基于熵权法的陕西省农业干旱脆弱性评价及影响因子识别.pdf
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1、第34卷第3期 干旱地区农业研究 V0134 No3垫!鱼生Q三旦垒臣受坐婴型曼塑地鱼鱼竺些叁堕堕些型墅文章编号:10007印1(2016)03019808 doi:107606jissn1000一760120160332基于熵权法的陕西省农业干旱脆弱性评价及影响因子识别徐 晗1,2(1长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;2陕西学前师范学院环境与资源管理系,陕西西安710100)摘要:以陕西省10个城市为研究对象,从农业干旱的敏感性和恢复力2个角度选取14个指标,对全省的农业干旱脆弱性进行评价。利用熵权法和贡献度模型,根据陕西省2014年水资源、气象与社会经济统计数据,对10个城
2、市的农业干旱脆弱性及主要贡献因子进行分析。结果表明:(1)陕南的3个城市安康、商洛和汉中的农业干旱脆弱性水平较高,分别为07128、07110和05897,关中和陕北的7个城市农业干旱脆弱性处于中等水平;(2)陕西省农业干旱脆弱性的空间差异与城市社会经济发展水平和气候条件不完全一致,陕南地区敏感性总体较高,其中最高为安康(04238),关中和陕北地区敏感性总体较低,其中最低为宝鸡(02123);陕南地区三个城市的恢复力水平最低,关中和陕北对于干旱的恢复能力差异不大,其中成阳(O0992)、渭南(01301)、榆林(01554)3市的恢复力最强。(3)从影响因子来看,西安、成阳和渭南的主要影响因
3、子为人口密度,贡献度分别为2711,1511和14,18;安康、汉中和商洛的主要影响因子为旱地面积比重,贡献度分别为2936,1720和1838;延安和榆林的主要影响因子为旱地面积比重和耕地灌溉率,前者贡献度分别为3218和2936,后者贡献度均为1724;铜川的主要影响因子为耕地灌溉率,贡献度为1649;宝鸡的主要影响因子为水库调蓄率,贡献度为1076。最后,根据评价结果提出不同城市控制农业干旱脆弱性的相应措施。关键词:农业干旱;脆弱性;空间差异;贡献度;陕西省中图分类号:s423 文献标志码:AAssessm锄t of agdcultu跏drought Vul鹏rabili哆and ide
4、ntj畸cation 0finnuenciI唱fIactors b嬲ed on the entropy we远ht methodXU Halll,2(1cof姆矿砌“ro,吼emof Jsc曲nce n蒯西卿nee一,29,C托,lgon(,砌肥瑙如,施帆,航胍i 710054,i眦;2虢00础i她e Q拓m0以m阳巧妙,兑帆,髓删捌,710100,醌i船)Abstract:10 eities in sh啪xi were selected as me resea心h objects to evaluate the ag而culture droughtlnerabilityin Shaanxi
5、by 14 indicators thmugh附o points on the drought sensibility and resilience in a珈culture Entropyvaluemet10d aJld contdbution model were adopted to assess the a鲫culture drou小t、rulnerabilitv and main contributi叽f她torsof the 10 cities in Shaall)(i acco础ng to water resource,meteorology aIld social econom
6、y statistical dataThe resultsshowed that the agIiculture dmught vlllnerability leVels of Hanzhong, Ankang and Shanduo in southem Sh揪i werehigher than ofhers,reaching to 07128,07110 and 05897,while the a珈culture drought vlllnerabilit),levels 0f7 othercities in(hanZhong and northem Shaanxi were medium
7、In addition,the spatial difference of a咖culture drou曲t vulnembility was not based on tlle social economy devel叩ment leVel and laJld climate conditions in ShaanxiThe sensitivity washi曲est in AnkaJlg(04238),lower in GuarLzhong and northem Shaan)(i,and lowest in Baoji(02123)The resilience1eVel was lowe
8、st in southem ShaaJlxi,aIld few differences were found in Gua昀10ng and nonhem Shaanxi,while highestin Xianyang(00992),Weinall(01301)and Yulin(01554)Forthe impact factors,the main impact factor 0fXian,xiajlyang and WeinaIl waS t1e population dens姆妇th cont曲ution degmes of 2711,1511and 1418,收稿日期:201511
9、11基金项目:水利部公益性行业科研专项“渭河中下游干旱预警与应急水源配置(201301084);陕西省教育厅科学研究计划项目(14JKll82)作者简介:徐晗(1984一),女,辽宁盘锦人,讲师,在读博士,主要从事水文水资源方面的研究。En谢l:nlllan 1225163 com。万方数据第3期 徐晗等:基于熵权法的陕西省农业干旱脆弱性评价及影响因子识别respecfiVelyThe main impact f孔tor of AJllang,HaIlzhong and Shanduo was the drylaIld area pIDportion with contribution deg
10、rees of 2936,1720and 1838,respectively1he main jmpact factor of Yanan and Yulin was fhedrylaJld area pmportion(contribution degIees 0f 3218and 2936)aIld the rate of iITigation(1724and1724)ne main ilpact f孔tor of Tongchuan waS the mte ofirTig“on讷th a cont曲ution degree of 1649,aIld the11】ain impacfact
11、or of嘲i娜he溅of reseoir pond簪证th a eon五bui锄d孵of 1076,Finally,this肛炉rput forward measulles of a舒clllture drou曲tlnerability controls in dif玷rent cities based on山e evaluation resultsKe”阳rds:a咖cultureght;lnembility;Shaanxi Pmvince;spatial dif玷rence;comdbution degree干旱已成为一个严重威胁人类生存的环境问题。随着人口增加和经济发展,旱灾所造成的损
12、失也越来越严重oj。近年来全球气候变暖加快,引起农业自然灾害频发,干旱不仅直接导致农业减产、食物短缺、病虫害高发、作物生产力降低等,其持续累积还会引起土地资源退化、水资源耗竭和生态环境破坏,从而制约农业的可持续发展3。4 J。因此已有很多学者对于农业干旱评价、农业干旱风险评价、农业干旱预警、农业干旱分区等方面进行研究,但仅对干旱进行判断和监测对于预防和抗减农业干旱问题还是远远不够的,我们需要对于农业生产系统对干旱的适应、反应和应对能力进行研究。近年来,对于农业干旱脆弱性评价方面的相关研究开始涌现,如胡颖颖等13j的“新疆20012010年农业气候干旱脆弱性分析”,倪深海等J的“中国农业干旱脆弱
13、性分区研究”,商彦蕊bj的“干旱、农业旱灾与农户旱灾脆弱性分析”等。农业干旱脆弱性是指农业生产系统易于遭受干旱威胁与损失的性质和状态,反映了整个农业系统对干旱的适应、反应和应对能力l 3I。它主要受两个因素的影响:一是敏感性(加剧农业旱灾危害的各种因素总和),它是从负面影响农业旱灾脆弱性,即农业系统的敏感性越强,农业系统的旱灾脆弱性越大;二是恢复性(减轻农业旱灾危害的各种有利因素总和),是从正面影响农业旱灾脆弱性,即农业系统的恢复性越强,农业系统的旱灾脆弱性越弱【6 J。干旱脆弱性越强说明发生旱灾的风险越高,灾情可能越严重。因此,进行农业气候干旱脆弱性评价和预警对预防与抗减旱灾有重要意义L7j
14、。灾害脆弱性领域较为成熟的评价方法主要有:综合指数法、图层叠置法、脆弱性函数模型评价法、模糊物元评价法和危险度分析法等Lsj。因基于区域的综合脆弱性评价模型强调以区域为单位,从社会、经济、环境等方面综合衡量系统脆弱性,能够兼顾承灾系统的要素复杂性,适用性较强一J,而熵权法确定权重可以消除赋权的主观性影响,使赋权结果更加科学合理,因此,本文利用熵权法和贡献度模型,在基于区域的综合脆弱性评价框架下,以陕西省为研究区,从空间尺度对农业干旱脆弱性进行综合评价,并对影响农业干旱脆弱性的主要因素进行识别,以期为制定干旱管理策略、降低农业干旱脆弱性、减少农业损失提供科学依据。1研究区概况与研究方法11研究区
15、概况陕西省位于我国中部,地理坐标为东经105。29。111。15,北纬31042 739。35 7,总面积20,56104km2,辖西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南、榆林、延安、汉中、安康、商洛10个地(市),共设107个县(市、区)。2013年总人口3 7“万人,其中农业人口l 833万人,非农业人口1 931万人。全省地势南北高,中间低,西部高,东部低,构成境内地形地貌繁杂多样,全省地貌为北部陕北黄土高原、中部为关中盆地、南部为秦巴山地。陕西地处内陆,属典型的大陆性气候,降水量分配不均,主要集中在6-9月,全省多年平均降水量为6669 rI】IIl,秦巴山区是陕西省降水量最多的地区,年降水量达
16、900。1 600衄,陕北长城沿线年降水量只有340450 mm,是全省降水最少的地区;多年平均气温59157,自南向北递减。全省水面蒸发量因气候、地势、植被等条件的影响,各地有明显差异,陕北黄土高原为1 0001 200mm,关中为9001 200 mm,陕南为700900姗,其中冬季水面蒸发量最小,6月份最大。全省耕地主要分布于陕北北部的沙漠草原、黄土台塬、关中盆地及陕南秦巴山区的山间盆地,总面积398104km2。根据历史资料统计分析,近几十年陕西农业受旱面积呈增加趋势-l oI,农业旱灾发生的季节性和区域性特征明显。陕西以夏旱居多,占各类季节性干旱频次的3125,陕北以夏旱和春旱居多,
17、主要干旱时段集中在36月,关中夏旱和冬春连旱居多,主要时段集中在6、7、8月,陕南夏伏旱占多数,其中关中发生干旱频次最多。12研究方法l,21指标体系的建立农业干旱脆弱性评估,一万方数据干旱地区农业研究 第34卷般先需确定脆弱性分析的基本内容和评价指标,然后对各指标进行赋权。考虑到陕西省农业旱灾是区域自然环境系统与社会经济系统共同作用的结果,在科学性、定量性、完整性及数据可获取的原则指导下8,从陕西农业干旱的敏感性和恢复力两个方面,选取14个指标对陕西的lO个城市和地区在市域范围内构建陕西省农业干旱脆弱性评价指标体系(表表1 陕西省农业干旱脆弱性评价指标体系T出e 1 卟e evalu撕on
18、i础cator system of a画cmture drought vldnerability in sh龃商122数据来源与数据标准化 本文中各市或地区的指标数据来源于陕西统计年鉴(2014)、中国农村统计年鉴(2014)、中国水利统计年鉴以及各个城市的统计年鉴,其中降雨量、温度等采用19942013年数据。由于指标数据的量纲不统一,没有可比性,因此进行农业干旱脆弱性评价,首先要对数据进行去量纲的标准化处理9I。在农业干旱脆弱性评价中,正向指标和负向指标对评价结果的影响是不同的,因此在处理时应该区别对待。假设共有几个评价对象,m个评价指标;m代表评价对象,j代表评价指标,则茗ij表示第i个
19、评价对象的第个指标值。用s“表示处理后的标准化值,Max(墨)表示第f项指标中的最大值,Min(墨)表示第J项指标中的最小值,则对正向指标处理为: si=者揣(1)(i=1,2,凡;,:1,2,m)对于负向指标的处理为:耻嚣警蠕 3i 2瓦i瓦广1而 oz,(i=1,2,n;7=1,2,m)式中,Jsii的取值在0到l之间,sii越趋0对脆弱性值贡献越小,Si越趋于1对脆弱性值贡献越大。123 熵权法确定指标权重 目前对于指标权重的确定主要有主观赋权和客观赋权两种方式,主观赋权法主要有AHP法、德尔菲法等,随意性较大,客观赋权法主要有熵值法、变异系数法等,可消除主观赋权法的主观随意性,其中熵值
20、法由于其既能反映指标信息的效应价值,又能克服指标间的信息重叠,被各个研究领域广泛应用6J。因此,本研究采取熵值法确定农业干旱脆弱性评价指标的权重,计算步骤如下:基于标准化数据s“,计算第i个评价对象在第歹项评价指标下的sii在5i中的比重,从而构建矩阵Pi。,计算权重的过程为:qPii=(3)sio=1计算指标信息熵eie严一熹ln乃) (4)一 ln凡、1 V1 V 7 、求取指标差异性系数gigj=1一ei (5)确定指标权重伽i万方数据第3期 徐晗等:基于熵权法的陕西省农业干旱脆弱性评价及影响因子识别 201-gjgi (、6)J2l124 脆弱性评价模型 本研究在前述指标体系以及确定熵
21、权的基础上,采用加权综合评分法,构建农业干旱脆弱性评估模型,农业干旱脆弱性的程度简称脆弱度,用脆弱性指数来表示,本文采用的脆弱性评价模型为:K= (7)(i=1,2,10;歹=l,2,14)式中,K代表脆弱性指数,即农业对干旱的脆弱性程度;伽i代表第f项指标的权重;|sii代表第i个城市第i项指标的标准化值。敏感性与恢复力是农业干旱脆弱性评价的两个重要变量,为了更好地揭示陕西省农业干旱脆弱性的分布特征,针对敏感性和恢复力两个方面开展分指数加权综合评分,其计算原理及步骤与上述干旱脆弱度指数一样,只是敏感性指数与恢复力指数的指标集与脆弱性指数的指标集不同。125 因子贡献度计算模型 对于农业干旱脆
22、弱性的研究,不仅要对不同地区的干旱脆弱性水平进行评价分区,更重要的在于厘清影响农业干旱脆弱|s章=性的因子以及影响程度,以便对预防和应对干旱的行为和政策进行调整。由于脆弱性是越低越好,本研究依据贡献度与障碍度11。12的逻辑关系,将已有的因子障碍度模型改造为因子贡献度模型,用于分析负向目标(脆弱性)的主要贡献因子。F v,ci:弋I二土L (8)乃乃J,5,=Iu=c# (9)式中,cii表示第i项指标因素对第i个评价对象脆弱性的贡献度;以表示两个一级指标层对脆弱性的贡献度;Fi为单项指标因素对总目标的权重;ti为指标隶属度(单因子指标占脆弱性结果的比例,由于在障碍度模型中指标偏离度是单项指标
23、因素评估值与100之差,因此在贡献度模型中因素隶属度即为单项指标因素评估值比100)13。1 4。2结果及分析21 陕西省农业干旱的脆弱性211 脆弱性分析 利用式(1)、式(2)进行标准化处理后的矩阵西如下:100 000 071 005 000 063 084 067 004 000 100 100 054 044020 018 019 000 087 056 O27 067 093 071 071 040 066 074019 036 O32 O00 044 O45 069 076 027 068 018 O67 061 069O54 O75 O37 049 018 O76 061 00
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