彭九慧，王 多，赵 岩，杨庆红

（1.承德市气象局，河北 承德067000；2.河北民族师范学院，河北 承德 067000）

冰雹灾害在我国是一种频发性自然灾害。其出现范围虽较小，时间短促，但来势猛、强度大，常伴随狂风、强降水等阵发灾害性天气[1]。国内外最近几年的研究进展表明，在避免和减少自然灾害损失的所有可能措施中，在科学分析和研究的基础上进行灾害风险区划，是相对比较简单有效的方法[2-5]。刘敏等[6]依据自然灾害风险分析原理分析了湖北省雨涝灾害的评价因子并以能综合体现风险程度的风险指数作为指标，对湖北省雨涝灾害进行了风险区划；万君等[7]从洪涝灾害的危险性及社会经济易损性出发，对湖北省暴雨频次、地形、河网密度、土地覆盖以及耕地面积、人均GDP、人口密度等因素，运用地理信息系统（GIS）空间分析方法进行了洪涝灾害风险评估；扈海波、董鹏捷等[8-10]通过专家打分法，以区县GDP或人口分布作为易损性指标，建立数学模型，对重庆地区和北京奥运期间冰雹灾害风险进行研究。本文利用承德市近37 a的气象观测资料、精细到乡镇的737个雹灾个例资料，精细化的社会经济资料，DEM（Digital Elevation Model）资料，防雹高炮、火箭点的分布资料等，选取风险评价因子，计算各因子及其对应指标的权重，从雹灾的危险性、易损性、敏感性、防灾减灾能力4个方面构建冰雹灾害风险评价模型，结合GIS技术，对承德市冰雹灾害进行精细化的风险区划，以期为农业、林业生产和城市防雹减灾决策提供依据。

1 资料来源与数据处理

1.1 资料来源

选取1980—2016年承德市近37 a各县区9个代表站冰雹气象观测资料、承德市民政局提供的近37 a精细到205个乡镇的全市冰雹灾情资料、基准年为2010年的精细到乡镇的全市耕地面积资料、经济林面积资料、人口密度资料、比例尺1∶50 000的DEM资料、市气象局最新的防雹高炮、火箭点分布资料。

1.2 数据归一化处理

由于冰雹灾害风险评价各指标量纲不同，为了对不同单位的数据进行计算，需对各评价指标数据进行归一化处理，本文选用公式（1）将所有资料转化为0～1可计算的无量纲指标。公式如下：

其中，Xi′与 Xi分别表示像元的量化值和原始值，Xmax与 Xmin分别表示指标i在所有像元中的最大值和最小值，均一化处理后，用于图层计算的所有数据取值范围均在0～1。

1.3 栅格数据处理

本文以栅格为评价单元进行冰雹灾害风险评价研究，在进行ArcGIS空间分析时，要对每个图层赋予不同权重进行计算叠加。要求每个图层的栅格大小必须设为一致，本研究中采用投影坐标系，将每个图层栅格单元大小设置为100 m×100 m。

1.4 评价指标的处理方法

层次分析法是一种简单实用的多准则决策方法[11]。主要原理：建立层次结构模型；然后通过元素之间的成对比较和比较尺度构造判断矩阵，最后根据判断矩阵计算权向量并做一致性检验，近年来层次分析法已成为灾害风险评价领域一种常用的方法。本文对于冰雹风险区划的各评价指标采用层次分析法构造判断矩阵来确定各评价指标的权重。

对冰雹灾害的危险性、承灾体的易损性、这种多因子组合的评价指标，受参与成员个数的限制采用综合加权评价法进行处理、其基本原理是根据各因子相对于评价对象的重要程度确定其权重，加权求和后得到评价对象的评价指数，再对评价指数进行分级。

2 计算各评价指标

2.1 危险性因子

某地的降雹频次大、受雹灾的频次大，说明冰雹灾害致灾因子较活跃，灾害发生的概率大。承德市的冰雹主要出现在4—10月，降雹频次北部县区多于中南部县区，降雹频次丰宁县最多，37 a降雹次数为118次，其次是围场县105次，其他县区在90次以下；从雹灾出现频次看丰宁县出现频次最多167次，隆化县次之为152次，其他县区在100次以下，由于各地降雹频次与雹灾出现的频次并不一致，因此，在对历史灾情与降雹频次分析的基础上，确定致灾因子危险性采用降雹频次和雹灾频次综合加权求和的危险性指数来表征，降雹频次与雹灾频次分别采用近37 a精细到乡镇的年均降雹日数与年均遭受雹灾日数进行分级，降雹频次与雹灾频次进行归一化处理后，加权叠加分级（分级标准见表1）得到承德市冰雹灾害危险性分布（图1c）。

表1 冰雹灾害评价指标归一化指数分级标准

从图1中可以看出承德市降雹频次较多的地区，位于承德市北部和东部县区，遭受雹灾严重的地区主要位于承德市的西北部到中部，冰雹灾害的高危险区与次高危险区则分布在承德市西北部及东部部分地区。

2.2 孕灾环境因子

孕灾环境主要指致灾因子、承灾体所处的自然环境和社会经济环境。分析承德市多年平均降雹频次与海拔高度关系发现，多年平均降雹频次与海拔高度基本上呈正相关关系，随着海拔高度的升高，降雹发生的次数增多，主要是较高海拔地区受地形抬升影响容易产生强对流天气，因此，确定孕灾环境敏感性主要考虑海拔高度。利用ArcGIS将1∶50000的数字高程模型图输出栅格数据，并进行归一化理后，分级（分级标准见表1）得到承德市冰雹灾害孕灾环境敏感性分布（图2）。

图1 承德市降雹频次指数（a）、雹灾频次指数（b）与冰雹灾害综合危险性指数（c）分布

图2 承德市冰雹灾害孕灾环境敏感性分布

承德市地形北高南低，从图2可以看出，承德市冰雹灾害高敏感区主要位于承德市的北部，以及兴隆县北部燕山山脉和平泉市北部的高海拔地区。

2.3 承灾体的易损性因子

承灾体的物理暴露性（亦称为易损性）是指暴露在致险要素影响范围内的承险体数目或价值量，对风险而言，物理暴露量越多，应灾能力越弱，其灾害风险也就越大。承德市近37 a冰雹灾情资料分析显示，冰雹受灾的对象主要是大田农作物与经济林果，以及一些车辆，因此确定承灾体易损性主要考虑大田耕地面积、易损经济林面积和拥有车辆呈正相关的人口密度3个因子。数据经过归一化处理后分级（表2）得到耕地面积、经济林面积、人口密度3个评价指标，再通过加权求和栅格计算（权重见表2）分级（分级标准见表1），得到承德市冰雹灾害承灾体综合易损性空间分布图（图3d）。

从图3中可以看到承德市的耕地面积分布相对均衡，苹果、板栗等易损经济林果主要分布在中南部地区，人口密度以市区为中心，分布极度不均，承德市冰雹灾害高易损区，主要分布在耕地面积比较大或易受冰雹影响的经济林果区。

图3 承德市冰雹灾害承灾体易损性分布

图4 承德市防灾减灾能力分布

表2 承德市冰雹灾害风险指数各评价因子权重

2.4 防灾减灾能力

防灾减灾能力反映的是人类社会为保障承灾体免受或少受灾害威胁而采取的防备措施力度大小，通过人工影响冰雹云作业开展的人工防雹就是一种针对冰雹灾害威胁所采取的防御措施。2016年承德市建成了人工火箭、高炮防雹点87个，因此确定冰雹灾害的防灾减灾能力主要考虑防雹点的分布密度。将分布在乡镇的防雹点在ArcGIS中进行空间插值、归一化处理栅格计算后分级（分级标准见表1），从而得到承德市对冰雹灾害的防灾减灾能力分布图（图4），进行冰雹风险指数计算时，因为防灾减灾能力与冰雹风险指数呈反相关关系，因此，将数字1减去每一个归一化数据后，形成防灾减灾指数进行栅格计算。

对于雹灾危险性归一化指数R1、雹灾孕灾环境敏感性归一化指数R2、综合易损性归一化指数R3、防灾减灾归一化指数R4均采用自然断点法进行分级（表 1）。

3 冰雹灾害风险区划

综合风险指数常用来表征灾害风险的大小[12]，因为冰雹灾害风险是致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个指标综合作用的结果，因此，冰雹灾害风险评价函数表示为：冰雹灾害风险指数（I）=f（危险性、易损性、敏感性、防灾减灾能力）。本文采用层次分析法通过构造4阶判断矩阵，计算行积来确定冰雹灾害风险4个评价指标的权重并通过一致性检验（表2）。

因此，承德市冰雹灾害风险指数=0.5129×危险性+0.251×易损性+0.1431×敏感性+0.093 ×（1-防灾减灾能力），利用 ArcGIS空间栅格计算，并利用自然断点方法进行风险等级划分，即得到承德市冰雹灾害风险区划等级图（图5）。

图5 承德市冰雹灾害风险区划

从图5可以看出，承德市冰雹灾害的高风险区位于丰宁县大部，次高风险区位于围场县、隆化县大部、滦平县北部以及平泉市的部分地区，承德县大部，隆化县部分地区与滦平县南部为中风险区；承德市区、兴隆县、宽城县大部为次低和低风险区。总的来说，承德市西北部冰雹灾害风险最高，承德市中北部大部县区风险较高，承德市南部的冰雹灾害风险较低。

4 结论与讨论

（1）冰雹灾害的危险性指数显示，承德市冰雹灾害的高危险区与次高危险区主要分布在西北部与东部部分地区。

（2）承德市冰雹受灾的对象主要是农作物与易损经济林果，承德市冰雹灾害高易损区，主要分布在耕地面积比较大或易受冰雹影响的经济林果区。

（3）通过分析冰雹灾害风险区划图发现，承德市西北部冰雹灾害风险最高、承德市中北部大部县区风险较高，承德市南部的冰雹灾害风险较低。

由于冰雹灾害的形成机理较为复杂，影响因素多，冰雹观测的空间分辨率较低，雹灾收集资料的限制等，要非常准确地进行风险评价有一定难度。因此，区划模型考虑的因子、风险指标的选择还需要进一步完善。