梁 曼，張 萍，郭紅嬌

(華中師范大學(xué)生態(tài)文明研究中心地理過程分析與模擬湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

農(nóng)業(yè)水、旱災(zāi)害系指糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物因洪水侵襲或水分持續(xù)性短缺而導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)或絕收的一種自然災(zāi)害類型［1］。水旱災(zāi)害的發(fā)生具有較大不確定性，發(fā)展速度快、持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣，不僅會造成廣大農(nóng)戶的生計(jì)貧困化，還可能重創(chuàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，導(dǎo)致不同程度的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值降低［2］。為應(yīng)對其不利影響，國家開展了大量工程性和非工程性行動。對水旱災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評估，是制定相關(guān)防災(zāi)減災(zāi)行動的基礎(chǔ)工作。在評估實(shí)踐中，學(xué)者們大多采用基于災(zāi)害重演的極值風(fēng)險(xiǎn)評估模型和基于統(tǒng)計(jì)理論的概率風(fēng)險(xiǎn)模型，所需樣本較多［3-4］，而當(dāng)前我國水旱災(zāi)情數(shù)據(jù)主要來自于社會統(tǒng)計(jì)資料，樣本量較小，信息不充分，容易導(dǎo)致評估結(jié)論不穩(wěn)定［5］。隨著數(shù)理方法的發(fā)展，對小樣本事件準(zhǔn)確分析的信息擴(kuò)散理論逐漸被引入到自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估中，并取得一些具有較好完備性和確定性的成果［6-7］。但相關(guān)成果多以省域、縣域等中小尺度為例，且針對某一類型的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)本身展開研究［8-9］，而針對全國尺度的關(guān)聯(lián)性風(fēng)險(xiǎn)評估卻鮮見報(bào)道。水旱災(zāi)害具有跨區(qū)域性和強(qiáng)烈的經(jīng)濟(jì)屬性［10］，全國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況與當(dāng)年水旱災(zāi)害發(fā)生與否及嚴(yán)重程度密切相關(guān)。因此，本研究將水旱災(zāi)害與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失關(guān)聯(lián)起來，依據(jù)1975-2011年全國災(zāi)情資料，在構(gòu)建農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)的基礎(chǔ)上，利用信息擴(kuò)散理論對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，為做好相關(guān)的防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考依據(jù)。

1 研究方法與資料

1.1 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)

風(fēng)險(xiǎn)是在某一特定環(huán)境下某一特定時(shí)間段內(nèi)，某種損失發(fā)生的可能性，其經(jīng)濟(jì)屬性特別強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)后果，即風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)性［2］。本研究中，氣候氣象異常、作物制度安排、防災(zāi)減災(zāi)措施不力等均是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水旱災(zāi)害損失發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素，風(fēng)險(xiǎn)因素的增加會導(dǎo)致作物減產(chǎn)或絕收的可能性增加，從而造成農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值發(fā)生不同程度的降低。在現(xiàn)行統(tǒng)計(jì)資料中，成災(zāi)面積是一個(gè)描述作物減產(chǎn)或絕收風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的優(yōu)良指標(biāo)，較好刻畫了相關(guān)自然災(zāi)害的危害廣度。成災(zāi)面積是指在年內(nèi)因遭受旱災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)、霜凍、病蟲害及其他自然災(zāi)害，使農(nóng)作物實(shí)際收獲量較常年產(chǎn)量減少3成以上的播種面積［11］。

根據(jù)自然災(zāi)害造成的農(nóng)作物產(chǎn)量損失來計(jì)算農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失是基本的常規(guī)方法，但該方法需要各類受損作物產(chǎn)品的市場價(jià)格和受損量數(shù)據(jù)，資料收集難度很大。鑒于此，陳香等［12］提出采用資料完備的農(nóng)作物成災(zāi)面積來構(gòu)建農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失模型，該模型在實(shí)際工作中應(yīng)用較多。本文以全國水、旱災(zāi)成災(zāi)面積為基礎(chǔ)，參照這一模型構(gòu)建農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水旱災(zāi)損指數(shù)。

其中，I為水災(zāi)或旱災(zāi)導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)，表示農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中因水災(zāi)或旱災(zāi)損失的比重;S為當(dāng)年農(nóng)作物播種總面積，單位為0.1萬hm2;Si為水災(zāi)或旱災(zāi)造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積，單位為0.1萬hm2;SI為當(dāng)年因自然災(zāi)害造成的農(nóng)作物成災(zāi)總面積，單位為0.1萬 hm2。由于文獻(xiàn)［12］中模型衡量的是因?yàn)?zāi)害造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失絕對值，而本文測算的是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失相對值，所以上式合理消去了當(dāng)年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值W變量。

1.2 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)評估模型

信息擴(kuò)散理論是一種處理不完備信息的模糊數(shù)學(xué)方法，它以歷史災(zāi)情資料為依據(jù)，能夠?qū)鹘y(tǒng)的觀測樣本點(diǎn)集值化，通過優(yōu)化利用樣本模糊信息來彌補(bǔ)小樣本導(dǎo)致的信息不足，從而得出小概率事件的致險(xiǎn)程度［13］。本研究利用該方法對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，目的在于求出不同風(fēng)險(xiǎn)水平下各類損失強(qiáng)度發(fā)生的可能性，并驗(yàn)證評估結(jié)果精度。在具體計(jì)算過程中，首先根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立致災(zāi)強(qiáng)度指標(biāo)序列yj，并設(shè)定其論域?yàn)閡j。所謂信息擴(kuò)散，是指對y中觀測值yi按一定的規(guī)則將其攜帶的信息擴(kuò)散到 uj中所有的點(diǎn)［14］。

然后，將yj的信息按照擴(kuò)散方程擴(kuò)散至論域ui中的每一個(gè)成員，并求得yj的歸一化信息分布μyj(ui)。其中，h為擴(kuò)散系數(shù)，反映每個(gè)樣本點(diǎn)的信息向周圍擴(kuò)散的幅度［2］。一般當(dāng)樣本數(shù)量增多時(shí)，h逐漸減小，即每一樣點(diǎn)作為“其周圍的代表”這一性質(zhì)逐漸減弱。根據(jù)兩點(diǎn)擇近的原則［2，4］，可根據(jù)樣本集合中樣本的最大值b、最小值a和樣本個(gè)數(shù)m來確定h大小。

通過信息擴(kuò)散將觀測值yj變成了以fj(ui)為隸屬度函數(shù)的模糊子集。為了使風(fēng)險(xiǎn)評估中每一集值地位均同，對隸屬函數(shù)fj(ui)進(jìn)行歸一化處理，得到以μyj(ui)為隸屬度函數(shù)的模糊子集。因此，樣本落在ui處的頻率值p(ui)可作為某災(zāi)情為ui的概率，相應(yīng)的超越概率即風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)值。

1.3 資料來源與處理

選取全國1975-2011年共37年的農(nóng)作物播種面積、水災(zāi)成災(zāi)面積、旱災(zāi)成災(zāi)面積、總成災(zāi)總面積、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值等指標(biāo)作為風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)資料，相關(guān)數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計(jì)局出版的《新中國農(nóng)業(yè)60年統(tǒng)計(jì)資料》和《中國統(tǒng)計(jì)年鑒2012》。根據(jù)公式計(jì)算得到我國歷年水、旱災(zāi)造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)，然后根據(jù)該指數(shù)的最小值、最大值及其可能的取值構(gòu)建其論域。水、旱災(zāi)損失指數(shù)分別為0.19%～3.10%和1.02%～5.50%。考慮氣候變化、制度改進(jìn)、防災(zāi)減災(zāi)行動等因素，將水災(zāi)損失指數(shù)論域的最小值取為0.10%，最大值取為4.00%，同時(shí)將連續(xù)論域 ［0.10%，4.00%］按計(jì)算精度要求轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散論域，以表征不同的災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)水平。據(jù)此，構(gòu)建出我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水災(zāi)損失指數(shù)離散論域?yàn)?ui={0.10%，0.50%，1.00%，1.50%， 2.00%， 2.50%， 3.00%， 3.50%，4.00%}。同樣道理，構(gòu)建的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)旱災(zāi)損失指數(shù)離散論域?yàn)?ui={0.50%，1.00%，1.50%，2.00%， 2.50%， 3.00%， 3.50%， 4.00%，4.50%，5.00%，5.50%，6.00%}。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國水旱災(zāi)害與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失時(shí)序特征

對相關(guān)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)1975-2011年全國每年因遭受旱災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)、霜凍、病蟲害及其他自然災(zāi)害而形成的成災(zāi)總面積，由1975年的1024.0萬hm2波動上升到2000年的3437.4萬hm2，而后下降到2011年的1244.1萬hm2，波動幅度相當(dāng)大 (圖1)。水、旱災(zāi)害是農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害的2大基本類型，相應(yīng)的成災(zāi)面積變動趨勢與總成災(zāi)面積類似，也總體經(jīng)歷了“先上升、后下降”的倒“U”型過程，并且在上升和下降中均發(fā)生了急劇的年際波動，呈現(xiàn)出明顯的不確定特征。由于成災(zāi)機(jī)制不同，水、旱災(zāi)危害廣度有所差異，總體上水災(zāi)較輕，旱災(zāi)較重且變化幅度較大。1975-2011年我國水災(zāi)成災(zāi)面積最小值為92.0萬hm2(1978年)，最大值為1461.4萬hm2(1991年)，平均值為 594.2萬 hm2，標(biāo)準(zhǔn)差 316.7萬hm2。同期，旱災(zāi)成災(zāi)面積最小值為506.0萬hm2(1998年)，最大值為2678.4萬hm2(2000年)，平均值為 1202.2萬 hm2，標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到 510.2萬hm2。

圖1 1975-2011年我國成災(zāi)總面積變化

水、旱災(zāi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)與當(dāng)年的水、旱災(zāi)成災(zāi)面積呈正比例關(guān)系 (圖2)，且年際變動趨勢一致，因此本文中將二者一并分析。對旱災(zāi)成災(zāi)面積和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)旱災(zāi)損失指數(shù)而言，其變動可大致分為2個(gè)階段。第1階段為1975-2000年，全國旱災(zāi)成災(zāi)面積由532萬hm2波動增加到2678.4萬hm2，對應(yīng)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)由1.09%增加到5.50%;第2階段為2000-2011年，成災(zāi)面積由2678.4萬hm2急劇下降到659.9萬hm2，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)由5.50%下降到1.25%。水災(zāi)成災(zāi)面積和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水災(zāi)損失指數(shù)變動也可大致分為2個(gè)階段。第1階段為1975-1991年，成災(zāi)面積由347.0萬hm2波動增加到1461.4萬hm2，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)由0.71%增加到3.10%;第2階段為1991-2011年，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)由3.10%緩慢下降到0.54%。對比分析表明，1975年以來的大多數(shù)年份里水、旱災(zāi)害的危害廣度 (成災(zāi)面積)與經(jīng)濟(jì)影響深度 (農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù))不盡同步，此消彼長，少數(shù)年份則表現(xiàn)出同步消漲特征，反映出水、旱災(zāi)害時(shí)而交替發(fā)生，時(shí)而同年發(fā)生的基本現(xiàn)實(shí)，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大負(fù)面影響。

2.2 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水旱災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果

圖2 1975-2011年我國水、旱災(zāi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)變化

由表1可知，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水旱災(zāi)損概率隨風(fēng)險(xiǎn)水平的增加而減小。對水災(zāi)來說，在風(fēng)險(xiǎn)水平為0.10%——即農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失比重超過0.10%時(shí)，水災(zāi)發(fā)生概率為100%，可以解釋為每年發(fā)生的洪澇災(zāi)害幾乎必然會導(dǎo)致全國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失超過0.10%。而災(zāi)害發(fā)生概率與幾年一遇成倒數(shù)關(guān)系，風(fēng)險(xiǎn)水平為2.00%的水災(zāi)發(fā)生概率為18.56%，即全國平均每5.39年發(fā)生1次農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失比重超過2.00%的水災(zāi)。同理由表1可知，平均每30多萬年才發(fā)生1次損失比重超過4.00%的水災(zāi)，可以認(rèn)為現(xiàn)實(shí)中幾乎不會發(fā)生。而反觀旱災(zāi)對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失的影響，由表1可知，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失超過0.50%的旱災(zāi)幾乎每年都會發(fā)生，損失比重超過5.00%的發(fā)生概率為2.44%，平均每22.18年發(fā)生1次。損失比重超過6.00%的旱災(zāi)則為190.76年一遇，現(xiàn)實(shí)發(fā)生的可能性較小。

從表1中可以看出，在相同風(fēng)險(xiǎn)水平下，旱災(zāi)發(fā)生概率一般要大大高于水災(zāi)發(fā)生概率。例如，在風(fēng)險(xiǎn)水平為2.00%時(shí)，水、旱災(zāi)發(fā)生概率分別為18.56%和70.37%，旱災(zāi)比水災(zāi)發(fā)生的可能性高出50多個(gè)百分點(diǎn)。即使在風(fēng)險(xiǎn)水平為4.00%時(shí)，旱災(zāi)發(fā)生概率仍然達(dá)到12.14%，平均每8.24年發(fā)生1次，但水災(zāi)30萬年一遇。以上情況表明，與水災(zāi)相比，我國農(nóng)業(yè)旱災(zāi)發(fā)生比較頻繁，危害程度也比較嚴(yán)重，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃中需要特別注意加強(qiáng)關(guān)于旱災(zāi)的應(yīng)對措施。

2.3 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水旱災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)評估驗(yàn)證

利用直接發(fā)生頻次法對農(nóng)業(yè)水、旱災(zāi)影響的時(shí)間分布特征進(jìn)行分析，通過計(jì)算農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)在時(shí)間上的分布比率，進(jìn)而檢驗(yàn)上述風(fēng)險(xiǎn)評估方法的精確性。

如圖3所示，1975-2011年，當(dāng)由水災(zāi)引起的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失比重分別高于0.50%，1.50%，2.50%，3.50%時(shí)，出現(xiàn)的年份次數(shù)分別為35年、9年、3年、0年，在1975-2011年中所占比重分別為94.59%，24.32%，8.11%、0。與基于信息擴(kuò)散理論計(jì)算的評估值僅相差1.28%，12.83%，3.13%、0.44%(圖3中A)。同一時(shí)期，當(dāng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)旱災(zāi)損失比重高于1.00%，2.00%，3.00%，4.00%，5.00%時(shí)，出現(xiàn)的年份次數(shù)分別為37年、23年、12年、3年、1年，所占比重分別為100.00%，62.16%，32.43%，8.11%，2.70%，與評估值僅相差 1.08%，8.21%，6.46%，4.03%，1.81%(圖3中B)。

以上情況表明，利用信息擴(kuò)散理論測算得到的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)與災(zāi)害實(shí)際發(fā)生比率之間的差異較小，該方法精度較高，可在一定程度上應(yīng)用于實(shí)踐。

表1 不同風(fēng)險(xiǎn)水平下農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損發(fā)生概率

圖3 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水 (A)、旱 (B)災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)評估值與實(shí)際值比較

3 小結(jié)與討論

頻繁發(fā)生的水、旱自然災(zāi)害對我國農(nóng)戶生計(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系造成沖擊［14-17］。本研究將水旱災(zāi)害與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失關(guān)聯(lián)起來，在構(gòu)建農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)災(zāi)損指數(shù)的基礎(chǔ)上，利用基于信息擴(kuò)散理論的風(fēng)險(xiǎn)評估方法測算了我國水旱災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，1975年以來的大多數(shù)年份里，我國水、旱災(zāi)害發(fā)生廣度與影響深度不盡同步;在同一風(fēng)險(xiǎn)水平下，旱災(zāi)發(fā)生概率一般要大大高于水災(zāi)發(fā)生概率，因此，農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃需特別加強(qiáng)關(guān)于旱災(zāi)的應(yīng)對措施;基于正態(tài)信息擴(kuò)散理論的評估方法精度較高，評估結(jié)果與實(shí)際發(fā)生情況基本吻合，可在一定程度上應(yīng)用于評估工作實(shí)踐。

值得指出的是，盡管我國水旱災(zāi)害頻頻發(fā)生，但由此引發(fā)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失程度并不大，研究表明，兩類災(zāi)害造成的損失比重主要集中在2%左右，超過4%的發(fā)生概率很小。但多種自然災(zāi)害累加對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的危害還是相當(dāng)嚴(yán)重的，必須引起足夠的關(guān)注。但由于除水旱災(zāi)害外，當(dāng)前比較缺乏關(guān)于“災(zāi)害-損失”對應(yīng)關(guān)系的細(xì)分資料，致使相關(guān)研究不易展開。另一方面，信息擴(kuò)散理論是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法發(fā)展的階段性產(chǎn)物，雖然具有可操作性強(qiáng)、數(shù)據(jù)需求少、評價(jià)結(jié)果意義明確等優(yōu)勢，但也應(yīng)注意其不完善之處。例如，利用該方法僅能完成災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的部分內(nèi)容而非全部，對特定災(zāi)害受災(zāi)損失的超越概率可能存在高估傾向等［11］。因此，在不斷完善信息擴(kuò)散理論方法的基礎(chǔ)上，對不同自然災(zāi)害的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)分別評估和綜合評估是今后應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究的方向。

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