基于信息擴散理論的安徽省農(nóng)業(yè)風雹災害風險評估

江　懿，陳　磊，任　竹，陳　娟（安徽省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與信息研究所，合肥230031）

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基于信息擴散理論的安徽省農(nóng)業(yè)風雹災害風險評估

江懿，陳磊，任竹，陳娟
（安徽省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與信息研究所，合肥230031）

摘要：為了客觀評估風雹災害對安徽省農(nóng)作物造成的風險損失，利用基于信息擴散理論的風險評估模型，對安徽省1991—2012年近22年的農(nóng)業(yè)風雹災害進行分析。結果顯示：因風雹災造成的農(nóng)業(yè)受（成）災面積相對較?。辉谑転闹笖?shù)10%下，安徽省風雹災害風險水平為低風險，風險概率為156年1遇；安徽省風雹災成災指數(shù)一般不超過8%，該指數(shù)下的風險概率約為10000年1遇；隨著受災程度的增加，安徽省各市的風雹災害風險概率呈下降趨勢。

關鍵詞：風雹災；信息擴散；風險評估；安徽省

0　引言

風雹災害是指雷雨大風、龍卷風和冰雹等強對流天氣造成的一種自然災害[1]，農(nóng)業(yè)風雹災害是中國農(nóng)業(yè)自然災害中處于第三位的農(nóng)業(yè)氣象災害[2]。目前，國內(nèi)對農(nóng)業(yè)風雹災害的風險評估進行研究的相關文獻尚較少，主要有雷曉云等[3]應用信息擴散的模糊數(shù)學方法對新疆生產(chǎn)建設兵團的農(nóng)業(yè)風雹災害進行了風險估計；陳家金等[4]應用正態(tài)信息擴散計算方法，對福建省農(nóng)作物風雹災害進行風險評估；賀一梅等[5]運用模糊聚類方法，對云南省金沙江流域的風雹災害進行了區(qū)劃研究；許新路等[6]根據(jù)歷史災情資料，對河北省邢臺市的風雹災害進行了風險評估；山義昌[7]對冬小麥的風雹災害進行了等級劃分和災情評估；郗蒙浩等[8]依據(jù)自然災害風險區(qū)劃，對北京市風雹災害的應急救援物資儲備數(shù)量進行管理；廖永豐等[9]根據(jù)風雹的絕對災情指數(shù)和嚴重程度將中國分為5類地區(qū)，其中安徽處于3類地區(qū)。

據(jù)統(tǒng)計，安徽風、雹災害頻發(fā)，全省年均56次，損害面積年均14萬hm2[10]，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了一定影響。然而，對安徽省風雹災害進行風險評估的文獻相對缺乏，大都是對安徽省的農(nóng)業(yè)災害系統(tǒng)研究中涉及到風雹災害[11-13]。因此，本研究從承災層面對風雹災害的后果進行評估。農(nóng)業(yè)風險分析的傳統(tǒng)數(shù)學手段是概率統(tǒng)計方法，即總結災害發(fā)生地區(qū)歷史上不同風險水平發(fā)生的頻率，得到風險概率分布，但這種傳統(tǒng)方法需要大量的歷史統(tǒng)計資料（通常要求30個以上樣本），而考慮到本研究數(shù)據(jù)的制約性，選擇基于信息擴散理論的評估模型進行分析，信息擴散理論由黃崇福教授系統(tǒng)提出[14]，以期客觀評估安徽省農(nóng)業(yè)風雹災害的風險大小，為安徽省風雹災害的防災減災提供依據(jù)。

1　資料與方法

1.1資料來源

數(shù)據(jù)來源于安徽省民政廳和《新中國農(nóng)業(yè)60年統(tǒng)計資料》[15]、《安徽統(tǒng)計年鑒》（1991—2013年）。

1.2評估方法

選取安徽省及各市農(nóng)作物播種面積、農(nóng)業(yè)風雹災害受（成）災面積等指標進行相關分析評估。

1.2.1評估模型信息擴散原理是一種處理不完備信息的模糊方法，該方法認為一定存在著1個適當?shù)臄U散函數(shù)，可以將傳統(tǒng)的觀測樣本點集值化，以彌補資料不足帶來的缺陷，達到提高精度的目的。最簡單的模型是正態(tài)擴散模型[14]。

基于信息擴散理論的風險評估模型中，假設X為風險評估指標在m年內(nèi)的實際觀測值的樣本集合，

式中：u1,u2,…,un為控制點?？紤]到計算精度的要求，本研究中U取值如下：

在集合X中，1個單值觀測樣本點xi可以將其所攜帶的信息依下式擴散給U中的所有點：

式中：h為信息擴散系數(shù)，其表達式如下：

則樣本xi的歸一化信息分布可記為：

式(10)為所有樣本落在uj處的頻率值，即概率估計值，則超越uj的概率值應為：

P即為不同災害情形下的風險估計值。

為了使風險評估的結果更為直觀、易于比較，引入風險等級進行分析評估，運用風險概率R() R=1/P對其進行細化表述[16]。R越?。ù螅硎撅L雹災可能發(fā)生的周期越短（長）、頻率越高（低）。

1.2.2評估指標用于表征農(nóng)業(yè)風雹災害的風險指標很多，本研究選用風雹災害受（成）災面積指數(shù)作為風雹災害風險的評估指標。風雹災害受（成）災面積指數(shù)是指風雹災害受（成）災面積與農(nóng)作物播種面積之比，其大小反映了農(nóng)作物的受（成）災程度[17]。指數(shù)值越大（?。?，表示農(nóng)作物受風雹災害的影響越大（?。笖?shù)計算見公式(12)。

式中：Xh為風雹災受（成）災面積指數(shù)；Sh為風雹災受（成）災面積(hm2)；S為農(nóng)作物播種面積(hm2)。其中，受災面積指因風雹災減產(chǎn)10%以上的農(nóng)作物播種面積，成災面積則指因風雹災減產(chǎn)30%以上的面積。

1.2.3統(tǒng)計分析采用Excel 2003和Matlab軟件對數(shù)據(jù)進行處理與分析。

2　結果與分析

2.1歷史災情分析

利用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理，得到1991—2012年間安徽省農(nóng)業(yè)風雹災害年平均受災面積為23.9萬hm2，年平均成災面積為13.2萬hm2。2002年風雹災害的受災面積和成災面積為最高值，分別為71.5萬hm2、48.2萬hm2。安徽省歷年風雹災害受（成）災面積指數(shù)的變化趨勢如圖1所示。1991—2012年安徽省農(nóng)作物因風雹受災的面積指數(shù)為3‰～8.5%，因風雹成災的面積指數(shù)為2‰～5.7%，歷年平均值分別為2.8%和1.6%，總體呈下降趨勢。災情最重的年份為2002年，受災和成災面積指數(shù)均為最大值。受災指數(shù)≥3%的年份有1992—1994、1998、2002、2004、2009年，占統(tǒng)計年份的31.8%。從總體上看，因風雹災害造成的農(nóng)作物受災、成災面積相對較小。

圖1　安徽省歷年農(nóng)作物風雹災害受災和成災面積指數(shù)

2.2風雹災害風險等級劃分

根據(jù)安徽省各市的農(nóng)業(yè)風雹災害的風險概率R，參照劉亞彬等的水旱災害風險等級劃分[18]，將農(nóng)業(yè)風雹災的風險程度分為高、中、低3個等級。具體等級劃分見表1。其中，R=1指風雹災每年1遇，2＜R≤4指風雹災2～4年1遇，R＞6則表示風雹災大于6年1遇，其余依此類推。

表1　風雹災害不同受（成）災面積指數(shù)下的風險等級劃分

2.3安徽省農(nóng)業(yè)風雹災受（成）災風險估計值

依照基于信息擴散理論的風險評估模型、借助Matlab數(shù)學軟件對安徽省1991—2012年的風雹災受（成）災數(shù)據(jù)進行處理，結果如表2所示。從受災風險來看，當受災指數(shù)≥2%時，安徽省風雹災風險水平為中度風險，風險概率為1.4年1遇；當受災指數(shù)≥4%時，風雹災風險水平為中度風險，風險概率為3.2年1遇；當受災指數(shù)≥7%時，風雹災風險水平為低風險，風險概率為16.6年1遇；當受災指數(shù)上升至10%時，風雹災受災風險為156年1遇。從成災風險來看，成災面積指數(shù)一般不超過8%，該指數(shù)下的風險估計值為0.0001，成災風險約為10000年1遇。

表2　安徽省農(nóng)業(yè)風雹災受（成）災風險估計值

2.4安徽省各市農(nóng)業(yè)風雹災害風險區(qū)劃

根據(jù)上文中的評估模型及風險等級劃分，得到安徽省各市在不同風雹災害受災面積指數(shù)下的風險評估結果見表3，圖2是應用ArcGIS 10.2軟件繪圖得到的安徽省農(nóng)業(yè)風雹災害時空分布區(qū)劃。

由圖2a可見，在Xh≥2%面積指數(shù)下，安徽省各市風雹災呈現(xiàn)為中、低風險。具體表現(xiàn)為淮南、合肥、滁州、巢湖和馬鞍山為低風險，風險概率大于2年1遇；其他城市均為中度風險，風險概率在1～2年1遇之間。

由圖2b可見，在Xh≥4%面積指數(shù)下，風雹災呈現(xiàn)為高、中、低風險并存。宿州和淮北為高風險區(qū)，風險概率為1～2年1遇；亳州、阜陽、蚌埠、安慶、銅陵、池州、黃山和宣城為中風險區(qū)，風險概率在2～4年1遇之間；其余7市為低風險區(qū)，風險概率大于4年1遇。

由圖2c可見，在Xh≥7%面積指數(shù)下，風雹災風險概率有所降低，雖然仍然是高、中、低并存，但大部分城市處于低風險區(qū)。高風險區(qū)的只有宿州市，風險概率為2.4年1遇；淮北、蚌埠、池州、銅陵和宣城為中風險，風險概率為4～6年1遇；其余11市則為低風險，風險概率大于6年1遇。

由圖2d可見，在Xh≥10%面積指數(shù)下，風雹災風險概率大幅下降，只有宿州、銅陵和宣城3市處于中風險區(qū)，風險概率為6～15年1遇；其余14市均為低風險，風險概率大于15年1遇。

表3　安徽省各市風雹災害風險概率　年1遇

圖2　安徽省各市不同受災面積指數(shù)下的風雹災風險評估圖

綜上所述，安徽省各市的風雹災害風險概率隨著受災程度的增加，呈下降趨勢。除了宿州市受風雹災害的影響較大，在受災指數(shù)10%下風險概率為7.1年1遇，其余城市的風雹災害風險相對較小。

3　結論與討論

通過對安徽省1991—2012年近22年因風雹災而造成的農(nóng)業(yè)受（成）災面積進行分析，發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物受（成）災面積相對較小，受（成）災指數(shù)總體上呈下降趨勢。利用基于信息擴散理論的風險評估模型，對安徽省1991—2012年近22年的農(nóng)業(yè)風雹災害進行風險評估，得到如下結論：在受災指數(shù)10%下，安徽省風雹災害風險水平為低風險，風險概率為156年1遇；安徽省風雹災成災指數(shù)一般不超過8%，該指數(shù)下的風險估計值為0.0001，成災風險約為10000年1遇。安徽省各市的風雹災害風險概率隨著受災程度的增加呈下降趨勢。

以往對安徽省風雹災害的研究主要是在對安徽省的農(nóng)業(yè)災害系統(tǒng)研究中有所涉及，筆者采用基于信息擴散理論的風險評估模型對安徽省農(nóng)業(yè)風雹災害進行了專門研究。該模型較好地解決了風雹災害數(shù)據(jù)資料不足、應用傳統(tǒng)方法進行評估精度較差的問題，應用該模型得到的農(nóng)業(yè)風雹災害風險概率和空間分布為安徽省風雹災害的防災減災提供了依據(jù)。從自然災害系統(tǒng)論的角度看，自然災害是致災因子、孕災環(huán)境和承載體三者相互作用的結果。本研究主要從承載層面對災害進行評估，從致災因子和孕災環(huán)境方面對風雹災害的風險評價還需要做進一步的工作。

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Risk Assessment of Agricultural Wind and Hail Disasters in Anhui Province Based on Information Diffusion Theory

Jiang Yi,Chen Lei,Ren Zhu,Chen Juan
(Institute of Agricultural Economy and Information,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,Anhui,China)

Abstract:The paper aims to evaluate the crop loss caused by wind and hail disasters in Anhui Province.The authors carried out a risk assessment of agricultural wind and hail disasters in nearly 22 years(1991-2012) with an risk assessment model based on the information diffusion theory.The results showed that:in Anhui Province,agricultural disaster area of wind and hail was relatively small,the affected index was under 10%,the wind and hail disaster risk level was low and the risk probability was once in 156 years.The affected index of the wind and hail disaster in Anhui Province was generally no more than 8%,and under this index,the risk probability was about once in 10000 years.The wind and hail disaster risk probability of every city in Anhui Province decreased with the increasing of the damage degree.

Key words:Wind and Hail Disaster;Information Diffusion;Risk Assessment;Anhui Province

收稿日期：2015-10-14，修回日期：2015-12-24。

通訊作者：陳磊，男，1977年出生，副研究員，碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)災害風險分析。

作者簡介：第一江懿，女，1988年出生，研究實習員，碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)信息分析。

通信地址：230031安徽省合肥市廬陽區(qū)農(nóng)科南路40號安徽省農(nóng)業(yè)科學院，E-mail：ahnkyjy@163.com。 230031安徽省合肥市廬陽區(qū)農(nóng)科南路40號安徽省農(nóng)業(yè)科學院，E-mail：chenleichina@163.com。

基金項目：安徽省農(nóng)業(yè)災害風險分析研究科技創(chuàng)新團隊(14C1409)。

中圖分類號：S424，S427

文獻標志碼：A論文編號：cjas15100009