基于Copula函数的海南热带气旋风雨联合概率特征分析

热带气旋灾害的主要致灾因子为大风和降水,易引发风暴潮、海浪、洪涝等次生灾害,具有典型的多灾种灾害链特征。大风和降水是热带气旋灾害的两个具有代表性的致灾因子,如何表达多个致灾因子的综合强度是一个关键性问题。本研究以海南岛为研究区域,以1951-2014年共298场历史热带气旋过程最大3s极值风速风场以及总降水量时间序列数据为基础,首先利用极值理论分别拟合了海南风雨两个单致灾因子的强度概率边缘分布,其次采用Clayton、Frank、Gumbel Copula函数计算了风雨二维联合概率。并通过K-S检验及AIC、BIC检验等方法优选了拟合函数,然后分别计算了风雨单个致灾因子超过阈值(RPor)和两个致灾因子同时超过阈值(RPand)两种联合重现期,最后基于影响海南的9场历史典型热带气旋损失归一化数据检验重现期计算结果的可靠性。结果表明:对于年极值分布拟合最大3s极值风速用Weibull分布、总降水量用Gumbel分布效果较好;对于边缘概率分布的连接函数,Clayton Copula函数的效果较好;联合重现期RPand相比于联合重现期RPor与历史热带气旋归一化损失率具有更好的相关性。     

落石灾害危险性概率评价方法

落石灾害危险性应从灾害发生可能性与灾害致灾严重性进行评价,并以落石致灾概率表征致灾可能性,以人员损失和经济损失表征致灾严重性;以落石崩落、落石运动至威胁区域的可能性研究成果为基础,通过分析致灾过程,将落石致灾概率分为危岩崩落概率、落石到达威胁区域概率、落石击中承灾体概率三部分,分别进行概率评价,并提出了量化算法;借鉴大坝、滑坡相关研究结果,结合落石灾害自身的特点,分析了承灾体的易损性,设定落石灾害可接受风险水平,提出了落石灾害经济及生命可接受风险建议值;应用本概率评价方法于重庆万州菜地沟危岩段,能够量化判定落石致灾危险程度,在工程应用中可有效评估落石灾害,并为后期危岩防治提供了决策基础。     

黑龙江省农业气象灾害与大豆产量的灰色关联分析

为深入探究黑龙江省农业气象灾害对大豆产量的影响,基于1987~2013年黑龙江省农业统计数据,分析了黑龙江省大豆产量和农业气象灾害变化特征,并构建一种基于灰色关联分析法的数理模型。该模型从受灾范围和灾害强度2方面入手构建受灾比率和相对灾损量指标,并划分为1987~1997、1998~2007和2008~2013年3个阶段进行研究。结果表明:黑龙江省农业气象灾害对大豆生产有负面影响;从受灾范围和受灾强度看,洪涝灾是黑龙江省大豆生产的关键农业气象灾害;旱灾对灾害强度影响大,对受灾范围影响小,而冷冻害的影响与旱灾相反;风雹灾对黑龙江大豆生产影响小;黑龙江大豆生产几乎不受台风灾的影响。     

福建省茶叶气象灾害致灾危险性区划与评估

为了摸清福建复杂地形下茶叶单灾种及多灾种综合致灾风险,利用福建省1972—2014年气象数据和农业统计资料,构建致灾因子危险性区划指标体系,基于AHP-EWM方法和加权综合法量化计算各指标权重和灾害风险指数,开展茶叶单灾种及多灾种综合致灾危险性区划,评估福建省茶叶气象灾害致灾危险性。结果表明:福建茶树萌芽至展叶期寒冻害的致灾危险性最大,其次是越冬期冻害和采摘期连阴雨,而夏季高温和夏秋旱对茶树致灾的影响相对较小。福建大部茶区的气象灾害综合致灾危险性呈轻度至中度,轻度危险区主要分布在福建沿海地区及南部内陆县市的部分地带;中度危险区主要分布在除沿海地区和鹫峰山区、戴云山区、武夷山区、玳瑁山区和博平岭的高海拔地域以外的地域;重度以上危险区主要分布在鹫峰山区、戴云山区、武夷山区、玳瑁山区和博平岭山区的高海拔区域,其中1 000 m以上高海拔地区有严重气象灾害危险性。建议在轻度至中度气象灾害危险区增加茶叶种植面积,重度灾害危险区必须通过优化茶叶种植结构,种植耐寒的中小叶种及晚生的春茶品种,以避开气象灾害威胁,同时加强茶叶气象灾害的监测预警和防御,通过"避"和"防"的措施减轻茶叶气象灾害风险;而对于高海拔地区(1 000 m以上)有严重气象灾害的危险性区域,种植风险高,不适宜种植茶叶。     

1980—2015年中国沿海地区热带气旋暴露度变化分析

承灾体的暴露度水平是影响灾害风险和损失的重要因素之一,基于历史热带气旋风场、降水、风暴潮和海浪四类致灾因子的网格数据计算重现期表达致灾因子危险性,以沿海县为研究单元,分析1980—2015年中国沿海10 km范围的土地利用、人口密度和GDP的变化。基于危险性变化和海岸线变化,研究1980—2015年中国沿海10 km范围的土地利用、人口密度和GDP在不同危险性等级下暴露度水平的变化。研究表明：中国沿海地区热带气旋灾害危险性总体上风雨综合危险性大于潮浪综合危险性;1980—2015年中国沿海地区热带气旋灾害暴露度水平在时间范围上呈逐年上升的趋势,且承灾体受热带气旋大风、降水的影响大于受风暴潮、海浪的影响;中国沿海地区热带气旋致灾因子危险性在0.99置信水平下除了广东省南部沿海地区海浪危险性有上升趋势,海南省南部沿海地区海浪危险性有下降趋势,其余地区没有显著的变化趋势。由于总体危险性变化趋势不明显,因而承灾体量的变化是暴露度水平变化的关键,也是造成中国沿海地区因热带气旋损失增加的原因之一。     

农业气象灾害风险评估体系及模型研究

从灾害风险分析的角度构建了一个由我国北方冬小麦干旱、江淮冬小麦渍涝、东北作物夏季低温冷害以及华南荔枝和香蕉冬季寒害组合的灾害风险评估体系.该体系由风险辨识、风险估算和风险评价组成.风险辨识分别阐明了上述各灾种的孕灾环境、致灾因子和承灾体的灾情特征.在风险评估方面,基于灾害性质、灾损和抗灾性能的含义,提出了相应的风险概念模型,根据多年产量资料和气象资料,提出了应用性强、可操作的各种灾害的灾害强度风险概率模拟模式和灾损风险概率模拟模式、抗灾性能模式,并采用逐年产量和气象资料的样本序列,由上述模拟模式估算了各种灾害强度和不同灾损发生的风险概率及风险指数,阐述了风险水平的地区差异.在风险评价方面,根据对各种灾损的风险指标进行综合,分别提出了风险区划指标,并进行了风险区域划分.     

热带气旋潜在影响力指数的改进及其应用——以14号热带气旋“莫兰蒂”为例

热带气旋引起的灾害是全球发生频率最高,影响最严重的一种自然灾害。为了对未来进一步发生风险和灾害的可能性有所预估,需使用科学的方法对其影响范围和影响强度进行评估。本研究基于热带气旋潜在影响力指数TCPI计算公式,对热带气旋强度、风圈半径、风速以及影响时间等因素进行综合考虑,改进系数a、b,并以"莫兰蒂"为例,研究改进后的指数与过程极大风速的关系,最后对其主要受灾区闽三角城市群的不同研究区域TCPI值及对人口和经济系统受到的影响范围进行分析。研究结果表示:"莫兰蒂"行进过程中,其TCPI与过程极大风速等有较好的相关性,并达到了0.01的显著性水平;对闽三角城市群各行政区域进行分析,得出受到影响最大的是厦门市集美区。     

风暴潮灾害风险的精细化评估研究

以龙口市北部沿海风暴潮灾害为研究对象,结合风与浪潮致灾因子、空间与地形等孕灾环境、承灾体类型等影响风暴潮灾害损失变化的有关因素,基于GIS空间分析技术建立了风暴潮灾害风险评估的定量模型,开展了风暴潮灾害风险的精细化评估。结果表明,在风速增大的情况下,淹没范围和可能性损失程度都相应增大;可能性损失呈有规律分布,离海岸线越近,风险值越大。研究结果可供沿海地区的风暴潮灾害风险区划和风险管理参考。     

80年代我国的热带气旋灾害

本文通过对我国1980～1989年热带气旋灾害的分析与评估,指出热带气旋灾害具有影响偏南、多集中于夏季且与冷空气等气象灾害重叠、加重灾情等特点,总结了以往防治台风灾害工作中的经验与教训。     

基于监测数据挖掘的高铁气象灾害风险评估方法研究

气象灾害风险评估对高铁气象灾害防御具有重要的指导作用。在分析了影响高铁运行的主要气象要素的基础上,研究了高铁气象灾害风险评估指标体系,包含致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体暴露性、脆弱性和防灾减灾能力等,探讨了高铁多灾种和单一灾种的气象灾害风险评估方法。以大风灾害风险评估为例,建立了大风灾害风险评估指标体系,基于熵权法研究了大风危险性,在此基础上,采用加权综合评价法对大风风险进行了分析。结合具体线路风监测数据,研究了相应线路大风风险,并进行了风险区划。与基于气象部门数据开展的铁路气象灾害风险评估相比,基于铁路气象要素监测数据的气象灾害风险评估对气象要素的时空特性反映更加细致,更能代表铁路沿线气象灾害特征,研究可为高铁气象灾害防治提供参考。     

海南岛天然橡胶主要气象灾害风险区划

海南岛是中国天然橡胶的主产区之一。海南岛天然橡胶面临的主要气象灾害有寒害和风害,因此开展橡胶的气象灾害风险区划,可有效提高海南天然橡胶气象灾害的防御能力。根据海南岛1971-2010年的气象数据和1988-2012年海南橡胶种植数据及TM遥感图像提取的2009年海南岛橡胶分布信息,基于风险形成的机理,选择致灾因子危险性、孕灾环境暴露性、承灾体脆弱性和防灾减灾能力等4个因子,分别开展了橡胶寒害和风害的风险评价,并在此基础上得到了海南天然橡胶主要气象灾害综合风险评价结果。结果表明:高风险区域和较高风险区域分布在海南岛琼海的西部、琼中、万宁的西部、五指山、三亚等地;中等风险区域分布在屯昌、澄迈、琼海、保亭南部、白沙、乐东等的大部分地区;较低风险区域和低风险区域主要分布在昌江、东方、儋州、海口等的部分区域。     

世界地震灾害风险评价

以灾害系统理论为基础对世界地震灾害风险进行了评估,包括人口死亡风险和经济—社会财富损失风险。以50a超越概率为10%的地震动峰值加速度作为世界致灾因子强度的指标,利用各个国家的地震灾害建筑物易损性和建筑倒塌造成人口死亡的可能性,构建了各个国家的地震灾害人口死亡易损性表,并以人口密度作为承灾体暴露度,进行人口死亡的风险评估。将GDP数据通过投资率转化为社会财富,以此代替GDP作为社会经济承灾体,计算不同致灾因子强度下的经济损失率,进行地震灾害经济—社会财富损失评估。评估结果显示,世界地震灾害人口死亡和经济—社会财富损失风险的分布总体格局与致灾因子的空间分布一致,但局部与承灾体的总量分布及其易损性有关。     

热带气旋降水重现期估算研究

强降水是热带气旋灾害的重要致灾因子,热带气旋的降水重现期估算对灾害管理具有重要的意义。首先,基于《热带气旋年鉴》(1951-2009年)中存档的纸质总降水等值线图,在GIS系统中进行了数字化,并利用距离平方反比法插值得到了784场1 km×1 km网格的热带气旋的降水栅格分布图。其次,基于极值理论,估算了全中国和各1 km×1 km网格热带气旋各重现期下的年总降水量(ATP)和年最大降水量(AMP)。结果表明,ATP和AMP呈自东南沿海向西北内陆递减。然后,定量探讨了可能影响重现期估算结果的因素。结果表明,Gumbel分布函数能较好地估算重现期;样本量越大,重现期估计可靠性越高;相同重现期样本下,样本的采样时段差异会引起结果估计的差异;1km-ATP重现期估计值在沿海地区及晋-冀-辽-蒙地区对样本选取较为敏感,而1 km-AMP在晋-冀-辽-蒙一带、浙北-苏南、辽东以及长江以南等斑块区域对样本较为敏感。     

基于CERES-Maize模型的吉林西部玉米干旱脆弱性曲线研究

自然灾害风险(Risk)是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性、暴露性以及防灾减灾能力四个因素。脆弱性(Vulnerability)衡量承灾体遭受损害的程度,是灾损估算和风险评估的重要环节,是致灾因子与灾情联系的桥梁。在全面收集研究区气象、土壤、土地类型、田间管理数据等资料的基础上,以吉林西部玉米干旱灾害作为研究对象,选取了吉林西部2001年、2002年、2004年以及2006-2009年7个案例干旱年的干旱致灾强度作为输入,运用CERES-Maize模型,模拟和计算出不同干旱致灾强度下不同生育期对最终产量起主要影响的关键指标的损失率,并且拟合出脆弱性曲线。结果表明,脆弱性对最终产量影响由高到低的生育期为抽雄-乳熟期、拔节-抽雄期、乳熟-成熟期、出苗-拔节期。研究结果可以为旱灾损失的快速评估、区域农业干旱灾害风险评估以及预警提供依据,为区域防灾避灾与管理工作提供科学依据。     

基于AHP-EWM方法的福建省农业气象灾害风险区划

基于灾害风险分析原理,通过分析福建的重大农业气象灾害种类和风险等级指标,构建了影响福建农业的致灾因子危险性、承灾体脆弱性和防灾减灾能力的风险指标体系;采用AHP-EWM方法赋予各指标权重,利用加权综合法计算综合风险指数,应用GIS技术实现了农业气象灾害风险区划。结果表明:福建省重度以上的农业气象灾害综合风险区主要分布在福建东南部沿海县市,西北部的武夷山市、光泽县、建宁县和泰宁县,东北部的柘荣县、罗源县和福鼎市,西南部的武平县和上杭县;中度风险区主要分布在福建东部和西部两个区域中除重度以上灾害风险县市以外的大部分县市;其余区域属于轻度灾害风险区,主要集中在呈东北—西南走向的中间区域地带。     

中国区域降水过程综合强度评估方法研究及应用

在现代化气象服务业务中,经常需要对某区域在一定时段内发生的降水过程综合强度大小进行定量评估或预估。为满足此类服务需求,利用1960-2009年1789个气象观测站的逐日降水资料,统计分析了中国区域降水的时空分布特征、暴雨孕灾环境的脆弱性及气象服务需求等,将中国分为4个暴雨灾害敏感区;基于降水影响对降水过程进行定义,并分析给出了降水强度、覆盖范围、降水持续时间3个降水过程综合强度的评估指标;通过提取分析对4个暴雨灾害敏感类区造成一定影响的历史降水过程,以3个评估指标指数划分为基础,建立了降水过程综合强度等级划分评估模型,界定特强、强、较强、中等4个强度降水过程的划分标准。最后,应用2010-2012年降水资料对该评估模型进行了应用检验。检验结果表明:运用该模型,可以对中国范围内任意区域降雨过程综合强度大小进行快速定量评估和预估,也可为历史降雨过程案例入库及演变特征研究提供科学依据,以提高气象业务中相关服务的时效性和科学支撑能力。     

福建农业气象灾害的产量灾损风险评估

针对传统的灾损评价中趋势产量和气象产量难以区分的缺点,利用福建省1981-2005年主要气象灾害面积资料,通过计算灾害造成的粮食减产量,得到各灾害相对灾损量序列,并引入信息扩散理论的模糊数学方法,构建了福建农业气象灾害产量灾损风险评估模型,进行了相应的风险评价实例分析.结果表明,福建省农业气象灾害的产量灾损风险随概率的增大而减少,气象灾害发生灾损的概率风险估计值,洪涝灾害风险大于旱灾,风雹灾害的风险大于低温冻害.干旱风险高值区出现在灾损率5%～45%,洪涝灾害出现在5%～70%,风雹灾害在5%～30%,低温冻害的风险主要集中在灾损率5%～20%.     

山东省农业气象灾害与主要农作物产量的灰色关联分析

为分析农业气象灾害对山东省农作物产量的影响,结合山东省1950-2016年的农业统计数据,分别研究了洪涝灾、干旱灾、风雹灾、低温灾和台风灾这5种农业气象灾害对主要农作物小麦、玉米、棉花单产及总产量的影响。并从受灾范围和灾害强度两方面入手构建了灰色关联分析法的数理模型。该模型将整个研究周期划分为1950-1959、1960-1969、1970-1979、1980-1989、1990-1999、2000-2009和2010-2016年7个阶段。结果表明:从受灾范围看,风雹灾、旱灾是影响山东省农作物总产量的主要农业气象灾害。从受灾强度看,山东省农作物主要受到干旱灾害和洪涝灾害的影响。干旱灾无论从受灾范围还是灾害强度上对山东省农作物的产量影响都较大。低温灾和台风灾则对山东省农作物的产量影响较小。     

北京日光温室风灾风险分析及区划

利用北京市1981-2010年30 a的气象观测资料,结合温室灾情数据资料,计算了不同风力对北京温室可造成的灾害的概率,确定了日光温室风灾等级划分的量化标准,并对日光温室风灾风险的时空变化进行了评估。结果表明,当风力达3级(3.4 m·s-1)以上时,即有可能对温室大棚造成灾害。风速越大,成灾概率越大。小波分析表明,北京日光温室致灾风力的发生日数存在14～16 a的周期,春季温室致灾风多发。北京温室风灾风险总体上呈现自南向北增大的趋势。延庆佛爷顶周围一带风灾风险最大,北部山区次之;平原地区风灾风险较轻,且日光温室分布较多,该区域采取及时有效的风灾预防措施,有利于日光温室产业的发展。     

灾害系统:灾害群、灾害链、灾害遭遇

根据灾害系统的结构与功能特征的复杂性,将灾害系统中的多灾种情形分成三大类:灾害群、灾害链以及灾害遭遇。灾害群是指灾害在空间上的群聚和时间上的群发,各致灾因子之间不存在成因上的联系性,可依据多灾种风险评估模型对其进行评价;灾害链则表现为类似多米诺骨牌的现象,各致灾因子之间具有成因上的联系性,其风险可通过转移概率风险评估模型进行评估;灾害遭遇表现为各致灾因子之间的相互碰头现象,其风险可通过组合概率风险模型进行评估。狭义上的多灾种仅指致灾因子在空间上群聚或群发。灾害群的致灾程度是各单一致灾因子的总和,对某一地区来讲,灾害群聚或群发,都会使区域总体致灾加重;灾害链与灾害遭遇的致灾强度大大超过其关联的各单一致灾因子的总和,其中灾害链的致灾强度具有累加效应,而灾害遭遇的致灾强度具有叠加效应。灾害累加与叠加都可明显放大致灾的程度,形成巨灾风险。