山西省阳泉市行业气象灾害风险评估及在灾害防御中的应用

李润春 李伟 宋希娟 王妍 贾利冬 张宝军 高源

（1 山西省阳泉市气象局，阳泉 045000；2 山西省气象信息中心，太原 030002；3 山西省公路局阳泉分局，阳泉 045000）

0 引言

随着社会经济的发展和社会财富的积累，气象灾害带来的损失的绝对数额呈递增趋势[1]。从20世纪90年代“国际减轻自然灾害十年”活动[2]，到2010年国务院公布《气象灾害防御条例》，到2016年《中共中央国务院关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》发布，确立“以防为主、防抗救相结合”的工作方针，防灾减灾工作的不断进步在不同阶段引领了气象部门灾害防御工作的发展。气象灾害监测、预报、预警是比较有效的灾害防御手段，但基本气象业务体系中的预报、预警指标侧重于天气指标，对各行业的针对性不够。不同行业对气象条件的敏感性不同，需要重点防御的气象灾害种类也有差别。人们对灾害性天气产生的灾害程度没有比较量化的概念，采取的防御措施就不一定最恰当，因此天气预报向气象灾害风险评估延伸是气象服务亟待解决的问题，进行气象灾害风险预评估，可在“科学防灾”方面显示出重要价值。

自然灾害风险评估因社会发展需要应运而生，20世纪30年代美国田纳西河流域管理局最早对洪水灾害风险进行分析和评价；20世纪90年代以来，灾害风险分析和灾害风险管理在防灾减灾领域地位突显[3]。国外灾害风险评估多集中在防灾减灾政府部门及保险行业等社会机构，并且评估内容各有侧重[4-5]，HAZUS模型是比较有影响的灾害评估模型，其特别之处是可以基于灾害预警进行风险评估[3]。灾害风险评估在20世纪90年代也在我国逐步兴起[3]，本世纪初，国内地质灾害的调查、区划、评估得到发展[6-8]。国内气象灾害风险评估主要从20世纪10年代起步[9]，各级气象部门在气象业务实践中进行了一些有益的尝试。中国气象局国家级、省级业务单位2010年以来逐步发展气象灾害风险评估业务，2011年在南方5省开展了暴雨洪涝灾害风险评估试点工作[9]，2013年开始在全国开展了暴雨诱发中小河流洪水和山洪地质灾害气象风险预警服务业务；气象预报服务一线业务人员也在实践中形成了常用的技术方法，就是以气象灾害风险（预）评估为基础的气象灾害影响预报和风险预警。上海2016年开始开展了针对社区、交通、海洋等不同行业的影响预报和风险预警服务业务实践[10]，重庆针对煤矿[11]等行业开展服务。2020年全国自然灾害综合风险普查工作的开展，极大地推动了气象灾害风险评估工作（包括灾前预评估、灾时跟踪评估和灾后评估[3,12]）。中国气象局国家气候中心2020年建成气象灾害风险管理系统，但气象灾害风险评估、特别是预评估在市、县级的应用还是比较少见。本文从实际出发，选择阳泉市范围，通过划分行业和分灾种，应用气象灾害风险评估的概念，简化了气象灾害风险评估方法，并应用于当地行业气象服务工作。

1 资料和方法

1.1 资料

应用了阳泉市气象部门成立以来积累的阳泉市范围的历史气象灾情资料[13-14]、地面气象观测资料；参考使用了2014—2018年阳泉市极轨卫星热源点监测资料，还参考使用了太原多普勒雷达监测资料。对暴雨、强对流等样本数多的气象灾害，选用1989—2018年的资料；对森林火灾、霜冻等样本少的灾害则选用1949—2018年的资料。根据灾情资料描述，通过人工辨识将灾害发生的地点细化到乡镇，以提高灾害的空间分辨率。灾情资料来自当地民政、农业、防汛抗旱指挥部、森林防火指挥部、乡镇等政府部门，相对可靠。人工校验灾情资料的准确性，将灾情资料与气象资料对比，对个别日期、时间等稍有出入的灾情进行订正，必要时回查雷达资料；气象观测不足时，以灾情资料描述为准。灾情资料存在灾情报告不足的问题，但一般已包括了影响比较大的气象灾害，本文以搜集到的资料为准。

业务实践应用的资料包括山西省气象局与阳泉市气象局现行气象监测、预测预报、气象服务等基础气象业务的大量资料和产品。

1.2 方法

现有的灾害风险评估理论[3-4,6,15-18]：

即自然灾害的风险度R是自然灾害的危险度（h）和承灾体的易损度（v）的非线性函数。承灾体的易损度又可分离为物理暴露（e）、承载体灾损敏感性（d）和防灾减灾能力（c），可简称为暴露性、敏感性、和防灾减灾能力（潘进军等[18]将之划分为敏感性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力）。该理论在基层应用比较困难，本文将其简化，将灾害天气的影响作为变量，则灾害天气监测、预报、预警可表达为行业气象灾害风险评估和预评估最重要的变量因子，即危险度。易损度第一个分量（暴露性）可表达为阳泉市特殊的地理地形、气候环境条件下单灾种气象灾害风险分布或风险区划；在本地区（范围较小）进行行业划分，某行业设施建设水平、应对气象灾害的能力在一定发展阶段差别不大，即易损度的第二个、第三个分量是基本稳定的量。这样，通过划分行业和分灾种，易损度的差别可只考虑第一个分量，用分灾种的气象灾害风险分布（或区划）或灾害隐患点来表达。

应用层次分析法[16-21]进行阳泉市行业气象灾害风险评估，建立目标层、准则层、指标层（表1）。

表1 阳泉市行业气象灾害风险评估层次分析法的关系Table 1 Relationship of the analytic hierarchy process of industrial meteorological disaster risk assessment in Yangquan

1.2.1 风险度

建立目标层，即行业气象灾害风险评估结论集：

共划分为六级，对应的颜色标志、风险级别见表2。

表2 行业气象灾害风险评估风险度和危险度分级Table 2 Classification of risk degree and danger degree of industrial meteorological disaster risk assessment

1.2.2 危险度

层次分析法指标层1中的危险度由气象条件确定，与风险度类似，也划分为六级，见表2。

1.2.3 易损度

层次分析法指标层2中的易损度，如果是单灾种的气象灾害风险的空间分布或区划则划分为五级（表3），如果是单灾种灾害隐患点的分布则划分为二级（表4）。

表3 气象灾害风险空间分布或区划（易损度）分级Table 3 Classification of spatial distribution or zoning(vulnerability degree) of meteorological disaster risk

表4 行业气象灾害隐患点易损度分级Table 4 Classification of vulnerability degree of potential disaster points of industrial meteorological disasters

1.2.4 风险评估方法

层次分析法的准则层：

理论上根据各指标层的意义，利用专家打分法，准则层规则为：

两者比较，危险度更具重要性；与危险度相比，易损度是一个比较稳定的量。本文根据实践经验，气象灾害风险度评估的思路可转化为对气象灾害危险度评估，利用易损度进行订正。易损度订正时，将易损度简单划分为小于中易损和大于等于中易损2个级别；当危险等级达到中危险及以上时，对中易损及以上的区域风险度提高1个级别。准则层规则见表5。

表5 行业气象灾害风险评估准则层规则Table 5 Rule of risk assessment criterion layer of industrial meteorological disasters

2 阳泉市重点行业关注的致灾类和高影响类天气

分析灾情资料，开展行业调查，针对阳泉市交通、矿山企业、新能源发电、林业、农业、旅游业等经济发展重点行业，分别找出对各行业影响较大的致灾类和高影响类天气（表6），发现阳泉市发生频率大的致灾类天气和气象次生灾害主要是暴雨、强对流（短时强降水、冰雹、大风、雷电）和降雨诱发的地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌），对各行业都有较大影响。

表6 阳泉市重点行业致灾类和高影响类天气Table 6 Disaster-causing and high-impact weather for key industries in Yangquan

3 阳泉市行业气象灾害风险评估

3.1 阳泉市行业气象灾害临界气象条件和危险度

统计分析阳泉市主要气象灾情资料，参考现有气象业务规定、标准，总结出阳泉市各行业各种类天气（致灾类、高影响类）临界气象条件指标体系和对应的危险度。临界气象条件指标主要为经验阈值，一方面要尽量符合本地实际，另一方面要尽量靠近气象业务规范标准，便于用户理解和在实践中应用。表7为降雨诱发地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌）临界气象条件，适用于各行业；表8为道路交通行业降雨灾害临界气象条件。也总结了其他行业、其他灾种的临界气象条件，如设施农业低危险大风灾害的临界气象条件为极大风速［17.0，21.0） m/s、低温灾害临界气象条件为气温（－12.0，－10.0］ ℃、连阴（雨）灾害临界气象条件为阴雨日数［3，5） d、降雪灾害临界气象条件为降雪量［5.0，10.0） mm。

表7 降雨诱发地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌）临界气象条件Table 7 Critical meteorological conditions for rainfall-induced geological disasters (debris flow, landslide and collapse)

表8 道路交通降雨灾害临界气象条件Table 8 Critical meteorological conditions for rainfallinduced disasters of road traffic

3.2 阳泉市主要气象灾害风险的空间分布特征和易损度

3.2.1 主要气象灾害风险的空间分布特征和易损度

阳泉市仅建有3个国家级气象站，行政区下设3个区县（盂县、郊区、平定县）32个乡镇，市区设城区、矿区、经济技术开发区，利用常用气象资料和社会发展统计数据进行气象灾害风险区划有难度。阳泉市气象灾害的分布情况是在阳泉市特定的地理、地质、气候、环境等自然因素与人口分布、人均GDP、人类防灾等人文因素共同作用下发生的，可综合反映承灾体的易损度差异。利用乡镇气象灾害分布频次分析气象灾害风险的空间分布特征，采用极值法[18]对数据进行标准化处理，将易损等级按标准化数据划分为五级。

得到阳泉市暴雨、强对流、暴雨诱发地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌）、森林火灾灾害风险的空间分布（即易损度，见图1）：1）暴雨、大暴雨类连续降雨致灾易发地区是沿桃河一线的阳泉市区由西至东及下游的地势低洼地区，即阳泉市市区（城区、矿区、经济技术开发区）和平定县巨城镇；2）强对流天气致灾易发地区是平定县西南部冠山镇、张庄镇、冶西镇、锁簧镇和东部岔口乡；3）降雨诱发地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌）易发地区是平定县西南部冶西镇、张庄镇、冠山镇、锁簧镇和东部巨城镇、东回镇，阳泉市区，阳泉市郊区平坦镇，盂县梁家寨乡、上社镇；4）森林火灾易发地区是盂县南娄镇、仙人乡、苌池镇、北下庄乡、东梁乡、西烟镇、上社镇、路家村镇，阳泉市郊区河底镇、平坦镇、义井镇，市区周边，主要在林区和人口较密集区。各乡镇主要区域达中易损及以上的乡镇见表9。

图1 阳泉市主要气象灾害风险的空间分布特征（易损度）（a）暴雨；（b）强对流；（c）降雨诱发地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌）；（d）森林火灾Fig.1 Spatial distribution characteristics of main meteorological disaster risk in Yangquan (Vulnerability degree)(a) rainstorm; (b) severe convection; (c) rainfall-induced geological disaster (mud, slide, landslide); (d) forest fire

表9 阳泉市主要区域达中易损及以上的乡镇Table 9 Towns reaching moderate or above vulnerability degree in the main area of Yangquan

3.2.2 交通气象灾害隐患点分布和易损度

阳泉市由于复杂的山区地形，交通气象灾害隐患点分布较广，高速公路、国省道、县乡道和城市道路均有隐患点分布。交通管理部门和城市管理部门详查了交通气象灾害隐患点，主要是易团雾、易积雪、易结冰、易积水、连续长陡下坡（下雪隐患）、转弯路段（下雪隐患）、地质灾害路段、临水临崖的路段和隧道、涵洞（易洪涝）、桥梁（易结冰等）的地点。表10列出阳泉市重要交通气象灾害隐患点，隐患点易损度定为中易损，非隐患点易损度定为极低易损。在阳泉市交通地图和阳泉市市区地图上标注了隐患点，供业务工作中进行地理查询。

表10 阳泉市重要交通气象灾害隐患点Table 10 Potential disaster points for key traffic meteorology disasters in Yangquan

3.3 风险度和防御建议

经行业调查得到各行业、各种类天气各风险度对应的灾害防御建议（如表11、表12），并按照行业进行总结。

表11 降雨诱发地质灾害（泥石流、滑坡、崩塌）防御建议Table 11 Suggestions on the prevention of rainfallinduced geological disasters (debris flow, landslide and collapse)

表12 道路交通降雨灾害防御建议Table 12 Suggestions on the prevention of rain-induced disasters of road traffic

4 风险评估方法的应用

本文的风险评估方法适用于各类气象灾害监测、预报和预警产品。对不定时的气象监测、预警产品，可人工评估风险等级；定时发布的天气预报，自动进行风险评估。

4.1 未来24 h气象灾害风险预评估

为保证风险评估结论的可靠性，只利用未来24 h天气预报（时间分辨率为12 h）进行气象灾害风险预评估；由天气预报业务和危险度评估方法得到计算规则（表13），对应的防御建议见表14。根据表5、表9、表13和表14编制气象灾害风险预评估计算模块。

表13 输入城镇和乡镇天气预报、输出各重点行业危险度预评估规则Table 13 Rule for inputing weather forecast of counties and towns and outputing pre-assessment of danger degree for each key industry

表14 各重点行业各风险评估等级对应的防御建议Table 14 Prevention suggestions for each risk assessment level of each key industry

暴雨、强对流、高温和低温类天气，各乡镇的预报有差异；其他的降雪和大风等天气，各乡镇预报差别不大。对暴雨、强对流、高温和低温4类天气，输入乡镇预报，输出乡镇的灾害风险预评估结果；各类天气均可输入城镇天气预报（分辨率为县区），输出各县区灾害风险预评估结果。

4.2 阳泉市行业气象服务平台

阳泉市气象服务中心建立“行业气象服务平台”与基础气象业务对接，主界面菜单和灾害风险评估菜单见图2。个别用户还根据需求建立了客户端服务平台。平台主要功能：1）利用定时发布的天气预报（07时、17时）自动进行未来24 h气象灾害风险预评估；2）显示监测、预报和预警等基础气象业务产品；3）查阅阳泉市行业气象灾害防御服务的知识库、信息库；4）人工交互制作或自动生成针对用户的服务产品。平台中灾害风险预评估结果若无灾害风险，则气象条件有利；预评估结果为极低、低、中、高和极高风险，则气象条件不利。气象条件不利时，气象服务人员利用业务平台制作行业影响预报，开展风险提醒服务；使用客户端服务平台的用户可根据提示自行采取适当措施。本文的气象灾害风险评估方法提升了气象服务的针对性，还与业务平台结合，提升了气象服务的信息综合能力和产品制作效率，在当地气象灾害防御工作中发挥了作用。

图2 阳泉市行业气象服务平台主界面菜单和灾害风险评估菜单Fig.2 Main interface menu and disaster risk assessment menu of the Industrial Weather Service Platform of Yangquan

5 结论与讨论

利用历史灾情资料，通过选择区域、划分行业和分灾种，可应用气象灾害风险评估的概念，简化风险评估方法，形成针对当地各重点行业的、基于现有天气预报技术水平和乡镇分辨率的易损度的气象灾害风险评估方法，有一定实用性。本方法的关键是各行业、各种类天气危险度评估的临界气象条件指标体系，临界值需要在实践中不断检验，必要时进行订正。

现有气象灾害风险评估的内容比较广泛，主要是在致灾因子危险性评估、承灾体脆弱性评估的基础上进行气象灾害风险评估和区划[22]；业务化应用一类是灾后综合评估一次灾害天气过程对各行业的综合影响[23]，另一类是结合天气预报，以风险评估技术为基础，支撑气象灾害风险预警服务业务[18,24]。本文以简化的风险评估方法开展阳泉市的行业气象服务工作，不足之处是易损度空间分布的精细化程度还有待提升[25]。