全球变化背景下中国气象灾害风险区划研究

2017-11-16

我国地处东亚季风区，幅员辽阔，自然条件复杂，是世界上自然灾害最严重的国家之一。数次重大气象灾害的发生暴露出我国气象灾害应急、风险管理等方面存在很多问题，诸如气象灾害风险分析评估方面能力薄弱，气象灾害防灾减灾和风险评估能力亟待提高。公益性行业（气象）科研专项项目“全球变化背景下中国气象灾害风险区划研究”围绕社会服务需求和气象部门气象灾害风险评估、区划业务发展需求，选取五个示范区（河南、湖北、黑龙江、青海、安徽）的六种主要气象灾害（干旱、暴雨洪涝、低温冷害、霜冻、雪灾、冰雹）进行气象灾害风险区划和评估技术方法研究，建立了这几种气象灾害的风险评估、区划技术体系、指标、方法标准，大大提高了风险区划和评估的定量化水平。

该项目由国家气候中心主持承担，协作单位包括武汉区域气候中心、北京师范大学、安徽省气候中心、青海省气候中心、黑龙江省气象科学研究所、黑龙江省气候中心、河南省气候中心。项目负责人为国家气候中心高歌，项目组骨干成员有周月华、王静爱、田红、李林、李帅、姚俊英、朱业玉、章国材、李兰、史瑞琴、李红梅、唐为安、朱红蕊、姬兴杰、王晾晾、尹圆圆等。项目成果已通过由中国气象局科技与气候变化司组织的验收。

1．基于理论和实践研究，形成了以承灾体暴露度和脆弱性为基础，致灾气象条件分析及超越概率统计、损失评估为核心的气象灾害风险区划及评估的技术理论方法和思路标准。此思路基于致灾机理，风险含义体现明确，针对不同承灾体开展分析，满足科学、定量、客观、服务针对性强的需求。

2. 通过调研、结合各气象灾害风险区划方法等，针对需要的资料进行收集和整理，如气象、水文、农业、畜牧业、社会经济、灾情、遥感、地理信息、文献等，内容涉及致灾气象要素、承灾体、灾情、抗灾能力等方面，建立示范区主要气象灾害风险数据库（集），为风险区划技术研究奠定基础。解决的关键技术和创新点包括：针对冰雹灾情资料定性描述进行定量化处理和多源数据融合，扩充了样本数量，并提高了冰雹描述的定量化程度，对冰雹灾害的时空特征反映更接近实际情况；按照暴雨洪涝的致灾机理归类整理，如平原强降水致灾典型个例，河流水库漫坝、溃坝典型案例等，并对实际案例进行淹没模拟，建立历史典型暴雨灾害案例库；基于遥感解译技术开展作物生长分布动态采集，实现多源异构承灾体数据采集；基于历史灾情数据开展时空特征分析，掌握灾害发生规律。

3．基于示范区6种主要气象灾害，针对主要敏感承灾体，结合相关灾情、模型（致灾机理）、试验等方法，开展了承灾体灾害-损失脆弱性、致灾气象条件等研究，确定指标及等级划分方法，并基于统计方法（概率统计、频次分析）、历史致灾临界气象条件格点化技术、GIS技术空间分析技术等关键技术研究，形成风险区划指标技术体系。完成5个示范区6种气象灾害风险区划，绘制了系列图，并给出应对措施和建议。根据6种气象灾害风险区划思路、指标、关键技术和个例，完成相关技术手册。

（1）干旱。针对农作物、冬小麦承灾体，选择干旱面积受灾率、减产率为损失指标，通过致灾气象条件与损失关系的脆弱性分析，确定致灾因子指标和阈值等级，并基于概率统计，开展不同尺度的干旱灾害风险区划。

（2）暴雨洪涝灾害。针对不同致灾机理和资料收集情况，建立了多种致灾临界面雨量确定方法；设计了一套中小流域临界面雨量指标的逐步订正技术方案；基于参数空间移植技术，实现全省流域／区域的动态淹没模拟，开展暴雨洪涝灾害风险评估；开展水稻暴雨洪涝脆弱性试验研究，采用盆栽和田间试验对比分析，初步建立超标水深、受涝时间等因素分别和作物生长性状、产量要素与最终产量之间的定量关系，为保险理赔提供了一定的分析指标和相应标准；基于多种方法完成省、地市（县）级、流域暴雨洪涝灾害风险区划技术探索及以乡镇为单位的更高分辨率的风险区划和风险管理实验研究。

（3）霜冻灾害。基于历史灾情个例及日最低气温，确定玉米和水稻初霜冻致灾临界气象条件及不同灾害等级对应的气象条件。考虑到霜冻灾害发生在作物安全成熟前危害严重，出现在安全成熟后的霜冻则没有危害，基于作物安全成熟的80%保证率，确定安全成熟期。初霜冻日期在1983年开始出现突变，并对1983年前后晚熟玉米的风险区划图进行对比，探讨气候变暖背景下初霜冻灾害风险的变化。

（4）低温冷害。针对黑龙江省玉米延迟型、水稻障碍型低温冷害开展研究。玉米延迟型冷害研究基于减产率确定低温冷害气象指标，并考虑品种差异，探讨冷害指标和平均减产率的对应关系。基于延迟型低温冷害指标与海拔高度、纬度较好的相关关系，建立了冷害指标与海拔高度、纬度的回归方程，采用DEM地理信息进行格点化，为延迟型低温冷害精细化风险区划奠定了基础；建立减产率与致灾因子强度的脆弱性曲线，进行不同玉米品种5～9月累计积温负距平绝对值每增加1℃减产率的增加值分析，发现其中早熟品种减产率增加11%左右，脆弱性最大。完成了黑龙江低温冷害风险评估和区划子系统的建设。

（5）雪灾。针对青海省主要敏感承灾体牲畜开展研究。建立牲畜死亡率和有效积雪量（深度大于２cm的积雪深度与持续时间的乘积）的脆弱性曲线；根据不同雪灾等级标准下牲畜死亡率的大小及牲畜死亡率和有效积雪量的关系，获取不同雪灾等级下有效积雪量；为弥补气象观测站点少的不足，真实反映雪灾的空间特点，通过卫星遥感雪深反演资料与气象站观测雪深资料进行对比分析，采用卫星遥感积雪资料开展雪灾风险区划。

（6）冰雹灾害。构建了以冰雹灾损为自（因）变量，两个关键致灾因子降雹最大直径和持续时间为因（自）变量的冰雹灾损定量评估模型，并利用该模型完成了灾损序列的构建，采用百分位数法，划分灾害等级，并确定相应的致灾气象条件；建立棉花灾损脆弱性曲线，采用田间试验方法，确定不同生育期不同程度雹灾造成的损失率。基于对流云合并对冰雹灾害风险区划结果进行验证。

４．人才培养和论文发表都超出了既定的目标。培养了一批年轻的气象灾害风险评估和区划研究人员，发表论文共35篇。

总体上，项目成果为全面开展全国气象灾害风险区划和风险评估提供了技术支撑，为气象灾害防御规划制定或完善以及开展气象灾害风险评估、灾害预警业务奠定了基础，可进一步增强气象部门在规划、工程建设、保险等方面的灾害风险评估服务能力，进一步提高气象灾害风险管理水平。