川西北生態(tài)示范區(qū)季節(jié)性干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估

劉思雨, 李謝輝

(成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院 高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610225)

0 引言

干旱是許多極端天氣氣候?yàn)?zāi)害中影響范圍最廣,給人類造成經(jīng)濟(jì)損失最慘重,被看作是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害類型之一[1]。 常見的干旱類型可分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[2-5],其中氣象干旱是中國四大常見干旱類型的基礎(chǔ),其余三類干旱均是由于缺水等氣象方面的因素而造成。 據(jù)世界氣象組織(WMO)統(tǒng)計(jì),在所有自然氣象災(zāi)害中,由氣象引起的災(zāi)害比例達(dá)70%,其中干旱災(zāi)害約占?xì)庀鬄?zāi)害的50%以上[6]。 而根據(jù)四川省統(tǒng)計(jì)年鑒公布的受災(zāi)面積數(shù)據(jù)表明,1952 - 2020 年四川省干旱受災(zāi)總面積達(dá)440,675 km2,占四川省總受災(zāi)面積的51.48%,表明旱災(zāi)占四川省氣象災(zāi)害的一半以上,自2014 年以來,四川省旱災(zāi)面積有明顯減少,但干旱受災(zāi)率仍在半數(shù)以上。 四川省的干旱通常不是由年降水量減少引起,大多是由于降水量的季節(jié)分配比例失調(diào)或空間分布不均而造成,主要以春旱、夏旱和伏旱為主[7]。 如2006 年,由于季節(jié)性降水量的異常偏少,旱情波及全省21 個(gè)市州,139 個(gè)縣市區(qū),約占全省縣級數(shù)的80%以上,共有53 個(gè)縣市區(qū)發(fā)生春旱、113 個(gè)縣市區(qū)發(fā)生夏旱、126 個(gè)縣市區(qū)發(fā)生伏旱,大部分地區(qū)伏旱期達(dá)40 天以上[8]。 而據(jù)徐新創(chuàng)等[9]統(tǒng)計(jì)的1997-2006 年四川省農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)的損失量,其中川西北地區(qū)因干旱造成的經(jīng)濟(jì)損失為0.34億萬元,約占全省的27.12%。

為解決干旱給人類帶來的各方面問題,眾多學(xué)者對干旱災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評估、區(qū)域等級劃分以及影響因子等進(jìn)行研究,并取得了一定的進(jìn)展。 Smith[10]認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)是某種災(zāi)難發(fā)生的頻率,可以從頻率和損失著手,并在理論上提出了風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算模型;Blaikei 等[11]認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和承災(zāi)體暴露性兩個(gè)因素相互作用的結(jié)果;姜逢清等[12]通過統(tǒng)計(jì)學(xué)在理論上分析了新疆1950-1997 年的洪旱災(zāi)害特征;王鶯等[13]利用災(zāi)害學(xué)理論和風(fēng)險(xiǎn)等級劃分,通過選取合適的評估因子構(gòu)建干旱災(zāi)害模型,評估和區(qū)劃了甘肅省河?xùn)|地區(qū)的干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級;史培軍[14-17]和劉家福等[18]通過對自然災(zāi)害理論的分析和研究,提出災(zāi)害是由3 個(gè)影響因素共同作用的結(jié)果;劉曉冉等[19]利用自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估理論,構(gòu)建了干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型,并結(jié)合氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)數(shù)據(jù),運(yùn)用ArcGIS 空間分析技術(shù)完成了對重慶市不同季節(jié)的干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃;蔡大鑫等[20]、王勝等[21]和朱曉晨等[22]主要對自然災(zāi)害理論進(jìn)行了研究和討論,分析出風(fēng)險(xiǎn)是4 個(gè)影響因子的相互作用,并通過構(gòu)建干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型,研究了其影響因素;辛高森等[23]通過IPCC 風(fēng)險(xiǎn)評估第五次報(bào)告提出的風(fēng)險(xiǎn)(risk)指數(shù),構(gòu)建了山東省濰坊市干旱災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評估模型,從而制作了其旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖;烏蘭等[24]以內(nèi)蒙古51 個(gè)牧業(yè)旗縣為研究區(qū),從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力4 個(gè)方面著手,利用自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、專家打分法、熵權(quán)系數(shù)法和層次分析法,通過構(gòu)建牧業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型,完成了內(nèi)蒙古牧區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布特征及區(qū)劃;孫麗君等[25]利用AHP法構(gòu)建干旱災(zāi)害模型,從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等4 個(gè)方面選取合適的評估指標(biāo),再加權(quán)綜合評價(jià)得到各因子權(quán)重,最后利用ArcGIS 技術(shù)繪制出了云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖;尹晗等[1]通過西南地區(qū)降水指數(shù)和干旱頻率的時(shí)空分布分析了中國西南地區(qū)干旱的發(fā)生規(guī)律以及產(chǎn)生機(jī)制;齊冬梅等[26]利用1961-2014 年四川省115 個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日降水?dāng)?shù)據(jù),通過計(jì)算各站歷年各季節(jié)的Z 干旱指數(shù),再結(jié)合歷史時(shí)期干旱災(zāi)害的災(zāi)情記錄,用多種統(tǒng)計(jì)方法研究了四川干旱災(zāi)害致災(zāi)因子的時(shí)間變化和空間分布特征。

川西北生態(tài)示范區(qū)是四川省五大經(jīng)濟(jì)區(qū)之一,是四川省重要的草食畜牧業(yè)生產(chǎn)基地,林草地面積大,范圍廣,旅游資源密集豐富,但隨著當(dāng)前全球氣候的不斷變暖,極端氣候事件進(jìn)一步增多增強(qiáng)。 該區(qū)所包括的阿壩州和甘孜州都位于青藏高原東南緣。 其中阿壩州屬于高原季風(fēng)氣候,境內(nèi)垂直氣候顯著,冬春季節(jié)由于空氣干燥,多陣性大風(fēng),干旱、霜、雪等各類災(zāi)害性天氣頻繁,夏季高山峽谷地帶由于年蒸發(fā)量較高,低海拔河谷地帶屬于干旱半干旱區(qū),常有夏旱發(fā)生。 甘孜州是四川盆地西緣山地向青藏高原過渡的地帶,所處地理緯度本屬于亞熱帶氣候區(qū),但由于地勢強(qiáng)烈抬升,地形復(fù)雜,深處內(nèi)陸,絕大部分區(qū)域已失去亞熱帶氣候特征,形成大陸性高原山地型季風(fēng)氣候,復(fù)雜多樣,地域差異顯著。 近年來由于全球變暖,年平均氣溫與歷年相比普遍偏高,每年春旱、夏旱和伏旱均有發(fā)生[27-29]。本文利用川西北地區(qū)氣象站點(diǎn)的逐日氣溫和降水、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和地理信息數(shù)據(jù),構(gòu)建干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型,繪制川西北地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖,充分認(rèn)識(shí)氣候變暖背景下的川西北生態(tài)示范區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化格局,從而推進(jìn)該地防旱減災(zāi)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),減少旱災(zāi)損失,為統(tǒng)籌推進(jìn)川西北生態(tài)示范區(qū)為國家生態(tài)建設(shè)示范區(qū)提供科技支撐,具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。

1 資料和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

川西北生態(tài)示范區(qū)位于四川省西北部,北靠青海省和甘肅省,西面與西藏自治區(qū)接壤,東邊是四川盆地成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)和攀西經(jīng)濟(jì)區(qū),南邊與云南省相連接,主要包括阿壩藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州,約占全省總面積的二分之一。 該區(qū)地形復(fù)雜多樣,高山河谷相間分布,平均海拔在3,500 m以上,位于長江和黃河上游。 區(qū)內(nèi)人口相對稀少,且經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較低,人口密度不足10 人/km2。 2018 年,全區(qū)常住人口214 萬,城鎮(zhèn)化率為35%,低于全省平均水平,人均GDP 為2.8萬元/人,相當(dāng)于全省平均水平的57%[30]。

1.2 數(shù)據(jù)資料

氣象數(shù)據(jù)中的溫度和降水來自于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)所提供的逐日數(shù)據(jù);地理信息數(shù)據(jù)包括來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供的甘孜和阿壩兩大州縣級行政邊界、中國河網(wǎng)數(shù)據(jù)、2020 年土地利用遙感數(shù)據(jù)、分辨率為90 m×90 m的DEM 高程數(shù)據(jù)以及2020 年四川省的歸一化植被指數(shù)NDVI(normalized difference vegetation index)數(shù)據(jù);2010-2021 年川西北地區(qū)各分縣的耕地面積、有效灌溉面積、農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值和財(cái)政收入等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自于四川省統(tǒng)計(jì)年鑒。 圖1 是所選川西北生態(tài)示范區(qū)內(nèi)16 個(gè)氣象站點(diǎn)和DEM 的空間分布圖。

圖1 研究區(qū)氣象站點(diǎn)和高程分布

1.3 研究方法

1.3.1 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型

干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力與干旱有關(guān)的影響因子相互作用的結(jié)果。 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可計(jì)算為各影響因子指數(shù)先乘以相對應(yīng)的權(quán)重后再叉乘,可通過選取能綜合體現(xiàn)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評估指標(biāo)進(jìn)行分析。 本文干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的計(jì)算公式為[31]

式中,Risk 為干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),H、E、V、R分別代表致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),Wh、We、Wv、Wr分別為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力的權(quán)重。

1.3.2 AHP 層次分析法

AHP 是一個(gè)處理多目標(biāo)問題的決策手段,可以實(shí)現(xiàn)定性和定量的分析,可通過將干旱風(fēng)險(xiǎn)評估模型中的指標(biāo)構(gòu)建成階梯式層次結(jié)構(gòu),進(jìn)行兩兩對比得到各評估指標(biāo)的權(quán)重,是計(jì)算指標(biāo)權(quán)重常用的方法[32]。 本文的目標(biāo)層是川西北干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估,將4 個(gè)影響因子作為準(zhǔn)則層,通過選擇不同等級的干旱頻率、植被指數(shù)、土地利用類型、人均GDP、財(cái)政收入等多個(gè)評估指標(biāo)作為指標(biāo)層,最后計(jì)算出各指標(biāo)層的權(quán)重。

1.3.3 加權(quán)綜合評價(jià)法

加權(quán)綜合評價(jià)法能通過綜合考慮各種評價(jià)指標(biāo),適合于對各指標(biāo)體系的綜合評估。 將各指標(biāo)的權(quán)重與標(biāo)準(zhǔn)化值相乘再相加,最終可得出4 個(gè)因子的綜合評估結(jié)果,計(jì)算公式如下[33]:

式中,Cv為所有評估指標(biāo)的綜合評價(jià)結(jié)果,n為指標(biāo)個(gè)數(shù),wvi表示第i個(gè)評估指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重,yci是第i個(gè)評估指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

1.3.4 指標(biāo)歸一法

由于每個(gè)指標(biāo)都有不同的量綱,無法直接進(jìn)行比較,所以需要對指標(biāo)進(jìn)行歸一化,方便對各指標(biāo)進(jìn)行比較。 根據(jù)指標(biāo)對各影響因子的作用不同可主要分為正向和負(fù)向兩個(gè)指標(biāo)類型。 如干旱頻率為正的指標(biāo),表明指標(biāo)值越大,遭遇干旱災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)越大;人均GDP為負(fù)的指標(biāo),結(jié)論則相反。 選用最小值和最大值標(biāo)準(zhǔn)化法處理各指標(biāo)數(shù)據(jù),計(jì)算公式如下[24]:

正向指標(biāo):

負(fù)向指標(biāo):

式中,data 為歸一化后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),原值代表是沒有經(jīng)過處理的指標(biāo)數(shù)據(jù),最大(小)值為指標(biāo)數(shù)據(jù)中的最大(小)值。

1.3.5 ArcGIS 空間分析

利用ArcGIS 軟件強(qiáng)大的空間分析能力對使用的柵格類型數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和重分類,將點(diǎn)數(shù)據(jù)插值到面數(shù)據(jù),對各指標(biāo)因子進(jìn)行加權(quán),利用自然斷點(diǎn)法將計(jì)算結(jié)果值進(jìn)行自動(dòng)分級,并繪制研究區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估體系的構(gòu)建

從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體暴露性、防災(zāi)減災(zāi)能力4 個(gè)影響因子出發(fā),選取表1 中的14 個(gè)評估指標(biāo),先通過歸一化法對各評估指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,再通過AHP 法得到各評估指標(biāo)的權(quán)重,最后利用加權(quán)綜合評價(jià)法構(gòu)建川西北生態(tài)示范區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。

表1 川西北生態(tài)示范區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)

2.2 川西北地區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

2.2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指的是形成干旱災(zāi)害的自然環(huán)境因子對人類財(cái)產(chǎn)和各種活動(dòng)產(chǎn)生的危害程度[34]。 由于SPEI 具有月、季和年多時(shí)間尺度的優(yōu)勢,能夠比較不同時(shí)間尺度的旱澇情勢[24],因此主要選取由SPEI干旱指數(shù)值作為干旱強(qiáng)度。 根據(jù)強(qiáng)度大小統(tǒng)計(jì)出不同等級干旱強(qiáng)度發(fā)生的次數(shù),也就是以4 個(gè)不同等級(輕旱、中旱、重旱和特旱)的干旱頻率作為評估指標(biāo),SPEI 干旱等級劃分見表2 所示。 由于川西北地區(qū)的干旱具有季節(jié)性,因此選取干旱頻發(fā)的春夏季進(jìn)行研究,主要選取每年3-5 月各等級的干旱頻率作為春旱的評估指標(biāo),6-8 月的干旱頻率作為夏伏旱的評估指標(biāo)。 干旱頻率為正指標(biāo),若干旱發(fā)生的頻率越高、則強(qiáng)度越強(qiáng),代表危險(xiǎn)性越高。

表2 川西北地區(qū)SPEI 干旱等級劃分

利用1990-2020 年逐日氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算出的SPEI 值,先利用站點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)插值到面上,再分別計(jì)算出春旱和夏伏旱兩個(gè)時(shí)期各分縣的輕旱、中旱、重旱、和特旱頻率,然后通過AHP 法計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重,最后利用加權(quán)綜合評價(jià)和指標(biāo)歸一化法,以及Arc-GIS 技術(shù)繪制出川西北地區(qū)春旱和夏伏旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃圖2。

圖2 春旱、夏伏旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃圖

由圖2(a)可知,北部大部分地區(qū)位于中等及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西北部為次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),南部為中等及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東北部位于中等及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū),而位于甘孜和阿壩州交界附近的幾個(gè)縣則處于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 其中,低和次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在石渠縣、德格縣中部以及西北部、壤塘縣、馬爾康縣西部、金川縣大部、丹巴縣、道孚縣、小金縣、理縣、汶川縣、黑水和茂縣小部分地區(qū)、鄉(xiāng)城、得榮以及稻城和九龍少部分地區(qū);次高和高危險(xiǎn)區(qū)分布在大部分色達(dá)縣、甘孜縣南部、新龍西北部、白玉東北部、理塘中部、九龍縣、金川東部、阿壩東部、紅原中南部和松潘中部地區(qū)。

由圖2(b)可知,夏伏旱危險(xiǎn)區(qū)表現(xiàn)出東部高于西部,北部高于南部的特點(diǎn);北部處于中等及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西北為中等和次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),南部為次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東北部致災(zāi)因子危險(xiǎn)區(qū)分布復(fù)雜,五種風(fēng)險(xiǎn)等級均有,中部為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 其中,分布在德格縣、白玉縣、新龍縣、理塘縣、爐霍縣、道孚縣、金川縣、丹巴縣、理縣、九寨溝縣、若爾蓋和紅原一大半地區(qū)為低和次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū);中等危險(xiǎn)區(qū)主要分布在壤塘縣、阿壩縣、馬爾康縣、紅原縣、若爾蓋縣、九龍縣、巴塘縣和鄉(xiāng)城縣;高和次高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在石渠縣、甘孜縣、色達(dá)縣、巴塘縣、雅江縣、康定縣、瀘定縣、小金縣南部、松潘縣、黑水縣和茂縣。

2.2.2 孕災(zāi)環(huán)境脆弱性

孕災(zāi)環(huán)境脆弱性是指某地區(qū)受到干旱災(zāi)害威脅,外部環(huán)境對干旱災(zāi)害或損害的敏感程度,災(zāi)害程度在同等強(qiáng)度的情況下,敏感性越高,干旱災(zāi)害所造成的破壞程度越嚴(yán)重,則相應(yīng)的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性就越大[35]。 本文選取適合孕災(zāi)環(huán)境因子的4 個(gè)評估指標(biāo),分別是土地利用類型、河網(wǎng)密度、植被指數(shù)以及地形起伏度。 通過綜合考慮4 個(gè)評估指標(biāo),繪制出川西北地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境脆弱性分布如圖3 所示。

圖3 孕災(zāi)環(huán)境脆弱性區(qū)劃圖

可以看出,川西北地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境脆弱性北部高于南部,北部大部分地區(qū)為次高及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西北部高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布較廣,南部大部分地區(qū)為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東部和東北部以中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主,但也有部分地區(qū)為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 其中石渠縣、德格縣、甘孜縣、色達(dá)縣、壤塘縣、金川縣、阿壩縣、九寨溝縣、紅原縣、茂縣以及黑水縣為脆弱性高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);白玉縣、雅江縣、小金縣以及汶川縣為脆弱性較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);南部的新龍縣、道孚縣、理塘縣、鄉(xiāng)城縣、稻城縣、得榮縣、九龍縣、康定縣、丹巴縣以及理縣為低和次低脆弱性風(fēng)險(xiǎn)區(qū),但各縣也零星分散著高脆弱性風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.2.3 承災(zāi)體暴露性區(qū)劃

承災(zāi)體暴露性指的人類社會(huì)受到自然災(zāi)害時(shí)財(cái)物的損失程度。 綜合考慮研究區(qū)特點(diǎn),選取人口密度、耕地面積比例和農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值作為評估指標(biāo)。 人口財(cái)物越集中,受到損失的可能性越大,耕地面積越大,其農(nóng)產(chǎn)品受到災(zāi)害損失會(huì)越多,造成的財(cái)產(chǎn)損失也就越多,受到干旱災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)越高。 相對川西北地區(qū)東部和東北部人口密度大,東部和東北部的耕地比例高于西部和南部。 基于ArcGIS 技術(shù)繪制的川西北地區(qū)承災(zāi)體暴露性區(qū)劃分布見圖4。

圖4 承災(zāi)體暴露性區(qū)劃圖

結(jié)果表明,承災(zāi)體暴露性東部高于西部,北部高于南部,北部大部分地區(qū)為次低及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū),除石渠縣外,西北部位于中等及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū),南部大部分地區(qū)位于次低及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東部和東北部處于次高及以上暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 其中,高暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于瀘定縣、理縣、茂縣和若爾蓋縣;次高暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于理塘縣、德格縣、甘孜縣、康定縣、小金縣、汶川縣以及松潘縣;中等暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在中部的道孚縣、丹巴縣、金川縣以及東北部的阿壩縣、黑水縣、九寨溝縣以及白玉縣;位于西北部的石渠縣、北部的壤塘縣、爐霍縣、馬爾康縣、紅原縣、南部的雅江縣、巴塘縣和九龍縣為次低暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū);位于北部的色達(dá)縣和南部的得榮縣、鄉(xiāng)城縣、稻城縣為低暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.2.4 防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

防災(zāi)減災(zāi)能力是指受災(zāi)地區(qū)對災(zāi)害的抵御和恢復(fù)能力,包括預(yù)警、監(jiān)測和治理能力,防災(zāi)減災(zāi)能力為負(fù)向指標(biāo),權(quán)重值越大,干旱災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)越小[36]。 考慮四川省西北地區(qū)的財(cái)政狀況和灌溉情況,選取人均GDP、有效灌溉面積比例、財(cái)政收入為評估指標(biāo),具體的防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃見圖5 所示。

圖5 防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

可以看出,防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)分布為東部和南部高于西北部,東北部和東部大部分地區(qū)位于中等及以上防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū),北部和西北部位于低防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū),南部為中等及以下防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)。川西北地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)是康定縣和汶川縣;其次防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)為次高的地區(qū)位于南部九龍縣和東部的馬爾康縣、理縣以及茂縣;而位于西北部的石渠縣、德格縣、新龍縣、爐霍縣、色達(dá)縣以及壤塘縣為次低防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū);甘孜縣、白玉縣、理塘縣、道孚縣、紅原縣以及南部的得榮縣為低防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.2.5 干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃

根據(jù)構(gòu)建的干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型,綜合考慮致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力4 個(gè)因子的評估指標(biāo),將川西北干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)劃分為低、次低、中等、次高以及高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),并分別繪制了春旱和夏伏旱兩個(gè)季節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃圖如圖6 所示。

圖6 春旱和夏伏旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃圖

由圖6(a)可以看出,春旱的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性東部高于西部,北部和南部大部分地區(qū)為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西北地區(qū)為中等及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東部和東北部為次高及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū),中部偏西和南部為低、次低干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 其中,若爾蓋、理縣、茂縣、汶川、康定、瀘定、黑水、九寨溝、阿壩、甘孜、小金和松潘為干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)次高及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 究其原因,首先,這些地區(qū)降水少,是春旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的次高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);同時(shí),這些地區(qū)位于四川盆地與川西高原的交界處東北部,以山地丘陵為主,起伏度懸殊小,河網(wǎng)分布較少且分布不均,孕災(zāi)環(huán)境脆弱性為次高及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū);另外,該區(qū)人口密度大,耕地比例也高于其他地區(qū),農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值較高,承災(zāi)體高暴露性區(qū)也大部分位于此區(qū);最后,該區(qū)人均GDP 較低,且財(cái)政收入也是低于平均水平,灌溉土地面積率低,處于中等及以上防災(zāi)減災(zāi)能力風(fēng)險(xiǎn)區(qū),防災(zāi)減災(zāi)能力較弱。 綜合這些因素,得出這些地區(qū)為干旱災(zāi)害的高和次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

德格縣、白玉縣、理塘縣、丹巴縣、馬爾康縣以及九龍縣為干旱災(zāi)害的中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 該區(qū)首先降水較少,溫度偏低,地形環(huán)境復(fù)雜,土地利用率較低,是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和孕災(zāi)環(huán)境脆弱性中等及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū);另外,該區(qū)人口密度與東部相比較低,耕地面積比例較高,達(dá)到次高風(fēng)險(xiǎn)水平,農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值也較高,承災(zāi)體暴露性達(dá)到中等風(fēng)險(xiǎn)水平及以上;最后,該區(qū)的灌溉面積率處于平均水平,財(cái)政收入處于中等及以下風(fēng)險(xiǎn)水平,防災(zāi)減災(zāi)能力也處于中等及以下防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 綜合這些因素,得出這些地區(qū)為干旱災(zāi)害的中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

石渠縣、色達(dá)縣、壤塘縣、爐霍縣、新龍縣、道孚縣、雅江縣、鄉(xiāng)城縣、稻城縣、得榮縣和紅原縣位于干旱災(zāi)害的次低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 該區(qū)大部分干旱頻率處于中旱和無旱,春旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)區(qū)處于中等及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū);植被覆蓋率高,地勢高低懸殊大,農(nóng)林牧用地廣,土地利用率低,屬于中等及以下孕災(zāi)環(huán)境脆弱區(qū);人口密度偏低,耕地比例偏低,農(nóng)林牧業(yè)產(chǎn)值也在平均水平以下,承災(zāi)體暴露性達(dá)到次低水平及以下;該地區(qū)人均GDP 較高,灌溉面積率處于中等水平以上,除稻城縣、鄉(xiāng)城縣、雅江縣的防災(zāi)減災(zāi)能力處于次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)外,其余均位于次低及以下防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),有較高預(yù)防災(zāi)害的能力。 綜合這些因素,得出這些地區(qū)為干旱災(zāi)害的次低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

由圖6(b)可以看出,夏伏旱的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中北部為中等和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東部和東北部為高和次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西北部為中等及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西部以及中部偏東地區(qū)主要為中等干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū),中部偏西及南部為低和次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 其中,九寨溝縣中部、若爾蓋縣、松潘縣、黑水縣、甘孜縣、以及小金縣位于干旱災(zāi)害的次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);理縣、茂縣、汶川縣、康定縣、瀘定縣和若爾蓋中部為干旱災(zāi)害的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 這些地區(qū)降水少,溫度高,夏伏旱致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性在中等及以上;同時(shí)位于高原邊界,地勢較低,地起伏度較陡峭,河流分布較少,區(qū)內(nèi)多峽谷,植物類型繁多,有利于保持土壤水分體積含量,植被指數(shù)較高,但土地利用率較低,孕災(zāi)環(huán)境脆弱性較高,處于中等脆弱性及以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū);另外,該區(qū)人口密度大,耕地面積比例較低,農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值高于平均水平,承災(zāi)體暴露性處于處于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);人均GDP較低,灌溉面積率處于平均水平以下,財(cái)政收入狀況較差,防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)為中等及以上,該地區(qū)預(yù)防災(zāi)難的能力較低。 綜合這些因素,得出這些地區(qū)為干旱災(zāi)害的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

阿壩縣、理塘縣、丹巴縣、金川縣、雅江縣、馬爾康縣以及九龍縣位于干旱災(zāi)害的中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 該區(qū)降水少,溫度較高,發(fā)生中旱和重旱的頻率高,海拔高度較高,地形坡度較為平緩,以林草地為主,是致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境脆弱性中等及以下風(fēng)險(xiǎn)地區(qū);人口密度達(dá)到中等,耕地面積比例較高,達(dá)到次高水平,農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值位于平均水平,人均GDP 和經(jīng)濟(jì)收入處于中等水平,灌溉面積率較大,承災(zāi)體暴露性和防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處于中等水平及以下。 綜合這些因素,可以看出這些地區(qū)為干旱災(zāi)害的中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

石渠縣、色達(dá)縣、壤塘縣、爐霍縣、新龍縣、道孚縣、鄉(xiāng)城縣、稻城縣、得榮縣、德格縣、白玉縣、巴塘縣和紅原縣處于干旱災(zāi)害的次低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。 該區(qū)的干旱受災(zāi)的程度處中旱和輕旱,該地區(qū)降水高于平均水平,溫度適宜,春旱和夏伏旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性均處于次低及以下;植被覆蓋率高,農(nóng)林牧用地廣,土地利用率低,處于孕災(zāi)脆弱性中等及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū);人口密度偏低,耕地比例低,農(nóng)林牧業(yè)總產(chǎn)值低于平均水平,承災(zāi)體暴露性達(dá)到中等水平及以下;該地區(qū)人均GDP 和財(cái)政收入達(dá)到較高水平,土地灌溉面積率較大,除了稻城縣、鄉(xiāng)城縣、巴塘縣的防災(zāi)減災(zāi)能力達(dá)到中等水平,其余地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力都較高,處于次低及以下防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。綜合這些因素,可以得出該區(qū)為干旱災(zāi)害的次低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論,本文選取川西北甘孜和阿壩兩個(gè)州1990-2020 年的日降水和日溫度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和地理信息等數(shù)據(jù),從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體暴露性、防災(zāi)減災(zāi)能力4 個(gè)方面選取14個(gè)適合研究區(qū)特點(diǎn)的評估指標(biāo),通過AHP 和加權(quán)綜合評價(jià)法構(gòu)建川西北地區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型,并對該區(qū)的季節(jié)性干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評估,主要得出以下結(jié)論:

(1)春旱、夏伏旱季節(jié)性干旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性均是東部高于西部,高致災(zāi)因子危險(xiǎn)區(qū)均位于東北部地區(qū),中部與四周相比致災(zāi)因子危險(xiǎn)性較低,西北部的色達(dá)縣和甘孜縣為干旱致災(zāi)因子的高危險(xiǎn)區(qū)。

(2)孕災(zāi)環(huán)境脆弱性北部高于南部,西北部較東北部脆弱性偏高,其中,德格縣、色達(dá)和甘孜縣的脆弱性位于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東北地區(qū)的金川縣、黑水縣和茂縣為次高孕災(zāi)環(huán)境脆弱性風(fēng)險(xiǎn)區(qū),南部地區(qū)的得榮縣、鄉(xiāng)城縣和稻城縣的孕災(zāi)環(huán)境脆弱性處于中等及以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

(3)承災(zāi)體暴露性東部高于西部,中部地區(qū)暴露性比東西部地區(qū)低,其中若爾蓋縣、理縣、茂縣和瀘定縣為最高暴露性風(fēng)險(xiǎn)區(qū),色達(dá)、鄉(xiāng)城縣、得榮縣和稻城縣為承災(zāi)體暴露性最低地區(qū)。

(4)防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分布為東部高于西部,南部高于北部,東北部和東部處于中等及以上防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),西北地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力高,處于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),其中,康定縣和汶川縣位于高防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),馬爾康縣、理縣、茂縣和九龍縣為次高防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

(5)從川西北地區(qū)春旱、夏伏旱干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃來看,東部地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最高,西部地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)低,其中,茂縣、理縣、汶川縣、康定縣和瀘定縣均為春旱和夏伏旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),而春旱與夏伏旱相比,春旱中等和次高干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)偏多,低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)基本一致。

王鵬等[35]通過四川省159 個(gè)站點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù),利用層次分析法和ArcGIS 軟件中的克里金插值法構(gòu)建四川省孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估模型,并繪制四川省干旱孕災(zāi)環(huán)境敏感性分布圖。 其研究結(jié)果表明四川省孕災(zāi)環(huán)境敏感性是由東向西逐漸增加,甘孜和阿壩州均位于較高危險(xiǎn)區(qū)及以上,其中川西北的東部和北部以及西北部風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到最大。 將此結(jié)果與本文的孕災(zāi)環(huán)境脆弱性區(qū)劃圖進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)存在部分差距,本文的高脆弱性區(qū)主要分布在東北部和西北部,南邊均處于風(fēng)險(xiǎn)性較低的地區(qū),而存在差距的原因可能與指標(biāo)和時(shí)間尺度的選取不同,以及本文區(qū)分風(fēng)險(xiǎn)等級的值域范圍更小有關(guān),本文的結(jié)果相對能更明確和細(xì)致。

IPCC 第六次評估報(bào)告AR6 揭示,最近10 a(2011-2020 年)的全球地表平均溫度比2003-2012 年(AR5評估的時(shí)間段)增暖0.19 ℃,且最近40 年中的每個(gè)10年的全球地表平均溫度都相繼比此前的任何一個(gè)10年要暖[37]。 AR6 將全球干旱細(xì)分為農(nóng)業(yè)生態(tài)干旱、氣象干旱和水文干旱3 種類型,其對這3 類干旱自1950年以來觀測的結(jié)果表明,東亞地區(qū)存在這三類干旱類型強(qiáng)度加重,范圍增加的變化特點(diǎn)。 而隨著未來氣候的進(jìn)一步增暖,AR6 對未來干旱變化的預(yù)估得出,干旱在世界范圍內(nèi)的發(fā)生頻率和強(qiáng)度將會(huì)增多和增強(qiáng),影響范圍將會(huì)隨之?dāng)U大(高信度),但相比較而言,氣象干旱的影響區(qū)域總體上要小于農(nóng)業(yè)生態(tài)干旱的影響范圍[38-39]。 Li 等[40]在對四川省1968-2017 年極端氣候事件的時(shí)空變化特征分析指出,四川省的氣溫在研究時(shí)段內(nèi)以變暖趨勢為主,是對全球氣候變暖有正響應(yīng)的地區(qū),冷指數(shù)變暖或減少,暖指數(shù)變暖或增加,且川西地區(qū)的變化趨勢大于東部地區(qū),即高海拔地區(qū)受全球變暖的影響更大。 同時(shí),川西北高原地區(qū)的降水量呈現(xiàn)普遍增加趨勢,中大雨和強(qiáng)降水事件增多。AR6 還指出,干旱在不同區(qū)域上變化趨勢的信度和歸因結(jié)果差異很大,降水不是影響過去幾十年全球尺度上干旱趨勢的主要驅(qū)動(dòng)因素(中等信度),只在少數(shù)區(qū)域主導(dǎo)干旱趨勢[37-39]。 綜合可知,未來川西北生態(tài)示范區(qū)的季節(jié)性干旱可能會(huì)隨著氣候變暖的持續(xù)進(jìn)一步加劇,因此需要對該地的未來干旱進(jìn)行更精細(xì)和具體不同情景下的預(yù)估,從而提高對易發(fā)頻發(fā)地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào)和預(yù)警能力。

本文選取的SPEI 干旱指數(shù)具有計(jì)算簡單、穩(wěn)定性好、多時(shí)間尺度等特點(diǎn),但由于造成干旱的原因眾多,該指數(shù)只考慮了降水、溫度和潛在蒸散量數(shù)據(jù),將SPEI 指數(shù)值得出的干旱頻率作為評估指標(biāo),也只能反映出一部分的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性,相對還不夠全面,而制作的危險(xiǎn)性區(qū)劃圖也會(huì)根據(jù)不同的選取指標(biāo)有所差距。 再加上現(xiàn)階段構(gòu)建的干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型沒有統(tǒng)一的評估指標(biāo),而構(gòu)建模型的方法也是多種多樣,因此會(huì)導(dǎo)致不同研究得出的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃圖存在不同的結(jié)果和差距,這是目前該研究主題存在的問題,且在短時(shí)間內(nèi)還無法解決。 另外,由于可獲取的數(shù)據(jù)有限,本文僅選擇了14 個(gè)評估指標(biāo)來進(jìn)行旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估,相對來說指標(biāo)還較少,研究不夠全面,希望在后續(xù)的研究中,能有更多更好的研究方法和綜合統(tǒng)一全面的評估模型,從而能夠進(jìn)行更細(xì)致和更全面的研究,力爭通過制作精準(zhǔn)的區(qū)劃圖能有效減少川西北生態(tài)示范區(qū)季節(jié)性干旱帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各方面損失。