湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估研究

邓 玲 ，李学敏 ，谭姗姗 ，张思远 ，谭诗琪

（1.湖南省气象服务中心，长沙 410118；2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，长沙 410118；3.湖南大学电气与信息工程学院，长沙 410082）

暴雨是湖南省最主要的灾害性天气，是造成湖南省山洪型、洪溃堤型及涝渍型等洪涝灾害的重要诱因［1］。暴雨洪涝带来的损失巨大，据统计，湖南省平均每年造成的经济损失占国民生产总值的5.2%［2］。如何最大程度降低和减轻暴雨灾害损失及影响是湖南省气象防灾减灾工作的重点和难点。近年来，伴随着湖南省暴雨预测预报技术、气象服务能力等不断提高，如何通过准确及时的气象预报、优质的气象服务来提高暴雨灾害防灾减灾中的气象服务效益已成为关注的重点。气象部门需要以科学全面的方法证明气象防灾减灾服务效益远高于服务生产和传播成本［3］。因此，如何利用科学、客观的方法评估气象防灾减灾服务效益具有重要的现实意义。2018 年，湖南省气象局围绕防灾减灾效益评估能力建设，开展了针对暴雨灾害的气象防灾减灾服务效益评估技术研究，以期提升气象部门防灾减灾的整体服务能力。

为了定量评估气象服务效益，国内外很多学者开展了气象服务效益评估技术和方法研究。Johnson等［4］认为贝叶斯决策理论可将气象信息作为一个关键变量，应用于决策制定过程，以减少不确定性。Lazo［5］定量计算美国气象预报系统每年给国家带来的总体效益（公众和商业气象服务效益）为114 亿美元。张晓美等［6］基于非线性加权综合法对中国公众气象服务经济效益进行综合评估，估算出2018 年中国公众气象服务的经济效益为671.9 亿元。吴先华等［7］基于条件价值法研究得出，中国网络民众每年对气象服务的支付意愿值为73.6 亿～205.8 亿元。胡丽莉等［8］利用AHP（层次分析法）和BCG（波士顿矩阵）相结合的方法，构建农业气象服务效益评估模型。罗慧等［9，10］综合应用模糊数学和多项式拟合方法，对奥运气象服务社会经济效益进行了定量评估分析。钟飞等［11］基于德尔菲法开展了江西省“三农”气象服务效益评估，结果表明，2010—2013 年江西省“三农”气象服务效益评估值分别为76.04 亿、108.14 亿、104.36 亿和 116.07 亿元，投入产出比为1∶3.3～1∶7.8。吴先华等［12］将支付意愿法与结构方程模型相结合，应用路径分析方法评估了沪宁高速公路的气象服务效益值。狄靖月等［13］运用逆推法结合德尔菲法，建立地质灾害气象服务效益评估模型，得出湖南、湖北多个省（市、自治区）防灾减灾效益百分率都达12%以上，防灾减灾成效较好。

受许多复杂因素的影响，气象服务效益评估具有不易确定度量性、归属性、整体效益等特点［14］。迄今为止，气象服务效益的定量评估仍是个难点，至今尚未形成普适的评价方法和评估模型［15，16］。在目前较少的研究中，气象灾害防灾减灾服务效益评估主要涉及台风、暴雨等。如姜爱军等［17］、王辉等［18］运用多种数理方法，研究建立了暴雨预报气象服务效益评估数学模型，并进行了实证分析，结果表明，预报准确率、预报服务覆盖率和预报服务时效与服务效益成正比，各评估因子会很大程度影响服务效益值。张颖超等［19］、邢彩盈等［20］采用逆推算法分别构建了浙江省、海南省台风气象服务效益评估模型，并计算台风气象服务效益值，结果表明，近年来台风灾害气象服务效益和台风直接经济损失均处于增长趋势，台风气象服务效益与台风直接经济损失具有极高相关性。

本研究着重考虑决策服务效益、公众服务效益、社会服务效益指标及不可避免损失因子，采用逆推法建立湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估模型。基于该模型对湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨天气过程的气象防灾减灾服务效益进行评估。

1 研究区域与数据

本研究以湖南省为研究区域，对2011—2015 年6 次典型暴雨灾害气象服务案例进行了调查与分析，收集整理了直接经济损失、预报准确率、预警覆盖率、预报时效、灾害强度、安全转移人口、公众满意度、决策材料提前时间等资料，相关数据主要来源于《湖南统计年鉴》、湖南省民政厅、湖南省气象局（部分数据见表1）。同时，采用湖南省气象局2018 年气象防灾减灾效益评估能力建设项目组通过2 轮专家问卷调查建立的湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系（表2）。

2 效益评估模型

影响暴雨灾害气象防灾减灾服务效益的因素有很多，如暴雨强度及出现时间、预报预警准确性、气象服务水平、政府防灾减灾决策、各部门组织和动员防灾减灾情况、公众自身防御能力、受灾地区经济状况、地理条件等，这些因子往往存在较大的不稳定性。因此，在评估气象防灾减灾服务效益时主要考虑实际可操作性及重要因素的综合影响。近年来，评估重大气象灾害服务效益值使用较多的方法是逆推法［13，19，20］，即在综合考虑气象服务水平、政府决策效率、公众防御能力、不可避免损失因子等基础上，由灾害造成的直接经济损失来计算某次气象灾害影响过程中气象防灾减灾服务效益值。

表1 湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨灾害气象服务调查与分析评价数据

表2 湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系及指标权重

2.1 评估模型建立

本研究综合考虑暴雨灾害气象防灾减灾服务效益中的决策服务效益（Q1）、公众服务效益（Q2）、社会服务效益（Q3）以及不可避免损失因子（D）的基础上，利用逆推法建立暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估关系式为：

式中，Z表示某次暴雨灾害造成某地的直接经济损失；W表示某次暴雨灾害气象防灾减灾服务效益值；Z+W表示在未采取任何防灾减灾措施的情况下，某次暴雨灾害可能对某地造成的直接经济损失；Q1、Q2、Q3分别表示决策服务效益、公众服务效益、社会服务效益；D表示灾害过程中不可避免损失因子。参数Q1、Q2、Q3、D均处于［0，1］。式（1）转换得到某次暴雨灾害气象防灾减灾服务效益值的计算公式为：

2.2 模型参数确定

2.2.1 不可避免损失因子D灾害损失一般分为可避免损失和不可避免损失。理想状态下，由于气象防灾减灾服务的合理有效使用，最大程度上可避免的灾害损失为可避免损失，即可避免损失是气象防灾减灾服务效益的上限。关于不可避免损失，针对每次灾害影响过程都有差别，这与灾种、灾害强度、当地社会经济发展、防灾减灾基础设施建设等有直接关系。暴雨灾害的不可避免损失主要集中在不动产上，如受灾农田、损坏房屋等，此外交通、通信等不可避免损失统计在直接经济损失中，因此，直接经济损失也能间接反映不可避免损失的大小。暴雨影响期间，不可避免损失的影响因子主要有农作物受灾d1、房屋损毁d2、直接经济损失d3和灾害强度d4。

不可避免损失因子D的计算方式：将各个影响因子序列标准化，每次暴雨灾害中每个影响因子对应一个评价集；参考张颖超等［19］台风灾害不可避免损失因子D的计算方法以及各影响因子指标，对不可避免损失的影响因子权重进行评价（表3）。考虑到暴雨灾害的影响不及台风，影响因子指标对不可避免损失影响程度会有差异，经向湖南省本地多名专家咨询、打分，确定调整后的不可避免损失影响因子权重如表4 所示。

表3 不可避免损失的影响因子权重

表4 调整后的不可避免损失影响因子权重

由于本研究中灾害强度指数是通过研究小组自建的模型推算得出（具体数据见表1），根据模糊变化原理，由式（3）计算每次暴雨灾害过程中不可避免损失因子。

2.2.2 决策服务效益Q1决策服务效益主要评价政府在暴雨防灾减灾决策和部署工作中发挥的作用。根据湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系，决策服务效益Q1的计算公式如下：

式中，T表示决策材料及时性评价得分，F表示政府响应反馈率评价得分。

2.2.3 公众服务效益Q2公众服务效益主要评价气象服务水平和能力。根据湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系，公众服务效益Q2的计算公式如下：

式中，A表示预报准确率评价得分，E表示预警发布及时性评价得分，C表示预警覆盖率评价得分，L表示预报时效评价得分。

2.2.4 社会服务效益Q3社会服务效益主要评价经济社会及社会公众防御能力。根据湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系，社会服务效益Q3的计算公式如下：

式中，S表示社会满意度评价得分，R表示灾情稳健率评价得分。

3 效益评估结果

基于湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨灾害过程气象服务调查与分析评价数据，利用湖南省气象局2018 年气象防灾减灾效益评估能力建设项目组建立的暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系的评价规则与方法，计算出各指标评价得分；根据式（3）、式（4）、式（5）、式（6）分别计算不可避免损失因子D、决策服务效益Q1、公众服务效益Q2、社会服务效益Q3；再由式（2）计算6 次暴雨过程气象防灾减灾服务效益值W。表5 是湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估结果。由表5 可知，近年来湖南省暴雨灾害过程的决策服务效益、社会服务效益基本呈上升趋势，公众服务效益波动性较大；整体来看，由暴雨造成的直接经济损失与对应的气象防灾减灾服务效益分布较为相似，二者相关性高达0.896；暴雨灾害气象防灾减灾服务效益占灾害直接经济损失的38.6%～57.0%。

表5 湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估结果

4 小结与讨论

本研究运用逆推法，建立适用于评估湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益的客观模型，并利用湖南省2011—2015 年6 次典型暴雨灾害过程气象服务调查与分析评价数据、湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系中各评价指标数据，对湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务效益进行评估，得到以下结论。

1）近年来，湖南省暴雨灾害过程的决策服务效益、社会服务效益基本呈上升趋势，表明湖南省暴雨灾害气象防灾减灾服务能力在不断提升。此外，公众服务效益相对偏低，且波动性较大，气象及相关部门应给予更多重视，进一步提升暴雨灾害气象防灾减灾公众服务水平。

2）暴雨灾害气象防灾减灾服务效益占灾害直接经济损失的38.6%～57.0%，单次暴雨过程气象防灾减灾服务效益值最高达13.66 亿元。气象防灾减灾服务效益和灾害直接经济损失的分布相似，二者相关性达0.896，在一定程度上表明当暴雨灾害影响较重时，气象服务显得更为重要。

3）基于逆推法的效益评估模型能够实现气象服务效益的有效提取。在模型构建中，如何合理地评价政府决策、部门联防以及公众参与对气象防灾减灾行为的效益及作用是一个极其重要的问题。相比已有研究，本研究采用湖南省气象防灾减灾效益评估能力建设项目组建立的暴雨灾害气象防灾减灾服务效益评估指标体系中的3 个一级指标决策服务效益、公众服务效益和社会服务效益作为模型构建的主要因子，同时根据评估指标体系的评价规则与方法，基于气象服务调查与分析评价数据，定量计算各指标因子，相比调查问卷分析的结果更实际、合理。但由于评估指标体系的建立本身存在不完善，部分指标的评价方法是根据参考经验或调查问卷确定，需要其他数据源予以补充和支持。