潘東華 ，賈慧聰，賀原惠子，尹圓圓，張萬昌

(1.民政部國家減災中心，北京 100124；2.中國科學院遙感與數字地球研究所 中科院數字地球重點實驗室，北京 100094；3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

不同時空尺度旱災風險評價數字平臺的建設*

潘東華1，賈慧聰2﹡，賀原惠子2，尹圓圓3，張萬昌2

(1.民政部國家減災中心，北京 100124；2.中國科學院遙感與數字地球研究所 中科院數字地球重點實驗室，北京 100094；3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

首先以降水量為主要致災因子，結合我國的干旱分區(qū)和主要農業(yè)類型，構建了干旱區(qū)-旱地農業(yè)、半干旱區(qū)-農牧交錯雨養(yǎng)農業(yè)、半濕潤區(qū)-黃淮海平原灌溉農業(yè)、濕潤區(qū)-湖南水田農業(yè)的匹配關系。在此基礎上，借助于地理信息系統、數據庫管理技術和網絡技術等，擬搭建全球-國家-區(qū)域不同尺度的旱災基礎數據平臺。基于災害系統理論和風險評價理論，針對三個典型區(qū)，構建了橫向以災害系統的組成：致災因子-孕災環(huán)境-承災體-災情，縱向以不同的評價單元：縣域-鄉(xiāng)鎮(zhèn)-農戶-地塊等多級尺度多種類型的農業(yè)旱災風險評價指標體系。

農業(yè)旱災；風險評價；時空尺度；數字平臺；中國

干旱是一個長期存在的世界性難題，全球干旱區(qū)的總面積為61.5億hm2，占世界陸地面積的41%。主要分布在亞洲、非洲大部、澳大利亞大部、北美西部和南美西部地區(qū)[1-2]。旱災是世界上影響面最廣、造成農業(yè)損失最大的自然災害類型[3-4]。從世界銀行組織編制的國家尺度的高風險地圖(Risk Hotspot)可以看出，廣大不發(fā)達地區(qū)仍然是因旱造成人口受災和經濟損失的高風險區(qū)域[5]，諸如非洲、中美洲、以及亞洲大部地區(qū)[5]。中國作為世界上人口最多的農業(yè)大國，受季風和地形的影響，旱災對農業(yè)生產影響巨大。根據中國旱災報刊數據庫統計，全國旱災頻次>30%的高值縣域有225個，約占全國總縣數的9.5%；旱災頻次>20%的縣域有1 024個，約占全國總縣數的43%[6-8]。可知，中國處于旱災高風險區(qū)域。

全球環(huán)境變化所產生的強度更強、持續(xù)時間更長的干旱，導致區(qū)域性旱災風險增加。近50年來，在全球變暖和北方干旱化的背景下，中國受旱面積和受旱成災面積呈上升趨勢，全國有77.4%的省區(qū)旱災風險增加[9-10]。近年來，我國的干旱災害在發(fā)生的頻率和強度上都有明顯加劇的態(tài)勢，農業(yè)缺水壓力日益加劇。2001年初發(fā)生1949年10月新中國建國以來的首次全國性干旱，東北西部、華北大部、西北東部、西南東部、黃淮及長江中下游地區(qū)旱情極為嚴重，受害范圍廣，受害程度重，旱災損失巨大；2003 年發(fā)生的旱災主要集中在江南大部、東部沿海和西南地區(qū)，農作物受旱特別嚴重；2010 年年初西南五省發(fā)生了百年不遇的特大旱災，其中云南大部、貴州西南部和廣西西北部的旱情非常嚴重，達到了特大干旱級別[11]，2013 年我國南方地區(qū)夏季高溫伏旱、2015年遼寧遭遇64 年來最嚴重旱情[12]。研究我國農業(yè)旱災的風險性，對農業(yè)可持續(xù)發(fā)展及糧食安全具有重大現實意義。

旱災風險評價的中心問題之一就是尺度問題，研究成果只有落實到具體的地域或空間，才便于指導減災實踐。不同時空尺度的干旱對農業(yè)系統的影響具有差異性。因此，建立不同時空尺度的農業(yè)旱災風險評價數據平臺是進行旱災風險評價的重要支撐和基礎。

1 數字平臺搭建的理論基礎

1.1 旱災風險的空間差異性

旱災風險評價的首要問題是評價單元的選取，即空間尺度問題[13]。隨著空間的變化，旱災系統的類型和結構會發(fā)生相應的變化，干旱的表現和衡量指標也不同。同時，在不同的空間范圍，由于人類活動和土地利用方式的差異，旱災災情也會有不同的表現。旱災風險的評估必須結合下墊面的自然地理情況和社會經濟情況才能進行比較精準的評估[14-16]。

基于不同的研究目標和具體對象，空間尺度有所不同。農業(yè)旱災存在于農戶、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣域、國家等不同等級的社會地域空間。不同等級社會空間的農業(yè)旱災系統具有自上而下的兼容性和自下而上的累積性。旱災損失風險是針對具體的受災區(qū)域而言的，受災區(qū)域的選擇對評價方法和評價結果有重大影響，致災強度、脆弱性和損失的風險會因受災對象選擇的范圍不同而存在明顯的差別。例如：在國家尺度上，我國降水地區(qū)性差異大，水分分布不均勻，以年降水量250 mm、400 mm、800 mm、1 600 mm為干濕分界線，從東南向西北依次形成濕潤、半濕潤、半干旱、干旱四種不同的干濕地區(qū)[17]。在區(qū)域尺度上，可以自然降水量距平百分率來表征降水量較氣候平均狀況的偏少程度，反映各地區(qū)的農業(yè)干旱等級。在地方尺度(縣、鄉(xiāng)、村)上，隨著水源與地貌條件、土地利用結構、作物種植結構、地方經濟結構和經濟水平的不同，農業(yè)旱災風險也隨之變化。在農戶尺度上，人均占有耕地資源的數量和質量、人均收入水平和收入構成就成為農業(yè)旱災風險最主要的影響指標。

1.2 旱災風險的時間差異性

旱災風險是隨時間動態(tài)變化的，是漸進性的一個過程。旱災的災情是致災因子(干旱)、孕災環(huán)境、承災體等相互作用的結果[18]，而致災因子、孕災環(huán)境和承災體等三要素是在變化的。如全球增溫變暖導致干旱化加?。凰亮魇购禐某潭燃觿。怀袨捏w方面如由于土地利用和種植結構的發(fā)展導致農業(yè)用地變化，但同時抗災能力的提高，都會導致旱災風險發(fā)生不同程度的變化。

不同時間尺度可以構成不同層面的干旱風險。有些指標只在小時間范圍內有效，而有些指標適用的空間尺度大。有的區(qū)域在長時間尺度內受旱影響較平穩(wěn)，而在短時間尺度內就有較大風險。例如由降水量距平百分率劃分的干旱等級可以表征某一區(qū)域年際、年內、月、季、旬的干旱風險，而各地區(qū)的土地利用方式、農業(yè)耕作方式不同，導致農業(yè)干旱可以發(fā)生在作物生長期的任何階段，半干旱區(qū)-農牧交錯雨養(yǎng)農業(yè)的典型區(qū)—內蒙興和縣雖然年降水量達到400 mm以上，但是降水變率大，極易發(fā)生春旱[19]。半濕潤區(qū)-黃淮海平原灌溉農業(yè)的典型區(qū)—河北省邢臺縣十年九旱，而春旱(3-5月)影響冬小麥返青和作物春播，干旱風險最大[20]。濕潤區(qū)-湖南水田農業(yè)的典型區(qū)—湖南省鼎城市降水量總體呈上升趨勢，但年內差異很大，降水在時間的分配不均使干旱對不同生育期內各類水稻的威脅程度不同，夏秋旱(5-10月)主要表現在對中稻和晚稻的干旱風險[21]。

2 數字平臺的構建設想

不同時間尺度的干旱變化形成了不同尺度的干旱期，生物和人類對長期干旱和濕潤的適應性形成了干旱區(qū)、半干旱區(qū)、半濕潤區(qū)和濕潤區(qū)的空間格局，從而形成了一些獨特的自然景觀和農業(yè)系統。數字平臺的構建設想擬以降水量為主要致災因子，把我國進行干旱分區(qū)，再結合我國的主要農業(yè)類型，構建干旱區(qū)-旱地農業(yè)(新疆庫車)、半干旱區(qū)-農牧交錯雨養(yǎng)農業(yè)、半濕潤區(qū)-黃淮海平原灌溉農業(yè)、濕潤區(qū)-湖南水田農業(yè)的匹配關系。在此基礎上，借助于地理信息系統、數據庫管理技術和網絡技術等，搭建全球-國家-區(qū)域不同尺度的旱災基礎數據平臺。

基于災害系統理論和風險評價理論，針對河北、內蒙古和湖南三個典型區(qū)，構建了橫向以災害系統的組成：致災因子-孕災環(huán)境-承災體-災情?？v向以不同的評價單元：縣域-農戶-田間作物等多級尺度多種類型的農業(yè)旱災風險評價指標體系。例如基于致災因子危險性的角度，在縣域尺度上，主要指標有：地表水資源量、人均土地資源數量和質量、灌溉難易程度等。在農戶尺度上，主要指標有：人均收入水平、非農收入比例、收入來源多樣性等。在田間作物尺度上，主要指標有：土地利用結構、土地覆蓋狀況、作物種植結構等(圖1-圖3)。

圖1 田間作物尺度的旱災風險評價數字平臺構建框架(河北邢臺小麥為例)

圖2 農戶單元尺度的旱災風險評價數字平臺構建框架(內蒙古興和為例)

圖3 縣級單元尺度的旱災風險評價數字平臺構建(湖南常德為例)

4 結論與討論

(1)以降水量為主要致災因子，結合我國的干旱分區(qū)和主要農業(yè)類型，構建了干旱區(qū)-旱地農業(yè)、半干旱區(qū)-農牧交錯雨養(yǎng)農業(yè)、半濕潤區(qū)-黃淮海平原灌溉農業(yè)、濕潤區(qū)-湖南水田農業(yè)的匹配關系。在此基礎上，借助于地理信息系統、數據庫管理技術和網絡技術等，可搭建全球-國家-區(qū)域不同尺度的旱災基礎數據平臺。

(2)基于災害系統理論和風險評價理論，針對三個典型區(qū)，構建了橫向以災害系統的組成：致災因子-孕災環(huán)境-承災體-災情，縱向以不同的評價單元：縣域-鄉(xiāng)鎮(zhèn)-農戶-地塊等多級尺度多種類型的農業(yè)旱災風險評價指標體系。指標體系的構建指導了旱災風險評價數據庫的建設，從而為不同空間尺度的旱災風險評價提供了基礎數據平臺。

(3)國內的農業(yè)風險分析大多僅聚焦在空間維度或者時間維度的風險分析，而農業(yè)旱災風險實際上是這兩種風險的綜合。本文的目標是希望通過對農業(yè)旱災風險分析理論與方法的探索，嘗試建立一種系統完整的基于時空維度的農業(yè)旱災風險分析模式。

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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

潘東華 ，賈慧聰 ，賀原惠子，等.不同時空尺度旱災風險評價數字平臺的建設[J].災害學，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

國家自然科學基金項目(41471428；41671505)；國家重點研發(fā)計劃資助(2016YFA0602302；2016YFB0502502)；中國氣象局蘭州干旱氣象研究所資助項目(IAM201609)

潘東華(1981-)，男，漢族，江蘇丹陽人，博士，副研究員，主要從事災害損失評估與風險管理研究.

E-mail: pandonghua@ndrcc.gov.cn

賈慧聰(1981-)，女，漢族，山東聊城人，博士，副研究員，主要從事GIS&RS在自然災害風險分析中的應用研究.

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