韓 晶,焦美玲,曹彥超
(甘肅省慶陽市氣象局,甘肅 慶陽 745000)
全球氣候持續(xù)變暖,極端氣候事件隨之趨多趨強(qiáng)[1,2],氣象災(zāi)害表現(xiàn)的形式也越來越多樣化[3],造成的經(jīng)濟(jì)損失也隨之增加,局部地區(qū)強(qiáng)暴雨、極端高溫干旱以及超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等事件呈突發(fā)、多發(fā)、并發(fā)態(tài)勢[4,5],人類面臨的防災(zāi)減災(zāi)任務(wù)更為艱巨。只有及時(shí)了解和傳遞災(zāi)情信息,災(zāi)前和災(zāi)中的防災(zāi)抗災(zāi)工作才能發(fā)揮效能,災(zāi)后的恢復(fù)重建工作更是必須以災(zāi)情評(píng)估為依據(jù)[6,7],還可以為提高氣象災(zāi)害防御和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理提供重要的參考[8]。
隴東地區(qū)位于甘肅省最東部,系黃河中下游黃土高原溝壑區(qū)[9],素有“隴東糧倉”之稱[10],也是氣象災(zāi)害頻發(fā)的農(nóng)業(yè)地區(qū),幾乎每年都會(huì)受到不同程度的氣象災(zāi)害影響,其中暴雨洪澇、干旱、冰雹、大風(fēng)、低溫、雪災(zāi)等發(fā)生頻率較大,造成的損失也相當(dāng)嚴(yán)重。復(fù)雜多樣的天氣狀況和農(nóng)業(yè)相結(jié)合的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)使得隴東地區(qū)氣象災(zāi)害及其影響同樣具有復(fù)雜多樣的特點(diǎn)[11]。那么,隴東地區(qū)近幾十年來氣象災(zāi)害造成的損失是如何變化的,其時(shí)空分布特征如何,有怎樣的發(fā)展趨勢,上述問題都亟需進(jìn)行總結(jié)和分析。
為此,本研究利用隴東地區(qū)1984—2019 年氣象災(zāi)害災(zāi)情數(shù)據(jù),從氣象災(zāi)害發(fā)生的種類、頻率和損失程度等方面定量評(píng)估該地區(qū)氣象災(zāi)害災(zāi)情特征及其時(shí)空演變規(guī)律,探討了各類氣象災(zāi)害的致災(zāi)程度,以期為該地區(qū)災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理及氣象防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)提供依據(jù)[12],對(duì)減輕該地區(qū)各類災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義,也可為服務(wù)地方綜合風(fēng)險(xiǎn)防范提供決策依據(jù)和技術(shù)支撐。
本研究所用的隴東地區(qū)1984—2019 年災(zāi)情數(shù)據(jù)記錄以氣象災(zāi)情收集上報(bào)相關(guān)規(guī)定、技術(shù)規(guī)范以及隴東地區(qū)災(zāi)害實(shí)況為依據(jù),以災(zāi)害性天氣過程(災(zāi)害事件)為時(shí)間單元,以8 個(gè)區(qū)(縣)(即西峰、環(huán)縣、華池、慶城、鎮(zhèn)原、合水、寧縣、正寧)為基本地域單元,通過隴東地區(qū)氣象災(zāi)害普查數(shù)據(jù)和災(zāi)情直報(bào)系統(tǒng)獲得。
統(tǒng)計(jì)氣象災(zāi)害災(zāi)情損失與災(zāi)害次數(shù)時(shí),以災(zāi)害事件為時(shí)間單元,以8 個(gè)區(qū)(縣)為地域單元分別統(tǒng)計(jì),如1 種氣象災(zāi)害同時(shí)影響到2 個(gè)區(qū)(縣),則統(tǒng)計(jì)為2 次災(zāi)害過程;由多類氣象災(zāi)害共同引發(fā)的災(zāi)情,且災(zāi)情數(shù)據(jù)無法分開時(shí),按照損失最大的災(zāi)害類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其他災(zāi)害類別不重復(fù)統(tǒng)計(jì)。本研究僅統(tǒng)計(jì)對(duì)當(dāng)?shù)卦斐捎绊懬页霈F(xiàn)災(zāi)情的災(zāi)害過程,無災(zāi)情的氣象災(zāi)害不納入統(tǒng)計(jì)范圍[13]。
基于災(zāi)情數(shù)據(jù)的可獲取性,本研究對(duì)氣象災(zāi)情的統(tǒng)計(jì)分析主要基于直接經(jīng)濟(jì)損失、受災(zāi)人口、農(nóng)作物受災(zāi)面積等3 項(xiàng)災(zāi)害損失程度指標(biāo)。
1.3.1 計(jì)算方法 采用歸一化法對(duì)氣象災(zāi)害造成的損失指標(biāo)歸一處理,通過熵值法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值[14],計(jì)算氣象災(zāi)害損失綜合指數(shù),并運(yùn)用聚類分析法對(duì)其進(jìn)行分級(jí)[15]。
數(shù)據(jù)歸一化:
指標(biāo)熵值:
指標(biāo)權(quán)重:
氣象災(zāi)害損失綜合指數(shù):
式中,xij、x′ij分別表示第i個(gè)年份第j項(xiàng)災(zāi)害損失指標(biāo)歸一化前后的值,xjmax、xjmin分別表示所有年份中第j項(xiàng)災(zāi)害損失指標(biāo)的最大值、最小值,k=1/ ln(m),其中m為評(píng)價(jià)年數(shù),n為災(zāi)害損失指標(biāo)個(gè)數(shù)。
1.3.2 分析方法 通過常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、SPSS 軟件進(jìn)行聚類分析;利用Excel、ArcGIS軟件進(jìn)行圖像處理和繪制。
災(zāi)種不同造成的災(zāi)害損失不同,頻次高的災(zāi)種經(jīng)濟(jì)損失不一定最嚴(yán)重,故統(tǒng)計(jì)各災(zāi)種的致災(zāi)程度,能夠較全面、深入地了解各類災(zāi)害造成的損失程度。1984—2019 年隴東地區(qū)主要?dú)庀鬄?zāi)種的損失情況(表1)表明,損失最嚴(yán)重的災(zāi)害是干旱,年均直接經(jīng)濟(jì)損失8 183.7 萬元、受災(zāi)人數(shù)147 889 人、受災(zāi)面積24 573.7 hm2,3 項(xiàng)災(zāi)害損失指標(biāo)均屬最重;而損失最輕的為暴雨洪澇,年均直接經(jīng)濟(jì)損失952.5 萬元、受災(zāi)人數(shù)10 936 人、受災(zāi)面積1 167.9 hm2,3 項(xiàng)災(zāi)害損失指標(biāo)均屬最輕。
表1 各類氣象災(zāi)害災(zāi)情信息統(tǒng)計(jì)
統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)隴東地區(qū)氣象災(zāi)害共發(fā)生786 次(圖1),其中暴雨洪澇326 次(41.5%),冰雹310 次(39.4%),干旱91 次(11.6%),凍害(寒潮、霜凍、低溫冷害、雪災(zāi))39 次(5.0%),大風(fēng)20 次(2.5%)。這是因?yàn)殡]東地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū),冬冷多睛,夏熱豐雨,年降水量時(shí)空分布不均,降水主要集中在夏季和秋初,春末和夏季多強(qiáng)對(duì)流過程,造成暴雨洪澇、冰雹和干旱災(zāi)害頻次較多,而大風(fēng)和低溫發(fā)生頻次相對(duì)較少。
圖1 各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次占比
通過統(tǒng)計(jì)分析隴東地區(qū)各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次年際演變狀況(圖2)可知,1984—2019 年,隴東地區(qū)氣象災(zāi)害發(fā)生次數(shù)整體呈明顯增加趨勢。其中2013 年最多,達(dá)51 次;而1985、1986 和1989 年最少,僅有3 次。20 世紀(jì)80 年代,年平均災(zāi)害發(fā)生頻次最少,僅為7 次,90 年代增加至13 次;21 世紀(jì)00 年代,年平均災(zāi)害發(fā)生頻次為24 次,21 世紀(jì)10 年代最多,達(dá)到37 次。氣象災(zāi)害發(fā)生頻次以23%的年均增長率增加。
圖2 氣象災(zāi)害頻次逐年分布情況
根據(jù)隴東地區(qū)每年各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻率分布情況(圖3)可知,1984—2019 年,氣象災(zāi)害每年均有發(fā)生,2~5 類不等。有暴雨洪澇災(zāi)害記錄35 年,有冰雹災(zāi)害記錄36 年,有干旱災(zāi)害記錄19 年,有凍害災(zāi)害記錄16 年,有大風(fēng)災(zāi)害記錄12 年。統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次中,暴雨洪澇災(zāi)害1995 年發(fā)生頻次多于其余年份;冰雹災(zāi)害1993 年發(fā)生頻次多于其余年份;干旱災(zāi)害2009 年發(fā)生頻次多于其余年份;凍害災(zāi)害2008 年發(fā)生頻次多于其余年份;大風(fēng)災(zāi)害1985 年發(fā)生頻次多于其余年份。
圖3 氣象災(zāi)害頻率逐年分布情況
分析1984—2019 年隴東地區(qū)各類氣象災(zāi)害空間分布(圖4)可知,36 年間氣象災(zāi)害總體頻次在46~171 次,基本呈北多南少、西多東少的格局。位于隴東地區(qū)西北部的環(huán)縣是災(zāi)害頻次的大值區(qū),為171次;其后依次為慶城113 次、鎮(zhèn)原112 次、華池103次、寧縣98 次、正寧93 次;位于隴東中東部的合水、西峰為低值區(qū),分別是50、46 次。
圖4 氣象災(zāi)害總體頻次空間分布
統(tǒng)計(jì)隴東地區(qū)各類氣象災(zāi)害發(fā)生頻次和頻率的空間分布狀況(圖5)可知,36 年間各類氣象災(zāi)害在各區(qū)(縣)均有發(fā)生,為1~85 次,暴雨發(fā)生頻率最大出現(xiàn)在寧縣(53.1%),冰雹發(fā)生頻率正寧最大(58.1%),干旱發(fā)生頻率合水最大(20.0%),凍害發(fā)生頻率正寧最大(7.5%),大風(fēng)發(fā)生頻率慶城最大(5.3%)。各類氣象災(zāi)害中暴雨洪澇和冰雹發(fā)生頻率較高,其中環(huán)縣、鎮(zhèn)原、正寧冰雹發(fā)生頻率最高,為49.7%~58.1%,其余區(qū)(縣)均以暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率最高,為44.0%~53.1%。
圖5 各類氣象災(zāi)害占比區(qū)域分布
隴東地區(qū)1984—2019 年因氣象災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失、農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積及受災(zāi)總?cè)藬?shù)整體均呈上升趨勢(圖6),其中直接經(jīng)濟(jì)損失自1996 年呈現(xiàn)小峰值后,變化較為平穩(wěn),直至2013 年再次出現(xiàn)明顯峰值;受災(zāi)總?cè)藬?shù)大多呈“減少-增多-減少-增多”的循環(huán)上升趨勢;農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積起初以平穩(wěn)態(tài)勢發(fā)展,2009 年開始變化幅度較大。對(duì)比分析3 項(xiàng)災(zāi)害損失指標(biāo),低谷異常值集中于20 世紀(jì)80 年代末至90 年代中期,特別是1989、1990 和1995 年較為明顯;高峰異常值集中于21 世紀(jì)10 年代,具有代表性的年份是2010、2013 和2015 年。
圖6 歷年災(zāi)害損失情況
根據(jù)隴東地區(qū)1984—2019 年因氣象災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失、受災(zāi)人口及農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的空間分布(圖7 至圖9)可知,3 項(xiàng)災(zāi)害損失均是位于隴東地區(qū)西北部的環(huán)縣最嚴(yán)重,而位于東南部的合水最輕,其中直接經(jīng)濟(jì)損失兩地相差近5 倍,受災(zāi)總?cè)藬?shù)相差約7 倍,農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積相差最明顯,達(dá)9 倍之多。不同的是,直接經(jīng)濟(jì)損失西北部多于東南部,受災(zāi)人口西北部多于中東部,農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積西北部多于東部。由于各區(qū)(縣)地形、地貌、海拔高度等不同,各種災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失不盡相同。
圖7 各地因?yàn)?zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失
圖8 各地因?yàn)?zāi)造成的受災(zāi)總?cè)藬?shù)
圖9 各地因?yàn)?zāi)造成的農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積
采用SPSS 軟件對(duì)氣象災(zāi)害損失綜合指數(shù)進(jìn)行聚類分析,劃分為輕災(zāi)年、小災(zāi)年、中災(zāi)年、大災(zāi)年和重災(zāi)年共5 個(gè)級(jí)別。結(jié)果(表2)顯示,1984—2019 年隴東地區(qū)共出現(xiàn)輕災(zāi)年11 次(30.6%),頻率最高;小災(zāi)年10 次(27.8%);中災(zāi)年5 次(13.8%);大災(zāi)年8 次(22.2%);重災(zāi)年2 次(5.6%),頻率最低。1984—1995 年均為小災(zāi)年及以下災(zāi)害損失等級(jí),氣象災(zāi)害損失偏輕;1996—2007 年,除去1996、2004、2007 年的大災(zāi)年、2000 年和2006 年的中災(zāi)年以外,均為小災(zāi)年及以下災(zāi)害損失等級(jí),氣象災(zāi)害損失處于中等偏輕水平;2008—2019 年,除2016 年為小災(zāi)年外,其余年份均為中災(zāi)年及以上災(zāi)害損失等級(jí),氣象災(zāi)害損失偏重,其中2011 年和2017 年氣象災(zāi)害損失最為嚴(yán)重,為重災(zāi)年??傮w來說,2008年以后重災(zāi)、大災(zāi)出現(xiàn)的可能性增大,災(zāi)害造成的損失更嚴(yán)重,氣象災(zāi)害損失等級(jí)有逐漸加重的趨勢。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)況吻合。
表2 氣象災(zāi)害損失等級(jí)劃分
由1984—2019 年隴東地區(qū)年平均氣溫和降水量年際變化(圖10)可知,36 年間隴東地區(qū)年平均氣溫在波動(dòng)中略有上升趨勢,有5 次較為明顯的上升期,其中2006 年最高,為10.6 ℃,2016 年其次,為10.5 ℃。年降水量整體也呈上升趨勢,1997 年隴東地區(qū)的年降水量為362.9 mm,為歷史最少年(1984年以來,下同),2003 年的年降水量為743.3 mm,位列歷史最多年。
圖10 1984—2019 年隴東地區(qū)氣溫和降水量年際變化
氣象災(zāi)害與氣象要素的相關(guān)系數(shù)結(jié)果(表3)表明,暴雨洪澇與氣溫、降水量的相關(guān)性均達(dá)到了顯著性水平(P<0.05),且R降水量>R溫度;冰雹、干旱和凍害三者與氣溫的相關(guān)性均達(dá)到了顯著性水平(P<0.05),且R溫度均明顯高于R降水量;而大風(fēng)與氣溫和降水量的相關(guān)性均不顯著。由此可以看出,氣象災(zāi)害損失與氣象要素密切相關(guān),當(dāng)氣溫異常偏高、降水量異常偏少時(shí),容易發(fā)生旱災(zāi);當(dāng)氣溫異常偏低、降水量異常偏多時(shí),易發(fā)生洪澇災(zāi)害;當(dāng)氣溫異常偏低時(shí),易發(fā)生凍害;在上述這些情況下都易造成嚴(yán)重的氣象災(zāi)害損失。綜合結(jié)果表明,氣溫和降水量異常是引發(fā)隴東地區(qū)極端氣候事件頻發(fā)、氣象災(zāi)害加重的重要原因之一。
表3 各類氣象災(zāi)害與氣象要素相關(guān)系數(shù)(R)
1)統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)氣象災(zāi)害損失以干旱最嚴(yán)重、暴雨洪澇最輕,氣象災(zāi)害發(fā)生次數(shù)排序?yàn)楸┯旰闈常颈ⅲ靖珊担緝龊Γ敬箫L(fēng);氣象災(zāi)害發(fā)生頻次以23%的年均增長率增加,災(zāi)害每年均有發(fā)生,2~5 類不等。
2)氣象災(zāi)害總體頻次基本呈現(xiàn)北多南少、西多東少的格局。各類氣象災(zāi)害在各區(qū)(縣)均有發(fā)生,暴雨洪澇和冰雹災(zāi)害發(fā)生頻率較高,其中環(huán)縣、鎮(zhèn)原、正寧冰雹發(fā)生頻率最高,其余區(qū)(縣)均為暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率最高。
3)各類災(zāi)害損失整體呈上升趨勢,受災(zāi)人數(shù)上升趨勢最明顯,農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積次之,經(jīng)濟(jì)損失上升幅度最小。直接經(jīng)濟(jì)損失西北部多于東南部,受災(zāi)人數(shù)西北部多于中東部,農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積西北部多于東部。
4)災(zāi)害損失評(píng)估中輕災(zāi)年出現(xiàn)頻率最高,依次為小災(zāi)年、大災(zāi)年、中災(zāi)年,重災(zāi)年出現(xiàn)頻率最低;1984—1995 年氣象災(zāi)害損失偏輕,1996—2007 年氣象災(zāi)害損失處于中等偏輕水平,2008 年以后氣象災(zāi)害損失偏重,重災(zāi)、大災(zāi)出現(xiàn)的可能性增大,災(zāi)害造成的損失更嚴(yán)重,氣象災(zāi)害損失等級(jí)有逐漸加重的趨勢。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)況吻合。
5)暴雨洪澇與氣溫、降水量的相關(guān)性均達(dá)到了顯著性水平(P<0.05),且R降水量>R溫度;冰雹、干旱、凍害三者與氣溫的相關(guān)性均達(dá)到了顯著性水平(P<0.05),且R溫度均明顯高于R降水量;而大風(fēng)與氣溫和降水量的相關(guān)系數(shù)均未達(dá)顯著性水平。
6)總體來說,在氣候變化的大背景下,隨著隴東地區(qū)極端氣候事件的頻繁發(fā)生,氣象災(zāi)害所導(dǎo)致的損失也在不斷增加,使得氣象災(zāi)害更具突發(fā)性和不確定性,越發(fā)難以預(yù)報(bào),這就對(duì)氣象災(zāi)害監(jiān)測、防御及災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力提出了更高的要求。在下一步研究中,應(yīng)考慮引入社會(huì)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),這將會(huì)大大增強(qiáng)災(zāi)害時(shí)間損失程度的可比性。