引言

近年来，国内外防灾减灾的重点已从直接救灾向灾害风险管理方向发展，人们在加强灾害危机管理的同时，更注意通过灾害风险管理降低灾害事件的影响。美国政府提出了“减灾始于风险评估”的理念，中国气象局在近期及今后的防灾减灾工作中将突出灾害风险评估的地位和作用。干旱灾害的风险评估是防灾减灾的基础性工作，是采取减灾行动、调整产业结构、改善运行能力的决策依据。但是国内外在定量化干旱风险评估方面的工作目前只处于起步阶段，在诸如适用于低纬高原地区的干旱指数确定、干旱概率分布函数、定量化分时段干旱灾害风险评估方面缺少系统化的工作，抗旱处于应急被动状态。云南受季风控制，加之地理位置和地形的作用，大部分地区呈现四季不分明、干湿季明显的气候特征，旱灾是造成经济损失最大的灾种，随着社会经济的发展，干旱带来的经济损失有越来越重的趋势，因此亟待对云南干旱灾害进行有效的风险评估。

自1900年以来，中外学者提出了许多干旱指数，简单的是以经验公式如降水或降水距平百分率作为代用指标，用于短期干旱(降水异常偏少)的研究有一定的意义和实用价值。国内气象工作者用降水距平百分率、Z指数等与降水有关的指数对云南、高原、西北地区、浙江、四川、安徽等地的干旱指数作了深入的研究^[1-7]；并研究了华北东部、我国北方地区、黄淮海平原、江西、山西干旱的气候分布或变化特征^[8-12]。但以降水与可能蒸散的对比关系作为水分平衡干燥度指数和有效降水指数综合来研究低纬高原云南的干旱气候风险评估的研究还未见到，采用水分平衡干旱指数来进行干湿气候区划和气候变化的研究是国内外的发展趋势^[13]，因此本文以Thornthwaite水分平衡干燥度指数为主，自定义的反映短期降水有效性特征和异常的有效降水指数为辅作为云南干旱气候风险评估的综合指数。该指数计算出的结果既能进行地域间又能进行季节间比较，既能反映季节性干旱又能反映短期干旱。在灾害风险评估方面，牛叔超等^[14]用马尔科夫模型和统计决策理论对致洪大暴雨进行了风险评估和最优决策，冯利华用正态扩散模型作了基于信息扩散理论的气象要素风险分析^[15]，是灾害风险定量化评估方面十分有意义的工作，但由于事先假定了评估模型，可能使评估风险与实际风险偏差较大。陈瑾文^[16]考虑到数据的漂移性和过渡性，基于信息分配理论对气象数据进行了模糊化处理和信息分配，得到了基本上符合客观实际的分析结果，扈海波等^[17]开展了北京奥运期间冰雹灾害风险评估，马清云等^[18]基于模糊综合评价法作了登陆台风灾害影响评估模型的研究。本文采用事先不假定评估模型、用模糊信息分配方法根据实际干旱指数数据系列寻找分布函数进行风险评估的方法开展云南干旱风险评估，使评估结果能客观、真实地反映云南省内各区域、各时段的干旱风险。

1 资料

用云南省现有的125个气象站代表对应的地区，进行低纬高原云南的干旱风险评估。考虑到各气象站建站时间不同，因此本研究所用的实际资料是从1959—2005年(已有112站资料, 占研究站数的90%)各站的观测资料，要素为地面逐日降水量和平均气温。

2 干旱综合评估指数 2.1 Thornthwaite干燥度指数

Thornthwaite干燥度指数dr_T^{[14, 19]}以最大蒸散量作为需水量，求降水量与需水量之差与需水量的比例来确定干旱程度，是一个基于水分平衡的干燥指数，在考虑降水量的同时，还考虑了气温。其所用资料就是气象观测的常规资料，除可用于干旱气候风险评估外，还可方便地用于日常干旱监测评估气象业务。如果评估时段不是标准月(指的是30天1个月的小月)，则需对统计值求日平均后乘以30来标准化。该指数的干旱等级划分标准见表 1。

2.2 有效降水指数

干旱有效降水指数dr_p是本文提出用以描述降水对干旱缓和有效性的一个指数。

定义如下：

$ d{r_p} = \frac{{E{P_d}}}{{\max \left( {E{P_d}} \right) - \min \left( {E{P_d}} \right)}} $

(1)

式中dr_p为有效降水指数，EP_d为某时段内大于等于5mm以上的降水天数，max(EP_d)为同时段内数据系列的最大数，min(EP_d)为最小数。其干旱等级划分标准见表 2。

2.3 干旱综合评估指数

云南省为半年干旱、半年湿润地区，整个干季(11月至次年4月)降水量仅占全年总降水的15%左右，存在季节性干旱，因此无论降水偏多偏少，仅用Thornthwaite指数评估会得到缺水十分严重、干旱等级很高的结果，不能反映干季降水特多(与多年同期相比)时干旱较轻或无干旱的实况；而雨季(6—8月)3个月的降水量占全年总降水量的55%，降水十分集中，无论降水偏多偏少，仅用Thornthwaite指数评估均会得到湿润度很高、无干旱的结果，不能反映降水特少有干旱发生的实况；另外，由于Thornthwaite干燥指数是以一个时段的降水、气温为因子来计算的，如果一个时段内仅在某一天出现大暴雨，其他时段内均无降水，虽然降雨时段内降水量很大，但较短时间内降水将很快流走，降水的有效性较差，对干旱的缓和效果不是很大，而其他较长时间段内无降水，仍会出现干旱现象，Thornthwaite干燥度指数对此种旱情也不能真实地予以反映。因此，本文以Thornthwaite干燥度指数为主、自定义的有效降水指数为辅的原则，设计了以下干旱综合评估指数，使之既能反映季节性干旱又能反映短期干旱，还能反映无效降水性干旱。其计算公式如下：

$ M\left\{ \begin{array}{l} d{r_T}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{当}}{G_T} = {G_p}\\ d{r_T} + 0.125\Delta d\;\;\;{\rm{当}}{G_T} \ne {G_p} \end{array} \right. $

(2)

式中M为干旱综合评估指数，dr_T为Thornthwaite干旱指数，Δd=G_T-G_p，G_T为Thornthwaite干旱指数划分的干旱等级，G_P为有效降水指数划分的干旱等级。其干旱等级划分标准见表 3。

3 应用模糊信息分配和超越极限概率方法评估云南的干旱风险

将云南省125个站、47年的资料分为5个时段(1—3月、4—6月上旬、6—8月、9—10月、11—12月)来计算其综合干旱指数：其中，1—3月、11—12月两个时段为干季前段和后段，是云南省降水稀少时段，干季前段是雨季结束不久、土壤墒情较好、干旱还不太突出时段；干季后段是雨季结束了较长时间、土壤墒情已很差、当年的雨季还未开始、干旱十分突出阶段；6—8月为雨季，是云南的降水充沛时段；4月至6月上旬是云南干季向雨季的转换时段；9—10月是云南雨季向干季的转换时段；分这5个时段进行云南干旱灾害风险评估，能与云南的工农业生产、人民群众的生活用水、护林防火等经济、社会活动紧密联系。本文通过计算各站、各年、各时段的综合干旱指数，进而采用模糊信息分配理论方法确定干旱指数的概率分布函数，用超越极限概率方法分站分时段进行云南干旱风险评估。

3.1 干旱指数的概率分布函数

用式(1)、(2)计算全省125个站的1959—2005年不同时段的干旱综合指数，各站每年可得到5个综合指数。各站的某个评估时段，47年的干旱指数系列可构成一组评估数据样本X，采用模糊信息分配方法^[20]，按式(3)计算干旱指数在各个强度等级内的模糊概率。

$ {q_{ij}}\left\{ \begin{array}{l} 1 - \frac{{|{x_i} - {u_j}|}}{\Delta }, |{x_i} - {u_j}{\rm{|}} \le \Delta \\ 0, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{其他}} \end{array} \right. $

(3)

式(3)中的q_ij是第i个指数值在第j个等级的模糊概率，x_i(i=1, 2, Λ, n)是样本组中的第i个指数值，u_j是某个等级区间的中点值，Δ=u_j-u_j-1(j =2, 3, …, m)是信息分配期间长度, m为等级个数。通过式(3)的信息分配计算，一个指数值根据其距相邻等级中心点的距离而被模糊地分配到不同的等级中。这样就能得到事先不假定分布函数，只是根据实际数列按期间进行模糊信息分配，从而得到新的X的总体概率分布估计的折线图或软直方图。以昆明站为例，取m=13，Δ=0.25，U={-0.875, -0.625, -0.375, -0.125, 0.125, 0.375, 0.625, 0.875, 1.125, 1.375, 1.625, 1.875, 2.125}，各时段的干旱概率分布估计折线图如图 1所示。从图 1中可见，各个时段的概率分布函数与各种典型分布函数(线性、正态、指数、对数分布等)相差均较大。因此，用模糊线性信息分配方法寻找干旱概率分布估计函数比使用各种典型分布函数用于风险评估要优越。

3.2 云南干旱灾害的超越极限概率法风险评估

按照表 3的综合干旱指数相对应的干旱等级标准，干旱指数X={x₁, x₂, …, x_n}。通常x_i取为论域U中的某一个元素u_i, 比如，特旱取为u=-0.875的概率，重旱取为u=-0.625的概率，中旱取为u=-0.375的概率，轻旱取为u=-0.125的概率。则超越u_i的概率值^[14]则为

$ P\left( {u \le {u_i}} \right) = \sum\limits_{k = m}^i {p\left( {{u_k}} \right)} $

(4)

以昆明为例(表 4)说明各等级气候干旱的超越极限概率。从表 4第一行可见，昆明1—3月出现干旱的气候概率为u=(-0.875)+(-0.625)+(-0.375)+(-0.125)=87.5%；出现中度以上强度干旱的气候概率为u=(-0.875)+(-0.625)+(-0.375)=75.7%；出现重度以上强度干旱的气候概率为u=(-0.875)+(-0.625)=57.1%；出现特别干旱的气候概率为u=(-0.875)=34.0%。其余各行分别代表 4—6月上旬、6—8月、9—10月、11—12月其他4个时段各等级干旱的风险。可见，昆明每年中1—3月气候干旱风险最大，其次是11—12月。

4 结果与分析

用式(1)、(2)、(3)、(4)分别计算全省125站5个时段干旱、中旱、重旱、特旱的超越极限概率，得到全省各站各个时段超越极限概率值，结果填在云南省的底图上，可以得到全省不同等级强度干旱的风险图(区划图)，可以从图上直观地看出云南各个时段出现干旱的风险。

4.1 云南降水稀少时段(1—3月、11—12月)干旱风险评估结果 4.1.1 云南1—3月干旱风险评估结果

云南1—3月出现干旱的风险很大。除滇西北和滇东北的边缘地区外，省内绝大部分地区(101站，占全省总站数的81%)这个时段出现干旱的风险均在60%以上，其中滇中大部、滇西南大部、滇西局部地区高达80%以上，其中元谋、宾川、华坪、永仁、丽江、孟连出现干旱的风险高达95%以上，几乎年年干旱(图 2a)；云南1—3月出现中度以上干旱的风险较大，有84站(占全省总站数的68%)在40%~80%之间，有20个站的气候概率高达80%~98%，元谋、宾川、华坪的出现概率高达95%以上，说明这几个县几乎年年出现中度以上干旱；云南1—3月有78个站(占全省总站数的62%)出现重旱的风险为20%~60%，其中仍有5个站的风险高达80%~92%；1—3月除滇西北、滇东北、滇西、滇南的边缘地区特旱的风险较小外，云南省内大部分地区1—3月都存在出现特旱的风险。省内有79个站(占全省总站数的63%)这个时段内出现特旱的气候概率在20%~60%，其中有11站为60%~90%。

4.1.2 云南11—12月干旱风险评估结果

云南11—12月大部分地区的干旱气候概率值为30%~60%(94站，占全省总站数的76%)，气候概率值为60%~80%的有10个站，占全省总站数的15%，概率值小于20%的仅有5站(干旱风险较小)，概率值为80%~92%的有7个站，这些站出现干旱的风险很大，因此，11—12月是云南省仅次于1—3月易出现干旱的时段(评估图略)；云南11—12月大部分地区出现中等以上干旱的气候概率为30%~60%(81站，占全省总站数的65%)，分布在省内除滇东北、滇西北、滇南的省内大部分地区，这个时段内虽然干旱的气候概率小于1—3月，但中等以上强度干旱的气候概率与1—3月相当；这个时段云南省内大部分地区出现重旱的气候概率为20%~60%(79站，占全省总站数的64%)，主要分布在省内中部及以北地区，有41站(33%)的气候概率在20%以下，主要分布在滇中以南、滇东北滇西北的局部地区，说明这些地区出现重旱的风险较小，另有5站的概率值为60%~73%，分布在昭通、大理、丽江，说明这几个站出现重旱的风险较大；云南11—12月大部分地区出现特旱的气候概率为10%~30%(82站，占全省总站数的66%)，主要分布在省内中部及以南地区，概率小于10%的站和概率为30%~40%的站共有15个，分别占全省总站数的12%，另有13站概率为40%~65%，主要分布在丽江、大理、楚雄、昭通和金沙江河谷地区，这些地区出现特旱的风险较大。

4.2 云南干、雨季转换时段(4—6月上旬、9—10月)的干旱风险评估结果 4.2.1 云南4—6月上旬干旱风险评估结果

4—6月上旬是云南省干季向雨季转换的时段，是云南大春种植需水的关键期，这个时段的干旱风险评估可反映春夏连旱的强度，对农业、林业及饮水具有十分重要的意义，是云南省干旱监测评估的最关键时段。

4—6月上旬，滇东北、滇东、滇东南、滇南、滇西、滇西北边缘地区共63个站出现干旱的气候概率小于20%，占全省总站数的51%，其中有40个站小于10%，说明这些地区出现干旱的风险较小，出现干旱的气候概率在20%~40%之间的有36个站，占全省总站数的29%，主要是昆明、玉溪、楚雄东部和昭通、思茅、临沧的部分地区，另有26个站出现干旱的气候概率在40%~88%之间，主要分布在楚雄中东部、大理、丽江、临沧和金沙江河谷地区，这些地区是省内最旱的区域，出现春夏连旱的的风险较大(如图 3a所示)；云南4—6月上旬大部分地区出现中等强度干旱的气候概率小于20%(84站，占全省总站数的68%)，说明大部分地区出现中等以上强度干旱的风险较小，特别是整个云南的边缘地带基本没有出现中等以上强度干旱的风险(概率值小于10%)，但有11个站出现中等以上强度干旱的气候概率值在40%~88%之间，主要分布在楚雄、大理和金沙江河谷地区(包括东川、巧家)，这些地区出现中等以上强度的风险较大；云南4—6月上旬大部分地区出现重度以上干旱的气候概率小于5%(82站，占全省总站数的66%)，说明大部分地区没有出现重度以上干旱的风险，概率值在5%~20%的有29站，占全省总站数的23%，主要分布在昆明、玉溪、楚雄东部，但有3个站(宾川、华坪、元谋)的概率值在40%~59%之间(如图 3b所示)；云南4—6月上旬大部分地区出现特别干旱的气候概率小于5%(92站，占全省总站数的74%)，其中小于2%的站有62站，概率值为2%~5%的站有30站，另外，宾川、华坪、元谋3站的概率值在30%~45%之间。

4.2.2 云南省9—10月干旱风险评估结果

9—10月云南省内大部分地区干旱的气候概率值小于5%(87站，占全省总站数的70%)，出现干旱的风险较小，气候概率值为5%~10%的有20个站，占全省总站数的16%，概率值为10%~40%的站有17个，占总站数的14%，只有元谋站在40%以上。由于处于雨季后期，该时段内省内基本没有中等以上强度干旱的风险出现。

4.3 云南主汛期(6—8月)干旱风险评估结果

云南6—8月绝大部分地区出现干旱的气候概率值为0%(99站，占全省总站数的80%)，基本上没有出现干旱的风险；有24个站的概率值为2%~10%；只有福贡、元江两站的概率值为23%、26%。云南6—8月是主汛期，3个月的降水量占全年总降水量的55%，降水集中，基本上不会出现干旱灾害。这个评估结果与实际相符，说明本文所用的评估指数和评估方法较适用于云南。

5 结论

(1) 以Thornthwaite湿润度指数为主，有效降水指数为辅建立的干旱综合监测评估指数能有效地评估云南各个时段出现的干旱风险。

(2) 用模糊信息分配方法和超越极限概率方法进行云南省各时段的干旱风险评估，能较真实地反映云南各个时段的气候干旱风险。

(3) 1—3月是云南省干旱最严重的时段，大部分地区干旱风险值为60%~100%，重旱风险值为20%~60%，有的地区甚至有80%~90%的重旱风险值。11—12月份是云南省干旱次重时段，大部分地区干旱的风险值为30%~60%，重旱风险值为20%~60%。6—8月云南省绝大部分地区的干旱风险值为0%，基本没有出现干旱的风险；9—10月云南省大部分地区干旱的风险值小于5%，出现干旱的风险较小，出现重旱的风险基本没有。4—6月上旬云南省约一半的站干旱风险值为10%~20%，出现干旱的风险较小；有29%的站为20%~40%；有21%的站为40%~80%；大部分地区出现重旱的风险值小于5%，风险较小。