環塔里木盆地大風災害的等級劃分和時空變化特征

郝雷，阿地里江·玉蘇甫江

摘要 以1980—2019年塔里木盆地周邊42個縣（市）大風災害的出現次數、死亡人數、倒塌房屋數、倒塌棚圈數、牲畜死亡數、受災面積為評價因子，采用比值權重法和無量綱化線性求和方法構建縣（市）和年大風災損指數（Z）。基于構建出的災損指數，結合概率分布密度函數，確定大風災害等級閾值，對災害進行客觀、定量的危害性輕重等級劃分。結果表明：災害年出現頻次越高則災情越嚴重。

關鍵詞 塔里木盆地;大風災害;災損指數;等級劃分;空間分布;時間變化

中圖分類號：P425.61 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）03–0072–03

大風災害（簡稱風災）是新疆環塔里木盆地主要的自然災害之一，它會毀壞農作物、地面設施和建筑物，影響交通物流、工農業，危害極大，已經成為災害研究的熱點。新疆環塔里木盆地由于特殊的干旱少雨、下墊面條件，大風災害頻繁發生[1]。1999年5月11日喀什地區出現的大風災害，導致全地區棉花、小麥、果樹等受災429.5 km2，162只羊死亡，房屋倒塌56間，直接經濟損失達6 908萬元。頻繁的風災使得原本經濟落后的環塔里木盆地區域雪上加霜，因此研究塔里木盆地周邊區域大風災害的危險等級劃分和時空演變趨勢勢在必行，它不但有助于提高塔里木盆地區域風災防御能力，而且可以提高其社會經濟和生態環境的發展水平，并且對新疆的長治久安意義重大。

對于大風災害危害度評價模型的建立，學者多單獨研究災害次數，較少結合承災體脆弱性或致災因子進行綜合分析[2-4]。因此，基于1980—2019年新疆塔里木盆地周邊42個縣（市）大風災害的出現次數和5個承災體影響因子數據，構建縣（市）、年的大風災損指數，對塔里木盆地區域的大風災害危害程度進行等級劃分和時空分布特征分析，希望能為塔里木盆地區域防災減災工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

塔里木盆地位于新疆的南部，面積約40萬 km2，屬于溫帶大陸性氣候，大風災害是該地區最主要的自然災害。由于該地區特殊的干旱少雨、下墊面條件，使得區域內經常發生大風天氣，并造成嚴重的災害損失，嚴重阻礙當地經濟社會的發展。塔里木盆地行政區域涵蓋巴音郭楞蒙古自治州（簡稱巴州）、阿克蘇地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州（簡稱克州）、喀什地區與和田地區5個地州42個縣（市），區域內石油和天然氣儲量非常豐富，也是中國重要的產棉區和林果業基地。

1.2 數據資料

依據新疆民政廳收錄的大風災情資料，整理得到1980—2019年塔里木盆地周邊42個縣（市）包括出現時間（年、月、日）、出現地點、死亡人數（人）、倒塌房屋數量（間）、倒塌棚圈數（座）、牲畜死亡數量（頭）、農作物受災面積（hm2）的災情記錄1 118條。若某次某縣（市）區域內出現1次大風災害，則該縣（市）大風災害出現次數記為1。

2 研究方法

用于表達大風災害的災情要素包括6個，分別為出現次數（次）、死亡人數（人）、倒塌房屋（間）、倒塌棚圈（座）、死亡牲畜（頭）、受災面積（hm2），為了便于比較各縣（市）（各年）大風災害的強度，需要構建能夠綜合表達大風災害6個災情要素的災損指數（Zi）。在Zi的構建中，通過比值法確定每個災情要素的權重，基于災情要素權重采用無量綱化線性求和的方法得到Z。

設有m個災情要素，每個災情要素由個樣本組成，這樣可得到大風災害災情要素評價矩陣Xn×m。則大風災害災損指數Zi的計算公式定義如下：

Zi=a1+a2+a3+a4+a5

+a6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中i=1，2，…，n;a1，a2，…，a6分別代表6個災情要素的權重，X1，X2，…，X6分別代表6個災情要素的平均值。第j個災情要素的權重aj的計算公式定義如下：

aj={Xi，j /Xja}/B? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式（2）中Xja為第j個災情要素的最大值，Xi，j /Xja代表第j個災情要素無

量綱化的累計值，B=Xi，j /Xja代表

m個災情要素無量綱化的總和。

對于空間區劃，n代表縣（市）數（n=42），為某縣（市）每個災情要素1980—2019年累計值。對于年際變化，n代表年數（n=40年），X為某年某個災情要素的累計值。

利用1980—2019年塔里木盆地周邊各縣（市）某個災情要素的40年累計值，某年某個災情要素的42個縣（市）累計值，依據比值方法計算得縣（市）和年對應的6個災情要素的權重、平均值、最大值。

3 結果與分析

3.1 災害指數的概率分布和危害性等級閾值的確定

采用概率分布密度的直方圖法和假設檢驗法，先確定縣（市）和年災損指數Z的概率密度函數，再確定縣（市）和年Z不同等級的閾值，進而劃分縣（市）和年風災的危害性等級。

基于縣（市）和年災損指數樣本序列，采用概率分布密度的圖解法，取分組數10得到縣（市）和年災損指數直方圖（圖1），直方圖顯示災損指數近似服從伽瑪分布。縣（市）（年）災損指數的平均值μ=1（1），方差σ2=0.4419（1.3448），由μ=α0β0，σ2=α0β02關系式計算得到縣（市）、年的伽瑪分布的參數α=2.2630（0.7436），β=0.4419（1.3448）。

根據文獻[1]的檢驗方法計算得到縣（市）（年）的統計量V=1.97（8.83），取α=0.01，查x2分布表得到臨界值λ=18.48。因V<λ，認為縣（市）、年的災損指數Z服從伽瑪分布，縣（市）、年的概率密度函數均可用伽瑪分布函數表達，具體表達式：

f（Z）=Zα-1e-Z/B? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

由伽瑪分布函數的概率可確定縣（市）、年的災損指數分位點Zp值，根據分布函數的概率和對應的災損指數閾值，表1給出縣（市）、年的大風災害危害性等級劃分標準。

3.2 大風災害的空間分布

通過研究6個大風災情要素和綜合災損指數的空間分布，找出不同地區之間的空間分布差異，先確定不同災情要素在不同地區的表現差異，再綜合判斷受災嚴重的地區，為今后進一步研究和防災減災提供指導意見。

1980—2019年塔里木盆地大風災害累計出現1 118次，出現次數空間分布差異明顯，盆地西部和北部邊緣多于南部邊緣，主要集中在阿克蘇地區、喀什地區、和田地區。累計出現次數最多的地區是喀什地區，最多的縣（市）是阿克蘇市;平均出現次數最多的地區是阿克蘇地區。

塔里木盆地大風災害其他5個災情要素也呈現出不同的空間分布差異。累計死亡人數最多的地區是和田地區，最多的縣（市）是墨玉縣;平均死亡人數最多的地區是和田地區。累計倒塌房屋最多的地區是阿克蘇地區，最多的縣（市）是沙雅縣;平均倒塌房屋最多的地區也是阿克蘇地區。累計倒塌棚圈最多的地區是和田地區，最多的縣（市）是洛浦縣;平均倒塌棚圈最多的地區是和田地區。累計死亡牲畜最多的地區是阿克蘇地區，最多的縣（市）是和靜縣;平均死亡牲畜最多的地區是阿克蘇地區。累計受災面積最大的地區是阿克蘇地區，最大的縣（市）是阿克蘇市;平均受災面積最大的地區仍然是阿克蘇地區。

從塔里木盆地大風災害危害程度的空間分布來看（圖2），盆地北部邊緣出現的大風災害比西部和南部邊緣嚴重。特重風災發生最多的地區是阿克蘇地區，在所有縣（市）中受災最嚴重的是沙雅縣;嚴重風災發生最多的地區是巴州，在受災嚴重的縣（市）中墨玉縣受災最重;較重風災發生最多的地區是阿克蘇地區，一般風災發生最多的地區是喀什地區。阿克蘇地區（1.73）平均災損指數最高，其次是和田地區（1.08）、巴州（0.86）、喀什地區（0.63）、克州（0.61）。以阿克蘇地區與和田地區為2個強中心，大風災害的嚴重程度向東西2個方向逐漸遞減。

3.3 大風災害的時間變化

研究塔里木盆地6個大風災情要素的逐月變化和災損指數的逐年分布，找到每個災情要素的季節分布差異和地區之間季節分布差異，以及大風災害季節變化規律和長期變化趨勢。

3.3.1 季節變化 塔里木盆地每個季節都會發生大風災害，6個災情要素隨著季節的變化，差異性非常明顯（圖3）。災害出現次數、死亡牲畜和倒塌房屋都呈相似的單峰形態分布，其中4月最高，5月次之。而死亡人數和受災面積也呈相似的單峰形態分布，其中5月最高， 4月次之。倒塌棚圈則呈現雙峰形態分布，高峰在4月，次高峰在6月。6個災情要素高值集中在4—5月，其中4月除了死亡牲畜數量是巴州最高以外，阿克蘇其他5個災情要素均為各地區最高值。

3.3.2 年際變化 塔里木盆地近40年大風災害總體不嚴重，特重和嚴重災年只占總體的15%，但是災害總體近40年呈逐漸變嚴重的趨勢（R2=0.07），且呈現出3個有明顯變化差異的階段，且前2個階段均以特重災年收尾。第一階段是1980—1986年（R2=0.46），階段末1986年的極端增強期，災害嚴重程度為近40年歷史極值;第二階段是1987—2001年（R2=0.6），在階段末1999年、2001年又發生了2次極端性大風災害;第三階段從2002開始，增強趨勢很顯著（R2=0.42）。對于3次特重災年，災害貢獻最大的地區都是阿克蘇地區，特重災害年的次年災情均不嚴重。近40年災害出現頻次越高則災害危害程度越高（R2=0.71）。

4 結論

（1）依據新疆塔里木盆地大風災害事件的出現次數、死亡人數、倒塌房屋數、倒塌棚圈數、牲畜死亡數和作物受災面積6個災情要素資料，運用比值權重法和無量綱化線性求和計算，構建了大風災害事件災損指數（Zi），并計算各縣災損指數（Zs）和各年災損指數（Zk），并根據分布函數的概率及其對應的災損指數閾值，將縣（市）、年的災害危害性等級劃分為一般、較重、嚴重、特重4個等級。

（2）新疆塔里木盆地大風災害呈現顯著的時空差異性，主要表現為：盆地西部和北部邊緣的災害頻次高于南部邊緣，但是盆地北部邊緣出現的災害要比西部和南部邊緣更加嚴重，災害主要集中出現在阿克蘇地區、喀什地區與和田地區。累計出現次數最多的地區是喀什地區，最多的縣（市）是阿克蘇市;平均出現次數最多的地區是阿克蘇地區。阿克蘇地區是受災最嚴重的地區，沙雅縣是受災最嚴重的縣（市）。阿克蘇地區倒塌房屋、死亡牲畜最多，以及受災面積最大，而和田地區死亡人數和倒塌棚圈最多。大風災害集中發生在春夏季，4—5月是高發、重發期。災害出現次數、死亡牲畜和倒塌房屋4月最高，5月次之;死亡人數和受災面積是5月最高，4月次之;倒塌棚圈是4月最高，6月次之;高值集中在4—6月。

（3）塔里木盆地近40年大風災害總體不太嚴重，但是災害總體近40年呈逐漸變嚴重的趨勢（R2=0.07），且呈現出3個有明顯變化差異的階段，且前兩個階段均以特重災年收尾。第3個階段從2002—2019的18年間尚未出現極端性增強期，也從側面反映了自2002年以來新疆加強防災減災能力建設后，塔里木盆地防范大風災害能力得到提升。

參考文獻

[1] 李新華.影響新疆南部地區環境變化的因素分析[J]干旱區研究，2012，29（3）： 534-540.

[2] 李蘭，周月華，陳波.湖北省大風災害及其風險度[J].氣象科技，2009，37（2）：205-208.

[3] 繆霄龍，繆啟龍，宋健，等.杭州地區雷雨大風災害風險區劃[J].氣象與減災研究，2012，35（3）：45-50.

[4] 孫霞，陳小雷，俞海洋，等.河北省大風災害及其危險性區劃分析[J].中國農學通報，2016，32（1）：183-187.

責任編輯：黃艷飛

Classification of Gale Disa-sters， and Its Temporal and Spatial Changes in the Tarim Basin

HAO Lei et al（Xinjiang Weather Modification Office， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract Taking the number of occurr-ences， deaths， collapsed houses， collapsed sheds， livestock deaths， and disaster-affected areas in 42 counties （cities） around the Tarim Basin from 1980 to 2019 as the evaluation factors， the ratio weight method and non-dimensionalization were used. The linear summation method constructed the county （city） and annual gale damage index （Z）. Based on the constructed disaster loss index， combined with the probability distribution density function， the threshold value of the gale disaster level was determined， and the hazard level of the disaster was objectively and quantitatively classified. The results showed that the higher the frequency of disaster years， the more serious the disaster.

Key words Tarim basin; Gale disaster; disaster loss index; Grade division; Spatial distribution; Time variation