基于GIS技术的雷电灾害风险区划研究_陈阿仲

基于GIS技术的雷电灾害风险区划研究*

陈阿仲1、周兴瑶1、罗承桢2、徐国庆3

（1.衢州市气象局，浙江 衢州 324000；2.福建省宁德市气象局，福建 宁德 352100；3.常山县气象局 浙江 衢州

324200 ）

摘 要

以衢州市各县（市）区为研究对象,基于GIS技术和自然灾害风险评估方法,从气象学、雷电物理、灾害科学等学科理论出发，建立雷电灾害数据库，通过该区划技术实现衢州及其周边地区雷灾资料和基础地理信息数据的整合；结合GIS技术分别对形成雷电灾害的因子——危险性、暴露性、脆弱性以及防灾减灾能力进行评估，得出各因子对雷灾风险的贡献；利用加权综合评价法（WCA）和层次分析法（AHP），建立雷电灾害风险评估指数模型；绘制衢州市雷电灾害风险区划图。结果表明：衢州市本级、江山的雷电危险性最高，开化的雷电危险性最低；江山市、衢州市本级的防灾减灾能力相对而言都比较强；衢州市本级和江山市交界处（大部分是江山港、常山江、乌溪江交汇处周边地区）雷电灾害风险最大，开化县雷电灾害风险最小。

本文利用ArcGIS的叠置分析和插值等工具, 实现了各种指标的定量描述，但有限的资料不足以描述衢州市雷电灾害情况，而且闪电定位系统的精度有待于进一步提高，今后应综合更多年份和精度更高的地闪监测数据以及更加详实的历史雷灾资料，以便更好地做雷电灾害风险区划，为各级政府气象灾害规划防御编制提供决策依据。

关键词：雷电灾害；风险区划；GIS技术；气象灾害规划防御编制；雷电灾害风险指数

1 概述

2010年4月1日起实施的《气象灾害防御条例》规定：“县级以上地方人民政府应当组织气象等有关部门对本行政区域内发生的气象灾害的种类、次数、强度和造成的损失等情况开展气象灾害普查，建立气象灾害数据库，按照气象灾害的种类进行气象灾害风险评估，并根据气象灾害分布情况和气象灾害风险评估结果，划定气象灾害风险区域。”雷电灾害属于联合国公布的十大最严重的灾害之一，长期以来，雷电防御工作只侧重于工程防护，而对于雷电灾害风险区划研究工作比较滞后。因此，划定以雷电灾害数据库为基础的雷电灾害风险区域是履行气象主管机构行政职能的迫切需要。通过雷电灾害风险区划，为气象灾害综合风险区划充实内容，并为气象灾害防御规划的编制奠定必要基础。

已有很多人对雷电灾害风险进行了评价并进行易损度区划[ 1~3]。有的通过建立指标体系进行指数计算，这种方法能够在对各个致灾因子赋予权重的基础上，区分各因子造成灾害的重要程度，以提高结果的精确性，并用聚类分析法生成了雷灾易损度区域划分图；有的根据历史雷灾资料初步分析区域雷灾易损性，这种方法由于没有考虑各个因子的重要程度，所以会对结果造成一定的影响。本文在建立指标体系赋予权重的基础上结合GIS进行雷电灾害风险区划分析，通过对衢州市各县（市）区雷电灾害风险的分析，综合分析形成雷电灾害风险的四个因子:危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力提出了雷电灾害风险指数( lightning disaster risk index, LDRI) ，用其来评估不同县（市）相关损失风险及各因子对风险的贡献,并绘制出雷灾风险区划图。

2 区域概况

衢州市位于浙江省西南部，地理坐标为东经118°0l′~119°20′，北纬28°14′~29°30′，东西宽127.5公里，南北长140.25公里，总面积8836.52平方公里，其中平原1325.48平方公里，丘陵3181.15平方公里，山地4329.89平方公里。山地、丘陵是衢州市的主体。下辖衢江区、柯城区、开化县、江山市、龙游县和常山县。总的地势特征为南、北高，中部低，西部高，东部低，中部为浙江省最大的内陆盆地——金衢盆地的西半部，自西向东逐渐展宽。境内平原占15％，丘陵占36％，山地占49％。北部为千里岗山脉，西部为怀玉山脉，南部为市内最大山脉仙霞岭山脉，全市最高点为

* 资助：本文受浙江省衢州市气象局科技奖励基金项目《衢州市雷电灾害风险区划技术研究》（QZ201004）资助

江山市的大龙岗，海拔1500米。

图1衢州市分县行政图

Fig. 1Administration map of counties in Quzhou

图2衢州市海拔示意图

Fig. 2 Altitude map in Quzhou

3 研究方法和数据来源

3.1 研究方法

3.1.1 自然灾害风险指数法

自然灾害风险指未来若干年内可能达到的灾害程度及其发生的可能性。一般而言,自然灾害风险是危险性、暴露性和脆弱性相互综合作用的结果,防灾减灾能力对于自然灾害风险度大小的作用也是比较大的,因此在区域自然灾害风险形成过程中,危险性(H) 、暴露性( E) 、脆弱性(V)和防灾减灾能力(R)是缺一不可的,是四者综合作用的结果,自然灾害风险数学公式表示为:

自然灾害风险度=危险性(H) ×暴露性( E) ×脆弱性(V ) ×防灾减灾能力(R )

3.1.2 层次分析法(AHP)

层次分析法[ 4 ] (AHP)是一种对指标进行定性定量分析的方法。本文用层次分析法（AHP ）来确定指标体系中各个层次的指标的权重，层次分析法的基本原理是排序的原理，将各方法排出优劣次序，作为决策的依据。具体原理、计算方法及应用见有关参考文献[ 5~6 ] 。

目前有很多灾害管理与评估系统是以GIS 为基础而集成起来的。如美国联邦紧急管理局和国家建筑科学院共同研究的成果HAZUS 灾害评估模型，这是一个标准化的全国通用的多灾种损失估计方法，它是建立在GIS 平台上的一种全面的风险分析软件包[ 7 ]；英国河流管理部建立的海岸带管理系统(SMS)的防洪子系统则以MGE 为集成平台[8]； 加拿大紧急事务管理部门建立的洪水应急遥感信息系统(FERSIT ) 则以ArcView 为集成环境。

地理信息系统(GIS)在空间数据的分析和管理上具有强大优势，因此本文借助GIS 平台，利用因子分析方法对衢州地区雷电灾害风险进行分析。

3.1.3 加权综合评价法(WCA)

加权综合评价法[9~10 ] (WCA)是假设由于指标i 量化值的不同,而使每个指标i 对于特定因子j 的影响程度存在差别,用公式表达为:

m

Vj Vij Ci i=1C =Q W ∑ (1)

其中C Vj 是评价因子的总值，Q Vij 是对于因子j 的指标i (Q V ij ≥0) ,W Ci 是指标i 的权重值( 0≤W Ci ≤1) , 通过AHP 方法计算得出，m 是评价指标个数。

加权综合评价法综合考虑了各个因子对总体对象的影响程度,是把各个具体的指标的优劣综合起来,用一个数量化指标加以集中，表示整个评价对象的优劣,因此,这种方法特别适合于对技术、决策或方案,进行综合分析评价和优选,是目前最为常用的计算方法之一。

3.2 数据来源

本文中所需人口、社会经济数据主要是从《浙江统计年鉴2009》[11]获得的，矢量地图是从测绘科学数据共享网（/find.asp ）上获得的，地闪数据是从浙江省雷电监测网获得的。

4 雷电灾害风险评价指数模型

4.1 雷电灾害风险评估指标的选择与表达

雷电灾害的形成与发展受制于多种自然与社会经济因素。根据其作用机理与变化速度, 可将影响雷灾风险评价的因子归结分为以下4类:

(1) 雷电危险性，为引起雷灾的动力因子。气象灾害危险性是自然属性，包括孕灾环境和致灾因子。气象灾害造成的损失大小，关键取决于触发因子的危险性。危险性（Hazard ）是指不利事件发生的可能性，危险性分析就是从风险诱发因素出发，研究不利事件发生的可能性，即概率。雷灾危险性分析就是研究受雷电威胁地区可能遭受雷电影响的强度和频度，强度用闪电强度指标来表示，频度即概率，可以用地闪频次表示。这里主要考虑地闪频次、闪电强度作为衡量雷电危险性的指标因子。

(2) 暴露性，分为自然物理暴露和社会物理暴露两个元素。

(3) 脆弱性，表示受灾区暴露物体在雷电灾害中受影响的程度。

(4) 防灾减灾能力, 主要是描述受灾区社会经济发展水平, 反映区域承灾能力和损失率。一般可利用各种统计资料进行描述, 并具有极大的区域差异性, 在时间过程上具有波动性。

国内外学者认为，在区域自然灾害风险形成过程中，危险性、暴露性和脆弱性缺一不可,在雷电灾害风险的形成过程中，除了上述自然灾害形成因子：危险性、暴露性、脆弱性之外，防灾减灾能力对于雷电灾害风险度大小的作用也是比较大的，因此，在对雷电灾害风险进行分析时，需要将防灾减灾能力考虑在内,雷电灾害风险函数为：