潘东华 ，贾慧聪，贺原惠子，尹圆圆，张万昌

(1.民政部国家减灾中心，北京 100124；2.中国科学院遥感与数字地球研究所 中科院数字地球重点实验室，北京 100094；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

不同时空尺度旱灾风险评价数字平台的建设*

潘东华1，贾慧聪2﹡，贺原惠子2，尹圆圆3，张万昌2

(1.民政部国家减灾中心，北京 100124；2.中国科学院遥感与数字地球研究所 中科院数字地球重点实验室，北京 100094；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

首先以降水量为主要致灾因子，结合我国的干旱分区和主要农业类型，构建了干旱区-旱地农业、半干旱区-农牧交错雨养农业、半湿润区-黄淮海平原灌溉农业、湿润区-湖南水田农业的匹配关系。在此基础上，借助于地理信息系统、数据库管理技术和网络技术等，拟搭建全球-国家-区域不同尺度的旱灾基础数据平台。基于灾害系统理论和风险评价理论，针对三个典型区，构建了横向以灾害系统的组成：致灾因子-孕灾环境-承灾体-灾情，纵向以不同的评价单元：县域-乡镇-农户-地块等多级尺度多种类型的农业旱灾风险评价指标体系。

农业旱灾；风险评价；时空尺度；数字平台；中国

干旱是一个长期存在的世界性难题，全球干旱区的总面积为61.5亿hm2，占世界陆地面积的41%。主要分布在亚洲、非洲大部、澳大利亚大部、北美西部和南美西部地区[1-2]。旱灾是世界上影响面最广、造成农业损失最大的自然灾害类型[3-4]。从世界银行组织编制的国家尺度的高风险地图(Risk Hotspot)可以看出，广大不发达地区仍然是因旱造成人口受灾和经济损失的高风险区域[5]，诸如非洲、中美洲、以及亚洲大部地区[5]。中国作为世界上人口最多的农业大国，受季风和地形的影响，旱灾对农业生产影响巨大。根据中国旱灾报刊数据库统计，全国旱灾频次>30%的高值县域有225个，约占全国总县数的9.5%；旱灾频次>20%的县域有1 024个，约占全国总县数的43%[6-8]。可知，中国处于旱灾高风险区域。

全球环境变化所产生的强度更强、持续时间更长的干旱，导致区域性旱灾风险增加。近50年来，在全球变暖和北方干旱化的背景下，中国受旱面积和受旱成灾面积呈上升趋势，全国有77.4%的省区旱灾风险增加[9-10]。近年来，我国的干旱灾害在发生的频率和强度上都有明显加剧的态势，农业缺水压力日益加剧。2001年初发生1949年10月新中国建国以来的首次全国性干旱，东北西部、华北大部、西北东部、西南东部、黄淮及长江中下游地区旱情极为严重，受害范围广，受害程度重，旱灾损失巨大；2003 年发生的旱灾主要集中在江南大部、东部沿海和西南地区，农作物受旱特别严重；2010 年年初西南五省发生了百年不遇的特大旱灾，其中云南大部、贵州西南部和广西西北部的旱情非常严重，达到了特大干旱级别[11]，2013 年我国南方地区夏季高温伏旱、2015年辽宁遭遇64 年来最严重旱情[12]。研究我国农业旱灾的风险性，对农业可持续发展及粮食安全具有重大现实意义。

旱灾风险评价的中心问题之一就是尺度问题，研究成果只有落实到具体的地域或空间，才便于指导减灾实践。不同时空尺度的干旱对农业系统的影响具有差异性。因此，建立不同时空尺度的农业旱灾风险评价数据平台是进行旱灾风险评价的重要支撑和基础。

1 数字平台搭建的理论基础

1.1 旱灾风险的空间差异性

旱灾风险评价的首要问题是评价单元的选取，即空间尺度问题[13]。随着空间的变化，旱灾系统的类型和结构会发生相应的变化，干旱的表现和衡量指标也不同。同时，在不同的空间范围，由于人类活动和土地利用方式的差异，旱灾灾情也会有不同的表现。旱灾风险的评估必须结合下垫面的自然地理情况和社会经济情况才能进行比较精准的评估[14-16]。

基于不同的研究目标和具体对象，空间尺度有所不同。农业旱灾存在于农户、乡镇、县域、国家等不同等级的社会地域空间。不同等级社会空间的农业旱灾系统具有自上而下的兼容性和自下而上的累积性。旱灾损失风险是针对具体的受灾区域而言的，受灾区域的选择对评价方法和评价结果有重大影响，致灾强度、脆弱性和损失的风险会因受灾对象选择的范围不同而存在明显的差别。例如：在国家尺度上，我国降水地区性差异大，水分分布不均匀，以年降水量250 mm、400 mm、800 mm、1 600 mm为干湿分界线，从东南向西北依次形成湿润、半湿润、半干旱、干旱四种不同的干湿地区[17]。在区域尺度上，可以自然降水量距平百分率来表征降水量较气候平均状况的偏少程度，反映各地区的农业干旱等级。在地方尺度(县、乡、村)上，随着水源与地貌条件、土地利用结构、作物种植结构、地方经济结构和经济水平的不同，农业旱灾风险也随之变化。在农户尺度上，人均占有耕地资源的数量和质量、人均收入水平和收入构成就成为农业旱灾风险最主要的影响指标。

1.2 旱灾风险的时间差异性

旱灾风险是随时间动态变化的，是渐进性的一个过程。旱灾的灾情是致灾因子(干旱)、孕灾环境、承灾体等相互作用的结果[18]，而致灾因子、孕灾环境和承灾体等三要素是在变化的。如全球增温变暖导致干旱化加剧；水土流失使旱灾程度加剧；承灾体方面如由于土地利用和种植结构的发展导致农业用地变化，但同时抗灾能力的提高，都会导致旱灾风险发生不同程度的变化。

不同时间尺度可以构成不同层面的干旱风险。有些指标只在小时间范围内有效，而有些指标适用的空间尺度大。有的区域在长时间尺度内受旱影响较平稳，而在短时间尺度内就有较大风险。例如由降水量距平百分率划分的干旱等级可以表征某一区域年际、年内、月、季、旬的干旱风险，而各地区的土地利用方式、农业耕作方式不同，导致农业干旱可以发生在作物生长期的任何阶段，半干旱区-农牧交错雨养农业的典型区—内蒙兴和县虽然年降水量达到400 mm以上，但是降水变率大，极易发生春旱[19]。半湿润区-黄淮海平原灌溉农业的典型区—河北省邢台县十年九旱，而春旱(3-5月)影响冬小麦返青和作物春播，干旱风险最大[20]。湿润区-湖南水田农业的典型区—湖南省鼎城市降水量总体呈上升趋势，但年内差异很大，降水在时间的分配不均使干旱对不同生育期内各类水稻的威胁程度不同，夏秋旱(5-10月)主要表现在对中稻和晚稻的干旱风险[21]。

2 数字平台的构建设想

不同时间尺度的干旱变化形成了不同尺度的干旱期，生物和人类对长期干旱和湿润的适应性形成了干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区的空间格局，从而形成了一些独特的自然景观和农业系统。数字平台的构建设想拟以降水量为主要致灾因子，把我国进行干旱分区，再结合我国的主要农业类型，构建干旱区-旱地农业(新疆库车)、半干旱区-农牧交错雨养农业、半湿润区-黄淮海平原灌溉农业、湿润区-湖南水田农业的匹配关系。在此基础上，借助于地理信息系统、数据库管理技术和网络技术等，搭建全球-国家-区域不同尺度的旱灾基础数据平台。

基于灾害系统理论和风险评价理论，针对河北、内蒙古和湖南三个典型区，构建了横向以灾害系统的组成：致灾因子-孕灾环境-承灾体-灾情。纵向以不同的评价单元：县域-农户-田间作物等多级尺度多种类型的农业旱灾风险评价指标体系。例如基于致灾因子危险性的角度，在县域尺度上，主要指标有：地表水资源量、人均土地资源数量和质量、灌溉难易程度等。在农户尺度上，主要指标有：人均收入水平、非农收入比例、收入来源多样性等。在田间作物尺度上，主要指标有：土地利用结构、土地覆盖状况、作物种植结构等(图1-图3)。

图1 田间作物尺度的旱灾风险评价数字平台构建框架(河北邢台小麦为例)

图2 农户单元尺度的旱灾风险评价数字平台构建框架(内蒙古兴和为例)

图3 县级单元尺度的旱灾风险评价数字平台构建(湖南常德为例)

4 结论与讨论

(1)以降水量为主要致灾因子，结合我国的干旱分区和主要农业类型，构建了干旱区-旱地农业、半干旱区-农牧交错雨养农业、半湿润区-黄淮海平原灌溉农业、湿润区-湖南水田农业的匹配关系。在此基础上，借助于地理信息系统、数据库管理技术和网络技术等，可搭建全球-国家-区域不同尺度的旱灾基础数据平台。

(2)基于灾害系统理论和风险评价理论，针对三个典型区，构建了横向以灾害系统的组成：致灾因子-孕灾环境-承灾体-灾情，纵向以不同的评价单元：县域-乡镇-农户-地块等多级尺度多种类型的农业旱灾风险评价指标体系。指标体系的构建指导了旱灾风险评价数据库的建设，从而为不同空间尺度的旱灾风险评价提供了基础数据平台。

(3)国内的农业风险分析大多仅聚焦在空间维度或者时间维度的风险分析，而农业旱灾风险实际上是这两种风险的综合。本文的目标是希望通过对农业旱灾风险分析理论与方法的探索，尝试建立一种系统完整的基于时空维度的农业旱灾风险分析模式。

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Construction of Digital Platform of Agricultural Drought Risk Assessment in Different Spatial and Temporal Scales of China

PAN Donghua1, JIA Huicong2, HE Yuanhuizi2, YIN Yuanyuan3and ZHANG Wanchang2

(1.NationalDisasterReductionCenterofChina,MinistryofCivilAffairsofthePeople′sRepublicofChina,Beijing100124,China; 2.KeyLaboratoryofDigitalEarthScience,InstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,ChineseAcademyofSciences.Beijing100094,China; 3.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China)

Drought disaster is one of the world’s most popular disasters. It is also a kind of disaster that causes the most severe agricultural losses in China. Different spatial and temporal scales of drought affected the agricultural systems differently. Directed by disaster systems theory and risk assessment theory, based on the risk attributes such as risk of hazard-inducing factors, vulnerability and exposure of hazard-affected bodies, the digital platform was built for the spatial scales of county-county-town-household, the temporal scales of year-quater-month-deka-day. On the basis of digital platform, the assessment of different level of agricultural drought risk was done. It may provide the scientific bases for risk governance of agricultural drought in China.

agricultural drought disaster; risk assessment; spatial and temporal scales; digital platform; China

潘东华 ，贾慧聪 ，贺原惠子，等.不同时空尺度旱灾风险评价数字平台的建设[J].灾害学，2018，33(1)：23-26.[PAN Donghua, JIA Huicong , HE Yuanhuizi,et al.Construction of Digital Platform of Agricultural Drought Risk Assessment in Different Spatial and Temporal Scales of China [J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：23-26.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.005.]

2017-06-06

2017-07-21

国家自然科学基金项目(41471428；41671505)；国家重点研发计划资助(2016YFA0602302；2016YFB0502502)；中国气象局兰州干旱气象研究所资助项目(IAM201609)

潘东华(1981-)，男，汉族，江苏丹阳人，博士，副研究员，主要从事灾害损失评估与风险管理研究.

E-mail: pandonghua@ndrcc.gov.cn

贾慧聪(1981-)，女，汉族，山东聊城人，博士，副研究员，主要从事GIS&RS在自然灾害风险分析中的应用研究.

E-mail: jiahc@radi.ac.cn

X43；S423；P53

A

1000-811X(2018)01-0023-04

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.005