CN104794364A - 海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法，步骤包括：确定脆弱性等级评估的评估单元、构建海平面上升脆弱性评估体系、获取各评估单元指标数据及标准化处理、计算评估因子的量值、计算自然环境脆弱性指数、计算社会经济脆弱性指数、计算适应海平面上升能力指数、计算海平面上升脆弱性指数、脆弱性等级评估。本发明综合考虑沿海地区的多种影响因素，按照评估目标、评估因子和评估指标三个层级构建海平面上升脆弱性评估体系，定量化评估各沿海行政区域的海平面上升脆弱性等级，形成了简便易行的计算方法，成果能够适应当前我国以行政区为单位的管理特点，应用中更具有针对性和可实施性，相比之下实用性强，具有推广应用价值。

Description

海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法

技术领域

本发明涉及海洋环境预报技术，具体涉及一种适应气候变化和海洋防灾减灾的评估不同沿海行政单元海平面上升脆弱性等级的方法。

背景技术

气候变暖背景下的海平面上升会对沿海经济社会发展产生诸多不利影响，《应对气候变化国家方案》中提出，在制定沿海发展规划、沿海开发区和重大工程建设选址中要充分考虑海平面上升可能造成的影响。脆弱性程度是评判沿海地区对海平面上升的响应及其承载和适应海平面上升能力的重要量度，由于不同地区的脆弱程度不同，因此要对沿海地区的海平面上升脆弱性等级进行评估。

目前，现有的海平面上升脆弱性评估技术仍存在缺陷，总结为以下几点：一是，脆弱性评估要素单一，主要通过确定某单一自然系统变化进行评估，综合性不强，致使实际的整体脆弱性得不到充分体现。二是，未考虑沿海地区适应海平面上升的能力，导致海平面上升脆弱性被明显高估，影响了评估结果的可信度。三是，评估中仍采取较多的经验模型或半经验模型，导致定量化程度较低，且对数据资料要求较高，数据信息收集难度大，实际操作性不强，所获得的评估结果的实用性也不高。诸多因素，现有的方法还不能满足沿海地区应对气候变化的需要，存在一定的局限性。

发明内容

针对目前海平面上升脆弱性评估技术发展的需要和现有技术中的缺陷，本发明提出一种海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法，其目的在于综合利用沿海自然地理和社会经济数据信息，构建海平面上升脆弱性评估体系，综合考虑沿海地区的海平面上升、潮水位、地形地貌、生态环境、灾害、人口、经济、工程性和非工程性措施状况作为评估因子，以海平面上升背景下的自然环境脆弱性、社会经济脆弱性和适应能力作为评估目标，进而定量化评估沿海地区各沿海行政区域的海平面上升脆弱性等级。

本发明涉及的海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法包括以下步骤：

s1、确定脆弱性等级评估的评估单元

选取沿海地区海平面上升脆弱性评估的区域，根据当地的行政区划状况确定脆弱性等级评估的评估单元。

s2、构建海平面上升脆弱性评估体系

界定沿海地区海平面上升脆弱性的各因子，分为海平面变化、潮水位、地形地貌、生态环境、灾害、人口、经济、工程性和非工程性措施九项评估因子，将其归类为自然环境脆弱性、社会经济脆弱性和适应海平面上升能力三项评估目标，并根据各因子在评估目标中的重要程度确定各因子的权重系数，按照评估目标、评估因子和评估指标三个层级构建海平面上升脆弱性评估体系。

海平面上升脆弱性的各项评估目标和评估因子界定如下：

①自然环境脆弱性，界定为评估区域的自然环境受到海平面上升的影响程度，包括海平面变化因子、潮水位因子、地形地貌因子、生态环境因子、灾害因子。

其中，

a、海平面变化因子，界定为评估区域的海平面变率特征、幅度和变化速率，选用海平面上升速率、未来海平面上升幅度、海平面变化的年较差三个指标进行评估。

b、潮水位因子，界定为评估区域潮汐变化特征，选用平均潮水位、平均潮差、历史最高潮水位三个指标进行评估。

c、地形地貌因子，界定为评估区域的海岸带容易遭受海平面上升影响的程度，选用岸线长度、海岸线类型和稳定性、地面高程状况、地面沉降率四个指标进行评估。

d、生态环境因子，界定为评估区域的生态环境容易遭受海平面上升影响的程度，选用滨海湿地面积、河流长度、湖泊水库面积、地下水储量四个指标进行评估。

e、灾害因子，界定为评估区域海平面上升对自然灾害的加剧程度，选用风暴增水、海水入侵距离、咸潮上溯距离、土壤盐渍化面积四个指标进行评估。

②社会经济脆弱性，界定为评估区域的社会经济受到海平面上升的影响程度，包括人口和经济两个评估因子。

其中，

a、人口因子，界定为海平面上升对评估区域人员的影响程度，选用居民总数、人口密度、城镇化水平三个指标进行评估。

b、经济因子，界定为海平面上升对评估区域经济发展的影响程度，选用地区生产总值(GDP)、地均GDP(单位每平方千米的地区生产总值)、地方财政收入、固定资产投资额、规模以上工业企业数、重大沿海工程设施数六个指标进行评估。

③适应海平面上升能力，界定为评估区域为应对海平面上升以减缓和降低影响程度的措施，包括工程性措施和非工程性措施两个评估因子。

其中，

a、工程性措施因子，界定为评估区域为防御海平面上升产生的影响而开展的工程设施建设情况，选用海平面上升及影响监测站点数、海堤防御标准、城镇防洪排涝标准、堤防达标率四个指标进行评估。

b、非工程性措施因子，界定为评估区域通过资金支持、应急决策等管理手段降低海平面上升影响而采取的措施，选用适应气候变化经费投入、专业海平面评估预测机构数、专业人员数三个指标进行评估。

s3、获取各评估单元指标数据及标准化处理

依据s2中所列的各项指标，获取各评估单元的相应指标数值，形成海平面脆弱性指标数据矩阵，并将各指标数据进行标准化处理。

s4、计算评估因子的量值

分别利用与评估因子相对应的评估指标标准化数值，计算获得各评估单元的各评估因子量值。

s5、计算自然环境脆弱性指数

计算各评估单元的自然环境脆弱性指数，指数值的大小即为代表单元自然环境的脆弱性程度。分别利用各评估单元海平面变化、潮水位、地形地貌、生态环境、灾害五个评估因子的量值，计算各评估单元的自然环境脆弱性指数，评估自然环境脆弱性的计算公式为：V_N＝a₁SL+a₂TID+a₃TOP+a₄ENV+a₅HAZ，式中，V_N表示自然环境脆弱性指数，SL表示海平面变化因子的量值，TID表示潮水位因子的量值，TOP表示地形地貌因子的量值，ENV表示生态环境因子的量值，HAZ表示灾害因子的量值，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅分别为各因子的权重系数。

s6、计算社会经济脆弱性指数

计算各评估单元的社会经济脆弱性指数，指数值的大小即代表各单元社会经济的脆弱性程度。分别利用各评估单元人口和经济两个评估因子的量值，计算各评估单元的社会经济脆弱性指数，评估社会经济脆弱性的计算公式为：V_S＝b₁POP+b₂ECO，式中，V_S表示社会经济脆弱性指数，POP表示人口因子的量值，ECO表示经济因子的量值，b₁、b₂分别为人口和经济因子的权重系数。

s7、计算适应海平面上升能力指数

计算各评估单元的适应海平面上升能力指数，指数值的大小即代表各单元适应海平面上升能力强弱。分别利用各评估单元工程性和非工程性措施两个评估因子的量值，计算各评估单元的适应海平面上升能力指数，评估适应海平面上升能力的计算公式为：V_A＝c₁ENG+c₂NENG，式中，V_S表示适应海平面上升能力指数，ENG表示工程性措施因子的量值，NENG表示非工程性措施因子的量值，c₁、c₂分别为工程性和非工程性措施因子的权重系数。

s8、计算海平面上升脆弱性指数

计算各评估单元的海平面上升脆弱性指数，指数值的大小即代表各单元海平面上升的脆弱性程度。利用s4、s5、s6中计算得到的各评估单元自然环境脆弱性指数值、社会经济脆弱性指数值和适应海平面上升能力指数值计算各评估单元的海平面上升脆弱性指数，计算公式为：V_sl＝V_N×V_S/V_A，式中，V_sl表示海平面上升脆弱性指数，V_N表示自然环境脆弱性指数，V_S表示社会经济脆弱性指数，V_A表示适应海平面上升能力指数。

s9、脆弱性等级评估

根据计算得到的各评估单元海平面上升脆弱性指数的数值大小，将各评估单元的海平面上升脆弱性程度划分为Ⅰ级(高)、Ⅱ级(较高)、Ⅲ级(中等)和Ⅳ级(低)四个脆弱性等级。

本发明的有益效果是：

1、构建的海平面上升脆弱性评估体系，以海平面上升背景下的自然环境脆弱性、社会经济脆弱性和适应能力为评估目标，综合考虑了多种脆弱性评估因子，使得评估结果更加客观可信。

2、脆弱性评估指标都实现了数字化，数据可以从公开渠道获取，对不同类型的指标数据进行了标准化处理，实现评估的定量化，结果更加可靠。

3、以行政单元作为评估单元进行脆弱性评估，能够适应当前我国以行政区为单位的管理特点，既有可靠的数据来源且便于收集，又在规划、组织生产、抗灾、救灾、投资和工程设计等成果应用中更具有针对性和可实施性，相比之下实用性强。

附图说明

图1为海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法的总体流程示意图。

具体实施方式

以下结合图1对本发明作进一步详细说明。

本发明涉及的海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法，包括以下步骤：

s1、确定脆弱性等级评估的评估单元

选取海平面脆弱性等级评估的某一沿海区域，根据当地的行政区划状况确定脆弱性等级评估的评估单元。

s2、构建海平面上升脆弱性评估体系

首先，按照评估目标、评估因子和评估指标三个层级构建海平面上升脆弱性评估体系，以海平面上升背景下各评估单元的自然环境脆弱性、社会经济脆弱性和适应能力为评估目标，进而评估出各评估单元的脆弱性。

①自然环境脆弱性，包括海平面变化因子、潮水位因子、地形地貌因子、生态环境因子、灾害因子。

a、海平面变化因子的量值，由各评估单元的海平面上升速率、未来海平面上升幅度、海平面变化年较差三个指标的标准化数值计算。

b、潮水位因子的量值，由各评估单元的平均潮水位、平均潮差、历史最高潮水位三个指标的标准化数值计算。

c、地形地貌因子的量值，由各评估单元的岸线长度、海岸线类型和稳定性、地面高程状况、地面沉降率四个指标的标准化数值计算。

其中，

海岸线类型和稳定性，界定为根据各评估单元的海岸线分类和稳定性程度确定其量化值，侵蚀性的平原海岸量化值为5，侵蚀性的基岩海岸量化值为4，生物海岸量化值为3，稳定的基岩海岸和平原海岸量化值为2，淤涨的基岩海岸和平原海岸量化值为1。

地面高程状况，界定为利用各评估单元地面高程数据计算与海相连且地面高程低于5米的面积占评估单元总面积的比例，作为指标的数量值。

d、生态环境因子的量值，由各评估单元的滨海湿地面积、河流长度、湖泊水库面积、地下水储量四个指标的标准化数值计算。

e、灾害因子的量值，由各评估单元的风暴增水、海水入侵距离、咸潮上溯距离、土壤盐渍化面积四个指标的标准化数值计算。

②社会经济脆弱性，包括人口因子和经济因子。

a、人口因子的量值，由各评估单元的居民总数、人口密度、城镇化水平三个指标的标准化数值计算。

b、经济因子的量值，由各评估单元的地区生产总值(GDP)、地均GDP(单位每平方千米的地区生产总值)、地方财政收入、固定资产投资额、规模以上工业企业数、重大沿海工程设施数六个指标的标准化数值计算。

③适应海平面上升能力，包括工程性措施因子和非工程性措施因子。

a、工程性措施因子的量值，由各评估单元的海平面上升及影响监测站点数、海堤防御标准、城镇防洪排涝标准、堤防达标率四个指标的标准化数值计算。

b、非工程性措施因子的量值，由各评估单元的适应气候变化经费投入、专业海平面评估预测机构数、专业人员数三个指标的标准化数值计算。

其次，由于各评估因子的特征不同，其对海平面上升脆弱性程度的作用也不同，需根据各评估因子在评估目标中的重要程度确定各评估因子的权重系数，权重系数计算方法使用层次分析法。

s3、获取各评估单元指标数据及标准化处理

根据s2中列出的各项指标，通过对各评估单元数据信息的收集、分析、计算获取相应的指标数值，形成数据矩阵。

由于各指标数据的单位和量级都不尽相同，不能直接用于计算，需将各指标数据标准化处理，形成的标准化量值。将各评估单元某指标p的数值排列成一数据序列p₁，p₂，…，p_n，其中n表示评估单元的个数，标准化处理公式如下：

$A_i=\frac{N(p_i-\min \left(p_i\right))}{\max \left(p_i\right)-\min \left(p_i\right)}+1$

式中，A_i表示第i个评估单元指标p的标准化量值；i表示评估单元序号，i＝1，2；...，n；p_i表示第i个评估单元的指标数值；N表示量化参数，一般将量化参数值取为9，即A_i的取值范围应介于1～10之间。

各评估指标标准化后的数值用于评估因子的计算。

s4、计算评估因子的量值

分别利用与评估因子相对应的评估指标标准化数值，计算获得各评估单元的各评估因子量值，评估因子量值的计算公式为：

$F=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Index}\left(i\right)/n$

式中，F表示某一评估因子的量值，Index(i)表示与评估因子相对应的评估指标的标准化数值，i表示评估指标的序号，n为评估指标的个数。

s5、计算自然环境脆弱性指数

利用s4中获取的各评估单元海平面变化、潮水位、地形地貌、生态环境、灾害五个评估因子的量值，计算各评估单元的自然环境脆弱性指数。

评估自然环境脆弱性的计算公式为：

V_N＝a₁SL+a₂TID+a₃TOP+a₄ENV+a₅HAZ

式中，V_N表示自然环境脆弱性指数，SL表示海平面变化因子的量值，TID表示潮水位因子的量值，TOP表示地形地貌因子的量值，ENV表示生态环境因子的量值，HAZ表示灾害因子的量值，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅分别为各因子的权重系数。

s6、计算社会经济脆弱性指数

利用s4中获取的各评估单元人口和经济两个评估因子的量值计算各评估单元的社会经济脆弱性指数。

评估社会经济脆弱性的计算公式为：

V_S＝b₁POP+b₂ECO

式中，V_S表示社会经济脆弱性指数，POP表示人口因子的量值，ECO表示经济因子的量值，b₁、b₂分别为人口和经济因子的权重系数。

s7、计算适应海平面上升能力指数

利用s4中获取的各评估单元工程性和非工程性措施两个评估因子的量值计算各评估单元的适应海平面上升能力指数。

评估适应海平面上升能力的计算公式为：

V_A＝c₁ENG+c₂NENG

式中，V_S表示适应海平面上升能力指数，ENG表示工程性措施因子的量值，NENG表示非工程性措施因子的量值，c₁、c₂分别为工程性和非工程性措施因子的权重系数。

s8、计算海平面上升脆弱性指数

利用s5、s6、s7中获得的各评估单元的自然环境脆弱性指数值、社会经济脆弱性指数值和适应海平面上升能力指数值，计算各评估单元的海平面上升脆弱性指数。

海平面上升脆弱性指数计算公式为：

$V_{\mathrm{sl}}=\frac{V_N\×V_S}{V_A}$

式中，V_sl表示海平面上升脆弱性指数，V_N表示自然环境脆弱性指数，V_S表示社会经济脆弱性指数，V_A表示适应海平面上升能力指数。

s9、脆弱性等级评估

根据计算的海平面上升脆弱性指数值的大小，设定海平面上升脆弱性等级划分标准，将各评估单元的海平面上升脆弱性由高到低划分为Ⅰ级(高)、Ⅱ级(较高)、Ⅲ级(中等)和Ⅳ级(低)四个脆弱性等级。

海平面上升脆弱性指数V_sl的值域范围介于0.1～100之间，按照等距原则，海平面上升脆弱性等级对应的脆弱性指数值为：

Ⅰ级：V_sl≥75

Ⅱ级：50≤V_sl＜75

Ⅲ级：25≤V_sl＜50

Ⅳ级：V_sl＜25。

Claims (1)

1.一种海平面上升脆弱性等级评估的定量化方法，其特征在于,所述评估方法步骤包括：确定脆弱性等级评估的评估单元(s1)、构建海平面上升脆弱性评估体系(s2)、获取各评估单元指标数据及标准化处理(s3)、计算评估因子的量值(s4)、计算自然环境脆弱性指数(s5)、计算社会经济脆弱性指数(s6)、计算适应海平面上升能力指数(s7)、计算海平面上升脆弱性指数(s8)、脆弱性等级评估(s9)；

确定脆弱性等级评估的评估单元(s1)，选取海平面脆弱性等级评估的某一沿海区域，根据当地的行政区划状况确定脆弱性等级评估的评估单元；

构建海平面上升脆弱性评估体系(s2)，按照评估目标、评估因子和评估指标三个层级构建海平面上升脆弱性评估体系，以海平面上升背景下各评估单元的自然环境脆弱性、社会经济脆弱性和适应能力为评估目标，并根据各因子在评估目标中的重要程度确定各因子的权重系数，进而评估出各评估单元的脆弱性；

所述的自然环境脆弱性，界定为评估区域的自然环境受到海平面上升的影响程度，包括海平面变化因子、潮水位因子、地形地貌因子、生态环境因子、灾害因子；其中：

a、海平面变化因子，界定为评估区域的海平面变率特征、幅度和变化速率，选用海平面上升速率、未来海平面上升幅度、海平面变化的年较差三个指标进行评估；

b、潮水位因子，界定为评估区域潮汐变化特征，选用平均潮水位、平均潮差、历史最高潮水位三个指标进行评估；

c、地形地貌因子，界定为评估区域的海岸带容易遭受海平面上升影响的程度，选用岸线长度、海岸线类型和稳定性、地面高程状况、地面沉降率四个指标进行评估；

d、生态环境因子，界定为评估区域的生态环境容易遭受海平面上升影响的程度，选用滨海湿地面积、河流长度、湖泊水库面积、地下水储量四个指标进行评估；

e、灾害因子，界定为评估区域海平面上升对自然灾害的加剧程度，选用风暴增水、海水入侵距离、咸潮上溯距离、土壤盐渍化面积四个指标进行评估；

所述的社会经济脆弱性，界定为评估区域的社会经济受到海平面上升的影响程度，包括人口和经济两个评估因子；其中：

a、人口因子，界定为海平面上升对评估区域人员的影响程度，选用居民总数、人口密度、城镇化水平三个指标进行评估；

b、经济因子，界定为海平面上升对评估区域经济发展的影响程度，选用地区生产总值(GDP)、地均GDP(单位每平方千米的地区生产总值)、地方财政收入、固定资产投资额、规模以上工业企业数、重大沿海工程设施数六个指标进行评估；

所述的适应海平面上升能力，界定为评估区域为应对海平面上升以减缓和降低影响程度的措施，包括工程性措施和非工程性措施两个评估因子；其中：

a、工程性措施因子，界定为评估区域为防御海平面上升产生的影响而开展的工程设施建设情况，选用海平面上升及影响监测站点数、海堤防御标准、城镇防洪排涝标准、堤防达标率四个指标进行评估；

b、非工程性措施因子，界定为评估区域通过资金支持、应急决策等管理手段降低海平面上升影响而采取的措施，选用适应气候变化经费投入、专业海平面评估预测机构数、专业人员数三个指标进行评估；

获取各评估单元指标数据及标准化处理(s3)，通过对各评估单元数据信息的收集、分析、计算获取相应的指标数值，形成数据矩阵，并将各评估指标标准化后用于评估因子的计算；

计算评估因子的量值(s4)，分别利用与评估因子相对应的评估指标标准化数值，计算获得各评估单元的各评估因子量值，

计算公式为： $F={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Index}\left(i\right)/n$

式中，F表示某一评估因子的量值，Index(i)表示与评估因子相对应的评估指标的标准化数值，i表示评估指标的序号，n为评估指标的个数；

计算自然环境脆弱性指数(s5)，利用各评估单元海平面变化、潮水位、地形地貌、生态环境、灾害五个评估因子的量值，计算各评估单元的自然环境脆弱性指数，

计算公式为：V_N＝a₁SL+a₂TID+a₃TOP-a₄ENV+a₅HAZ

式中，V_N表示自然环境脆弱性指数，SL表示海平面变化因子的量值，TID表示潮水位因子的量值，TOP表示地形地貌因子的量值，ENV表示生态环境因子的量值，HAZ表示灾害因子的量值，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅分别为各因子的权重系数；

计算社会经济脆弱性指数(s6)，利用各评估单元人口和经济两个评估因子的量值计算各评估单元的社会经济脆弱性指数，计算公式为：V_S＝b₁POP+b₂ECO

式中，V_S表示社会经济脆弱性指数，POP表示人口因子的量值，ECO表示经济因子的量值，b₁、b₂分别为人口和经济因子的权重系数；

计算适应海平面上升能力指数(s7)，利用各评估单元工程性和非工程性措施两个评估因子的量值计算各评估单元的适应海平面上升能力指数，计算公式为：V_A＝C₁ENG+c₂NENG

式中，V_S表示适应海平面上升能力指数，ENG表示工程性措施因子的量值，NENG表示非工程性措施因子的量值，c₁、c₂分别为工程性和非工程性措施因子的权重系数；

计算海平面上升脆弱性指数(s8)，利用各评估单元的自然环境脆弱性指数值、社会经济脆弱性指数值和适应海平面上升能力指数值，计算各评估单元的海平面上升脆弱性指数，计算公式为：V_s1＝V_N×V_S/V_A

式中，V_sl表示海平面上升脆弱性指数，V_N表示自然环境脆弱性指数，V_S表示社会经济脆弱性指数，V_A表示适应海平面上升能力指数；

脆弱性等级评估(s9)，按照海平面上升脆弱性指数值的大小，将各评估单元的海平面上升脆弱性由高到低划分为四个脆弱性等级，V_sl≥75为Ⅰ级(高)，50≤Vsl≤75为Ⅱ级(较高)，25≤Vsl＜50为Ⅲ级(中等)，Vsl＜25为Ⅳ级(低)。