1.2.2 气象灾害风险评估

1．气象灾害风险的概念

风险的概念应用于自然灾害研究中，指的是灾害活动及其对人类生命财产破坏的可能。以往研究对灾害风险的理解也各有不同。杜鹏等在对农业气象灾害风险的研究中，认为农业气象灾害风险是由气象原因导致的农业的预期收获与实际收获之间的差异，可以使用方差及概率密度的方法加以描述。也有人把灾害风险理解为事件发生状态超过（或小于）某一临界状态而形成灾害事件的可能性，常用超越概率来表示。从灾害发生的机理来定义灾害风险，灾害的发生是致灾因子与承灾体相互作用的结果，因此，把灾害风险定义为

灾害风险=危险性+脆弱性

其中，危险性是指灾害发生的可能性，实际上是其发生的概率；而脆弱性是承灾体的易损度。

气象灾害风险是指气象因素作为致灾因子可能造成的损失。由于灾害的连锁反应机制，气象灾害常常诱发次生灾害，形成灾害链和灾害网。因此，气象灾害风险也具有连锁效应，形成气象灾害综合风险链。

2．自然灾害风险评估发展

风险评估始于18世纪40年代，是在概率和数理统计等应用数学发展的基础上逐渐形成的理论体系。1933年，美国为了推进田纳西河流域的综合开发治理，开展了一项非常重要的工作——风险分析，研究了洪水灾害风险分析和评价的理论与方法，开创了自然灾害风险评价先例。风险评估作为一门正式的学科是在20世纪40—50年代伴随着核工业的发展而兴起的。最初的自然灾害风险评价比较重视自然灾害发生的可能性，后来逐步与社会、经济特性结合起来，不断推动自然灾害风险评估研究的深入。

K. Aplan和Carrick（1981）认为，风险是一个三联体的完备集，风险管理中有三个经典问题需要回答。这三个问题奠定了定量风险分析的基础，分别是：

（1）有什么危机？

（2）危机发生的概率是多少？

（3）危机造成的后果是什么？

Haimes（1991）为了完成风险分析的基本任务，提出了另外三个经典问题，分别是：

（1）风险管理能够做什么，选择哪个策略更有效？

（2）根据成本、效益和风险的权衡，应该选择什么策略？

（3）当前这种策略对未来的影响是什么？

自然灾害风险评估是指对风险区遭受自然灾害的可能性，以及可能造成的后果进行定量分析和评估。

国内自然灾害风险评估研究较多。史培军提出了灾害系统论，认为孕灾环境（E）、致灾因子（H）、承灾体（S）复合组成了自然灾害系统（D）的结构体系（DS），灾情是它们相互作用的结果：

DS=f（E, H, S）

广义灾害风险评估模型为

式中，Si——第i种灾害的可能性分布；

Pr（Si）——第i种致灾因子发生概率；

P0（Pr（Si））——Pr（Si）的可能性分布；

Xi——第i种灾害造成的损失；

P0（Xi）——第i种灾害的可能性分布。

狭义灾害风险评估模型为

R=PC

也就是，一定发生概率的自然致灾因子与其所造成的后果的乘积。

大样本条件下的灾害风险评估模型为

式中，E（D）——灾害损失期望值；

P（d）——灾害损失（d）的概率分布；

P（D≥d）——灾害损失超越概率分布。

周寅康初步探讨了灾害风险评估的主要内容和步骤。①自然灾害研究，某区域一定时段内特定强度自然灾害发生的概率或重现期。②风险区确定，某区域内可能遭受自然灾害的连片范围，即最大强度自然灾害可能发生的受灾范围。③风险区特性评价，包括风险区内主要建筑物、建筑物以外的其他固定设备和建筑物内部财产风险区的人口数量、分布、经济发展水平等。④风险区承受能力评估，包括：风险区内风险财产的抗灾性能，风险区灾前的预防措施，灾期的抗灾救灾能力，灾后的恢复能力，保险等。⑤可能损失评估，风险区一定时段内可能发生的一系列不同强度自然灾害给风险区造成的可能后果，即可能遭受的实际损失，包括直接损失、人员伤亡损失、间接损失。⑥风险等级划分，根据上述研究，计算风险区在一定强度自然灾害发生时可能遭受的实际损失，初步划分风险等级，而后根据风险区的经济发展水平、防灾抗灾措施、应急响应能力等修正并确定风险等级，绘制风险区自然灾害划分图。

黄崇福等利用模糊方法提出了城市灾害风险评估的两级模型，并对城市地震灾害的风险评估进行了研究；随后提出自然灾害风险评估的基本原理：由各灾种的专家提供给定区域内自然致灾因子发生时、空、强的可能性数值，由防灾减灾工程师依据致灾因子强度，提供人类社会系统各种破坏的可能性数值，由经济学家和社会学家依据破坏程度，推测各种损失的可能性数值，最后由自然灾害风险分析人员将三个环节的可能性数值组合起来，给出损失风险。

孙绍骋提出了自然灾害风险评估应该将致灾因子危险性评估与预期灾害损失评估相结合，自然灾害风险评估在致灾因子强度和频率估算、承灾体抗灾性能评价、价值估算基础上，划分风险等级，绘制风险分布图等。

3．气象灾害风险评估内容与过程

1）气象灾害风险评估考虑的因素

（1）气象灾害是天、地、人综合作用的产物。马宗晋等于1991年提出的自然灾害系统包括气象、海洋、生物、地质、人类、地球系统组成的综合系统。Mileti认为灾害系统是由地球物理系统E（大气圈、岩石圈、水圈、生物圈）、人类系统H（人口、文化、技术、社会阶层、经济、政治）与结构系统C（建筑物、道路、桥梁、公共基础设施、房屋）共同组成的，灾情是灾害系统各要素相互作用的结果。王劲峰则将灾害系统划分为两部分：实体与过程。实体就是致灾因子和承灾体，过程是指自然过程、社会行为过程和成灾过程。史培军认为，灾害（D）是地球表层孕灾环境（E）、致灾因子（H）、承灾体（S）综合作用的产物。H是灾害产生的充分条件，S是放大或缩小灾害的必要条件，E是影响H和S的背景条件。任何一个特定地区的灾害，都是H、E综合作用的结果。

进行气象灾害风险评估之前，首先要明确气象灾害是天、地、人综合作用的产物，气象灾害风险评估不仅要考虑致灾因子，也就是灾害性天气、气候事件的风险分析，而且要考虑孕灾环境，以及承灾体的易损性和价值分析。

（2）气象灾害呈现多灾并发的特点。一次灾害性天气、气候事件通常包括多个致灾因子。例如，台风过程可能出现大风和暴雨两种致灾因子，低温引发寒潮、冰冻、雪灾等多种致灾因子。

（3）常诱发次生灾害。气象灾害与次生灾害呈链式作用，如台风—暴雨灾害链、干旱灾害链、寒潮—大风灾害链、地震灾害链等。

由于气象灾害的连锁反应机制，形成灾害链和灾害网。同样，气象灾害风险也具有连锁效应，气象灾害导致的一系列灾害风险事件之间可以构成气象灾害风险链。因此，进行气象灾害风险评估必须考虑综合风险。我国2008年的南方严重冰灾，就是由于低温雨雪冰冻灾害形成的灾害链导致了灾情的加剧。

2）气象灾害风险评估内容和步骤

基于气象灾害成灾的一般过程（见图1-2），气象灾害风险评估的内容和步骤主要包括以下几个方面。

（1）致灾因子风险分析。这个阶段包括两方面内容：①致灾因子分析（风险识别），确定气象灾害的致灾因子，建立因果关系；②致灾因子危险度分析，确定致灾因子的发生概率，即确定相关区域一定时段内特定强度的某种气象灾害事件的发生概率。

在给定的区域，对特定的承灾体来说，当气象要素也就是致灾因子（如温、水、风等）超过或低于一定阈值时才能造成伤亡或者损坏。气象灾害的致灾因子主要包括暴雨、雷电、冰雹、大风、台风、高温、干旱、低温冷害、冰冻、暴雪等。每类气象灾害的致灾因子造成的风险后果不尽一致。例如，暴雨可能引发洪水、山洪、地质灾害，造成房屋损坏、人员伤亡、农田淹没等灾害后果；雷电引发电子设备损坏、森林火灾、人员伤亡等；冰雹砸坏农作物、车辆、房屋，砸伤人畜等；大风吹毁房屋、户外广告牌、高速行驶的汽车、火车等。

致灾因子风险分析有两种方法：一种方法是根据历史气象灾害资料进行统计分析，确定相关区域一定时段内特定强度的某种气象灾害事件的发生概率或重现期；另一种方法是依据天气、气候预报预测结果确定相关区域一定时段内特定强度的某种气象灾害事件的发生概率。

气象灾害致灾因子风险分析，也是狭义的灾害风险评估。此时是对致灾因子造成的风险进行评估，即假定承载体的脆弱性与恢复力在一定时间内是相对不变的，仅评估不同水平致灾因子发生的可能性及其造成的损失。通过气象灾害致灾因子风险分析，编制气象灾害分布图，绘制灾害“频率—强度分布曲线”“频率—强度累积曲线”“灾情分布曲线”与“致灾强度—灾情曲线”等。

（2）抗灾能力分析，也称风险暴露分析，分析人类社会、经济系统对致灾因子的敏感程度。基于气象灾害影响的区域，以及该区域内的主要建筑、设施、财产、人口、经济发展水平等不同对象的抗灾性能和易损程度，结合灾前预防预报措施、灾期抗灾救灾能力等因素建立承灾体易损矩阵。

（3）灾害损失分析。灾害损失分析是以价值模型为分析基础的。价值模型是指确定风险区内不同承灾体的价值，以及价值的计算方法。通过建立灾区的价值模型，结合灾害模型及不同承灾体抗灾性能，可以估算灾害风险区可能遭受的经济损失及人员伤亡情况。

（4）风险评估。根据气象灾害致灾因子风险分析、抗灾能力分析、灾害损失分析等确定风险大小。

（5）风险评价。风险评价与风险评估存在一定的区别。风险评估从科学的角度分析风险发生的概率，以及造成损失的可能性和严重程度。风险评估主要由自然和技术方面的专家运用评估技术对风险引起物质方面的损害进行科学评估。风险评价则是在风险评估结果的基础上，考虑社会因素、风险感知因素等，评估灾害对不同利益相关者的影响。风险评价是由社会科学家和经济学家识别和分析个人或作为一个整体的社会与某种风险相联系的问题的评价过程。例如，在英国财政部发布的一个有关风险管理的文件中，风险评价程序包括风险评估、直接输入公众感知数据和社会利害关系评估。

（6）气象灾害风险等级划分。根据气象灾害风险区风险损失的大小划分风险等级，并在此基础上确定不同风险等级的空间分布状况，绘制气象灾害风险图。

4．气象灾害风险评估方法

气象灾害风险评估最基本的方法是概率风险分析。随着灾害研究的不断深入，以及各种新技术（如深度学习、大数据、云计算、遥感、GIS等）的发展与应用，灾害风险评估的方法不断改进，并由定性分析逐步走向定量评价。气象灾害风险评估可以借鉴这些方法。下面汇总了可以用于气象灾害风险评估的主要方法。

1）概率分析法

主要根据历史资料，应用数理统计方法计算气象灾害发生的频率和强度。例如，在工程设计中，一般都需要考虑一些气象灾害的极值重现概率，并作为工程设计的依据。

2）数学模型法

利用适当的数学模型对灾害风险进行评价，如层次分析模型、灰色系统模型、概率模型、模糊数学模型、神经网络模型、动力学模型等。

3）实验模拟法

在对气象灾害研究的基础上通过实验或者数值模拟方法来模拟气象灾害的发生和演变规律，深刻揭示气象灾害的形成机制，为气象灾害风险预测、评估提供依据。

4）基于遥感和地理信息系统法

遥感技术可以为气象灾害风险评估提供致灾因子、灾情等数据，利用各种载有不同类型传感器的星载或机载平台对地球表面实时监测，结合遥感模型定量获得气象灾害风险评估所需的参数。

地理信息系统是20世纪60年代中期兴起的一门交叉学科。地理信息系统是一种同时管理地理空间信息和数据库属性数据的信息系统，它以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的、动态的地理信息。地理信息系统是为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统，具有以下三个方面的特征。

（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。

（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。

（3）由计算机系统支持空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。因此，地理信息系统为气象灾害风险评估中致灾因子、孕灾环境、灾情等空间分析提供了强有力的工具。

遥感技术和地理信息系统的集成应用则为气象灾害风险评估提供了重要的手段。