基于模糊综合评价法的浙江省台风灾害农田损失评估分析

张眉+金有杰+王倩

摘要：引入模糊综合评价模型计算浙江省1983～2007年共53个台风案例的影响评价指数，运用均值-标准差分级法对浙江省历史台风灾害影响强度进行等级划分，并将该指数与实际农田损失面积进行了回归分析，拟合农田损失面积预评估模型，相关系数达到0.642。该模型通过实际验证表明能较好地预估农田受灾面积，为农业防灾减灾提供参考。

关键词：模糊综合评价法;台风灾害;农田损失评估;浙江省

中图分类号：X43;P429        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）20-5002-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.064

Loss Assessment of Farmland from Typhoon Disasters Based on Fuzzy

Comprehensive Evaluation in Zhejiang Province

ZHANG Mei1， JIN You-jie2，WANG Qian3

（1. Meteorological Service Center of Zhejiang， Hangzhou 310017，China;

2. Nanjing automation institute of water conservancy and hydrology，ministry of water resources， Nanjing 210012，China;

3. School of Economics & Management， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing  210044，China）

Abstract： The fuzzy comprehensive evaluation model was used to calculate assessment indexes of 53 typhoon cases occurred in Zhejiang province from 1983 to 2007. The mean-standard deviation classification method was used to make classification for historical influence intensity of typhoon disasters in Zhejiang province and the indexes and the actual loss area of farmland were used for regression analysis. Pre-assessment model of the loss area of farmland was fitted and the correlation coefficient was 0.642. The model through actual examination showed that the affected area of farmland could be better pre-assessed to provide reference for prevention and mitigation of agricultural disaster.

Key words： fuzzy comprehensive evaluation;typhoon disaster;loss assessment of Farmland;Zhejiang province

台风作为破坏性极强的天气系统，常常伴有大风、暴雨、风暴潮等灾害性天气，进而引起山洪暴发、山体滑坡、泥石流等次生灾害[1]。浙江省地处我国东南沿海，靠近世界上最大的台风源地（西北太平洋），是台风入侵要冲。每年夏秋是台风高发季节，《台风年鉴》及《热带气旋年鉴》表明，登陆我国沿海省份的强台风和超强台风个数，浙江省仅次于台湾省，居第二位。特殊的海岸线走向、地形地貌和气候带，决定了浙江省的台风常常造成非常严重的损失，是台风灾害较严重的省份之一。而每年7～9月是浙江省蔬果及水稻的旺盛期和成熟期，由于农村地区是防灾减灾能力较低的区域，农民的灾害风险意识也较为薄弱，台风灾害伴随而来的大风和暴雨会使农田土壤质量下降、农作物受灾、粮食减产，给农业生产及农民带来巨大损失。

许多学者对台风造成的灾害损失有过相关研究。张永恒等[2]遴选2000～2006年在浙江省登陆的20个具有典型代表意义的台风，选择若干台风灾害影响指标，应用模糊数学方法计算得到台风综合评价指数，拟合台风灾级指数与综合评价指数，评估台风灾害损失等级，从而为防台减灾工作提供指导意见和建议。牛海燕等[3]选取我国1990～2007年的沿海地区台风案例，通过灾情评估模型发现浙江省2011年来灾害损失下降幅度较低，18年间平均台风损失较大。赵飞等[4]通过选取我国2000～2008年的34个台风案例，建立灾害预损失评估模型，发现台风灾害综合评价指数与农作物受灾面积高度相关。张颖超等[5]应用模糊层次分析方法对1981～2007年登陆浙江省的台风进行灾害评估，在此基础上将得出的灾害影响指数和灾情指数作相关分析，并以此说明灾害评估模型的有效性和正确性。

上述文献均从不同侧面对台风灾害损失进行了评估，得出了一些颇有价值的结论。但现有文献多集中于定性讨论，其中对浙江省台风灾害影响指数的研究也仅停留在与反映灾情情况指数的关联分析上，并未触及到定量层面，即能够预测台风导致具体灾情情况或损失的定量预测模型比较少见。目前对于全国台风的灾害损失评估研究比较成熟，但研究结论是否仍然适用于省际中观层面还有待检验和考察。由于农业属于露天生产和高风险性产业，根据1997～2004年的农业灾情资料统计，因台风导致浙江省农作物受灾面积平均每年多达26.27 hm2，占农业自然灾害总灾情的31.76%[6]。有关暴雨灾害对农业影响评估研究表明，与直接经济损失和受灾人口相比，农作物受灾面积与暴雨强度各指数存在更显著的相关性，这表明台风致灾因子也会对农业造成直接影响[7]。因此，结合应用较为成熟的模糊综合评价方法将能够客观反映浙江省台风灾害强度的若干指标转化为影响评价指数，运用均值-标准差分级法对浙江省历史台风灾害影响强度进行等级划分，并对浙江省1983～2007年共53个灾情记录较为完整且典型的台风案例的影响评价指数与实际农田损失面积进行回归分析，建立幂函数回归方程，实现浙江省台风农田受灾定量预评估，以期为农业防灾减灾政策的制定提供科学的参考依据。endprint

1  数据来源

由于本研究探讨的主要是浙江省台风灾害强度对农业造成的损失定量评估，而台风灾害对农业造成损失主要通过台风引致的狂风、暴雨而产生影响。大风是台风危害最重要因素之一，也是造成台风灾害的最直接的致灾因子之一。当风力达到12级时，可摧毁连片庄稼及高秆农作物。台风导致的降水强度大、雨量大、时段集中，可导致田地、水利设施受损，给农业造成严重危害与巨大损失。为表征这种台风灾害强度，反映台风期间气象要素的急剧波动，选取1983～2007年影响浙江省的53个台风的最低中心气压、最大日雨量、持续日数、过程最大降水量、极大风速和最大风速等气象数据（主要来自中国气象局公布的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》和浙江省气象局观测数据）;灾情数据为台风期间造成的农田损失面积数据（来自浙江省内各级统计局统计年鉴、民政局及省防汛指挥部的有关资料）。由于灾情资料的局限性，本研究仅选取台风数据和灾情数据记录较为完整的台风案例进行研究。农田损失面积主要由卫星遥感技术获取，灾情数据相对准确，故基于历史台风灾害数据和灾情数据对农田损失进行定量预评估有一定的客观依据。

2  台风灾害影响指数计算模型

模糊综合评价方法是对复杂事物的认知定量化，评价过程中尽可能地避免了主观臆断，达到主观与客观的统一，从而提高了认知的精确性，实际应用较为成熟[8-12]。将台风各致灾因子作为评估指标，利用该方法计算台风灾害影响指数的一般步骤为：①确定n起台风案例评价对象的致灾因子指标集U={u1，u2，…，um};②确定致灾因子指标的隶属函数f（u）;③建立模糊评判矩阵R=（rij）m×n。对于每个致灾因子指标ui，先建立指标评判：Ri=（ri1，ri2，…，rin），即rij（0

2.1  隶属函数的确定

通过台风中心气压、日雨量、持续日数、过程最大降水量、极大风速和最大风速等6项指标数据表征台风灾害强度，隶属函数的选取需要符合客观规律，且能反映客观模糊现象的具体特点。本研究采用典型函数法的戒下型函数，表达式如下：

f（u）=0，（u≤c）■（u>c）  （1）

式（1）中，f（u）为台风致灾因子指标u的隶属函数，a、b、c为隶属函数的参数，a和c均大于0，b小于0，且c为指标u历年统计数据中的最小值umin。此外规定b为-2，当u为历年统计最大值umax时，其所对应隶属函数的值为0.99，即f（umax）=0.99。通过式（2）可以计算获得参数a。由于在实际评价过程中参数a会偏大，因此加入调节系数k。

a=■×k                        （2）

式（2）中，k由反复计算和前人不断研究试验的基础上得出，取0.3较为合适。戒下型函数的分布可以反映台风灾害的轻重程度，当因子u大于临界值c时，认为可以成灾，否则可认为不足以成灾。

2.2  模糊评判矩阵和因子权重系数的确定

设有n起台风案例灾害强度有待评价，每起台风通过m个致灾因子指标来对灾害影响进行评价，于是每个因子的评价集为Ri=（ri1，ri2，…，rim），i=1，2，…，m。从而可以得到m个影响因子指标评价矩阵Ri，通过公式（1）计算获得矩阵中的每个元素，因此当参数a、b、c确定后，便可以计算出每起台风灾害过程评价因子的隶属度值，总的评价矩阵可以表示为：

R=R1R2…Rm=r11   r12  …  r1n r21   r22  …  r2n■ ■  ■rm1   rm2  …  rmn=f11   f12  …  f1n f21   f22  …  f2n■ ■  ■fm1   fm2  …  fmn  （3）

因子权重系数大小反映了各致灾因子指标对于台风评价对象的重要程度。加权平均规划法可以客观反映各个评价因子在所有因子中的相对比例，其计算公式如式（4）所示。

pi=■，i=1，2，…，m           （4）

式（4）中，pi为台风灾害中第i个致灾评价因子的影响系数，即第i个致灾因子隶属度之和与所有致灾因子隶属度总和的比值;m代表致灾因子评价指标的个数;n代表台风灾害案例的个数;rij代表第j起台风灾害过程中第i个致灾评价因子的隶属度。通过公式（4）确定各评价因子的影响系数，再结合专家打分法和Delphi专家咨询法，获得相对客观的因子权重系数pi，从而确定各致灾因子指标权重A=（p1，p2，…，pm），且∑pi=1。

2.3  影响评价指数计算公式

确定评价矩阵和评价因子权重系数后，采用加权平均型模型进行模糊综合评价指数计算。

bj=min{■pirij，1}，j=1，2，…，n   （5）

式（5）中，∑pi=1，bi为第j起台风灾害的模糊综合评价指数。

3  台风灾害影响指数计算和等级划分

3.1  台风灾害影响指数计算

选取1983～2007年资料记录较为完整的53个台风案例，通过收集浙江省内各气象台（站、所）记录的最低中心气压（T1）、最大日雨量（T2）、持续日数（T3）、过程最大降水量（T4）、极大风速（T5）、最大风速数据（T6），构建影响浙江省的台风灾害强度评价指标体系，通过加权平均规划法再结合专家打分法计算得到各指标权重系数（表1），运用模糊综合评价算法得到53个台风灾害影响评价指数（图1）。评价指数越高表示台风灾害越严重。

从表1中各致灾因子权重系数可以看出，对于评价各台风案例而言，指标重要性程度排列依次为最低中心气压（T1）>最大风速数据（T6）>过程最大降水量（T4）>最大日雨量（T2）>极大风速（T5）>持续日数（T3）。实际上，台风属于热带气旋的一个类别，其强度首先也是由最低中心气压表征，其次台风灾害对于农业造成的损失机理往往主要也是通过狂风和暴雨形成，因此可以认为上述主客观赋权的方法对于确定浙江省台风致灾因子权重系数是科学合理的。

3.2  台风灾害影响指数等级划分

台风灾害影响指数由各致灾因子通过模糊综合评价方法计算获得，对影响指数的划分即是对各台风致灾因子综合强度的划分。均值-标准差分级法不用考虑物理成因对指标值的影响，仅从统计的角度将样本均值作为指标的中心，操作比较方便，在对指标分级的运用中较为广泛[13-15]。

均值-标准差分级法操作步骤如下：①将53个台风影响评价指数建立如下序列{b1，b2，…，b53}，令■=■■bi为该序列的均值，S=■为该序列的标准差;②将上述影响指数序列划分为5个等级，划分标准如表2所示，其中，α1和α2满足α1∈[1.0，1.5]且α2∈[0.3，0.6]，划分标准每个间隔都代表着一种等级状态。根据上述操作步骤，计算得到每个等级的临界值F后，就可以将历史台风灾害影响指数划分为5个等级区间，分别定义为：微灾、小灾、中灾、大灾、重灾（表2）。

结合图1和表2结果分析可知，浙江省台风灾害属于微灾、小灾、中灾、大灾和重灾的比例分别约为13.21%、15.09%、33.96%、18.87%和18.87%，也从另一方面说明随着全球气候日益变暖，浙江省台风灾害强度处于中灾以上程度的比例已超过一半，所占比例高达71.70%，这也提醒浙江省政府和气象部门要加强防台减灾工作，制定相应防台减灾政策，最大程度降低浙江省农业损失，保障农民利益，保证国民经济健康可持续发展。

4  农田损失面积预评估模型及验证

4.1  农田损失面积预评估模型

农田损失面积是自然灾害发生时评估农业损失的一项重要指标。通过建立浙江省历史台风灾害影响评价指数与农田损失灾情数据的回归方程，运用SPSS软件拟合浙江省台风灾害农田损失预评估模型。为保证预测结果的精确性，在分析的过程中剔除了两个异常值（台风编号为9414和0604），两者呈较显著的幂函数关系（图2），R2达到0.642，说明预测结果较为理想。农田损失预评估模型可表示为：y=965.209b4.493，其中y表示农田损失面积，单位为×103 hm2（千公顷）;b为上述综合评价模型计算得到的台风灾害影响评价指数。

4.2  农田损失面积预评估模型的验证

上述预评估模型建立后，针对未来发生的某次台风案例，只需要将气象部门预报台风致灾因子的指标数据运用综合评价模型转换为灾害影响评价指数代入模型，即可预评估某次台风灾害过程可能导致的农田损失面积。为检验预评估模型的合理性，选取近5年使浙江省造成严重灾情的0908号“莫拉克”和1211号“海葵”台风案例来验证。“莫拉克”于2009年8月9日16时在福建省霞浦县登陆，登陆时中心气压970 hPa，近中心最大风33 m/s（12级），10日进入温州泰顺境内，苍南地区的极大风速达到43.2 m/s（14级）。“海葵”于2012年8月3日在浙江省象山县鹤浦镇沿海登陆，登陆时中心气压965 hPa，等级为强台风，近中心最大风力42 m/s（14级），测得的极大风速在东矶岛，为56.0 m/s（16级），日雨量降水极值出现在临安市，为427 mm。“海葵”影响时间长、范围广，给农业、渔业和养殖业造成了很大损失。通过模糊综合分析法计算得到“莫拉克”和“海葵”的灾害影响评价指数，代入农田损失面积预评估模型，分别得到两台风农田损失面积预测拟合值（表3）。

从表3检验结果可以看出，通过上述模型预测农田损失面积的结果比较理想。当然，由于一些不可预见的随机因素的干扰，预测值与实际值产生一定偏差，但相对误差为12.40%和9.11%，仍在可控范围之内，因此可以认为上述农田损失面积预评估模型具有合理性。事实上，农田损失程度与致灾因子的强弱有着最直接的关系，将通过致灾因子指标计算的台风灾害影响指数与农田损失面积做回归分析而建立的农田损失预评估模型可以取得较好的结果。

5  小结

引入模糊综合评价模型计算浙江省1983～2007年共53个台风案例的影响评价指数，运用均值-标准差分级法对浙江省历史台风灾害影响强度进行等级划分，研究发现，浙江省台风灾害强度处于中灾以上程度的比例高达71.70%，说明台风灾害对于浙江省而言不容忽视，这也提醒浙江省政府和气象部门要协同人民群众加强防台减灾工作，最大程度降低农业损失，保障农民利益。本研究将影响评价指数与实际农田损失面积进行了回归分析，并将该预估模型对台风“莫拉克”和“海葵”进行实际验证，结果表明其能够为浙江省台风农田受灾进行定量预评估，为农业防灾减灾提供科学的参考依据。

当然以上研究仅是阶段性成果，后续研究还有待深入，如可以考虑扩大空间和时间样本量等，这对于进一步提高台风灾害损失模型的预测精度有重要意义，同时也对数据收集和气象部门气象数据的预报工作提出了诸多挑战。endprint

参考文献：

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