环塔里木盆地大风灾害的等级划分和时空变化特征

郝雷，阿地里江·玉苏甫江

摘要 以1980—2019年塔里木盆地周边42个县（市）大风灾害的出现次数、死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数、受灾面积为评价因子，采用比值权重法和无量纲化线性求和方法构建县（市）和年大风灾损指数（Z）。基于构建出的灾损指数，结合概率分布密度函数，确定大风灾害等级阈值，对灾害进行客观、定量的危害性轻重等级划分。结果表明：灾害年出现频次越高则灾情越严重。

关键词 塔里木盆地;大风灾害;灾损指数;等级划分;空间分布;时间变化

中图分类号：P425.61 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）03–0072–03

大风灾害（简称风灾）是新疆环塔里木盆地主要的自然灾害之一，它会毁坏农作物、地面设施和建筑物，影响交通物流、工农业，危害极大，已经成为灾害研究的热点。新疆环塔里木盆地由于特殊的干旱少雨、下垫面条件，大风灾害频繁发生[1]。1999年5月11日喀什地区出现的大风灾害，导致全地区棉花、小麦、果树等受灾429.5 km2，162只羊死亡，房屋倒塌56间，直接经济损失达6 908万元。频繁的风灾使得原本经济落后的环塔里木盆地区域雪上加霜，因此研究塔里木盆地周边区域大风灾害的危险等级划分和时空演变趋势势在必行，它不但有助于提高塔里木盆地区域风灾防御能力，而且可以提高其社会经济和生态环境的发展水平，并且对新疆的长治久安意义重大。

对于大风灾害危害度评价模型的建立，学者多单独研究灾害次数，较少结合承灾体脆弱性或致灾因子进行综合分析[2-4]。因此，基于1980—2019年新疆塔里木盆地周边42个县（市）大风灾害的出现次数和5个承灾体影响因子数据，构建县（市）、年的大风灾损指数，对塔里木盆地区域的大风灾害危害程度进行等级划分和时空分布特征分析，希望能为塔里木盆地区域防灾减灾工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

塔里木盆地位于新疆的南部，面积约40万 km2，属于温带大陆性气候，大风灾害是该地区最主要的自然灾害。由于该地区特殊的干旱少雨、下垫面条件，使得区域内经常发生大风天气，并造成严重的灾害损失，严重阻碍当地经济社会的发展。塔里木盆地行政区域涵盖巴音郭楞蒙古自治州（简称巴州）、阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州（简称克州）、喀什地区与和田地区5个地州42个县（市），区域内石油和天然气储量非常丰富，也是中国重要的产棉区和林果业基地。

1.2 数据资料

依据新疆民政厅收录的大风灾情资料，整理得到1980—2019年塔里木盆地周边42个县（市）包括出现时间（年、月、日）、出现地点、死亡人数（人）、倒塌房屋数量（间）、倒塌棚圈数（座）、牲畜死亡数量（头）、农作物受灾面积（hm2）的灾情记录1 118条。若某次某县（市）区域内出现1次大风灾害，则该县（市）大风灾害出现次数记为1。

2 研究方法

用于表达大风灾害的灾情要素包括6个，分别为出现次数（次）、死亡人数（人）、倒塌房屋（间）、倒塌棚圈（座）、死亡牲畜（头）、受灾面积（hm2），为了便于比较各县（市）（各年）大风灾害的强度，需要构建能够综合表达大风灾害6个灾情要素的灾损指数（Zi）。在Zi的构建中，通过比值法确定每个灾情要素的权重，基于灾情要素权重采用无量纲化线性求和的方法得到Z。

设有m个灾情要素，每个灾情要素由个样本组成，这样可得到大风灾害灾情要素评价矩阵Xn×m。则大风灾害灾损指数Zi的计算公式定义如下：

Zi=a1+a2+a3+a4+a5

+a6                                                          （1）

式（1）中i=1，2，…，n;a1，a2，…，a6分别代表6个灾情要素的权重，X1，X2，…，X6分别代表6个灾情要素的平均值。第j个灾情要素的权重aj的计算公式定义如下：

aj={Xi，j /Xja}/B                             （2）

式（2）中Xja为第j个灾情要素的最大值，Xi，j /Xja代表第j个灾情要素无

量纲化的累计值，B=Xi，j /Xja代表

m个灾情要素无量纲化的总和。

对于空间区划，n代表县（市）数（n=42），为某县（市）每个灾情要素1980—2019年累计值。对于年际变化，n代表年数（n=40年），X为某年某个灾情要素的累计值。

利用1980—2019年塔里木盆地周边各县（市）某个灾情要素的40年累计值，某年某個灾情要素的42个县（市）累计值，依据比值方法计算得县（市）和年对应的6个灾情要素的权重、平均值、最大值。

3 结果与分析

3.1 灾害指数的概率分布和危害性等级阈值的确定

采用概率分布密度的直方图法和假设检验法，先确定县（市）和年灾损指数Z的概率密度函数，再确定县（市）和年Z不同等级的阈值，进而划分县（市）和年风灾的危害性等级。

基于县（市）和年灾损指数样本序列，采用概率分布密度的图解法，取分组数10得到县（市）和年灾损指数直方图（图1），直方图显示灾损指数近似服从伽玛分布。县（市）（年）灾损指数的平均值μ=1（1），方差σ2=0.4419（1.3448），由μ=α0β0，σ2=α0β02关系式计算得到县（市）、年的伽玛分布的参数α=2.2630（0.7436），β=0.4419（1.3448）。

根据文献[1]的检验方法计算得到县（市）（年）的统计量V=1.97（8.83），取α=0.01，查x2分布表得到临界值λ=18.48。因V<λ，认为县（市）、年的灾损指数Z服从伽玛分布，县（市）、年的概率密度函数均可用伽玛分布函數表达，具体表达式：

f（Z）=Zα-1e-Z/B                  （3）

由伽玛分布函数的概率可确定县（市）、年的灾损指数分位点Zp值，根据分布函数的概率和对应的灾损指数阈值，表1给出县（市）、年的大风灾害危害性等级划分标准。

3.2 大风灾害的空间分布

通过研究6个大风灾情要素和综合灾损指数的空间分布，找出不同地区之间的空间分布差异，先确定不同灾情要素在不同地区的表现差异，再综合判断受灾严重的地区，为今后进一步研究和防灾减灾提供指导意见。

1980—2019年塔里木盆地大风灾害累计出现1 118次，出现次数空间分布差异明显，盆地西部和北部边缘多于南部边缘，主要集中在阿克苏地区、喀什地区、和田地区。累计出现次数最多的地区是喀什地区，最多的县（市）是阿克苏市;平均出现次数最多的地区是阿克苏地区。

塔里木盆地大风灾害其他5个灾情要素也呈现出不同的空间分布差异。累计死亡人数最多的地区是和田地区，最多的县（市）是墨玉县;平均死亡人数最多的地区是和田地区。累计倒塌房屋最多的地区是阿克苏地区，最多的县（市）是沙雅县;平均倒塌房屋最多的地区也是阿克苏地区。累计倒塌棚圈最多的地区是和田地区，最多的县（市）是洛浦县;平均倒塌棚圈最多的地区是和田地区。累计死亡牲畜最多的地区是阿克苏地区，最多的县（市）是和静县;平均死亡牲畜最多的地区是阿克苏地区。累计受灾面积最大的地区是阿克苏地区，最大的县（市）是阿克苏市;平均受灾面积最大的地区仍然是阿克苏地区。

从塔里木盆地大风灾害危害程度的空间分布来看（图2），盆地北部边缘出现的大风灾害比西部和南部边缘严重。特重风灾发生最多的地区是阿克苏地区，在所有县（市）中受灾最严重的是沙雅县;严重风灾发生最多的地区是巴州，在受灾严重的县（市）中墨玉县受灾最重;较重风灾发生最多的地区是阿克苏地区，一般风灾发生最多的地区是喀什地区。阿克苏地区（1.73）平均灾损指数最高，其次是和田地区（1.08）、巴州（0.86）、喀什地区（0.63）、克州（0.61）。以阿克苏地区与和田地区为2个强中心，大风灾害的严重程度向东西2个方向逐渐递减。

3.3 大风灾害的时间变化

研究塔里木盆地6个大风灾情要素的逐月变化和灾损指数的逐年分布，找到每个灾情要素的季节分布差异和地区之间季节分布差异，以及大风灾害季节变化规律和长期变化趋势。

3.3.1 季节变化 塔里木盆地每个季节都会发生大风灾害，6个灾情要素随着季节的变化，差异性非常明显（图3）。灾害出现次数、死亡牲畜和倒塌房屋都呈相似的单峰形态分布，其中4月最高，5月次之。而死亡人数和受灾面积也呈相似的单峰形态分布，其中5月最高， 4月次之。倒塌棚圈则呈现双峰形态分布，高峰在4月，次高峰在6月。6个灾情要素高值集中在4—5月，其中4月除了死亡牲畜数量是巴州最高以外，阿克苏其他5个灾情要素均为各地区最高值。

3.3.2 年际变化 塔里木盆地近40年大风灾害总体不严重，特重和严重灾年只占总体的15%，但是灾害总体近40年呈逐渐变严重的趋势（R2=0.07），且呈现出3个有明显变化差异的阶段，且前2个阶段均以特重灾年收尾。第一阶段是1980—1986年（R2=0.46），阶段末1986年的极端增强期，灾害严重程度为近40年历史极值;第二阶段是1987—2001年（R2=0.6），在阶段末1999年、2001年又发生了2次极端性大风灾害;第三阶段从2002开始，增强趋势很显著（R2=0.42）。对于3次特重灾年，灾害贡献最大的地区都是阿克苏地区，特重灾害年的次年灾情均不严重。近40年灾害出现频次越高则灾害危害程度越高（R2=0.71）。

4 结论

（1）依据新疆塔里木盆地大风灾害事件的出现次数、死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数和作物受灾面积6个灾情要素资料，运用比值权重法和无量纲化线性求和计算，构建了大风灾害事件灾损指数（Zi），并计算各县灾损指数（Zs）和各年灾损指数（Zk），并根据分布函数的概率及其对应的灾损指数阈值，将县（市）、年的灾害危害性等级划分为一般、较重、严重、特重4个等级。

（2）新疆塔里木盆地大风灾害呈现显著的时空差异性，主要表现为：盆地西部和北部边缘的灾害频次高于南部边缘，但是盆地北部边缘出现的灾害要比西部和南部边缘更加严重，灾害主要集中出现在阿克苏地区、喀什地区与和田地区。累计出现次数最多的地区是喀什地区，最多的县（市）是阿克苏市;平均出现次数最多的地区是阿克苏地区。阿克苏地区是受灾最严重的地区，沙雅县是受灾最严重的县（市）。阿克苏地区倒塌房屋、死亡牲畜最多，以及受灾面积最大，而和田地区死亡人数和倒塌棚圈最多。大风灾害集中发生在春夏季，4—5月是高发、重发期。灾害出现次数、死亡牲畜和倒塌房屋4月最高，5月次之;死亡人数和受灾面积是5月最高，4月次之;倒塌棚圈是4月最高，6月次之;高值集中在4—6月。

（3）塔里木盆地近40年大风灾害总体不太严重，但是灾害总体近40年呈逐渐变严重的趋势（R2=0.07），且呈现出3个有明显变化差异的阶段，且前两个阶段均以特重灾年收尾。第3个阶段从2002—2019的18年间尚未出现极端性增强期，也从侧面反映了自2002年以来新疆加强防灾减灾能力建设后，塔里木盆地防范大风灾害能力得到提升。

参考文献

[1] 李新华.影响新疆南部地区环境变化的因素分析[J]干旱区研究，2012，29（3）： 534-540.

[2] 李蘭，周月华，陈波.湖北省大风灾害及其风险度[J].气象科技，2009，37（2）：205-208.

[3] 缪霄龙，缪启龙，宋健，等.杭州地区雷雨大风灾害风险区划[J].气象与减灾研究，2012，35（3）：45-50.

[4] 孙霞，陈小雷，俞海洋，等.河北省大风灾害及其危险性区划分析[J].中国农学通报，2016，32（1）：183-187.

责任编辑：黄艳飞

Classification of Gale Disa-sters， and Its Temporal and Spatial Changes in the Tarim Basin

HAO Lei et al（Xinjiang Weather Modification Office， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract Taking the number of occurr-ences， deaths， collapsed houses， collapsed sheds， livestock deaths， and disaster-affected areas in 42 counties （cities） around the Tarim Basin from 1980 to 2019 as the evaluation factors， the ratio weight method and non-dimensionalization were used. The linear summation method constructed the county （city） and annual gale damage index （Z）. Based on the constructed disaster loss index， combined with the probability distribution density function， the threshold value of the gale disaster level was determined， and the hazard level of the disaster was objectively and quantitatively classified. The results showed that the higher the frequency of disaster years， the more serious the disaster.

Key words Tarim basin; Gale disaster; disaster loss index; Grade division; Spatial distribution; Time variation