驅(qū)動(dòng)作用（表3），說(shuō)明Pd 越大、經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)（Gd 較大），該地區(qū)對(duì)應(yīng)的承災(zāi)體暴露度越高，雷擊造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)也越高。圖6c給出湖北省雷電災(zāi)害承災(zāi)體暴露度等級(jí)區(qū)劃結(jié)果，從中看到，承災(zāi)體暴露度高、較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要位于人口聚集的區(qū)、縣、市（州）主城區(qū)以及部分集鎮(zhèn)。其中，武漢市作為湖北省政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心，相較于其他地區(qū)，人口更加聚集，Gd 遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，導(dǎo)致其承災(zāi)體暴露度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高。

3.4風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果

綜合考慮上述致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體暴露度各指標(biāo)因素，繪制湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖（圖7），并利用ArcGIS軟件統(tǒng)計(jì)出各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積及比例。

受閃電活動(dòng)、地形特征、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面的影響，湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為東部高于西部。鄂東桐柏山以南、幕阜山以北的平原和低山丘陵地區(qū)，江漢平原大部以及鄂西山區(qū)向江漢平原的過(guò)渡帶，其雷電災(zāi)害以高、較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主，該區(qū)域面積為6.64萬(wàn)km2，占全省國(guó)土面積的35.7%，其中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)主要集中分布在武漢、鄂州、黃岡西部、黃石北部和咸寧北部，該地區(qū)面積為3.44萬(wàn) km2，占全省面積的18.5%；雷電災(zāi)害較低、低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)主要分布在鄂西的恩施、神農(nóng)架、十堰、宜昌西部、襄陽(yáng)西南部，該區(qū)域海拔較高，其面積為6.37萬(wàn)km2，占全省面積的34.3%；湖北其余地區(qū)雷電災(zāi)害，大部分為中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，面積為5.58萬(wàn)km2，占全省面積的30.0%。

3.5風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果驗(yàn)證

對(duì)采用 IAHP計(jì)算得到的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果，利用歷史雷電災(zāi)害頻次進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，2007—2020年湖北省103個(gè)區(qū)縣共發(fā)生雷電災(zāi)害594次，近14 a各區(qū)縣平均發(fā)生雷電災(zāi)害5.8次。為消除區(qū)域面積差異引起的計(jì)算誤差，統(tǒng)計(jì)出近14 a湖北省103個(gè)區(qū)縣每100 km2雷電災(zāi)害頻次，并與各區(qū)縣雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值進(jìn)行相關(guān)性分析（圖8）。由圖8可知，各區(qū)縣歷年雷電災(zāi)害頻次與雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)存在正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.4316，且通過(guò)0.001顯著性水平檢驗(yàn)，顯示出兩個(gè)變量之間具有較好的線性相關(guān)關(guān)系，從而說(shuō)明區(qū)劃結(jié)果能反映湖北省各地區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)實(shí)情。

4結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)湖北省閃電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、海拔高程數(shù)據(jù)、土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)的分析，建立了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型，以3 km×3 km的統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格為單位，對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)劃，并運(yùn)用歷年雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，得到如下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）為避免傳統(tǒng)層次分析法因主觀性影響指標(biāo)因子權(quán)重的準(zhǔn)確性，提出了一種改進(jìn)層次分析方法，將雷擊大地密度評(píng)價(jià)指標(biāo)作為參考，通過(guò)各評(píng)價(jià)指標(biāo)與雷擊大地密度的相關(guān)性分析自動(dòng)賦予評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)重要性，使得計(jì)算的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重更合理。

（2）湖北省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為東部高于西部。鄂東大別山以南、幕阜山以北的平原和低山丘陵地區(qū)，以及江漢平原大部與鄂西山區(qū)向江漢平原過(guò)渡帶，其雷電災(zāi)害以高、較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主；較低、低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)主要分布在鄂西的恩施、神農(nóng)架、十堰、宜昌西部、襄陽(yáng)西南部，湖北其它地區(qū)大部為雷電災(zāi)害中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

（3）各區(qū)縣雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和歷年雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.4316，且通過(guò)0.001顯著性水平檢驗(yàn)，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果能反映實(shí)際雷災(zāi)情況；區(qū)劃過(guò)程中選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)、權(quán)重及區(qū)劃方法是合理的。

需要指出的是，本文使用的雷電災(zāi)情數(shù)據(jù)主要來(lái)源于各地氣象部門(mén)收集上報(bào)的災(zāi)害資料，雖然具有一定的代表性，但由于部分受災(zāi)主體出于各種原因存在虛報(bào)或漏報(bào)現(xiàn)象，導(dǎo)致雷電災(zāi)情數(shù)據(jù)不夠全面和準(zhǔn)確，可能會(huì)給風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果驗(yàn)證的準(zhǔn)確性帶來(lái)一定影響。至于其影響程度有多大，后續(xù)工作中將考慮通過(guò)收集更加完整、準(zhǔn)確的災(zāi)情數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究，使雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果更趨合理。

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（責(zé)任編輯王銀平）