暴雨灾害链动态风险分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Cecil1119
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在过去的三十年中,风险分析已经渗透到经济生活中的方方面面,成为了一种处理问题的有效辅助手段。在自然灾害方面,风险分析的研究尤其重要。风险研究不仅可以指导相关决策者做出正确的应急管理决策,而且能够在一定程度上减少由于自然灾害的发生给社会带来的负面影响。随着全球气候变化,许多地区接连遭受极端自然灾害,严重威胁着人们的生命、财产安全,同时快速的城市化进程增加了自然灾害发生的可能性。在气候变暖的大环境下,社会的发展迫切需要更加有效的灾害链风险评估方法,也就是多灾种风险评估。风险是衡量灾害发生的严重程度或灾害发生的可能性大小,传统的风险评估主要使用地理信息系统来绘制风险区域图,以及用信息扩散方法来评估不完整数据集下的期望风险。对于风险评估的研究,很少有文章讨论多灾种等级衡量标准中存在的模糊不确定性以及考虑时间维度下的动态风险。其次由于收集到的历史样本数据很少,记录的数据维度不够,会造成数据的不完备性。上述两个问题的出现加大了风险评估的困难性,本研究基于期望风险的定义提出了可变模糊集信息扩散动态风险评估模型,同时用该模型来评估深圳地区台风暴雨灾害的动态风险。针对多灾种动态分析评估中的模糊区间和信息不完备问题,文中构建了可变模糊集信息扩散动态风险评估模型。顾名思义,该模型是将模糊集理论和信息扩散理论相结合,旨在解决数据不完备情况下,多灾种动态风险评估所出现的模糊不确定性问题。其中可变模糊集理论主要是消除评估标准当中的不确定性,得到多灾种等级的综合评估结果。信息扩散理论主要针对小样本数据集中包含的不完备信息,解决小样本数据下估计结果精度不高这一问题。文中建模过程如下:首先基于概率风险定义,考虑时间因素引入动态概率风险,并在此定义下给出动态风险的计算表达式。其次由于多灾种等级衡量结果往往会带有不确定性,模型结合可变模糊集和信息熵方法,将多灾种的衡量指标转换为单一数值来表示多灾种等级。该方法不仅给出相对隶属度计算的过程,而且提高了多灾种风险评估的准确性。然后基于上述模型所得到的多灾种等级值结果,文中模型利用时间数据以及灾损大小,使用信息扩散方法估计灾害发生的条件概率分布和脆弱性曲线。该方法通过将样本点转化为模糊集来提高样本数据估计条件概率分布与脆弱性曲线估计的准确性,以此解决动态风险当中的不完备信息问题。最终根据期望概率公式计算动态风险,结合正态扩散所得到的灾害等级概率分布和承灾体脆弱性曲线给出多灾种的动态概率风险。文中所构造的可变模糊集信息扩散动态风险评估模型综合考虑了多灾种等级评估指标的多样性,在不完备数据集下提高了动态风险计算的准确性。其主要创新点在于:(i)根据动态风险评估这一研究对象,考虑时间因素引入动态概率风险定义。(ii)针对多灾种评估中不同灾种的评估具有不一样的衡量指标这一问题,结合可变模糊集和信息熵方法,将多灾种的衡量指标转换为单一数值来表示多灾种灾害等级。(iii)基于动态概率风险的定义,将得到的灾害等级和灾害损失数据使用信息扩散方法求解各类灾害等级对应的条件概率分布与脆弱性曲线。(iv)结合正态扩散所得到的灾害等级概率分布和承灾体脆弱性曲线给出了多灾种的动态概率风险。为了阐述可变模糊集信息扩散动态风险评估模型的可行性,文中用此模型来评估深圳地区的台风暴雨灾害动态风险,并由此给出应急管理建议。沿海城市深圳属于亚热带海洋季风气候,台风暴雨灾害严重制约了当地经济和社会的可持续发展。据统计,从1990年至2016年间深圳地区的台风和暴雨灾害,平均来说造成3.4人死亡,14.9万人受灾,直接经济损失超过1.36亿元人民币。然而,对于该地区的自然灾害风险评估,很少以定量方式评估台风暴雨灾害对于深圳地区的影响。本研究通过阅读气象年报和查阅台风网的相关信息,收集到台风暴雨灾害发生时对应的最值降水,强风强度、台风登陆点以及直接经济损失数据。根据可变模糊集信息扩散动态风险评估模型,文中首先根据台风暴雨灾害的四级分类标准,使用可变模糊集和信息熵方法来综合刻画台风暴雨灾害的等级,结果表示深圳地区受到台风暴雨灾害影响的等级主要是III类。其次在时间变量下,将得到的灾害等级数据和直接经济损失使用信息扩散方法计算对应灾害等级发生的条件概率密度和承灾体脆弱性曲线。最后根据期望风险的定义计算台风暴雨灾害发生的动态风险大小。结果显示:(i)台风暴雨灾害等级可以分为4类,对深圳地区来说,台风暴雨灾害集中发生于八、九月份,且II、III类灾害在过去8年中发生的概率最高。(ii)从灾损角度来看,经济损失集中于八、九月份,这两个月发生的各种等级灾害对经济造成的损失最大。不同月份同一等级灾害造成的直接经济损失不相同,这说明台风和暴雨对经济的影响不完全相同。同一月份下,随着灾害等级不断升高,对深圳地区造成的经济损失程度在逐渐减弱,这说明深圳地区承灾能力阈值比较大,在现有体系下应对突发性灾害的能力比较强。(iii)不同月份下,台风暴雨灾害给深圳地区带来的风险程度不一样,八、九月份灾害风险程度最高,平均来说这两个月所带来的经济损失分别为1.14亿元和1.67亿元。综合之前的灾害等级分布月份可知,这个结论比较符合深圳地区的自然灾害的分布情况,能对灾害应急管理给出一定的指导性意见。
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