内蒙古雪灾脆弱性评价指标体系及评价模型研究

内蒙古雪灾脆弱性评价指标体系及评价模型研究

20世纪80年代以前，人们普遍认为，造成灾难的因素是影响人类社会和经济发展、导致生命和资源损失的主要原因。自20世纪80年代以来，国际灾难科学委员会开始关注人类脆弱在灾害形成中的作用。进入90年代,防灾、减灾开始转向综合性研究,认为灾害是社会与自然综合作用的产物,是实现可持续发展的主要障碍因素之一。其中资源的开发利用,特别是对自然资源的开发,是产生灾害的一个重要的驱动因素。近年来对灾害脆弱性的研究表明,对灾情形成机制的理解,必须基于对资源开发利用行为的认识。区域灾害的形成过程,在某种意义上正是区域经济与社会发展过程中随之而来的有碍于可持续发展的地球表层变异过程。区域灾害形成过程中,不仅致灾因子发生有其随机性,而且孕灾环境与承灾体变化也存在着随机性,此外,孕灾环境与承灾体在特定时期还存在着波动性与趋向性。脆弱性的定义有很多,涉及生态、农业、环境、水资源、地理景观、滩涂和海岸线变化等诸多方面。在灾害研究中,脆弱性通常是指在一定社会政治、经济、文化背景下,某孕灾环境区域内特定承灾体对某种自然灾害表现出的易于受到伤害和损失的性质,是区域自然孕灾环境与各种人类活动相互作用的综合产物。国内有关脆弱性的研究始于20世纪90年代,目前研究方法主要有定性研究、定量研究、定性与定量相结合的综合指标分析法[8,9,10,11,12,13,14]和综合模型研究等。指标的选取多采用专家推荐法、数学分析法、反推法、信息量法等;指标权重的确定方法主要有专家打分法、经验权数法、AHP层次确定法等。评价模型主要有广义、狭义脆弱性评估模型,承灾体脆弱性模糊综合评判模型,物元分析评判模型和灰色聚类评判模型等。脆弱性评价领域主要针对自然生态系统等的脆弱性进行评价和分析,如脆弱环境和生态系统评价、河北省旱灾脆弱性评价、黄土高原地区农业生产的气候脆弱性定量评价、地下水脆弱性评价等。雪灾研究方面,国内目前大多侧重于气候学特征、致灾机制以及危险度评价,有关雪灾脆弱性研究的相关文章尚未见报道。总之,脆弱性研究是当前学术界关注的热点问题之一,然而雪灾脆弱性研究在我国却基本上仍属空白。笔者在“中国雪灾时空变化及畜牧业脆弱性分析”一文中从畜牧业脆弱性的角度对雪灾的形成机制进行过初步探讨,在此基础上,本文借鉴前人的脆弱性定量研究方法,从雪灾区域孕灾环境敏感性及畜牧业承灾体适应性两方面评价雪灾脆弱性,建立雪灾脆弱性评价指标体系及评价模型,并分析其空间分布及动态变化规律,从而说明在区域雪灾形成过程中出现的“小灾大害”现象。1数据来源和研究区域的灾难特征1.1筛选脆弱性指标的基础信息本文进行脆弱性评价的基本信息主要来自两方面,一是基于内蒙古畜牧业统计年鉴1(1990～2001年),将牲畜与草原建设信息作为雪灾承灾体分析及脆弱性指标筛选的基础信息;二是基于内蒙古气象观测资料(1990～2001年),作为脆弱性指标体系建立的基本信息。此外,内蒙古NDVI距平百分率分布图是基于NDVI基本数据集(NOAA/AVHRRNDVI数字影像),图像空间分辨率为8km×8km,时间分辨率为逐旬,时间序列为1983年1月至1999年12月,全部NDVI数据都经过国际通用的MVC(最大值合成)纠正,并已在EROS数据中心完成,主要用于雪灾脆弱性形成机制分析。1.2草原草原对问题的基本认识以草原为依托的畜牧业是我国国民经济的重要组成部分,人口占全国总数约3.9%的牧区,拥有全国约三分之一左右的大牲畜和羊,创造约五分之一的畜牧业产值。近年来,随着人民生活水平的提高,国内对畜产品的需求呈日益上升的趋势,畜牧业产值在农、林、牧、渔总产值所占比重日益增大。内蒙古草原牧区是我国重要的畜牧业基地之一。草原畜牧业主要利用天然牧草,以放牧方式为主,因此,畜牧业生产有很大的年际及季节性波动变化,不同年份和季节,草地生产力差距很大。草甸草原草场丰歉年的产草量之比一般不超过2;典型草原草场则为2∶1,极端年份更高;荒漠草场高达4∶1。牧草生长和供应情况的季节变化一般分三个阶段:初春牧草相继返青,这时的牧草不能满足放牧家畜的需要,牲畜往往因跑青而掉膘;夏秋两季,牧草处于生长旺季,水热匹配得当的话,是放牧畜牧业的黄金季节;到了冷季,牧草停止生长,饲草供应的质和量都要逐日急剧下降,因此远不能满足家畜本身维持其基本代谢的需求,加之天气寒冷,热量损失大,家畜不得不消耗其体内贮存的物质来维持生命,一旦有持续性大雪降温天气出现,牧草被大雪埋压,草地不能利用,造成家畜采食困难,对于没有饲草储备或储备不足的牧户,将造成致命的打击。同时,降雪过程中或降雪后,大多伴随暴风雪,家畜往往因躲避设施差,或来不及躲避,在牲畜棚圈缺乏的条件下导致冻饿而死。这种天然草场生产力的不稳定性,对依赖天然草场作为饲草来源的草原畜牧业,尤其是典型草原畜牧业影响非常大,是其不稳定发展的基本原因之一。内蒙古典型草原具有非常大的开发利用潜力,如锡林郭勒草原是世界上温带草原中原生植被保存最为完整、饲用植物资源最丰富的天然草原。但是其畜牧业存在很大风险,因为典型草原处于干旱、半干旱地区,降水时空分布不均,不稳定的气候系统构成了易灾且不稳定的孕灾环境。这里至今仍沿袭着“靠天养畜”的被动生产状况,是研究区最脆弱的地区,加之当地人们片面追求经济利益导致对资源的过度开发及不合理利用,造成畜牧业易损性极强。因此典型草原的脆弱性评价,对当地畜牧业防灾减灾有重要意义。2专业雪灾的脆弱性2.1孕灾环境敏感性指标本文以对气候变化敏感、适应畜牧业生产、符合区域畜牧业经济可持续发展和有利于畜牧业生态系统稳定等为原则,采用多指标的评价指标体系,在与专家经验相结合的基础上,筛选并确定了畜牧业雪灾的脆弱性评价指标。根据广义脆弱性模型及IPCC第三次评估报告中的定义,敏感性是指系统受与气候有关的刺激因素影响的程度,包括不利和有利影响;适应性是指系统适应气候变化(包括气候变率和极端气候事件)、减轻潜在损失、提高利用机会或对付气候变化后果的能力。本文选取冬季与牧草生长季降水距平百分率、积雪深度、家畜掉膘期负积温等气候敏感性指标与草场退化及草场利用强度等作为区域孕灾环境敏感性指标;选取能反映草原建设情况、牲畜周转情况以及减灾投入能力等的指标作为区域承灾体适应性指标。上述指标中,降水距平百分率可以表征降水量的年际变化。白灾指数即牧草被积雪掩埋部分的高度占草群高度的百分比,可以反映受灾程度。牲畜膘情直接影响其越冬度春的抗灾能力,这里的膘情与掉膘期长短有直接关系,一般把日平均气温稳定通过-5℃(即≤-5℃)的初日定为低温容易掉膘初日,将日平均气温≤-5℃的终日定为低温容易掉膘终日,从初日至终日这一期间即为低温容易掉膘期(简称掉膘期)。草场利用强度指草场资源被利用的程度,草地利用强度过强,将造成草场的退化和沙化,从而直接影响草地第一性生产力;草场利用强度不充分,则将造成草地资源的浪费。畜均打贮草(饲料)量、年末畜均棚圈及人工草地面积等在一定程度上可以反映草原畜牧业建设的养畜水平。采用周期分析、调和权重拟合等方法可得出牲畜存栏偏差率,因其综合考虑了牧业年度牲畜饲养量及日历年度牲畜存栏数,所以能较准确地反映出牲畜头数总增、净增的变化和仔畜成活及成幼畜死亡的情况,从而反映畜牧业灾情变化过程。基于上述,建立了雪灾脆弱性评价指标体系(表1)。2.2计算权重的确定多指标建模的过程中,权重分配是一个不可避免的问题。目前较常用的方法有专家打分法、经验权数法和AHP层次确定法,考虑到AHP法和专家打分法在定量分析与客观状况吻合方面有较多优越性,本文采取两者相结合的方法确定各指标权重。据此对指标间的两两重要性进行比较打分,然后按雪灾敏感性和适应性重要程度等级构造判断矩阵(表2),最后根据方根法计算权重。在多指标建模过程中,还有统一量纲的问题。将表1中所列的12个指标进行量化,并分为5个等级(表3)。对各等级的赋值是根据区域资源状况、畜牧业生产、可持续发展以及有关研究成果来确定的,如牧草被积雪掩埋高度占草群高度百分比超过60%时,一般就开始影响到牲畜采食而构成白灾,超过90%时,牧草几乎全部被积雪掩埋,牲畜无法采食,所以取<60和>90为DH的临界值。又如冬春季降雪量相当于常年降雪量的120%以上时,白灾发生的可能性就要大一些,所以20就为RS的下限值。2.3雪灾脆弱性指数vd脆弱性评估划分为广义与狭义两种,广义脆弱性评估是对灾害系统的脆弱性评估,狭义脆弱性评估是针对人类社会经济系统对致灾因子的敏感(反应)程度。在广义脆弱性评估体系中,易于诱发灾害事件的孕灾环境(自然与人文环境)、易于酿成灾情的承灾体系统(社会经济系统)、易于形成灾情的区域或时段组合在一起,则必然导致较高的灾害系统脆弱性水平。一般评估广义脆弱性(V)的模型如下:V=VSE∩VE∩VST=f(H,E,ф,λ,h,t)V=VSE∩VE∩VSΤ=f(Η,E,ф,λ,h,t)式中,VSE为区域时空脆弱性,VE为孕灾环境脆弱性,VST为承灾体脆弱性;H为人类系统,E为环境系统,ф为纬度,λ为经度,h为高度,t为时间。根据这一理论模型和IPCC第三次评估报告中提出的脆弱性是系统内气候变率特征、幅度和变化速率及其敏感性和适应性的函数的结论,将雪灾脆弱性分两方面考虑,一是雪灾区域孕灾环境敏感性问题,一是区域畜牧业承灾体对雪灾的适应性问题;同时综合以上脆弱性指标分级结果及权重分配,并借鉴前人的定量研究方法,构建雪灾脆弱性评价模型如下:V∗S=VSE+E/VST(1)VS*=VSE+E/VSΤ(1)式中V*S表示雪灾脆弱性,VSE+E表示区域孕灾环境敏感性,VST表示区域承灾体适应能力。其中VSE+E=∑Si×Wi(2)VSE+E=∑Si×Wi(2)式中Si表示某旗、县第i种指标具体取值所属等级的敏感性程度值,Wi表示第i种指标所占权重;而VST=∑Ai×Wi(3)VSΤ=∑Ai×Wi(3)式中,Ai表示某旗、县第i种指标具体取值所属等级的适应性程度值,Wi表示第i种指标所占权重。归一化采用式(4):VS=((V∗S−min(V∗S)/(max(V∗S)−min(V∗S))×100(4)VS=((VS*-min(VS*)/(max(VS*)-min(VS*))×100(4)式中最大、最小值分别取相应指标在本区域内的最大、最小值。本模型考虑了致灾因子、孕灾环境和承灾体对灾害形成的综合作用,说明了雪灾脆弱性的形成过程是伴随资源开发过程并与畜牧业经济和社会发展同步发展的,是从脆弱性的角度揭示了雪灾发生的规律及其形成机制。3内蒙古牲畜的雪灾脆弱性3.1适应性较强的区域根据上述模型对内蒙古主要牧区分旗县进行脆弱性评价,评价结果(表4、图1)表明:敏感性较强区域1990年主要分布在锡林郭勒高原牧业区西部以及乌兰察布高原牧业区一带;2000年除以上区域外,锡林郭勒高原牧业区中东部及大兴安岭南段山地丘陵农牧林区阿鲁克尔沁等地区。适应性较强的区域1990年主要分布在燕山北部丘陵山地农林区的翁牛特旗、敖汉旗及科尔沁沙地农牧林区一带;2000年大部分牧区适应性都有所增强,高值区基本上同1990年。综合以上两个因素,脆弱性高值区1990年分布在锡林郭勒高原牧业区西南部,次高值区分布在乌兰察布高原牧业区;2000年高值区分布在锡林郭勒高原牧业区东北部,次高值区在通辽偏北部一带。3.2内蒙古草原雪灾脆弱性动态变化内蒙古牧区雪灾脆弱性存在明显的地域差异,其主要表现及原因为:第一,中西部典型草原区降水变率大,草场退化严重,而且牧草高度低,遇大雪易被积雪覆盖,故中西部典型草原雪灾脆弱性较东部草甸草原强。第二,北部草原牧区雪灾脆弱性较南部农牧交错区更强,南部农牧交错区虽然普遍超载过牧、草场退化严重,但20世纪90年代后一般都有较好的棚圈设备,冬春有贮草和农作物秸杆,有饲料贴喂瘦弱牲畜,是舍饲兼放牧畜牧业,雪灾对畜牧业危害不大,畜牧业生产比较稳定,对雪灾的适应性较强,脆弱性不是很大。而北部牧区大多为纯牧业区,在20世纪90年代仍基本处于靠天养畜的局面,受自然条件影响很大,如果草地建设及基础设施再跟不上,则适应性非常差,遇雪即成灾。第三,各旗县之间的雪灾脆弱性也存在较大差别,这主要反映了它们在畜群结构、周转模式、种草及贮草养畜、划区轮牧等生产方式上的差异。内蒙古牧区雪灾脆弱性动态变化过程分析表明,与1990年相比,2000年敏感性提高的旗县增多;大部分旗县适应性都有所增强,而且高值区基本上仍处在农牧交错带;雪灾脆弱性高值区、次高值区都呈增加趋势(图1)。值得注意的是,近10a来,虽然雪灾适应性增强的旗县增多,但敏感性升高的旗县也在增多,而且增加幅度大于前者,所以脆弱性提高的旗县呈增加趋势。3.3ndvi距平百分率与风速比降内蒙古牧区雪灾脆弱性增强的主要原因有草地季节性干旱、北方干旱化以及草场超载过牧、退化加剧,本文主要分析草地季节性干旱对脆弱性的影响。冬春季降雪能否成灾与牧草生长季干旱有密切关系,后者是雪灾成害的一个重要潜伏因素。如2000年冬季,内蒙古中东部地区19个旗县发生严重雪灾,其中,地处中部的锡林郭勒盟雪灾最为严重,数以万计的牲畜的生存受到威胁,从降雪量来看,1990年与2000年冬春季降雪量基本相同,由于1990年春夏雨水充沛,秋冬打贮草丰富,所以牲畜死亡数远远低于2000年;而2000年夏天,锡林郭勒盟牧区出现的旱灾是历史上有记载中最为严重的,这期间有12个旗、县市的11.5万农牧户、46.4万人、近1500头只牲畜(占牲畜总数的80%以上)、1.52万hm2的草牧场(占全盟可利用草场面积的80%以上)遭受旱灾,大部分天然草场减产7成以上,严重的旱情使得牧草长势低矮稀疏,在与1990年降雪量基本相同的情况下,由于牧草长势差,导致雪灾灾情加大。本文