《氣象災害調查與風險評估 干旱》編制說明

1、氣象行業(yè)標準氣象災害調查與風險評估 干旱編制說明一、工作簡況1.任務來源根據氣法函【2021】36號文中國氣象局政策法規(guī)司關于下達2022年氣象行業(yè)標準制修訂及標準預研究項目計劃的通知，氣象行業(yè)標準氣象災害調查與風險評估 干旱于2021年10月立項，項目編號為B-2022-072，由全國氣象防災減災標準化技術委員會(SAC/TC345)歸口。2.編制目的我國是世界上受氣象災害影響最為嚴重的國家之一，平均每年氣象災害造成的直接經濟損失占全部自然災害損失的70%以上。干旱又是我國最為嚴重的氣象災害之一，其范圍廣、災害重、對社會經濟影響深遠。為科學開展全國氣象災害綜合風險普查，如：干旱災害調查和風險

2、評估，摸清各地干旱主要氣象致災因子及危險性情況，并結合干旱主要承災體暴露度和脆弱性，進行干旱災害風險評估和區(qū)劃，迫切需要制定干旱災害調查和風險評估技術規(guī)范，用于指導國家和?。▍^(qū)、市）、市、縣各級地方氣象部門開展干旱災害調查和風險評估。此外，災害調查和風險評估是一項長期持續(xù)要開展的工作，有必要制定規(guī)范標準，統(tǒng)一技術思路、調查內容、科學規(guī)范技術方法，建立可用性強、支撐干旱災害風險評估業(yè)務的干旱災害風險普查數據庫，開展風險評估，為干旱風險管理業(yè)務、服務、科研以及防災減災提供參考。3.起草單位與協(xié)作單位 本標準起草單位為國家氣候中心，協(xié)作單位為中國氣象局蘭州干旱氣象研究所、山東省氣候中心、河南省氣象科

3、研所、云南省氣候中心、內蒙古自治區(qū)生態(tài)與農業(yè)氣象中心、中國氣象局公共氣象服務中心4.主要工作過程（1）2020年8月，成立技術規(guī)范起草小組，制定的氣象災害調查與風險評估技術規(guī)范（災害調查類）、氣象災害調查與風險評估技術規(guī)范（評估與區(qū)劃類），在全國氣象災害綜合風險普查試點工作得到推廣應用。在2021年全國31個重點縣和122個試點縣以及2022年全國氣象災害綜合風險普查工作中得到應用。（2）2021年5月，申請立項。根據行標要求，對編制的適用氣象災害綜合風險普查的技術規(guī)范進行結構和內容調整，完成標準草案。（3）2021年10月，獲得立項，并啟動編制工作。（4）2022年8月，完成征求意見稿及編制

4、說明。（5）2022年8月，編制小組網上提交了本標準的征求意見稿、編制說明及建議專家名單，獲批后開始征求專家意見。5.主要起草人及所做的工作主要起草人有：高歌、王勁松、王國復、薛曉萍、王素萍、鄒瑾、姬興杰、王學鋒、張存厚、馮愛青、陳逸驍、李艷。（1）高歌：項目負責人，主要負責標準的框架設計，調查內容設計、評估指標選取和技術方法的確定等工作，執(zhí)筆標準文本及編制說明等編寫。（2）王勁松：主要參加人，參與標準調查內容設計、評估指標選取和技術方法的確定，標準修改等工作，負責編制說明方法驗證部分的編寫。（3）王素萍、鄒瑾，參與方法應用驗證工作，編寫方法驗證內容。（4）薛曉萍、王國復、姬興杰、王學鋒、張存

5、厚、馮愛青、李艷，參與標準調查內容設計、評估指標選取和技術方法的確定以及內容修改工作。（5）陳逸驍，參與標準的排版、修改等。二、標準編制原則和主要內容確定的依據1編制原則本標準的編制從實際需求出發(fā)，遵從科學、客觀、適用、可行的原則。（1）科學性干旱災害調查和風險評估標準，面向災害風險管理應用和服務需求，基于干旱致災機理和風險原理進行設計、指標選取、評估指數的構建和等級方法的劃分。采用的相關氣象干旱指標、干旱過程識別和風險評估方法參考已有研究成果和標準等給出，做到有據可依。（2）客觀和全面性方法選取以物理、數學客觀方法為先。如：在危險性評估和風險評估指數構建方面，各指標的權重推薦使用客觀方法，如

6、：信息熵賦權方法。在評估結果等級劃分方面，也推薦使用百分位和標準差倍數等多種數學方法做為首選。為保障評估結果合理性，還全面考慮采用客觀和主觀相結合的方法，可根據實際情況進行級別閾值調整。由于干旱災害資料收集情況復雜，考慮到不同區(qū)域的差異，實際資料的獲取情況，為便于風險普查工作的順利開展，標準推薦多種常用指標和評估方法指導開展工作，具有很好的普適性。其中推薦了兩種風險評估方法，一種為基于災損脆弱性關系的風險評估方法，該方法結合致災因子的不同重現(xiàn)期閾值和災損關系，可定量反映不同致災強度下的損失情況，應用服務時針對性強，但需要質量較好的災情數據支撐完成；另一種為基于多指標權重綜合分析的風險評估方法，

7、此方法給出的是相對風險等級，適用于宏觀掌握各地風險的差異。（3）可操作性本標準制定的干旱調查內容、危險性和風險評估選取的指標和指數構建方法和等級劃分標準等，均在2020-2022年全國的干旱災害風險普查試點階段和普查階段中得到了廣泛應用，并經過多次試用反饋、修改完善，可操作性強。2確定本標準主要內容的論據本標準編制的依據如下：干旱調查內容和方法從業(yè)務服務需求出發(fā)，選擇兩種常用的時間尺度，進行分析和統(tǒng)計。一是基于干旱過程尺度，二是基于年度尺度。其中干旱過程采用客觀識別的方法，依據行標QX/T 597-2021 區(qū)域性干旱過程監(jiān)測評估方法進行。另外，考慮到面向服務對象，目的是為各級政府防災減災提供

8、參考，從單點和研究區(qū)域兩種空間尺度進行調查。根據干旱氣象致災機理，選取合理的氣象干旱指數。當前，氣象干旱指數有很多種，本標準建議從國標GB/T 20481-2017 氣象干旱等級推薦的方法中選取。其中，由于氣象干旱綜合指數已在全國氣象部門業(yè)務應用，能夠進行逐日干旱監(jiān)測，很好地反映干旱發(fā)生、發(fā)展及結束演變過程，推薦采用該指數開展統(tǒng)計分析。通過從干旱強度、持續(xù)時間、影響范圍和極值情況等多角度全面反映干旱致災因子的危險性，在此基礎上設計了普查表附錄A 表A.1-表A.4。還針對風險評估需要的承災體、歷史災害、防災減災能力等方面調查收集的資料進行指標設計。調查方法，給出干旱致災因子危險性調查需要用到的

9、參考基礎數據、計算氣象干旱指數的方法和區(qū)域過程客觀識別和評估的方法。承災體調查、歷史災情調查、防災減災能力調查以資料共享、文獻查閱等方式進行收集。對識別的干旱過程與歷史記載干旱災害事件及影響進行匹配核查，通過采用統(tǒng)計和實地情況相結合方法、歷史文獻檢索調研方法、遙感和地理信息分析等方法進行。（2）干旱災害風險評估干旱風險評估，基于干旱災害風險原理，從干旱致災因子、承災體暴露度和干旱承災體脆弱性三方面及相互作用綜合考慮。風險表達式為RI= H EV。致災因子（H）為風險產生和災害存在與否的第一個必要條件，是風險源，是形成干旱災害風險的前提和基礎。承災體暴露度（E）是受到致災因子不利影響的承災體的數

10、量和價值量，包括人員、各種資源、基礎設施，以及經濟、社會財產或文化財產等。承災體脆弱性也稱易損性，是承災體內部的一種特性，由承災體面對外界擾動的敏感性和抗災能力構成。（3）干旱危險性指數計算干旱致災因子的選取。目前研制的許多氣象干旱指數，基于致災機理，采用降水、蒸散等要素構建而成，基于各種指數統(tǒng)計的強度、持續(xù)時間、極端值等致災因子指標與災害損失的關系各不相同，如果二者相關關系好，能很好地反映干旱造成的損失，表明選取該指標作為致災因子進行危險性評估效果較好。這里推薦年干旱過程累積強度指標，該指標體現(xiàn)了持續(xù)一段時間內干旱強度和持續(xù)時間的累積作用，經檢驗該指標與災損關系也較好。危險性指數構建。構建的

11、危險性指數要能夠反映一地干旱災害的強度及其發(fā)生可能性。常見的指數構建方法很多。本標準推薦以不同重現(xiàn)期下的年干旱過程累積強度閾值來考慮，這樣一個指標就能反映了危險性的這兩個特性，且這樣計算的客觀性強、方便使用、數學意義明確，單一重現(xiàn)期可直接反映某一年遇型概率下相應的干旱致災強度大小，通過多重現(xiàn)期權重求和方法，反映各種年遇型下綜合干旱致災程度大小。另外一種方法，是采用干旱強度和干旱頻率加權求和的方法構建（QX/T 383-2017）。可根據情況選擇使用。（4）承災體暴露度和脆弱性指數計算承災體圍繞人口、經濟、農作物等承災體，確定指標和統(tǒng)計方法。暴露度以分析單元承災體數量及價值量密度表示。承災體脆弱

12、性計算，本標準推薦兩種算法，一是指數方法，另外一種為基于致災因子強度及災損率脆弱性關系模型方法，可根據資料收集的情況使用。第一種方法，考慮反映災損敏感性和防災減災能力的指標，采用權重方法構成指數，并給出針對不同承災體的推薦選取指標，見表2和表3。第二種方法，基于災損率和致災因子強度相關關系確定，需要災情個例較多，構建模型，為定量風險評估奠定基礎。受災情資料限制，可根據氣候、社會經濟發(fā)展、農業(yè)種植情況等相同的區(qū)域統(tǒng)一構建，并使用。（5）風險指數計算和風險評估基于災害風險原理以及兩種脆弱性計算方法，結合暴露度指標，開展風險指數計算，在此基礎上結合等級劃分開展風險評估。第一種方法，脆弱性采用指數方法

13、的風險指數計算，基于此風險指數計算最終給出相對風險等級。此方法主要針對災情資料缺乏地區(qū)，其特點在于指標選取靈活，且對指標之間關聯(lián)性要求不是很嚴格，適用于宏觀掌握各地風險的差異。第二種方法，脆弱性采用致災因子強度及災損率脆弱性關系模型方法計算的風險指數，適用于有災情序列基礎的干旱多發(fā)區(qū)域，為數學統(tǒng)計方法的使用奠定了基礎，也為風險評估效果的檢驗提供了很好地支撐，且符合災害風險原理。該方法可結合致災因子不同重現(xiàn)期閾值強度、致災因子強度和災損率的數學關系、以及承災體數量和價值量，定量反映不同可能性下的損失情況，根據損失的大小，劃分風險等級，每個等級有對應的損失。該方法應用服務時針對性強，參考性強。（6

14、）危險性和風險評估等級的劃分通常等級劃分有很多種方法，如：百分位、標準差倍數、自然斷點法等客觀方法。這里給出百分位和標準差倍數方法推薦的等級指標。等級指標由于受分析區(qū)域的統(tǒng)計值的值域范圍和離散情況影響較大，建議通過嘗試對比、再調試等方法確定。三、主要驗證分析及預期效果3.1 驗證分析3.1.1以甘肅省舟曲縣為例進行干旱危險性和風險評估方法驗證分析干旱災害是該縣最嚴重的自然災害之一，發(fā)生較為頻繁，嚴重阻礙經濟發(fā)展。該區(qū)域主要的干旱類型有春旱、伏旱、秋旱等，據統(tǒng)計，19782020年舟曲縣春旱的發(fā)生率為33.3%；伏旱的發(fā)生率為31.7%；秋旱的發(fā)生率為10%。（1）干旱危險性評估基于1978-2

15、020年的MCI氣象干旱綜合指數，首先進行單站干旱過程識別；在此基礎上，開展年干旱過程總累積強度計算，選擇該指標作為致災因子進行危險性指數構建；分析不同重現(xiàn)期的年干旱過程總累積強度的閾值，通過權重求和的方法得到干旱危險性評估指數。年干旱過程總累積強度計算：年干旱過程總累積強度為年尺度內多次干旱過程中的累積干旱強度的總和，日干旱等級達中旱及以上。該指標是可以反映干旱時長和強度的綜合指標。具體統(tǒng)計方法如下：SMCI=j=1mi=1nMCIij式中：SMCI為單站年多次干旱過程總累計干旱強度（絕對值：過程中MCI指數的絕對值），MCIij為j次干旱過程中第i天氣象干旱綜合指數，n為j干旱過程持續(xù)天數

16、，m為站點年干旱過程數。通過年干旱過程累計強度與年干旱直接損失率的關系分析，二者相關性強，通過顯著性檢驗，選為致災因子（圖1）。圖1 舟曲縣干旱致災因子與干旱直接損失率的關系干旱危險性指數計算：基于SMCI年尺度歷史序列，采用百分位法，計算5、10、20、50、100一遇的閾值T5、T10、T20、T50、T100。基于年過程總累積強度的干旱危險性指數可以下式表達：H=a1T5+a2T10+a3T20+a4T50+a5T100其中a1、a2、a3、a4、a5表示權重，采用信息熵賦權法等方法確定的系數。利用舟曲縣1978-2020年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的歷史數據（資料時長為43年，不滿50年），計算出5、10

17、、20、50、100年一遇的權重系數分別為0.333，0.333，0.334，0，0。指標標準化方法：權重確定之前，對每個指標做了標準化處理。干旱危險性等級劃分：根據H危險性指數大小，按百分位法，劃分為五級：低危險、較低危險、中危險性、較高危險、高危險等級，具體劃分閾值見表1。表 1 干旱危險性評估等級劃分標準等級等級名稱劃分標準（單位：%）危險性指數閾值5低危險0,250, 0.124較低危險(25,50(0.12, 0.223中危險(50,80(0.22, 0.362較高危險(80,95(0.36, 0.421高危險(95,100(0.42, 0.66干旱危險性評估圖：圖2為舟曲縣干旱致災

18、危險性評估圖。整體看來，舟曲干旱致災危險性自北向南呈現(xiàn)出北部高南部低、中部過渡代低的特征，其中，坪定鄉(xiāng)和拱壩鄉(xiāng)的干旱災害危險等級為高等級，憨班鄉(xiāng)、江盤鄉(xiāng)和南峪鄉(xiāng)的干旱災害危險等級為低等級。圖2 舟曲縣干旱災害危險性評估圖（2）干旱風險評估根據標準，針對經濟GDP、人口、玉米、小麥等承災體開展干旱災害風險評估。干旱災害風險的表達式為：RI= HEV 暴露度指數計算： 人口暴露度：各縣常住人口密度；經濟暴露度：各縣GDP密度；農業(yè)暴露度：小麥、玉米種植面積和產量。為了消除各指標的量綱差異，對人口暴露度、經濟暴露度、農業(yè)暴露度指標進行歸一化處理。脆弱性指數計算：針對舟曲縣，因為沒有鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的災損數據

19、，故將脆弱性指數取為1。 干旱風險等級劃分：基于風險評估指數，根據研究范圍，按照自然斷點法進行分析。 干旱風險評估成果： 為滿足需求，可制作基于行政單元如：鄉(xiāng)鎮(zhèn)和柵格的風險評估圖。 （3）舟曲縣干旱風險評估圖圖3為舟曲縣干旱災害經濟風險評估圖?？梢钥闯?，舟曲縣干旱災害經濟風險的空間分布整體呈現(xiàn)中東部區(qū)域高于其它區(qū)域的特點。干旱災害經濟風險的高風險等級區(qū)域位于城關鎮(zhèn)和江盤鄉(xiāng)；較高風險等級區(qū)域位于立節(jié)鄉(xiāng)、峰迭鎮(zhèn)、坪定鄉(xiāng)和大川鎮(zhèn)；低風險等級區(qū)域位于舟曲縣的中西部和北部部分區(qū)域。 圖 3 舟曲縣干旱災害經濟風險評估圖（a.鄉(xiāng)鎮(zhèn) b.柵格）圖4為舟曲干旱人口風險評估圖。舟曲縣干旱災害人口風險的空間分布整

20、體呈現(xiàn)中東部區(qū)域高于其它區(qū)域的特點。其中，干旱災害人口風險的高風險等級區(qū)域位于城關鎮(zhèn)和江盤鄉(xiāng)；較高風險等級區(qū)域位于立節(jié)鄉(xiāng)、峰迭鎮(zhèn)、坪定鄉(xiāng)和大川鎮(zhèn)；低風險等級區(qū)域位于舟曲縣的中西部、東南部和北部部分區(qū)域。圖 4 舟曲縣干旱災害人口風險評估圖（a.鄉(xiāng)鎮(zhèn) b.柵格）圖5為舟曲干旱玉米風險評估。舟曲縣干旱災害玉米風險的空間分布整體呈現(xiàn)中東部區(qū)域高于其它區(qū)域的特點。其中，干旱災害玉米風險的高風險等級區(qū)域位于坪定鄉(xiāng)和東山鄉(xiāng)；較高風險等級區(qū)域位于八楞鄉(xiāng)和城關鎮(zhèn)；中風險等級區(qū)域位于巴藏鄉(xiāng)和拱壩鄉(xiāng)；低風險等級區(qū)域位于舟曲縣的中西部、東南部和北部部分區(qū)域。圖 5 舟曲縣干旱災害玉米風險評估圖（a.鄉(xiāng)鎮(zhèn) b.柵格）

21、圖6為舟曲干旱災害小麥風險評估。舟曲縣干旱災害小麥風險的空間分布整體呈現(xiàn)中東部區(qū)域高于其它區(qū)域的特點。其中，干旱災害小麥風險的高風險等級區(qū)域位于八楞鄉(xiāng)和東山鄉(xiāng)；較高風險等級區(qū)域位于坪定鄉(xiāng)、城關鎮(zhèn)、果耶鄉(xiāng)和拱壩鄉(xiāng)；低風險等級區(qū)域位于舟曲縣的中西部大部分區(qū)域和北部少部分區(qū)域。圖6 舟曲縣干旱災害小麥風險評估圖（a.鄉(xiāng)鎮(zhèn) b.柵格）（4）驗證結果總體表明，標準所規(guī)定的指標和評估方法合理，評估結果與當地干旱災害分布和危害具有一致性。3.1.2 山東省為例干旱危險性和玉米風險評估方法驗證分析（1）山東省干旱危險性評估干旱致災因子確定?；谥鹑諝庀蟾珊稻C合指數MCI，根據區(qū)域性干旱過程監(jiān)測評估方法，識別山

22、東省19782020年歷次干旱過程，統(tǒng)計干旱過程的過程強度、干旱持續(xù)日數、累計干旱強度SMCI、不同等級干旱日數、最長連續(xù)無降水日數等特征因子。利用衛(wèi)星遙感農田干旱資料，計算農作物受旱面積比指數，分析干旱特征因子與農作物受旱面積比的相關關系，選取相關最顯著的特征因子作為干旱致災因子。比如圖7為山東濱州市農作物受旱面積比與累計干旱強度SMCI的關系，相關系數通過顯著性檢驗。采用統(tǒng)計方法，最后選則最長干旱日數、最長連續(xù)無降水日數、過程累計干旱強度（SMCI）等做為致災因子。圖7 山東省濱州市農作物干旱受旱面積比與累計干旱強度SMCI的關系干旱危險性評估?；谧铋L干旱日數、最長連續(xù)無降水日數、過程累

23、計干旱強度（SMCI）,采用信息熵賦權法和專家打分法確定干旱致災因子的權重系數，采用加權求和方法構建干旱危險性評估指數，采用百分位方法進行干旱危險性等級劃分評估。圖8為山東省干旱危險性評估圖。山東省干旱危險性大致由西北向東南逐漸降低，西部高，東部和南部低；魯中東部較西部高。德州的西北部危險性最高，威海、臨沂等市最低。評估結果與實際干旱情況是符合的。圖8 山東省干旱災害危險性評估圖（2）山東博興縣玉米干旱風險評估利用玉米各發(fā)育期的干旱頻率、土壤相對濕度、水分虧缺距平指數及信息熵賦權作為危險性評估指標，采用專家打分法對干旱頻率、土壤濕度和水分虧損距平指數加權求和構建玉米干旱危險性評估指數H；參考玉

24、米干旱災害風險評價方法（QX/T 383-2017），利用玉米受旱率、玉米產量波動指數作為脆弱性指標，考慮地均機井數量和有效灌溉率作為防災能力指標構建玉米脆弱性評估指數；采用玉米種植分布作為玉米暴露性，利用風險評估原理，采用三要素相乘方法，構建玉米干旱風險評估指數RI，采用標準差倍數法進行玉米干旱風險評估與區(qū)劃。具體指標見表2。表2 山東省玉米干旱災害風險評估指標體系風險評估風險三要素指標分生育期玉米干旱災害風險評估指數RI致災因子危險性H干旱頻率播種-出苗出苗-拔節(jié)拔節(jié)-抽雄抽雄-乳熟乳熟-成熟土壤相對濕度播種-出苗出苗-拔節(jié)拔節(jié)-抽雄抽雄-乳熟乳熟-成熟水分虧損距平指數播種-出苗出苗-拔節(jié)拔