文摘

风险评估的新模型基于投影的干旱追求优化免疫进化算法和信息扩散法(IEAPP-IDM)提出。由于干旱风险评估是一个复杂的多准则和多层次问题,IEAPP-IDM模型项目样品为一维投影分数的多维指标;然后,携带的信息投影分数被扩散到干旱风险水平;最后,干旱灾害风险评估。在目前的研究中,曲靖是用来评估干旱风险模型。结果表明,宣威具有更高的风险,而吕梁和沾益拥有较低的风险。同时,干旱Malong和罗平县的概率风险增加,而麒麟和纂修的干旱风险概率减少。评估模型的结果与实际情况相一致的曲靖和验证模型的有效性。这项研究可以在干旱风险管理提供科学参考曲靖和中国其他地方。

1。介绍

近年来,极端气候事件,特别是干旱、更频繁地发生,造成了大量的损失1- - - - - -3]。中国的国家之一,是世界上大多数患有严重的干旱灾害。中国年平均干旱造成的经济损失超过数百亿美元从2006年到2014年(4]。干旱已成为制约中国农业生产力的一个重要因素和可持续发展。研究区位于云南省东部,受东亚季风和南亚季风的影响,导致降水波动(5- - - - - -7]。从2009年到2012年,干旱影响了453628.9公顷的农田,在这个地区348万人(8]。因此,风险评估干旱对改善干旱的预测很重要,减少损失。

近几十年来,一些研究已经进行旱灾风险评价的理论和方法,如模糊分析(9,连系动词10),信息扩散11)和人工神经网络12]。一般来说,干旱风险评估可分为定性评估和定量评估(13]。干旱的定量评价方法评估一个潜在的风险通过几个well-weighted指标。例如,陈和杨14)提出模糊网络分析法(ANP)模型来评估干旱的风险从2007年到2009年在湖南省。贾和锅15]采用小波变换方法来评估中国的云南省干旱风险。郝et al。16采用信息扩散模型对干旱风险评估与历史干旱灾害数据从583年农业气象观测(1991 - 2009)。阴et al。17]提出GEPIC-V-R模型来评估一个大对地区级的核作物干旱风险。Quijano et al。18)提出了一个基于事件的方法评估农业干旱雨养条件下的概率风险。

遥感和地理信息系统(GIS)可以评估在大面积干旱和生成可视化的结果19]。学者进行了一些研究。例如,吴et al。20.应用模糊聚类迭代模型和GIS分析农业干旱脆弱性在中国65个城市在黄河流域。汉et al。21]采用条件植被温度指数(VTCI)来评估中国的关中平原的干旱。Sahoo et al。22)采用遥感提取植被状态指数(VCI)在印度达尔和Mewat干旱风险评估。Vicente-Serrano et al。23)采用长时间序列的遥感图像和归一化植被指数(NDVI)来评估全球干旱半干旱地区的可变性。

然而,有一个不可避免的事实,遥感,地理,和统计信息采用干旱风险评估随机性,模糊性和不均匀性的特点。因此,不确定性理论被引入一些研究者的干旱风险评估,例如,模糊综合评价24],[的投影寻踪25),综合云模型(26),和可变模糊集(VFS) (27,28]。这些方法有一些缺点或不足。例如,不能解决multi-indicators和多年的投影寻踪模糊综合风险评价干旱;VFS的相对隶属函数的建立取决于物理分析和专家经验(29日]。考虑到这些因素,有一种趋势相互结合不同方法的优点来构造新方法。例如,欧阳et al。30.)开发了一个基于信息扩散法和复合方法引导评估干旱风险;李等人。27)构造了一个基于可变模糊集的集成模型和信息扩散评估灾害风险。投影的追求是一个复杂和非线性的优化问题的各种限制。这是与传统优化方法难以解决这个问题。另外,免疫进化算法(IEA),这是启发从生物免疫的机制和演化系统,具有良好的全局搜索能力和多样的记忆和能够解决优化问题31日]。此外,算法具有收敛速度快的优势,需要一些控制参数,和更可靠的全局优化(32和组合优化33]。因此,在本文中,国际能源机构来解决优化问题的投影的追求。然后,信息扩散方法(IDM)采用变换投影分数不同的年综合风险评价的模糊集来实现干旱。因此,IEAAP-IDM模型可以被看作是一个有机结合的三个理论。

干旱的发生是由于hazard-inducing环境,hazard-formative因素,承灾体。因此,在这项研究中,干旱被定义为一个复合系统hazard-inducing环境的敏感性,hazard-formative的危险因素,承灾体的脆弱性。在自然灾害风险评估和IEAPP-IDM模型的支持,云南曲靖是作为一个案例研究区域。这项研究的目标是()建立干旱风险评估指标体系;()计算指标权重的客观的投影方向向量;()开发IEAPP-IDM模型来评估干旱风险;()获得在不同超越概率水平的风险水平的干旱和执行全面风险区划图干旱风险管理。这项研究可以为干旱风险管理提供科学参考,合理的干旱风险评估。

2。研究区域的概述

曲靖位于云南省的东部,在102°42 50′′E - 104°E和24°19′N-27°03′N。它是云南省重要的经济城市,管理分为9个县,其中包括麒麟沾益,罗平县,富源,纂修、吕梁、会泽,Malong,宣威(图1)。它占地面积公里²云南省(~ 13.63%),它的人口是585万。研究区域的主要气候类型是典型的亚热带高原季风。年平均温度为14.5°C。平均年降水量约1000毫米。水资源缺乏足够的5月至10月,但从11月到4月。近年来,局部干旱灾害频繁发生,造成巨大损失。因此,干旱已成为最重要的因素之一,限制曲靖的发展。

3所示。数据和方法

3.1。数据源

云南统计年鉴的数据收集,云南水利统计年鉴》,云南水资源公报、简报和云南的干旱。提供的统计数据是曲靖防汛抗旱指挥部。

3.2。IEAPP

投影的追求(PP)的基本思想是从高维度项目数据到一个,两个,或按照一定的重建三维规则(34]。人民党模型可以分析观察到的结构特点和样品投影目标函数;确定指标权重的客观方法与投影方向;并获得相当稳定的结果(35]。然而,优化投影方向是关键和难点的应用模型。免疫进化算法(IEA)是一种全局优化方法,可以改善性能和提高收敛速度,是一种有效的方法来解决优化问题(36]。因此,国际能源机构优化问题求解投影方向。的步骤优化免疫进化算法的投影寻踪(IEAPP)如下。

(1)构造投影数据。假设有评估样品和指标和表示指数的价值在示例。由于指标的差异值和单位,需要规范化的样本。最大的大型评估价值,(1)应该使用,最大的小评估价值,(2)应该使用: 在哪里和指数最大值和最小值所有的样本,分别是归一化的值。

(2)构造投影目标函数。假设是归一化投影向量。为了项目高维样本指标的值为一个维度,(3)应该使用: 在哪里是投影的分数。然后,投影可以建立目标函数如下: 在哪里标准偏差(见(5)),的密度投影得分(见(6))。 在哪里的平均值;是密度窗口半径;是单位跳跃功能,什么时候,,否则,。

(3)优化目标函数的投影。目标函数的投影只随投影方向。不同的代表不同的数据结构或特征。最优投影方向可以通过优化得到解决以下模型:

上面的模型是一个非线性优化问题,并与传统优化方法难以解决。由于能源机构能够有效地解决全局优化问题,在这项研究中,国际能源机构相结合来获得最优投影方向。

(4)获得投影的分数。最优投影方向反映出指标的重要性。由于作为一个单位向量,所以可以作为指标权重的客观方法。然后,投影的分数可以计算(3)。图2显示了机构优化的投影寻踪的流动。

3.3。IDM

信息扩散是一个集值模糊的数学方法,该方法可以处理不完整的信息样本37]。该方法可以观察到的数据转换成模糊集来提高评价精度(38]。在本文中,我们使用IDM分散观测样本的投影分数到模糊集和获得全面的干旱风险值。有许多类型的信息扩散方法,如正常的信息扩散方法,对数扩散,和双指数跳扩散。挂和王39]表明,正常的信息扩散方法优于对数和指数扩散方法在小样本条件下。因此,在本文中,采用扩散法的正常信息。

让是一个样本集,是观测值,是离散的宇宙,是一个价值。该方法将单个观测值为集值样本如下: 在哪里扩散系数,计算了吗 在哪里和。

为了确保相同的每个状态集值样本,需要规范化扩散函数;假设

然后,归一化扩散函数可以获得的

此外,假设和;样本的概率下降可以获得的

最后,超越概率可以计算如下:

3.4。干旱风险评估模型的步骤

干旱风险评估模型的基本思想是基于IEAPP-IDM如下。干旱风险评估指标体系的基础上,首先,通过IEAPP模型最优投影计算分数。然后,由投影分数是扩散的信息通过信息扩散方法干旱风险水平。最后,概率计算风险值或干旱风险评估。

干旱风险评估的主要步骤基于IEAPP-IDM模型如下。

步骤1。样品分析和评估指标的选择进行旱灾风险评估。

步骤2。计算的最佳投影方向和投影分数基于IEAPP模型。

步骤3。计算超过概率或干旱概率风险评估基于IDM模型。

步骤4。画出全面风险分区地图。

超越概率的值是干旱风险,反映了相应的超越概率的干旱风险在不同干旱风险水平。换句话说,它表明复发间隔年()在不同干旱风险水平。超越概率之间的关系和复发间隔年()可以表示为。

4所示。结果与讨论

4.1。指标体系

根据自然灾害系统理论和曲靖的实际情况,选择的指标是hazard-formative的危险因素,hazard-inducing环境的敏感性,和承灾体的脆弱性。因此,干旱的风险评价指标体系成立于曲靖(见图3)。整个指标体系分为危险,敏感,脆弱的三个子系统。

hazard-formative的危险因素描述自然和社会的异常程度。其中,极端降水和温度是干旱的主要原因。一般来说,较高的危险hazard-formative因素越容易出现干旱。也就是说,降水异常比例(:%)、降水和温度的均匀化(、土壤水分从11月到4月:%),人均水资源(:m³/人)被选为危险的指标子系统。

hazard-inducing环境的敏感性主要描述干旱的响应能力。环境包括气候、土壤、经济发展水平,基本的灌溉设施,和其他自然、社会、经济和生态系统。灵敏度越大,干旱造成的损失越大。农村人均纯收入(:元),农业灌溉用水每英亩(:m³/亩),灌溉耕地率(:%),节水灌溉的比例(:安全面积比(%):%),机电排水和灌溉面积比(:%)、抗旱投资级别(:%),应急响应能力()来描述灵敏度选择。

承灾体脆弱性反映了antidisaster能力。承灾体密度值越高,损失就越大。农业人口密度()、作物种植比例(:%),单位面积上的粮食产量(:公斤/亩),农业产值密度(:一万/公里²)选择描述漏洞。

4.2。风险评估基于IEAPP-IDM干旱

根据干旱风险评估指标体系和IEAPP-IDM模型,首先,最佳投影方向和投影在曲靖计算分数;然后投影分数之间的模糊关系,建立了干旱风险水平;最后,获得了全面的风险评估和风险区划图。出于演示目的,麒麟被选择作为一个例子,讨论基于IEAPP-IDM干旱的风险评估模型。(1)麒麟从2000年到2010年的指示值如表所示1。(2)最佳投影方向和投影计算分数

图4显示的过程中如何获得最佳的健身价值,等于最佳投影值目标函数。作为显示在图4,最好的预测目标函数的值是0.419366和相应的最优投影方向是(0.08,0.354,0.11,0.401,0.029,0.017,0.371,0.024,0.078,0.338,0.473,0.284,0.041,0.238,0.246,0.08)。

样本的投影分数在麒麟计算表2。(3)计算超过概率

根据实际情况和投影的范围分数,干旱风险级别设置为域和离散的宇宙。干旱风险水平的不同超越概率水平值(见表3)和超越概率曲线干旱风险水平(见图5)的麒麟。

结果说明了风险估计,干旱风险的超越概率水平,这表明干旱的风险水平的影响与相应的频率发生概率。例如,超过概率是0.050252时,风险水平为2.5,这意味着干旱超过2.5每19.90发生的风险水平年。结果也说明超过概率大于0.508417时,干旱风险水平低于1.45。这意味着每1 - 2年将会有一个干旱的风险水平。同样,干旱的风险水平超过2.35的概率为0.105279,表明干旱强度超过每9至10年发生一次。

重复上面的方法和过程,在不同超越概率水平的干旱风险水平在其他县计算(见表4)。

在这项研究中,干旱风险等级分为9的水平。每个干旱风险水平下的干旱风险概率可能获得。结果在表4说明了干旱的风险评估在曲靖。例如,超过10%的概率我超过0.92在曲靖县,也就是说,风险程度的干旱在曲靖是正常的。换句话说,10%的风险水平我很小,几乎没有影响。(4)画出地图的干旱风险在曲靖

曲靖的干旱综合风险分区地图绘制在图6。(a)、(b) (c)和(d)说明30%的风险水平我,40%的我,50%的我,60%的我,分别。

相比,干旱风险水平的不同的值,例如,在50%的风险水平我宣威的干旱风险概率,罗平县,纂修是最高的。表4还显示,这三个领域的风险概率超过0.562986和复发间隔年小于1.7,也就是说,这些地区将有一个干旱超过50%的价值我每1 - 2年。在相同干旱风险水平,沾益的复发间隔年2.7,麒麟吕梁,富源是2.1到2.4,和Malong会是1.9。县不同干旱风险水平下的风险概率的干旱在宣威,罗平县,纂修是高于其他县、沾益和吕梁低于其他县。

5。结论

在这项研究中,一种新的基于投影的干旱风险评估模型优化追求通过免疫进化算法和信息扩散法(IEAPP-IDM)开发。然后,基于自然灾害系统理论和干旱综合风险因素,包括hazard-inducing环境的敏感性,危险hazard-formative因素,承灾体脆弱性,建立了干旱风险评估指标体系。模型可以处理不确定性、模糊性、不精确问题的干旱风险评估和可以获得相当稳定的结果。IEAPP-IDM模型和指标体系的基础上,在云南曲靖作为一个案例研究区域。结果表明,在相同级别的干旱风险,宣威的超越概率是保持在一个较高的水平,而吕梁的超越概率和沾益维持在低水平。同时,干旱Malong和罗平县的概率风险增加,而麒麟和纂修的干旱风险概率减少。曲靖的结果符合实际情况,可以为应急管理部门提供参考;同时,结果有重要意义的规划和发展灾害保险的保险公司。然而,由于干旱风险评估的复杂性,有必要进一步研究形成机理,区域干旱指标体系和风险管理。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由国家重点支持中国国家自然科学基金项目(批准号71433003),中国的国家社会科学基金重大项目(批准号12 &zd214), 2014中国江苏省清局域网项目,中央大学的基础研究基金(批准号2016 b46414)。