GIS技术在气象灾害风险区划中的应用

王亚军，苏 博，毛立昕，魏代栋，马绎皓（.甘肃省兰州市皋兰气象局，兰州 7000；.陕西省铜川市王益区气象局，铜川 77000；.甘肃省兰州市皋兰气象局，兰州 7000）



GIS技术在气象灾害风险区划中的应用

王亚军1，苏 博2，毛立昕1，魏代栋1，马绎皓3
（1.甘肃省兰州市皋兰气象局，兰州 730200；2.陕西省铜川市王益区气象局，铜川 727000；3.甘肃省兰州市皋兰气象局，兰州 730200）

摘 要：文章分析1981～2010年皋兰县各乡镇气象灾害（干旱、沙尘暴、暴雨洪涝和冰雹）数据，通过对孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承载体易损性以及防灾减灾能力等多因子综合分析，利用GIS技术和加权综合评价法，以及层次分析法对灾害风险进行等级划分。结果表明：黑石和西岔处于干旱、沙尘暴和冰雹灾害的高风险区；九合和什川为暴雨洪涝高风险区，干旱、沙尘暴和冰雹低风险区。

关键词：气象灾害 GIS 皋兰县 风险区划

随着生态环境的恶化（全球变暖、土地沙漠化等）和人类活动的变化（城市化、人口增长、乱卡滥伐）等因素，造成世界各地灾害频发。全球气候变化，为人类及生态系统带来冰川消融、海平面上升、生态系统改变，以及高温热浪、干旱、暴雨冰冻等一系列极端天气、气候灾难，因此，造成人民财产的损失进一步加剧。如此异常的气候变化和灾害事件，已经引起国家和地方政府的高度重视。

伴随着3S技术的快速发展，世界各国不断利用3S技术，在干旱、山体滑坡、洪涝、地震等领域广泛的运用，为各国社会经济发展做出了巨大贡献。同时，也完成了大量的基础研究工作。随着我国空间技术的发展，3S技术成为近年来国内灾害监测工作者们研究的重点内容。在旱灾、沙尘暴灾害、洪涝灾害等方面，充分显示出3S技术快速准确的优点，是灾害监测技术发展的必然趋势。

气象灾害风险是指气象灾害发生及给人类社会造成损失的可能性。该文研究气象灾害风险区划是在对皋兰县气象灾害进行调查、统计和分析的基础上，通过对灾害致灾因子、孕灾环境、承载体以及防灾减灾能力等因子综合分析，分析导致灾害发生的强度和频度，对气象灾害绘制风险区划图，易损性及潜在的影响进行估计。

1 研究区域的概况

皋兰县位于东经103°32′～104°22′，北纬36°05′～36°50′之间，地处甘肃省中部，兰州市东北部，东邻白银市白银区，东南跨黄河与榆中县接壤，南接兰州市城关区，西南与安宁区、西固区毗邻，西连永登县，北依白银市景泰县。辖区东西最大距离60 km，南北最大距离84 km，总面积2 556 km2。皋兰县辖区包括石洞、西岔、什川、忠和、九合、黑石川、水阜等7个镇。总人口18.084万人，其中，城镇常住人口3.008万人，汉族有17.891万人，占总人口数的98.93%，有藏族、回族、蒙古族、满足、土族5个少数民族共1 929人。据统计，气象灾害占皋兰县自然灾害的80%以上，每年因气象灾害造成的经济损失，约占当年GDP的1%～3%，对皋兰县经济社会发展、工农业生产、人民群众生命财产安全和生态环境等造成较大影响。

1.1 皋兰县地形地貌

皋兰县地处陇西黄土高原西北部，是东祁连山褶皱带与陇西沉降盆地间的过渡区，石质山地与黄土丘陵地貌交错分布。地势为北高南低、西高东低，呈西北向东南倾斜，山脉多为南北走向，海拔高度在1452.4～2 454 m之间，相对高差近1 km。境内丘陵沟壑纵横，沟壑密度2.64 km/km2，梁峁起伏、川梁相接，并由西北向东南呈带状分布。境内共有0.5 km以上的大小砂、土沟4 977条，全长6 743.7 km，这是该县水土流失侵蚀沟的发源地。

1.2 皋兰县气候概况

皋兰县属温带半干旱气候，主要特点为气候干燥、四季分明、雨热同期、日照充足、蒸发量大、昼夜温差大、降水量少，且时空分布不均，灾害性天气频繁发生。多年平均气温7.4℃、极端最低气温-27.7℃（2008年1 月30日）、极端最高气温38.9℃（2000年7月24日）、最低月平均气温-11.6℃（1993年1月）、最高月平均气温22.7℃（2010年7月）、平均气温年较差为29.0℃、最大日较差29.0℃、高温天气年平均出现9 d，且集中在6～8月。2006年，高温天气多达26 d。年平均降水量240.3 mm，年平均降水日数73 d，最多达88 d（1988年），最少56 d（1997年），年极端最大雨量为354.3 mm （1985年），年极端最少雨量154.9 mm（1982年），降水主要集中在5～9月，且7月降水最多。年平均蒸发量1 543.8 mm，年均日照2 415.5 h，年平均无霜期为160 d，最长达197 d，最短为132 d。

1.3 皋兰县自然灾害情况

主要灾害有干旱、沙尘暴、霜冻、冰雹、洪涝、雪灾等。

旱灾：干旱出现的频率高达87%，十年九旱且一年四个季度均可能发生，以春旱、唇膜初夏旱、伏旱的危害最为严重。

沙尘暴：沙尘的主要源来自于河西地区，且本地裸露的地表，提供了重要的补充，全县年平均沙尘暴天数为6 d，全年都可能出现。

冰雹：年均出现1.4次，影响范围小，持续时间短，来势猛，强度大，一般伴有暴雨洪涝和大风。根据1985～2010年皋兰气象站的记录，共出现冰雹76次，主要集中在4月下旬到9月下旬，最多年份发生12次。

洪灾：平均7～8年出现1次，多集中在6～8月，最严重的1次发生在1977年8月4日，是百年难遇的特大性灾害，全县42个生产大队，183个生产小队受灾，受灾面积0.103万hm2，损失粮食20万kg。2001年8月28日的日降水量46.8 mm，是有观测资料以来，出现的最大一次暴雨过程。

虽然这种“8+2”模式心电图对冠心病患者LM/3支病变及其预后有相当高的预测价值，但是这种心电图模式并不总是由左主干/等同左主干病变所导致的。其他临床情况(如急性肺栓塞[18]、心肌肥厚、微血管病变[13]、急性主动脉夹层[19]等)下，也可以出现“8+2”心电图特点，因此在临床工作中要根据不同的临床状况进行考虑。

雪灾：最大1次发生在1982年5月12日，雨夹雪14.3 mm，积雪深度7 cm。

霜冻：初霜冻的平均出现日期为10月4日，终霜冻为4月27日，出现时常伴有大风、降雪等天气，气温骤降，会给农作物造成重大损失。

2 数据资料和研究方法

2.1 气象数据

该文采用甘肃省皋兰县气象站1981～2010年的干旱、沙尘暴、冰雹，以及洪涝地理信息数据和皋兰县社会经济数据。

2.2 研究方法

干旱、沙尘暴、冰雹及洪涝的风险区划是基于风险灾害理论、洪涝形成机制，通过对孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承载体易损性及防灾减灾能力等多因子综合分析，并运用GIS技术和加权综合评价法，对灾害风险进行等级划分。

3 皋兰县三种气象灾害的风险区划及分析

3.1 干旱风险区划

干旱风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感型性、承灾体易损性（基于GIS的赤峰干旱）3个方面，进行综合分析得到。密集的河网、高效的灌溉系统，可以有效缓解干旱，孕灾环境敏感性将和网密度作为指标；承灾体易损性分析主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素。最后，将上述3个方面内容，利用加权综合与层次分析法得到干旱风险区划图和各乡镇干旱风险排名表。干旱风险分区由北到南递减，西岔、黑石和石洞为干旱高风险区；其他几个乡镇为干旱次低风险区。

3.2 皋兰县冰雹风险区划

冰雹灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性等3个方面，进行综合分析得到。孕灾环境敏感性将地形地貌作为主要指标，在迎风坡容易形成冰雹的易发区域；承灾体易损性分析，主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素。最后，将上述3个方面内容进行加权叠加，得到冰雹风险区划图和各乡镇冰雹风险排名表。冰雹的风险区划总体上，与冰雹灾害的空间分布相对应，同时又受到地形和经济、人口密度分布的影响，由北到南递减，黑石、西岔的北部为冰雹高风险区；什川中部为冰雹低风险区。

3.3 皋兰县沙尘暴风险区划

沙尘暴灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、承灾体易损性、防灾减灾能力等3个方面，进行综合分析得到。承灾体易损性分析，主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素；防灾减灾能力分析，主要考虑建筑物工程及森林的抗风能力。最后，将3个方面内容加权叠加，得到沙尘暴风险区划图和各乡镇沙尘暴风险排名表。石洞西北部、西岔中部为沙尘暴高风险区；忠和和什川的南部、水阜中部为沙尘暴低风险区。

3.4 皋兰县洪涝灾害风险区划

洪涝灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等4个方面，进行综合分析得到。孕灾环境敏感性分析，主要考虑地形因子，如坡度及高度、河网密度等2个方面；承灾体易损性分析，主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素；防灾减灾能力分析是指，分析为减少洪涝灾害所致损失而进行的一系列工程和非工程措施，主要考虑人均国民生产总值。最后，将4个方面内容加权叠加，得到暴雨洪涝风险区划图和各乡镇暴雨洪涝风险排名表。九合大部、忠和西南角为暴雨洪涝高风险区；黑石北部和南部、西岔北部、石洞的西南部、水阜中部为暴雨洪涝低风险区。

4 结论与讨论

该文研究根据皋兰县1981～2010年灾情数据分析得出干旱、沙尘暴、暴雨洪涝和冰雹灾害的风险区划，并得到结论。

（1）干旱风险分区由北到南递减，西岔、黑石和石洞为干旱高风险区；其他几个乡镇为干旱次低风险区。

（2）冰雹的风险区划总体上与冰雹灾害的空间分布相对应，同时

又受到地形和经济、人口密度分布的影响，由北到南递减，黑石、西岔的北部为冰雹高风险区；什川中部为冰雹低风险区。

（3）石洞西北部、西岔中部为沙尘暴高风险区；忠和和什川的南部、水阜中部为沙尘暴低风险区。

（4）九合大部、忠和西南角为暴雨洪涝高风险区；黑石北部和南部、西岔北部、石洞的西南部、水阜中部为暴雨洪涝低风险区。

以上结论的得出，有利于明确皋兰县主要气象灾害的特点和防御重点，指导未来10年皋兰县气象防灾减灾工作。

参考文献

［1］ 单博.基于3S技术的奔子栏水源地库区库岸地质灾害易发性评价及灾害风险性区划研究.吉林：吉林大学研究生院，2014

［2］ 王志春，包云辉，史玉严.基于GIS的赤峰市干旱灾害风险区划与分析.中国农学通报，2012，28（32）：271～275

［3］ 李锦荣.基于RS和GIS的沙尘暴灾害风险评价研究—内蒙古锡林郭勒盟为例.北京：北京林业大学研究生院，2011

［4］ 梅勇，唐云辉，况星.基于GIS技术的重庆市暴雨洪涝灾害风险区划研究.中国农学通报，2011，27（32）：287～293

［5］ 王羱，桑悦洋，张立凤.2013年夏季浙江省高温干旱环流异常分析.气象科学，2015，35（2）：140～149

［6］ 邱新法，汪朋，金有杰，等.基于GIS潍坊市暴雨洪涝灾害损失评估方法研究.气象科学，2015，35（2）：189～194

［7］ 吕梅，濮江平.2000年两次沙尘暴天气过程的分析研究.气象科学，2002，22（2）：210～217

［8］ 史培军.三论灾害研究的理论与实践.自然灾害学报，2002，11（3）：1～9

［9］ 殷杰，尹占娥，许世远，等.灾害风险理论与风险管理方法研究.灾害学，2009，24（2）：7～15

［11］ 刘德义，傅宁，李明才，等.基于3S技术的天津市洪涝灾害风险区划与分析.中国农学通报，2010，26（9）：377～381

［12］ 王以彭，李结松，刘立元.层次分析法在确定评价指数权重数中的应用.第一军医大学学报，1999，19（4）：377～379