基于信息扩散理论的安徽省农业风雹灾害风险评估

江　懿，陈　磊，任　竹，陈　娟（安徽省农业科学院农业经济与信息研究所，合肥230031）



基于信息扩散理论的安徽省农业风雹灾害风险评估

江懿，陈磊，任竹，陈娟
（安徽省农业科学院农业经济与信息研究所，合肥230031）

摘要：为了客观评估风雹灾害对安徽省农作物造成的风险损失，利用基于信息扩散理论的风险评估模型，对安徽省1991—2012年近22年的农业风雹灾害进行分析。结果显示：因风雹灾造成的农业受（成）灾面积相对较小；在受灾指数10%下，安徽省风雹灾害风险水平为低风险，风险概率为156年1遇；安徽省风雹灾成灾指数一般不超过8%，该指数下的风险概率约为10000年1遇；随着受灾程度的增加，安徽省各市的风雹灾害风险概率呈下降趋势。

关键词：风雹灾；信息扩散；风险评估；安徽省

0　引言

风雹灾害是指雷雨大风、龙卷风和冰雹等强对流天气造成的一种自然灾害[1]，农业风雹灾害是中国农业自然灾害中处于第三位的农业气象灾害[2]。目前，国内对农业风雹灾害的风险评估进行研究的相关文献尚较少，主要有雷晓云等[3]应用信息扩散的模糊数学方法对新疆生产建设兵团的农业风雹灾害进行了风险估计；陈家金等[4]应用正态信息扩散计算方法，对福建省农作物风雹灾害进行风险评估；贺一梅等[5]运用模糊聚类方法，对云南省金沙江流域的风雹灾害进行了区划研究；许新路等[6]根据历史灾情资料，对河北省邢台市的风雹灾害进行了风险评估；山义昌[7]对冬小麦的风雹灾害进行了等级划分和灾情评估；郗蒙浩等[8]依据自然灾害风险区划，对北京市风雹灾害的应急救援物资储备数量进行管理；廖永丰等[9]根据风雹的绝对灾情指数和严重程度将中国分为5类地区，其中安徽处于3类地区。

据统计，安徽风、雹灾害频发，全省年均56次，损害面积年均14万hm2[10]，对农业生产造成了一定影响。然而，对安徽省风雹灾害进行风险评估的文献相对缺乏，大都是对安徽省的农业灾害系统研究中涉及到风雹灾害[11-13]。因此，本研究从承灾层面对风雹灾害的后果进行评估。农业风险分析的传统数学手段是概率统计方法，即总结灾害发生地区历史上不同风险水平发生的频率，得到风险概率分布，但这种传统方法需要大量的历史统计资料（通常要求30个以上样本），而考虑到本研究数据的制约性，选择基于信息扩散理论的评估模型进行分析，信息扩散理论由黄崇福教授系统提出[14]，以期客观评估安徽省农业风雹灾害的风险大小，为安徽省风雹灾害的防灾减灾提供依据。

1　资料与方法

1.1资料来源

数据来源于安徽省民政厅和《新中国农业60年统计资料》[15]、《安徽统计年鉴》（1991—2013年）。

1.2评估方法

选取安徽省及各市农作物播种面积、农业风雹灾害受（成）灾面积等指标进行相关分析评估。

1.2.1评估模型信息扩散原理是一种处理不完备信息的模糊方法，该方法认为一定存在着1个适当的扩散函数，可以将传统的观测样本点集值化，以弥补资料不足带来的缺陷，达到提高精度的目的。最简单的模型是正态扩散模型[14]。

基于信息扩散理论的风险评估模型中，假设X为风险评估指标在m年内的实际观测值的样本集合，

式中：u1,u2,…,un为控制点。考虑到计算精度的要求，本研究中U取值如下：

在集合X中，1个单值观测样本点xi可以将其所携带的信息依下式扩散给U中的所有点：

式中：h为信息扩散系数，其表达式如下：

则样本xi的归一化信息分布可记为：

式(10)为所有样本落在uj处的频率值，即概率估计值，则超越uj的概率值应为：

P即为不同灾害情形下的风险估计值。

为了使风险评估的结果更为直观、易于比较，引入风险等级进行分析评估，运用风险概率R() R=1/P对其进行细化表述[16]。R越小（大），表示风雹灾可能发生的周期越短（长）、频率越高（低）。

1.2.2评估指标用于表征农业风雹灾害的风险指标很多，本研究选用风雹灾害受（成）灾面积指数作为风雹灾害风险的评估指标。风雹灾害受（成）灾面积指数是指风雹灾害受（成）灾面积与农作物播种面积之比，其大小反映了农作物的受（成）灾程度[17]。指数值越大（小），表示农作物受风雹灾害的影响越大（小），指数计算见公式(12)。

式中：Xh为风雹灾受（成）灾面积指数；Sh为风雹灾受（成）灾面积(hm2)；S为农作物播种面积(hm2)。其中，受灾面积指因风雹灾减产10%以上的农作物播种面积，成灾面积则指因风雹灾减产30%以上的面积。

1.2.3统计分析采用Excel 2003和Matlab软件对数据进行处理与分析。

2　结果与分析

2.1历史灾情分析

利用Excel软件对数据进行处理，得到1991—2012年间安徽省农业风雹灾害年平均受灾面积为23.9万hm2，年平均成灾面积为13.2万hm2。2002年风雹灾害的受灾面积和成灾面积为最高值，分别为71.5万hm2、48.2万hm2。安徽省历年风雹灾害受（成）灾面积指数的变化趋势如图1所示。1991—2012年安徽省农作物因风雹受灾的面积指数为3‰～8.5%，因风雹成灾的面积指数为2‰～5.7%，历年平均值分别为2.8%和1.6%，总体呈下降趋势。灾情最重的年份为2002年，受灾和成灾面积指数均为最大值。受灾指数≥3%的年份有1992—1994、1998、2002、2004、2009年，占统计年份的31.8%。从总体上看，因风雹灾害造成的农作物受灾、成灾面积相对较小。

图1　安徽省历年农作物风雹灾害受灾和成灾面积指数

2.2风雹灾害风险等级划分

根据安徽省各市的农业风雹灾害的风险概率R，参照刘亚彬等的水旱灾害风险等级划分[18]，将农业风雹灾的风险程度分为高、中、低3个等级。具体等级划分见表1。其中，R=1指风雹灾每年1遇，2＜R≤4指风雹灾2～4年1遇，R＞6则表示风雹灾大于6年1遇，其余依此类推。

表1　风雹灾害不同受（成）灾面积指数下的风险等级划分

2.3安徽省农业风雹灾受（成）灾风险估计值

依照基于信息扩散理论的风险评估模型、借助Matlab数学软件对安徽省1991—2012年的风雹灾受（成）灾数据进行处理，结果如表2所示。从受灾风险来看，当受灾指数≥2%时，安徽省风雹灾风险水平为中度风险，风险概率为1.4年1遇；当受灾指数≥4%时，风雹灾风险水平为中度风险，风险概率为3.2年1遇；当受灾指数≥7%时，风雹灾风险水平为低风险，风险概率为16.6年1遇；当受灾指数上升至10%时，风雹灾受灾风险为156年1遇。从成灾风险来看，成灾面积指数一般不超过8%，该指数下的风险估计值为0.0001，成灾风险约为10000年1遇。

表2　安徽省农业风雹灾受（成）灾风险估计值

2.4安徽省各市农业风雹灾害风险区划

根据上文中的评估模型及风险等级划分，得到安徽省各市在不同风雹灾害受灾面积指数下的风险评估结果见表3，图2是应用ArcGIS 10.2软件绘图得到的安徽省农业风雹灾害时空分布区划。

由图2a可见，在Xh≥2%面积指数下，安徽省各市风雹灾呈现为中、低风险。具体表现为淮南、合肥、滁州、巢湖和马鞍山为低风险，风险概率大于2年1遇；其他城市均为中度风险，风险概率在1～2年1遇之间。

由图2b可见，在Xh≥4%面积指数下，风雹灾呈现为高、中、低风险并存。宿州和淮北为高风险区，风险概率为1～2年1遇；亳州、阜阳、蚌埠、安庆、铜陵、池州、黄山和宣城为中风险区，风险概率在2～4年1遇之间；其余7市为低风险区，风险概率大于4年1遇。

由图2c可见，在Xh≥7%面积指数下，风雹灾风险概率有所降低，虽然仍然是高、中、低并存，但大部分城市处于低风险区。高风险区的只有宿州市，风险概率为2.4年1遇；淮北、蚌埠、池州、铜陵和宣城为中风险，风险概率为4～6年1遇；其余11市则为低风险，风险概率大于6年1遇。

由图2d可见，在Xh≥10%面积指数下，风雹灾风险概率大幅下降，只有宿州、铜陵和宣城3市处于中风险区，风险概率为6～15年1遇；其余14市均为低风险，风险概率大于15年1遇。

表3　安徽省各市风雹灾害风险概率　年1遇

图2　安徽省各市不同受灾面积指数下的风雹灾风险评估图

综上所述，安徽省各市的风雹灾害风险概率随着受灾程度的增加，呈下降趋势。除了宿州市受风雹灾害的影响较大，在受灾指数10%下风险概率为7.1年1遇，其余城市的风雹灾害风险相对较小。

3　结论与讨论

通过对安徽省1991—2012年近22年因风雹灾而造成的农业受（成）灾面积进行分析，发现农作物受（成）灾面积相对较小，受（成）灾指数总体上呈下降趋势。利用基于信息扩散理论的风险评估模型，对安徽省1991—2012年近22年的农业风雹灾害进行风险评估，得到如下结论：在受灾指数10%下，安徽省风雹灾害风险水平为低风险，风险概率为156年1遇；安徽省风雹灾成灾指数一般不超过8%，该指数下的风险估计值为0.0001，成灾风险约为10000年1遇。安徽省各市的风雹灾害风险概率随着受灾程度的增加呈下降趋势。

以往对安徽省风雹灾害的研究主要是在对安徽省的农业灾害系统研究中有所涉及，笔者采用基于信息扩散理论的风险评估模型对安徽省农业风雹灾害进行了专门研究。该模型较好地解决了风雹灾害数据资料不足、应用传统方法进行评估精度较差的问题，应用该模型得到的农业风雹灾害风险概率和空间分布为安徽省风雹灾害的防灾减灾提供了依据。从自然灾害系统论的角度看，自然灾害是致灾因子、孕灾环境和承载体三者相互作用的结果。本研究主要从承载层面对灾害进行评估，从致灾因子和孕灾环境方面对风雹灾害的风险评价还需要做进一步的工作。

参考文献

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Risk Assessment of Agricultural Wind and Hail Disasters in Anhui Province Based on Information Diffusion Theory

Jiang Yi,Chen Lei,Ren Zhu,Chen Juan
(Institute of Agricultural Economy and Information,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,Anhui,China)

Abstract:The paper aims to evaluate the crop loss caused by wind and hail disasters in Anhui Province.The authors carried out a risk assessment of agricultural wind and hail disasters in nearly 22 years(1991-2012) with an risk assessment model based on the information diffusion theory.The results showed that:in Anhui Province,agricultural disaster area of wind and hail was relatively small,the affected index was under 10%,the wind and hail disaster risk level was low and the risk probability was once in 156 years.The affected index of the wind and hail disaster in Anhui Province was generally no more than 8%,and under this index,the risk probability was about once in 10000 years.The wind and hail disaster risk probability of every city in Anhui Province decreased with the increasing of the damage degree.

Key words:Wind and Hail Disaster;Information Diffusion;Risk Assessment;Anhui Province

收稿日期：2015-10-14，修回日期：2015-12-24。

通讯作者：陈磊，男，1977年出生，副研究员，硕士，研究方向：农业灾害风险分析。

作者简介：第一江懿，女，1988年出生，研究实习员，硕士，研究方向：农业信息分析。

通信地址：230031安徽省合肥市庐阳区农科南路40号安徽省农业科学院，E-mail：ahnkyjy@163.com。 230031安徽省合肥市庐阳区农科南路40号安徽省农业科学院，E-mail：chenleichina@163.com。

基金项目：安徽省农业灾害风险分析研究科技创新团队(14C1409)。

中图分类号：S424，S427

文献标志码：A论文编号：cjas15100009