层次分析法和GIS技术在河南省雷电灾害风险区划中的应用

　　摘要 根据自然灾害风险评估理论，利用闪电定位资料、地理信息数据、社会经济数据以及雷电灾情等数据，采用层次分析法(AHP法)，从致灾因子的危险性、承灾体的暴露度和承灾体的脆弱性方面，研究雷电灾害风险评估及区划方法，建立起评价指标与风险评估的定量关系，形成了河南省雷電灾害风险评估的方法.同时，结合GIS技术，形成了致灾因子危险性分布图、承灾体的暴露度分布图和承灾体的脆弱性分布图，最终叠加形成河南省雷电灾害综合风险区划图.区划结果表明：高风险区主要位于豫东和豫西北大部分地区，低风险区主要位于豫北和豫西南部分地区.

　　关键词 层次分析法;GIS技术;雷电灾害;风险区划

　　《气象科学》Scientia Meteorologica Sinica(双月刊)1980年创刊，是学术性季刊，主要刊登气象科学各分支领域的科研学术论文、短论和技术总结，国内外气象科学新理论、新技术的综合评述和气象科学学术动态报道等。

　　0 引言

　　雷电灾害是一种严重的自然灾害，能够造成人畜伤亡、建筑物损坏和电子设备受损，还可能诱发火灾和爆炸等次生灾害[1].目前对雷电灾害的研究以雷电防护技术为主，如雷电起电机理、雷电产生过程等，而雷电现象的大气物理机制研究则为雷电预报预警和防雷减灾工作提供了基础理论支持.然而雷电灾害风险评估和预警研究还没有形成一个系统的理论体系或评估方法，就目前的预报水平而言，还不能实现雷电的精确预报.因此，雷电灾害评估与区划对防雷减灾具有重要意义，雷电灾害评估和预警也将成为雷电研究的热点[2].

　　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.”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，可以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.

　　近年来，随着闪电定位系统的建立，雷电观测由人工观测转变为自动观测，雷电风险区划更多地开始采用闪电定位系统资料作为基础研究数据.相关文献确定风险区划指标权重的方法主要有“经验法”、“专家打分”及“层次分析法”等[3-8]，其中，层次分析法能更加明确各指标所起作用的差异性.根据自然灾害系统理论和自然灾害风险评估理论对雷电进行风险区划研究相对较少，而关于雷电灾害风险区划的研究也大多是以县为单元的分析[9-11]，精细化程度不高.随着 GIS 技术的飞速发展，地理信息数据在气象领域发挥着越来越广泛的应用，把 GIS 技术用于气象灾害风险区划中，将大大提高气象灾害风险区划的准确性.本文把层次分析法和GIS中栅格分析应用于河南省雷电灾害风险区划中，使权重确定更为科学，栅格化的风险区划分析更为精细.

　　河南地处中纬度地带，位于我国的中东部，地形复杂，有山地、平原、丘陵等.河南地跨暖温带和北亚热带两大自然单元，处于我国东部

　　季风区内，四季分明、雨热同期、气候复杂多样，雷电是常见的气象灾害之一，每年都会造成较大的经济损失和人员伤亡[11].为了有效规避风险，达到优化资源配置，并为防灾减灾工作提供理论支持，开展雷电灾害风险区划研究是非常必要的.

　　1 资料来源与归一化处理

　　1.1 数据来源

　　本文使用的资料有：1)闪电资料来源于中国科学院空间科学与应用研究中心提供的ADTD闪电监测定位资料(2007—2017年)，其19个ADTD闪电监测定位系统探测子站(雷击探测仪)分布于河南省不同地理位置;2)人口经济数据来源于《河南省统计年鉴2017》发布的2016年统计数据;3)雷灾资料(2007—2017年)来源于河南省各市记录上报的雷电灾害事故，由人工统计;4)地理信息数据包括地面高程、行政区划、土壤电导率、土地利用等数据均来源于河南省气象科学研究所.

　　1.2 多种资料归一化处理

　　雷电灾害风险区划需要对多种指标进行加权综合，为了消除各指标的量纲差异，对每一个指标值进行归一化处理，各指标归一化计算公式为

　　其中Dij是 j 站(格) 点第 i 个指标的归一化值，Aij是 j站(格)点第i个指标值，mini和maxi分别是第i个指标值中的最小值和最大值.

　　2 雷电灾害风险区划的理论和方法

　　2.1 区划模型的建立

　　自然灾害风险指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.根据标准自然灾害风险数学公式，结合雷电灾害风险概念框架，利用加权综合评价法(WCA)和层次分析法(AHP)，建立如图1所示雷电灾害风险指数模型.

　　其中：LDRI为雷电灾害风险指数(其量值记为ILDR);H为致灾因子危险性，α为致灾因子危险性权重;E为承灾体暴露度，β为承灾体暴露度权重;F为承灾体脆弱性，γ为承灾体脆弱性权重;δ、ε、ξ、η、θ、ι、κ、λ、μ、ν分别为相应指标的权重.

　　2.2 AHP法

　　雷电灾害风险区划的关键是指标及其权重的确定.目前在风险区划中确定权重最广泛也最理想的是AHP法(层次分析法)，它是一种定性分析和定量分析有机结合在一起的系统分析和决策的新方法[12].用AHP法进行分析主要有以下几个步骤：

　　1)建立层次结构模型：将问题所包含的因素分层，可以划分为最高层、中间层、最低层.最高层表示解决问题的目的;中间层是为实现总目标而采取的措施、方案、政策，一般分为策略层、约束层、准则层等;最低层是用于解决问题的各种措施、政策、方案等.

　　2)构造判断矩阵：建立递阶层次结构之后，就需要对处于上层某一元素支配的所有元素构造两两比较判断矩阵.

　　3)标度的确定：层次分析方法在建立判断矩阵时所用的标度有多种形式，本文采用Saaty[13]提出的1～9之间整数及其倒数比例标度法进行标度.

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文章名称： 层次分析法和GIS技术在河南省雷电灾害风险区划中的应用

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