衡水市設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險分析

陳克敏 張健 李婷 陳笑娟

摘要 采用衡水市11個國家地面氣象站（1984—2019年）和128個區(qū)域地面氣象站（2014—2019年）的逐日觀測數(shù)據(jù)、2019年衡水市設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)濟數(shù)據(jù)及設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)情歷史資料，選取日極大風(fēng)速作為大風(fēng)災(zāi)害強度指標，基于災(zāi)害風(fēng)險評估理論，利用極值概率分布模式對不同重現(xiàn)期下衡水市風(fēng)災(zāi)致災(zāi)因子危險性進行分析;結(jié)合致災(zāi)因子、承災(zāi)體屬性構(gòu)建不同類別設(shè)施農(nóng)業(yè)“風(fēng)速-損失率”脆弱性曲線;綜合考慮致災(zāi)因子、承災(zāi)體暴露度和脆弱性影響，對衡水市不同類別設(shè)施農(nóng)業(yè)在不同重現(xiàn)期下的損失風(fēng)險進行分析。結(jié)果表明：隨著重現(xiàn)期的增加，大風(fēng)致災(zāi)強度、影響范圍和經(jīng)濟損失同時增大;在衡水市東北部地區(qū)危險性較高，其中，深州市中部、武強縣東北部、阜城縣北部及饒陽縣北部區(qū)域風(fēng)災(zāi)危險性最高;設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害經(jīng)濟損失風(fēng)險主要集中在饒陽縣東北部地區(qū)，并隨著重現(xiàn)期的增加，損失范圍逐漸擴大，經(jīng)濟損失不斷增加。

關(guān)鍵詞 設(shè)施農(nóng)業(yè);日極大風(fēng)速;大風(fēng)災(zāi)害 ;風(fēng)險分析

中圖分類號：P458.1+23文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）03–0101–03

衡水市位于河北省東南部，地處河北沖積平原，屬大陸季風(fēng)氣候區(qū)，為溫暖半干旱型，農(nóng)業(yè)氣候資源較豐富，是京津重要的農(nóng)副產(chǎn)品加工供應(yīng)基地[1]。據(jù)衡水市統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，截至2019年末，衡水市轄2個市轄區(qū)、1個縣級市、8個縣的設(shè)施農(nóng)業(yè)種植面積3.38萬 hm2，其中設(shè)施蔬菜播種面積2.6萬 hm2，占衡水市全部蔬菜播種面積的41%，產(chǎn)量達97.4萬 t，占全市蔬菜總產(chǎn)量的35.2%;設(shè)施水果種植面積0.48萬 hm2，占衡水市全部水果種植面積的42.3%;另外還有0.3萬 hm2食用菌等其它設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品種植。設(shè)施農(nóng)業(yè)在衡水市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟生產(chǎn)發(fā)展建設(shè)中有著極為重要的地位。

大風(fēng)災(zāi)害是衡水市主要的氣象災(zāi)害之一，不僅會破壞生態(tài)環(huán)境，而且會給設(shè)施生產(chǎn)造成較大損失，特別是老舊的日光溫室、結(jié)構(gòu)簡易的塑料拱棚受災(zāi)尤其嚴重，往往給設(shè)施農(nóng)業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失[2]。因此，對大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險進行研究，對指導(dǎo)衡水市科學(xué)規(guī)劃設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、提高防災(zāi)減災(zāi)能力、保障人民群眾生命財產(chǎn)安全具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 資料與處理

1.1 資料

氣象資料采用衡水市11個國家地面氣象站（1984—2019年）和128個區(qū)域地面氣象站（2014—2019年）的逐日觀測數(shù)據(jù)，承災(zāi)體數(shù)據(jù)為衡水市2019年設(shè)施農(nóng)業(yè)種植面積、經(jīng)濟價值等。

災(zāi)情數(shù)據(jù)為調(diào)查采集的“大風(fēng)風(fēng)速-設(shè)施農(nóng)業(yè)損失”樣本數(shù)據(jù)，以及1984—2019年衡水市各縣（市、區(qū)）風(fēng)災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括風(fēng)災(zāi)發(fā)生的地點、開始和結(jié)束時間、天氣過程、受災(zāi)人口、農(nóng)作物受災(zāi)情況等信息。

1.2 資料處理

本研究以日極大風(fēng)速作為大風(fēng)災(zāi)害強度指標，進行大風(fēng)災(zāi)害的危險性分析及承載體脆弱性分析。由于日極大風(fēng)速觀測時間較短，選取氣象逐日觀測數(shù)據(jù)中最大風(fēng)速數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計方法建立區(qū)域站與國家站最大風(fēng)速與極大風(fēng)速的函數(shù)關(guān)系，推算得出日極大風(fēng)速的長時間序列數(shù)據(jù)[3]。

2 研究方法

2.1 致災(zāi)因子危險性分析方法

通過高低異常值檢驗、空間異常值檢驗等數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，提取每個站點1984—2019年日極大風(fēng)速年極值，運用韋伯分布、伽瑪分布、耿布爾分布等不同分布函數(shù)對AM序列進行擬合，以AIC指數(shù)選擇最優(yōu)分布函數(shù)，計算得到各站點不同重現(xiàn)期的極大風(fēng)速，利用ArcGIS10.5軟件選擇反距離權(quán)重插值法，得到不同重現(xiàn)期致災(zāi)因子危險性分布圖[4]。

重現(xiàn)期是超越概率的具體形式，通過多少年一遇來體現(xiàn)，可直觀識別由致災(zāi)因子強度變化而引起的空間變化趨勢。對于連續(xù)型隨機變量X，小于任意實數(shù)x的累積概率為F（X），則重現(xiàn)期計算方法如下[5]：

式（1）、（2）中，RP為重現(xiàn)期，EP為超越概率，F(xiàn)（X）為累積概率，f（x）為變量x的概率密度函數(shù)。

2.2 承災(zāi)體脆弱性分析方法

根據(jù)災(zāi)情調(diào)查和風(fēng)災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，構(gòu)建不同類別設(shè)施農(nóng)業(yè)“風(fēng)速-損失率”脆弱性曲線，利用最小二乘法，選擇線性、指數(shù)和冪函數(shù)分別對不同類別設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害脆弱性曲線進行擬合[6]。最終，選擇擬合R?較高且形式最為簡單的線性函數(shù)對設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害脆弱性關(guān)系進行刻畫，采用分段函數(shù)形式，得到小棚、中棚、大棚和日光溫室的脆弱性關(guān)系曲線。不同風(fēng)速下的風(fēng)災(zāi)損失率，計算公式如下：

式（3）中，LR為不同風(fēng)速下的設(shè)施損失率，L為風(fēng)災(zāi)造成的損失，W為承災(zāi)體的重置費用。

2.3 承災(zāi)體經(jīng)濟損失風(fēng)險分析方法

承災(zāi)體損失風(fēng)險受多種因素共同影響，其中，致災(zāi)因子、承災(zāi)體暴露度和脆弱性是導(dǎo)致?lián)p失的主要因素，根據(jù)風(fēng)險系統(tǒng)理論，承災(zāi)體損失風(fēng)險計算公式如下[7]：

式（4）中，t為重現(xiàn)期，R（t）為風(fēng)險，Ht為致災(zāi)危險性，V為承災(zāi)體脆弱性曲線，E為承災(zāi)體的經(jīng)濟價值。

3 分析與結(jié)果

以日極大風(fēng)速為大風(fēng)災(zāi)害強度指標，結(jié)合致災(zāi)因子、承災(zāi)體屬性和經(jīng)濟分布，研究5 a一遇、10 a一遇、30 a一遇和50 a一遇4個重現(xiàn)期的大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險分布特征。

3.1 致災(zāi)因子危險性分析

利用ArcGIS10.5處理得到不同重現(xiàn)期致災(zāi)因子危險性分布圖（圖1）。隨著重現(xiàn)期的增大，日極大風(fēng)速的致災(zāi)強度逐漸增強，影響范圍也不斷擴大。風(fēng)災(zāi)高危險區(qū)主要分布在衡水市東北部地區(qū)，其中深州市中部、武強縣東北部、阜城縣北部及饒陽縣北部區(qū)域風(fēng)災(zāi)危險性最高。

3.2 承災(zāi)體脆弱性分析

從災(zāi)情數(shù)據(jù)中分別選取小棚、中棚、大棚和日光溫室損失的案例，計算出不同類型設(shè)施的損失率，構(gòu)建日極大風(fēng)風(fēng)速與損失率的對應(yīng)關(guān)系曲線，選擇線性、指數(shù)和冪函數(shù)分別對不同類別設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害脆弱性曲線進行擬合，確定系數(shù)R?越接近1擬合度越好，因此選擇R?較高的線性-函數(shù)表征不同類型設(shè)施的脆弱性。在一定風(fēng)速范圍內(nèi)，小棚、中棚、大棚和日光溫室的損失率均隨風(fēng)速的增大而增加，其開始出現(xiàn)損失的極大風(fēng)風(fēng)速即臨界風(fēng)速值分別為6、7、14、20 m/s，脆弱性曲線如表1。

其中，LRs、LRm、LRl、LRw分別為小棚、中棚、大棚和日光溫室的損失率。

3.3設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失風(fēng)險分析

設(shè)施農(nóng)業(yè)的損失主要受致災(zāi)因子、承災(zāi)體暴露度和脆弱性的影響。其中，暴露度與設(shè)施農(nóng)業(yè)的數(shù)量、分布和價值有關(guān)，在同等致災(zāi)因子危險性下設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)量越多、范圍越廣、價值越高，受損風(fēng)險越大[8]。綜合考慮致災(zāi)因子、承災(zāi)體暴露度和脆弱性影響，得到衡水市設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害損失風(fēng)險分布（圖2）。設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害損失風(fēng)險主要集中在饒陽縣、武強縣，饒陽縣東北部地區(qū)風(fēng)險最高，并隨著重現(xiàn)期的增加，損失范圍逐漸擴大，經(jīng)濟損失不斷增加。重現(xiàn)期為5 a和10 a一遇時，饒陽縣北部區(qū)域損失風(fēng)險相對較高，在400～600萬元/km2，其它地區(qū)在400萬元/km2以下。30 a和50 a一遇時，饒陽縣損失風(fēng)險區(qū)域擴大到北部、東部、南部5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中北部損失風(fēng)險最高，達600 ～ 1 200萬元/km2，其它地區(qū)損失風(fēng)險在400～600萬元/km2以下。

4 結(jié)論與討論

隨著重現(xiàn)期的增加，大風(fēng)致災(zāi)強度、影響范圍和經(jīng)濟損失同時增大;在衡水市東北部地區(qū)危險性較高，其中深州市中部、武強縣東北部、阜城縣北部及饒陽縣北部區(qū)域風(fēng)災(zāi)危險性最高;設(shè)施農(nóng)業(yè)大風(fēng)災(zāi)害經(jīng)濟損失風(fēng)險主要集中在饒陽縣東北部地區(qū)，并隨著重現(xiàn)期的增加，損失范圍逐漸擴大，經(jīng)濟損失不斷增加。本文研究結(jié)果對于衡水市設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)規(guī)劃和大風(fēng)災(zāi)害防御有一定指導(dǎo)意義，有助于提高衡水市設(shè)施農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力。

研究未考慮大風(fēng)持續(xù)時長、孕災(zāi)環(huán)境、防災(zāi)減災(zāi)能力等影響因素，因此研究結(jié)果存在一定局限性，對于考慮多方面因素的綜合性致災(zāi)強度指標，還有待進一步研究。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛