区域旱灾风险评估与诊断的动态差异度系数模糊数随机模拟方法

为更准确、稳健地进行旱灾风险动态评估、关键障碍因子的定量识别,构建了差异度系数随评价指标样本值动态变化的三角模糊数与随机模拟耦合方法,并用于宿州市2007—2017年旱灾风险评估与诊断研究中,得到宿州市置信概率为95%的旱灾风险评价值区间,结果表明:旱灾风险评价结果呈“先增加,后减小,最后趋于稳定”的变化趋势,旱灾风险综合评价结果为“轻险”;危险性、暴露性、抗旱能力三个子系统是影响研究区域旱灾风险综合评价结果趋势变化的主因;耕地率、水库调蓄率、农业人口比例评价指标被诊断为中阻碍型因子,是需要重点调控的对象;置信概率区间增加了风险评价结果的可靠性信息,可反映受多种不确定影响因素综合作用下的实际旱灾风险情况,充分体现了联系数所表征的“不确定性”这一信息。

基于半偏联系数和动态差异度系数的区域旱灾风险评估方法

为客观准确地评估区域旱灾风险,依据半偏联系数思想构建了四元联系数的迁移率矩阵,以此来修正四元联系数分量,同时提出了随样本指标变化而变化的差异度系数计算方法,计算了四元联系数中的差异度系数,构建了基于半偏联系数和动态差异度系数的区域旱灾风险评估方法,在亳州市的应用结果表明:2008-2020年,亳州市旱灾风险系统中的危险性子系统基本处于轻险和中险两种状态,其中单位面积水资源占有量和土壤类型是脆弱性指标;暴露性子系统处于轻险和中险两种状态,其中人口密度和耕地率是脆弱性指标;灾损敏感性子系统基本处于微险状态,其中农业人口比例是脆弱性指标;抗旱能力子系统处于中险状态,其中水库调蓄率、单位面积现状供水能力、单位面积应急浇水能力和节水灌溉率是脆弱性指标;亳州市旱灾风险综合系统处于轻险和中险两种状态,并且整体变化趋势从中险向轻险发展。本文联系数值法和半偏减法集对势方法的评估结果基本一致,并且联系数值法的计算结果更加稳健、可靠,具有推广应用前景。

不同温升情景下中国旱灾风险变化评估

干旱是致灾最为严重的极端气候事件之一,研究未来气候变暖背景下旱灾风险的变化有利于科学推进防灾减灾工作部署。利用第六次国际耦合模式比较计划的20个气候模式数据计算了标准化降水蒸散指数,提取了基准期及全球2℃、3℃、4℃温升情景下中国的干旱特征变量并计算干旱危险性指数,基于承灾体预估数据计算干旱暴露度指数和干旱脆弱性指数,综合计算旱灾风险指数,从而分析中国旱灾风险分布格局并基于地理探测器对未来旱灾风险变化进行空间归因分析。结果表明:干旱危险性指数、干旱暴露度指数和干旱脆弱性指数的空间分布分别表现为西北和东南相对较高、东高西低、西高东低;旱灾风险指数具有东高西低的分布特点,呈现以高值集聚和低值集聚为主的空间正相关;随着温升水平的升高,未来旱灾风险以增加为主,东部沿海地区增加最为明显;人口数量变化、GDP变化和耕地占比变化是影响旱灾风险变化的主导因素。

区域旱灾风险评估若干问题探讨

区域旱灾风险评估是连接旱灾风险科学认识与防范实践的核心环节,一直是旱灾风险防御理论和实践研究领域的前沿热点和难点,是支撑区域水利高质量发展亟需解决的关键科技问题。针对实际旱灾风险评估中存在的概念不清晰、方法适用条件有约束、风险定量计算与物理解析相分离等问题,从评价对象符合风险评价目标关系程度的角度,研究指出了旱灾风险综合评价和旱灾风险定量评估是目前旱灾风险评估研究的主要途径,辨析了其中旱灾风险系统、旱灾风险综合评价、旱灾风险定量评估等若干概念问题,探讨了单指标评价函数构建、指标权重确定、综合指标评价函数构建等若干方法问题,以进一步推动旱灾风险评估理论和实践的深入发展。

基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型

针对现有集对势方法难以进一步挖掘联系数中不确定性变化信息问题,提出将三元联系数减法集对势看作一个服从正态分布的随机变量,采用95%置信水平下置信区间的长度来反映不确定性大小,建立了基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型。以宿州市为例对构建的模型进行了验证,评价结果与现有的减法集对势、半偏减法集对势方法相一致,说明基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型合理有效;该模型得到的评价结果不是一个数值,而是一置信概率区间,提供了关于评价结果可靠性方面的信息,能够反映在多种不确定因素综合影响下的旱灾风险实际情况,在水资源保护系统不确定性分析评价中具有应用前景。

基于五元半偏减法集对势模糊数随机模拟方法的旱灾风险评估

为准确客观地评估旱灾风险等级,应用集对分析半偏减法集对势和三角模糊数随机模拟方法确定差异度系数,得到评估样本联系数在显著性水平下的置信区间,由联系数值与评价等级间的关系建立映射函数确定评价样本等级区间,构建了基于五元半偏减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估方法,并应用于江淮分水岭地区旱灾风险评估实际问题中。结果表明:在时间变化方面,2008—2017年六安市旱灾风险等级呈先上升后降低的趋势,合肥、淮南和滁州三市都处于波动状态,10年间旱灾风险等级总体呈下降趋势;在空间变化方面,江淮分水岭地区旱灾风险北部高于南部、东部高于西部,淮南市旱灾风险等级最高,六安市最低。基于五元半偏减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估方法的计算结果范围包含五元半偏减法集对势方法的计算结果,进一步验证了五元半偏减法集对势法评价结果的可靠性。

基于连续演化半偏减法集对势的区域旱灾风险评估方法

为增强旱灾风险评估的可靠性,从微观层次考虑联系数分量的迁移转化过程,更细致地刻画连续半偏减法集对势中确定性与不确定性之间的关系,修正偏同势和偏反势转移信息,提出一种演化半偏联系数,构建了基于连续演化半偏减法集对势的区域旱灾风险评估模型,并应用于济南市旱灾风险评估。结果表明:修正后的连续半偏减法集对势与五元减法集对势对济南市旱灾风险和各子系统评估结果的变化趋势均一致;与五元减法集对势相比,连续演化半偏减法集对势变化较为缓和,计算出的各子系统指标值集对势变化趋势差异更为显著,便于识别影响子系统风险发展趋势的关键因子。

基于连续半偏减法集对势的区域旱灾风险评估方法

为更详细、准确地挖掘旱灾风险评估中评级标准与评价等级之间确定性与不确定性之间的关系信息,在五元半偏减法集对势的基础上提出连续半偏减法集对势,构建了区域旱灾风险评估的连续半偏减法集对势模型,并应用在1999—2005年济南市脆弱性因子的诊断和旱灾风险等级评价中。结果表明:济南市旱灾风险等级评价基本处于2~3级之间,处于轻中险的状态,其中1999年旱灾风险等级最高,达到3级;通过子系统联系数的计算,识别出适应性子系统得到很大的提高,敏感性子系统稳定、变化较小,危险性子系统态势较好、处于均势与同势之间。

旱灾风险评估的减法集对势梯形模糊数随机模拟方法

定量评估旱灾风险对经济社会的防控管理具有重要意义。针对差异度系数取值具有峰值较宽的分布特征及其随评价样本值变化的动态特性问题,在半偏减法集对势联系分量微观层次迁移的基础上,采用梯形模糊数动态取值表征差异度系数的不确定性和连续变化过程,通过随机模拟方法模拟梯形模糊数,实现以置信区间形式定量描述评价结果,由此构建基于减法集对势梯形模糊数随机模拟的旱灾风险评估模型,并在宿州市进行旱灾风险动态评估的实证研究,与现有方法作对比分析。结果表明:宿州市2007—2010年间旱灾风险负向发展趋势强度增大,2011—2017年间旱灾风险负向发展趋势强度减小,风险等级长期高于2级,处于偏旱状态,2010年为最危险年份;整体波动幅度较小,有向好发展的趋势,判别出危险性子系统和抗旱能力子系统是导致宿州市旱灾风险的主要因素。该方法原理解释性强、结果合理准确,评价结果以置信区间形式表示,为旱灾风险的动态分析和定量评估提供了新途径。

基于CMIP6模式的西南地区旱灾风险未来预估

预估西南地区在全球气候变暖背景下未来的干旱变化趋势,可为西南各区域研究旱灾变化并防范未来旱灾风险提供有效参考。通过评估30个CMIP6模式对西南地区的模拟性能,挑选并计算出由10个模式组成的多模式集合平均数据,基于标准化降水蒸散指数SPEI、地形、人口、GDP和土壤含水量等指标,利用AHP-熵权组合权重法和ArcGIS的空间分析功能来构建包含致灾因子危险性和承灾体易损性的旱灾风险评估模型,对西南地区SSP126,SSP245,SSP585三种组合情景下的2021—2040年近期和2041—2060年远期的旱灾风险进行了预估。结果表明:(1)高风险区主要分布在贵州南部、云南东部以及重庆的沙坪坝、四川的温江、越西等零星地区;(2)低风险区主要分布在四川东部和相邻的重庆西部等地区,大致呈南北递减的变化趋势;(3)从近期到远期,未来3种情景组合都表现出次高和高风险区范围增大,次低和低风险区范围减少的形势。综上,全球气候变暖背景下,西南地区未来的旱灾风险整体将有加大加重的趋势,尤其是低纬度地区未来的风险性将明显加重。

旱灾风险评估的初步理论框架

旱灾风险评估是定量认识旱灾风险机理、科学防控旱灾风险的重要基础性研究,在旱灾风险管理理论与实践中具有重要意义。根据旱灾风险的形成机制,在旱灾风险评估基本概念分析的基础上,提出并系统地阐述了由旱灾致灾因子危险性、承灾体的灾损敏感性、暴露和抗旱能力组成的旱灾风险系统。在此系统结构基础上提出了旱灾风险评估方法论和旱灾风险评估理论模式,进而建立了由致灾因子危险性分析、承灾体脆弱性分析、旱灾损失风险分析、旱灾风险评价、旱灾风险决策分析方法组成的旱灾风险评估方法体系,以及由干旱频率与旱灾损失关系曲线图、干旱频率空间分布图、旱灾损失空间分布图、与旱灾风险有关的致灾因子危险性分布图等各种专题图、旱灾风险区划图组成的旱灾风险评估应用模式体系。由上述旱灾风险系统结构、旱灾风险评估方法论和理论模式、旱灾风险评估方法体系和应用模式体系组成旱灾风险评估的初步理论框架,该理论框架在其它自然灾害风险评估中具有参考应用价值。

旱灾风险定量评估总体框架及其关键技术

作为旱灾风险管理的核心内容和关键环节，旱灾风险评估逐渐成为旱灾研究的热点问题。从科学界定旱灾风险概念入手，辨析了干旱风险与旱灾风险之间的关系，并从机理上对旱灾风险形成机制进行了剖析和阐述；首次提出了旱灾风险定量评估总体框架，即通过建立干旱频率～潜在损失～抗旱能力之间的定量关系实现对旱灾风险的定量评估，并探讨了该评估框架所涉及的干旱频率分析技术、灾损评估技术、抗旱能力评估技术和旱灾风险表征技术等关键技术及其难点。

基于概率统计方法的承德市农业旱灾风险评估

根据旱灾风险的统计特征,提出2种基于概率统计方法的旱灾风险评价方法:1)旱灾损失的概率分布曲线,2)旱灾损失与干旱概率的关系曲线。以滦河上游承德市辖区的农业旱灾风险为例进行应用研究。根据1990-2007年历年农业旱灾损失数据计算粮食因旱减产率,拟合其概率分布。利用分布式水文模型模拟得到该区域1956-2005年0～50cm的月平均土壤含水率,识别农业干旱事件,计算农业干旱烈度概率,选用对数函数拟合因旱粮食减产率和农业干旱烈度概率关系曲线。采用因旱粮食减产率期望值表征区域旱灾风险,2种方法结果一致性较好,研究区域农业旱灾风险上游大于下游,各个县的多年平均因旱粮食减产率为7%～15%。

改进的突变评价法在旱灾风险评价中的应用

通过分析常规突变评价法存在的缺陷,对该方法的初始综合值进行了调整计算,建立了改进的突变评价法,将集中靠近1的常规突变评价值调整到0到1之间的10个子区间,从而可以更直观地区别评价值的等级与大小。在此基础上,又进一步提出基于突变理论的旱灾风险多准则评价模型。将此评价模型应用于安徽省2005年各市旱灾风险的总体评价,并与常规突变方法和模糊综合评价法的计算结果进行对比分析。计算结果表明:本文模型计算出的风险值的分布更趋于合理,且能够清晰地反映评价值的等级与大小。

基于GIS的安徽省旱灾风险空间演变研究

安徽省是典型旱灾频发省份,而且每年发生旱灾的地区都有变化,了解旱灾风险空间动态变化的规律对防灾减灾部门及时准确制定抗旱规划意义重大.利用自然灾害风险形成四因子理论,选取安徽省气象、水文、社会和经济等18个指标,建立了安徽省旱灾风险评价模型,对安徽省2000—2009年旱灾风险进行了区划,利用单一风险动态度、综合风险动态度和风险置换系数等研究手段和方法对安徽省2000—2009年间旱灾风险动态变化进行了分析.结果表明:安徽省单一旱灾风险动态度变化的波动性较强,综合风险动态度变化则比较稳定;高旱灾风险和中旱灾风险、低旱灾风险和中旱灾风险之间置换相似性较强.

半偏减法集对势在区域旱灾风险评估中的应用

为深入挖掘旱灾风险动态评估中评价样本与评价标准之间存在的不确定性问题,提出用半偏减法集对势这一新的联系数伴随函数,建立区域旱灾风险动态评估的半偏减法集对势方法(SSSPP),并应用于宿州市2007—2017年旱灾风险动态评估和风险脆弱性因子识别研究。结果表明:宿州市旱灾风险综合等级基本在2级以上,处于偏危险状态,通过半偏减法集对势值可判别2009、2010及2011年处于偏反势,为高危险年份。通过半偏减法集对势方法识别出了宿州市旱灾风险脆弱性指标有:相对湿润度指数、土壤相对湿度、土壤类型、单位面积水资源量、耕地率、农业人口比例、水库调蓄率、单位面积现状供水能力、单位面积应急浇水能力、灌溉指数、节水灌溉率,这11个指标是宿州市降低旱灾风险等级进一步需要调控的对象。

基于信息扩散与自助法的旱灾风险评估模型──以安徽为例

旱灾风险管理是抗旱减灾的科学手段、干旱及旱灾研究的重要方向,定量评估旱灾风险是旱灾风险管理的核心内容。为降低各种不确定性因素影响下旱灾风险评估结果的误差,提高结果的可靠性,提出运用信息扩散法估计旱灾损失的超越概率,结合自助法的区间估计算法,建立基于信息扩散与自助法的灾害风险评估模型,用不同置信水平下旱灾损失对应超越概率的置信区间来反映旱灾风险。将该模型运用于安徽省农业易旱地区干旱灾害风险评估,计算并确定在置信水平为0.75时安徽省易旱地区的旱灾风险区间评估结果合理、可靠,可为抗旱规划提供科学的决策依据。

基于DEM的山区旱灾风险评价模型——以西南地区为例

旱灾研究中,地形导致的水热再分配容易造成地域间旱灾灾情的明显差异,因此地形因子对于旱灾风险的准确评价及灾情的客观评估至关重要。采用气象站点观测数据和DEM数据,通过模拟复杂地形影响下的下垫面真实水分情况,加入地形因子的影响,建立了以干旱致灾因子(水分条件)、孕灾环境(地形)、承灾体(农作物脆弱性曲线)综合的旱灾风险评价三度模型;并以地形复杂、旱灾多发的西南地区为例,编制了旱灾风险等级图,以期为客观评估旱灾灾情,有效开展区域旱灾风险防范提供科学依据。

基于信息扩散和频率曲线适线的农业旱灾风险评估方法

为克服农业旱灾风险计算中小样本导致的信息不足,以农业因旱受灾率为损失指标,采用信息扩散理论和频率曲线适线方法相结合的方法,构建损失与概率之间的函数关系,建立了旱灾风险评估方法。据此方法定量计算不同旱灾水平年下的农业因旱受灾率,绘制旱灾风险空间分布图。该方法通过优化利用样本模糊信息来弥补小样本导致的信息不足,对小容量样本的概率分布估计有较高的精确度。将该方法用于安徽省农业旱灾风险评估,绘制了安徽省农业旱灾风险图,以便为安徽省抗旱减灾提供参考。

安徽省小麦旱灾风险不同区划方法对比研究

风险区划图不仅是有关部门根据不同灾区特征安排抗旱预防工作的基础,也是保险公司制定适合当地保险产品的依据,但是目前的制作方法多种多样,在同一地区往往采用不同的制作方法,风险的区划结果也不尽相同,因此给决策者带来了一定的困难。采用最常用的层次分析法和较新的灾损率法分别对安徽省小麦旱灾风险进行了评估,并制作了风险区划图。通过欧氏距离法将两幅图与旱灾实际分布情况进行了比较,发现层次分析法因构造判断矩阵时存在主观性,结果偏离实际情况较大,而灾损率法因排除了人为因素的影响,结果更加接近实际情况。