陇东地区气象灾害灾情演变及灾害损失评估

韩 晶，焦美玲，曹彦超

（甘肃省庆阳市气象局，甘肃 庆阳 745000）

全球气候持续变暖，极端气候事件随之趋多趋强［1，2］，气象灾害表现的形式也越来越多样化［3］，造成的经济损失也随之增加，局部地区强暴雨、极端高温干旱以及超强台风等事件呈突发、多发、并发态势［4，5］，人类面临的防灾减灾任务更为艰巨。只有及时了解和传递灾情信息，灾前和灾中的防灾抗灾工作才能发挥效能，灾后的恢复重建工作更是必须以灾情评估为依据［6，7］，还可以为提高气象灾害防御和灾害风险管理提供重要的参考［8］。

陇东地区位于甘肃省最东部，系黄河中下游黄土高原沟壑区［9］，素有“陇东粮仓”之称［10］，也是气象灾害频发的农业地区，几乎每年都会受到不同程度的气象灾害影响，其中暴雨洪涝、干旱、冰雹、大风、低温、雪灾等发生频率较大，造成的损失也相当严重。复杂多样的天气状况和农业相结合的生产结构使得陇东地区气象灾害及其影响同样具有复杂多样的特点［11］。那么，陇东地区近几十年来气象灾害造成的损失是如何变化的，其时空分布特征如何，有怎样的发展趋势，上述问题都亟需进行总结和分析。

为此，本研究利用陇东地区1984—2019 年气象灾害灾情数据，从气象灾害发生的种类、频率和损失程度等方面定量评估该地区气象灾害灾情特征及其时空演变规律，探讨了各类气象灾害的致灾程度，以期为该地区灾害性天气预报预警、风险评估管理及气象防灾减灾救灾提供依据［12］，对减轻该地区各类灾害造成的经济损失、保障农业生产具有重要的意义，也可为服务地方综合风险防范提供决策依据和技术支撑。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究所用的陇东地区1984—2019 年灾情数据记录以气象灾情收集上报相关规定、技术规范以及陇东地区灾害实况为依据，以灾害性天气过程（灾害事件）为时间单元，以8 个区（县）（即西峰、环县、华池、庆城、镇原、合水、宁县、正宁）为基本地域单元，通过陇东地区气象灾害普查数据和灾情直报系统获得。

1.2 资料处理

统计气象灾害灾情损失与灾害次数时，以灾害事件为时间单元，以8 个区（县）为地域单元分别统计，如1 种气象灾害同时影响到2 个区（县），则统计为2 次灾害过程；由多类气象灾害共同引发的灾情，且灾情数据无法分开时，按照损失最大的灾害类别进行统计，其他灾害类别不重复统计。本研究仅统计对当地造成影响且出现灾情的灾害过程，无灾情的气象灾害不纳入统计范围［13］。

基于灾情数据的可获取性，本研究对气象灾情的统计分析主要基于直接经济损失、受灾人口、农作物受灾面积等3 项灾害损失程度指标。

1.3 研究方法

1.3.1 计算方法 采用归一化法对气象灾害造成的损失指标归一处理，通过熵值法对评价指标权重赋值［14］，计算气象灾害损失综合指数，并运用聚类分析法对其进行分级［15］。

数据归一化：

指标熵值：

指标权重：

气象灾害损失综合指数：

式中，xij、x′ij分别表示第i个年份第j项灾害损失指标归一化前后的值，xjmax、xjmin分别表示所有年份中第j项灾害损失指标的最大值、最小值，k=1/ ln(m)，其中m为评价年数，n为灾害损失指标个数。

1.3.2 分析方法 通过常规数理统计方法进行数据处理、SPSS 软件进行聚类分析；利用Excel、ArcGIS软件进行图像处理和绘制。

2 主要致灾气象灾害类型特征

灾种不同造成的灾害损失不同，频次高的灾种经济损失不一定最严重，故统计各灾种的致灾程度，能够较全面、深入地了解各类灾害造成的损失程度。1984—2019 年陇东地区主要气象灾种的损失情况（表1）表明，损失最严重的灾害是干旱，年均直接经济损失8 183.7 万元、受灾人数147 889 人、受灾面积24 573.7 hm2，3 项灾害损失指标均属最重；而损失最轻的为暴雨洪涝，年均直接经济损失952.5 万元、受灾人数10 936 人、受灾面积1 167.9 hm2，3 项灾害损失指标均属最轻。

表1 各类气象灾害灾情信息统计

统计年份内陇东地区气象灾害共发生786 次（图1），其中暴雨洪涝326 次（41.5%），冰雹310 次（39.4%），干旱91 次（11.6%），冻害（寒潮、霜冻、低温冷害、雪灾）39 次（5.0%），大风20 次（2.5%）。这是因为陇东地区属于大陆性季风气候区，冬冷多睛，夏热丰雨，年降水量时空分布不均，降水主要集中在夏季和秋初，春末和夏季多强对流过程，造成暴雨洪涝、冰雹和干旱灾害频次较多，而大风和低温发生频次相对较少。

图1 各类气象灾害发生频次占比

3 气象灾害发生频次特征

3.1 频次时间演变特征

通过统计分析陇东地区各类气象灾害发生频次年际演变状况（图2）可知，1984—2019 年，陇东地区气象灾害发生次数整体呈明显增加趋势。其中2013 年最多，达51 次；而1985、1986 和1989 年最少，仅有3 次。20 世纪80 年代，年平均灾害发生频次最少，仅为7 次，90 年代增加至13 次；21 世纪00 年代，年平均灾害发生频次为24 次，21 世纪10 年代最多，达到37 次。气象灾害发生频次以23%的年均增长率增加。

图2 气象灾害频次逐年分布情况

根据陇东地区每年各类气象灾害发生频率分布情况（图3）可知，1984—2019 年，气象灾害每年均有发生，2~5 类不等。有暴雨洪涝灾害记录35 年，有冰雹灾害记录36 年，有干旱灾害记录19 年，有冻害灾害记录16 年，有大风灾害记录12 年。统计年份内各类气象灾害发生频次中，暴雨洪涝灾害1995 年发生频次多于其余年份；冰雹灾害1993 年发生频次多于其余年份；干旱灾害2009 年发生频次多于其余年份；冻害灾害2008 年发生频次多于其余年份；大风灾害1985 年发生频次多于其余年份。

图3 气象灾害频率逐年分布情况

3.2 频次空间分布特征

分析1984—2019 年陇东地区各类气象灾害空间分布（图4）可知，36 年间气象灾害总体频次在46~171 次，基本呈北多南少、西多东少的格局。位于陇东地区西北部的环县是灾害频次的大值区，为171次；其后依次为庆城113 次、镇原112 次、华池103次、宁县98 次、正宁93 次；位于陇东中东部的合水、西峰为低值区，分别是50、46 次。

图4 气象灾害总体频次空间分布

统计陇东地区各类气象灾害发生频次和频率的空间分布状况（图5）可知，36 年间各类气象灾害在各区（县）均有发生，为1~85 次，暴雨发生频率最大出现在宁县（53.1%），冰雹发生频率正宁最大（58.1%），干旱发生频率合水最大（20.0%），冻害发生频率正宁最大（7.5%），大风发生频率庆城最大（5.3%）。各类气象灾害中暴雨洪涝和冰雹发生频率较高，其中环县、镇原、正宁冰雹发生频率最高，为49.7%~58.1%，其余区（县）均以暴雨洪涝灾害发生频率最高，为44.0%~53.1%。

图5 各类气象灾害占比区域分布

4 气象灾害损失程度

4.1 灾情时间演变特征

陇东地区1984—2019 年因气象灾害造成的直接经济损失、农业受灾面积及受灾总人数整体均呈上升趋势（图6），其中直接经济损失自1996 年呈现小峰值后，变化较为平稳，直至2013 年再次出现明显峰值；受灾总人数大多呈“减少-增多-减少-增多”的循环上升趋势；农业受灾面积起初以平稳态势发展，2009 年开始变化幅度较大。对比分析3 项灾害损失指标，低谷异常值集中于20 世纪80 年代末至90 年代中期，特别是1989、1990 和1995 年较为明显；高峰异常值集中于21 世纪10 年代，具有代表性的年份是2010、2013 和2015 年。

图6 历年灾害损失情况

4.2 灾情空间分布特征

根据陇东地区1984—2019 年因气象灾害造成直接经济损失、受灾人口及农业受灾面积的空间分布（图7 至图9）可知，3 项灾害损失均是位于陇东地区西北部的环县最严重，而位于东南部的合水最轻，其中直接经济损失两地相差近5 倍，受灾总人数相差约7 倍，农业受灾面积相差最明显，达9 倍之多。不同的是，直接经济损失西北部多于东南部，受灾人口西北部多于中东部，农业受灾面积西北部多于东部。由于各区（县）地形、地貌、海拔高度等不同，各种灾害造成的经济损失不尽相同。

图7 各地因灾造成的直接经济损失

图8 各地因灾造成的受灾总人数

图9 各地因灾造成的农业受灾面积

5 气象灾害损失等级划分

采用SPSS 软件对气象灾害损失综合指数进行聚类分析，划分为轻灾年、小灾年、中灾年、大灾年和重灾年共5 个级别。结果（表2）显示，1984—2019 年陇东地区共出现轻灾年11 次（30.6%），频率最高；小灾年10 次（27.8%）；中灾年5 次（13.8%）；大灾年8 次（22.2%）；重灾年2 次（5.6%），频率最低。1984—1995 年均为小灾年及以下灾害损失等级，气象灾害损失偏轻；1996—2007 年，除去1996、2004、2007 年的大灾年、2000 年和2006 年的中灾年以外，均为小灾年及以下灾害损失等级，气象灾害损失处于中等偏轻水平；2008—2019 年，除2016 年为小灾年外，其余年份均为中灾年及以上灾害损失等级，气象灾害损失偏重，其中2011 年和2017 年气象灾害损失最为严重，为重灾年。总体来说，2008年以后重灾、大灾出现的可能性增大，灾害造成的损失更严重，气象灾害损失等级有逐渐加重的趋势。评价结果与实况吻合。

表2 气象灾害损失等级划分

6 气象灾害损失与气象要素相关性分析

由1984—2019 年陇东地区年平均气温和降水量年际变化（图10）可知，36 年间陇东地区年平均气温在波动中略有上升趋势，有5 次较为明显的上升期，其中2006 年最高，为10.6 ℃，2016 年其次，为10.5 ℃。年降水量整体也呈上升趋势，1997 年陇东地区的年降水量为362.9 mm，为历史最少年（1984年以来，下同），2003 年的年降水量为743.3 mm，位列历史最多年。

图10 1984—2019 年陇东地区气温和降水量年际变化

气象灾害与气象要素的相关系数结果（表3）表明，暴雨洪涝与气温、降水量的相关性均达到了显著性水平（P＜0.05），且R降水量＞R温度；冰雹、干旱和冻害三者与气温的相关性均达到了显著性水平（P＜0.05），且R温度均明显高于R降水量；而大风与气温和降水量的相关性均不显著。由此可以看出，气象灾害损失与气象要素密切相关，当气温异常偏高、降水量异常偏少时，容易发生旱灾；当气温异常偏低、降水量异常偏多时，易发生洪涝灾害；当气温异常偏低时，易发生冻害；在上述这些情况下都易造成严重的气象灾害损失。综合结果表明，气温和降水量异常是引发陇东地区极端气候事件频发、气象灾害加重的重要原因之一。

表3 各类气象灾害与气象要素相关系数（R）

7 结论与讨论

1）统计年份内气象灾害损失以干旱最严重、暴雨洪涝最轻，气象灾害发生次数排序为暴雨洪涝＞冰雹＞干旱＞冻害＞大风；气象灾害发生频次以23%的年均增长率增加，灾害每年均有发生，2~5 类不等。

2）气象灾害总体频次基本呈现北多南少、西多东少的格局。各类气象灾害在各区（县）均有发生，暴雨洪涝和冰雹灾害发生频率较高，其中环县、镇原、正宁冰雹发生频率最高，其余区（县）均为暴雨洪涝灾害发生频率最高。

3）各类灾害损失整体呈上升趋势，受灾人数上升趋势最明显，农业受灾面积次之，经济损失上升幅度最小。直接经济损失西北部多于东南部，受灾人数西北部多于中东部，农业受灾面积西北部多于东部。

4）灾害损失评估中轻灾年出现频率最高，依次为小灾年、大灾年、中灾年，重灾年出现频率最低；1984—1995 年气象灾害损失偏轻，1996—2007 年气象灾害损失处于中等偏轻水平，2008 年以后气象灾害损失偏重，重灾、大灾出现的可能性增大，灾害造成的损失更严重，气象灾害损失等级有逐渐加重的趋势。评价结果与实况吻合。

5）暴雨洪涝与气温、降水量的相关性均达到了显著性水平（P＜0.05），且R降水量＞R温度；冰雹、干旱、冻害三者与气温的相关性均达到了显著性水平（P＜0.05），且R温度均明显高于R降水量；而大风与气温和降水量的相关系数均未达显著性水平。

6）总体来说，在气候变化的大背景下，随着陇东地区极端气候事件的频繁发生，气象灾害所导致的损失也在不断增加，使得气象灾害更具突发性和不确定性，越发难以预报，这就对气象灾害监测、防御及灾害应对能力提出了更高的要求。在下一步研究中，应考虑引入社会、经济数据，这将会大大增强灾害时间损失程度的可比性。