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          美國政府應急管理中的國家基礎設施保護

          來源:

            干旱是一種比較特殊的自然災害,持續時間長、波及范圍廣、治理難度大是其主要的特點。干旱作為一種全球普遍存在的自然災害,有120多個國家和地區每年不同程度地遭受干旱災害的威脅。我國是飽受干旱災害之苦的國家,根據南京大學符淙斌院士提供的數據,自上世紀70年代以來每年因干旱所造成的經濟損失高達上千億元人民幣。云南省從2009年秋季開始一直延續至今的60年一遇的嚴重干旱,已經造成超過100億元的經濟損失。世界著名的咨詢公司美國麥肯錫公司于2009年11月發布的《從糧倉到旱地?》的報告指出,除非中國加大抗擊干旱的投入,否則這個世界最大的谷物生產國的長期糧食安全和社會穩定可能會受到威脅。報告預測,到2030年,在中國的主要谷物產區北方和東北地區,經濟損失可能高達370億元,多達3 500萬農民可能損失一半以上的農業收入??梢灶A見,如果我們不對干旱災害予以應有的重視并予以積極有效的應對,干旱帶給我們的經濟與社會影響必然會越來越顯著。


                    作為大自然的一個“頑疾”,人類一直在為抵御干旱災害的侵襲而進行著長期而又艱辛的探索,已取得了多方面的成果。從全球的發展經驗來看,加快干旱預警系統的建設和應用,是一種行之有效的防范措施。學習和借鑒國際干旱災害預警系統的建設和發展經驗,對促進我國干旱預警系統建設更好更快的發展無疑大有裨益。    

                    一、對干旱和干旱預警系統的認識
             
                    (一)干旱的概念
             
                    有關干旱(Drought)的概念,美國國家海洋和大氣管理局認為:干旱是在受影響區域一定時期內因非正常干燥產生長時間缺水,進而導致嚴重氣候不平衡的現象。國際減災戰略“機構認為:干旱通常是指在一個季度或者更長時期內,由于降水嚴重缺少而產生的自然現象,同時也可能伴隨高溫、強風和低濕度等其他天氣因素的發生,從而加重危害性。盡管有不同的定義,但基本內涵是一致的,干旱都是一種長期缺水的自然現象。降水量少、蒸發量大是形成干旱的直接原因,而大氣環流異常、海氣和陸氣相互作用導致降雨偏少、蒸發加劇,這是干旱發生的根本原因。人口增長、農業生產對水的需求上升以及土地使用情況的改變等,也是干旱發生的重要誘因。國際上,一般將年降水量少于250毫米的地區稱為干旱地區;年降水量為250毫米至500毫米的地區稱為半干旱地區。世界上千旱地區約占全球陸地面積的25%,大部分集中在非洲撒哈拉沙漠邊緣、中東和西亞、北美西部、澳洲的大部和中國的西北部。

                    干旱是一種水量相對虧缺的自然現象,它對人類社會的生產、生活及生態環境造成的不良后果就稱為干旱災害。干旱是一個長期持續的過程,一般到人們已意識到干旱出現時往往已經為時已晚,很難采取有效的應對措施了。

                    (二)干旱的分類
             
                    干旱通常按照發生的先后可以分為氣象干旱、農業干旱、水文千早以及社會經濟干旱等四種類型。氣象干旱(Meteorological Drought)是由降水和蒸發不平衡所造成的水分短缺現象。農業干旱(Agricultural Drought)是以土壤含水量和植物生長形態為特征,反映土壤含水量低于植物需水量的程度。水文干旱(Hydrological Drought)是河川徑流低于其正常值或含水層水位降落的現象。社會經濟干旱(Socioeconomic Drought)是在自然系統和人類社會經濟系統中,由于水分短缺影響生產、消費等社會經濟活動的現象。這四種類型的干旱是一個逐步遞進的過程,相互之間的關系可用圖l表示。

                    (三)干旱預警的概念與流程
             
                    由于干旱發生的隱蔽性和發展的長期性,因而對干旱災害進行有效的監控顯得十分重要。”預警“作為干旱監控的一種有效手段,已在世界一些國家取得了較好的應用效果。所謂”干旱預警“(Drought Early Warning),是指通過選擇一組相應的干旱預警指標,對目標區域內的水文和氣象因子變化以及來水和用水狀況進行監視,對干旱發展的各個階段進行早期識別,及時將干旱預警信息通過各種途徑發布給政府相關部門、各類社會機構和公眾,以提早做好應對準備,達到最大限度地減輕干旱損失的目的。

                    干旱預警的一般流程如下:

                    ●根據本地的實際選擇合適的干旱預警指標和具體指標數值的等級劃分;
             
                    ●通過干旱監測設各對各指標進行近似實時的觀測,每隔一段時間將數據采集傳回處理中心:

                    ●利用干旱監測預警模式計算干旱指數,從而利用計算機繪制指數等值線并生成圖像;
             
                    ●對可能出現干旱的區域發布干旱預警信息。

                    (四)干旱預警的指標體系
             
                    干旱預警是通過對一系列相關的監控指標實現的,因而干旱預警指標體系是干旱強度和災情程度的綜合反映,是進行干旱監測、預測預警、災害評估和預警應急響應的重要依據。目前,國際上公認的干旱預警指標體系主要包括以下一些監控指標。

                    ●降水量百分率或降水量距平百分率指標:即以實際降水量或其距平值與多年平均同期降水量的比值來衡量干濕程度。

                    ●降水量分位數指標:將長時間的降水量序列按大小順序排列分組,以實際降水量在長序列中所占的分位數來判定干旱的發生和程度。

                    ●標準化降雨指數指標:標準化降雨指數(Standardized Precipitation Index,SPI)是假定降水量符合某種概率分布函數,然后做標準化變換得到的指數。

                    ●濕潤度和干燥度指標:以降水量與蒸發能力之間的不周組合形成的指數來反映水分收支的狀況。

                    ●以土壤水分平衡為基礎導出的干旱指標:以土壤中的水分平衡狀況作為依據來衡量干旱的嚴重程度。

                    ●綜合指數:以標準化降雨指數、濕潤度指標為基礎,并結合考慮降雨量的情況,設定綜合指數(Comrehensive Index,CI)進行衡量。

                    從世界各國干旱預警的實際發展來看,預警指標的選擇并沒有一個確定的體系,主要是從本國的實際出發,有針對性地選擇相應指標進行監控。
             
                    二、美國干旱預警系統的建設
             
                    美國地域廣闊,由于受人口快速增長、不合理的農作物分布以及全球氣候變暖等多方面因素的影響,干旱災害發生的頻度和廣度不斷上升,由此而導致的經濟社會損失一直居高不下。2007年美國因嚴重干旱所造成的經濟損失高達200億美元。長期來,美國對干旱了采取大量的防護措施,特別是從20世紀80年代開始至今的國家干旱預警監測,取得了理想的成效,走在了世界的前列。

                    (一)美國干旱預警系統的開發
             
                    美國干旱監測預警系統的建設開始于20世紀末,至今走過了十多年的發展歷程。1998年夏天,美國國家干旱減災中心與國家海洋與大氣管理局氣候預測中心開始合作,共同開發一個干旱分類系統,使其能夠像龍卷強度等級(F0-F5)和颶風強度等級一樣被公眾認可。在干旱分類系統開發早期,農業部世界農業展望委員會也參與了進來。隨后,三家發起單位取得一致意見,合作研發干旱預警系統。1999年夏季發生在東北部的干旱產生的影響推動了這一項目的實施進展,幾個月后這一系統得以問世。2001年春天,國家海洋與大氣管理局下轄的國家氣候數據中心也參與了合作,使得這一項目的實施力量得到進一步壯大。2003年,這一項目正式定名為“國家集成干旱信息系統”(National Integrated Drought Information System,NTDIS),并在全國范圍內運行。最新的NIDIS版本于2009年1月發布,實際應用效果良好。

                    (二)美國干旱預謦系統的等級劃分
             
                    在美國干旱監測業務中,將干旱程度分為D0、D1、D2、n3、D4個級別,不同等級干旱的嚴重程度和出現概率參見表1.

                    美國干旱監測等級劃分采用了百分位數方法,用于確定干旱級別的所有數據都考慮了它們在該地點、該時間出現的歷史頻次等。當然,由于干旱呈現的復雜性以及它所影響行業的多樣性和廣泛性,用一種指標來滿足所有需要的情形是很難行得通的。

                    (三)干旱預警信息的匯集與發布
             
                    在美國,干旱預警所需的數據在美國東部標準時間每周二上午7點進行提交,每周四上午8點半對周二提交的數據進行分析后發布地圖產品,每周由美國農業部、國家氣候數據中心、國家氣象服務中心以及國家海洋和大氣管理局聯合更新一次。伴隨著干旱監測圖形產品的發布,文字產品也一同發布,主要是總結過去一周的干旱狀況和當前全國不同地區的干旱影響,還包括下一周的干旱發展趨勢的預測。

                    目前,互聯網是發布干旱監測信息的主要方式,國家海洋和大氣管理局也通過其天氣電信通道發布,而對于缺乏互聯網訪問資源的,特別是受干旱影響的地方,干旱監測圖也經常在報紙以及其他媒體上發布以供大家使用。圖2是在美國干旱門戶(http://www.drought.gov)上發布的干旱監控圖,該圖主要提供全美各地總體干旱的程度及具體分布,農業干旱和水文干旱的影響區域分別用A(代表Agriculture)、H(代表Hydrological)或者AH進行了標注。

                    通過干旱監測器可以看到全美最新的干旱概況,而如果想具體查看某一個區域的干旱情況,只要點擊上圖頁面地圖中的相應位置,即可查看該區域詳細的干旱信息。圖3是美國西部區域干旱監測圖。

                    除此之外,用戶還可以獲得其他干旱信息,例如歷史干旱監測分布圖、以前的干旱等級分布、干旱改變對比圖、干旱影響評估圖、干旱短期混合指標圖和干旱長期混合指標圖等,幾乎可以滿足任何干早信息的需求。

                    美國干旱預警系統的建設和發展為美國提高干旱預警的水平、進而全面提升防范和應對干旱災害的能力起到了積極的作用,相關的發展經驗值得我們學習、借鑒。
             
                    三、歐洲干旱預警系統建設
             
                    由27個成員國組成的歐盟同樣面臨著較為嚴峻的干旱災害威脅,為了積極有效地防范干旱災害的侵襲,歐盟于近年啟動了規模宏大的“歐洲干早觀察”(European Drought Observatory,EDO)項目的建設,這一項目已取得了一定的進展。

                    (一)建設背景
             
                    一項由歐盟委員會和成員國共同進行的研究發現,歐洲從1976年至2006年的30年間受干旱影響的區域和人口增加了20%,因干旱造成的損失估計在1 000億歐元,單是2003年在歐洲中部和西部的干旱就造成了超過120億歐元的經濟損失。從2004年11月開始,葡萄牙和西班牙持續的干旱對農業、工業和家庭供水產生了嚴重的威脅。之后,歐洲一些其他國家受到了缺水的影響,例如法國和英國東南部在2006年春第一次實行了限量供水措施。2007年4月,德國、荷蘭和奧地利經歷了自有氣象數據記錄以來最嚴重的干旱,給經濟社會發展帶來了嚴重影響。

                    雖然歐洲各國對干旱監測與預報都有自己的方法和體系,但是近年來全球氣候的變化,使得干旱災害影響范圍不斷的區域化和嚴重化?;谶@樣的考慮,為了在整個歐洲層面提供一致、及時的干旱信息,用于歐洲的干旱預測、評估和監測,歐盟決定在歐盟聯合研究中心(Joint Research Centre of the European Comission,EU/JRC)實施的“DESERT”行動的基礎上,進行“歐洲干旱觀察”系統的開發。

                    (二)“歐洲干旱觀察”的發展目標
             
                    “歐洲干旱觀察”項目的主要目標就是為歐洲提供一個基于互聯網的干旱監測與預測的平臺,為歐洲干旱的發生和演進提供及時權威的信息。具體目標包括:

                    ●通過多渠道整合歐洲大陸(歐盟層面)、國家(各成員國層面)、地區和河流流域相關信息;
             
                    ●為干旱準備和預警提供實時的監測和預測在線信息;
             
                    ●對日常使用的干旱監測指標,如標準化降雨指數、土壤濕度等達成一致;
             
                    ●分散數據的共享和管理,通過通用標準格式實現不同級別數據與信息的直接聯系和交換;
             
                    ●通過不同層面持續的反饋,不斷比較改進,為召開年度用戶機構研討會提供一個交流的知識平臺。

                    此外,歐盟還期望這一系統能與歐盟環境部的“缺水與干旱信息系統”(Water scarcity and droughts Information System,WS&D IS)進行互聯互通,以促進相互之間的信息共享和業務合作,從而增強各自系統的功能。

                    (三)“歐洲干旱觀察”的管理過程
             
                    “歐洲干旱觀察”把干旱管理分成四個階段,不同階段的管理活動如下:(1)干旱發生前的正常時期,重點進行干旱監測與預警準備工作;(2)干旱預警發布后,一系列相應的措施(如資金支持)會被商討和采納;(3)干旱期間,各種應急處置方法會用于減災;(4)干旱后期,在監測到干旱減緩的數據后停止行動。

                    (四)“歐洲干旱觀察”的監測指標
             
                    “歐洲干旱觀察”系統通過使用氣象信息、水文參數和遙感數據對各類干旱指標的效果進行檢驗,使用的干旱指標包括標準化降雨指數、土壤濕度、降雨量指數和遙感指標等四大類。每類指標下都有更細的指標,例如土壤濕度指標下有每日土壤濕度、每目濕度異常、土壤濕度異常預測、土壤濕度趨勢預測、每日區域土壤濕度和區域土壤濕度異常等。

                    目前,系統可以提供兩大類的在線干旱監測信息服務:一大類是實時干旱地圖信息,子類有降雨量、土壤濕度、濕度異常、干旱預測、干旱異常預測、葉面缺水指數(NDWI)和吸收光合有效輻射比(fAPAR)等,加載這一類信息的地圖是面向整個歐洲層面的;另一大類是用戶自定義信息服務,用戶可以自行定制所需要的數據,包括選擇國家具體的區域、時間跨度和干旱指標等,這一類信息的地圖是具體到某個成員國家的,具體的信息可以不同格式的地圖輸出。
             
                    四、印度干旱預警系統建設
             
                    印度為印度次大陸上面積最大的國家,總人口已超過10億。作為全球第二大農產品輸出國,包括稻米、麥、糖等出口量位居世界前列??墒?,近些年不斷出現的干旱給印度的經濟社會發展帶來了極大的影響。面對干旱災害的威脅,印度較早地啟動了干旱災害預警系統的建設,并在長期的發展中取得了電好的應用成效。

                    (一)系統的開發和應用
             
                    為了有效地對干旱進行監測和預警,印度空間部和農業部早在1989年就聯合開發完成了“國家農業旱情評估和管理系統”(National Agricultural Drought Assessment and Management System,NADAMS),這一系統可以為全國的邦及縣的農業干旱提供近似實時的危害程度、持續時間和地域分布的干旱監測與預警信息。經過20余年的發展和改進,目前這一系統已成為印度干旱預警的基本支撐。

                    這一系統的農業狀況監測是通過日常使用粗糙分辨率的數據對邦和縣進行監測的,而通過56米空間分辨率的衛星先進廣域傳感器和188米的衛星廣域傳感器得到的中等分辨率數據則用于縣和區的農業干旱的具體評估。旱情評估是基于衛星觀測的某地區在特定時期的綠色覆蓋面積和以前相應的時期比較得出的,如圖6所示。相關預警信息主要面向可能發生干旱的當地政府和農村居民發布,以期能更好地進行應對。

                    (二)干旱預警系統的流程
             
                    印度國家干旱預警系統由于早預測和干旱監測兩部分組成,干旱預測功能由跨部門國家農業氣象監測小組(Inter- Ministerial National Crop Weather Watch Group,CWWG)負責,時間是從每年的6月到9月(印度雨季),CWWG監測雨季期間的降雨以及農作物所受的影響,一旦CWWG發現降水不足并達到一定的界限并可能產生大范圍的干旱危害時,就會立即發布干旱監測預警公告,從而觸發干旱應急計劃用以應對干旱。

                    (三)系統提供的信息服務
             
                    印度“國家農業旱情評估和管理系統”提供的服務包括邦及縣的農作物狀況的影像和地圖、與干旱相關的參數(如降水量與受影響區域)、農業干旱評估地圖等,干旱報告每兩個星期或者一個月通過普通平信郵件、電子郵件以及DMS-VP網絡進行發布,用戶包括農業部、邦農業部門、邦減災委員會、印度氣象局和遙感應用中心等。
             
                    五、國際干旱預警系統建設對我國的借鑒意義干旱作為一種天然的自然現象,是與人類社會永遠相伴而生的,而且隨著全球氣候變暖的進一步發展,干旱所帶來的危害也將會日趨嚴重。我國是一個幅員遼闊、地理環境復雜、各種災害性天氣頻發的國家,而干旱又是我國影響面最廣、最為嚴重的氣象災害。旱災對農業生產帶來的影響最嚴重,據統計我國常年農作物受旱面積約0.20-O.27億公頃,每年損失糧食250-300億kg,占各種自然災害損失總量的60%.毫無疑問,干旱災害的防范和應對是我國抗御自然災害的一項重大任務,積極推進干旱預警系統的建設和應用已成為當務之急。從國際干旱預警系統的發展實踐來看,有以下幾個方面值得我們學習借鑒。

                    第一,把干旱預警作為降低干旱損失的有效措施。不論是發達國家還是發展中國家,科學有效地應對干旱的挑戰是共同面臨的任務。重視干旱預警的作用,切實提升干旱預警的能力和水平,是降服“旱魔”的重要法寶。我國在干旱預警系統的建設和應用方面有了一定的基礎,但與國際發展的先進水平尚有一定的差距,需要積極改進和提升。值得指出的是,我國不少涉早地區的地方政府以及廣大農牧民對干旱預警的認識還不夠到位,如何調動他們參與預警系統建設和應用的積極性、主動性和創造性,對提升干旱預警的實際成效有著重要的影響,這一點正是我們需要特別注意的。

                    第二,擴大預警的傳播面和輻射面,使其成為全社會抵御旱災的“觸發器”。干旱預警是對可能發生的旱災進行預先的判斷,如何將準確及時的預警信息傳遞給相關的機構和人員,以期能作出及時的響應,這是影響預警成效的重要因素。美國、歐盟和印度等的經驗表明,只有綜合利用互聯網、移動通信、廣播電視以及報刊雜志等信息傳播媒介發布預警信息,才能擴大預警信息的傳播面和輻射面,使其能真正發揮全社會防災抗災“觸發器”的作用。

                    第三,充分發揮信息通信技術在干旱預警中的作用。干旱預警是一項系統性的工程,必須充分重視各種信息通信技術的綜合應用。美國、歐盟等發展經驗表明,衛星遙感監測、地理信息系統、互聯網和移動通信等技術是支撐干旱預警運行的重要保障,尤其是地理信息系統技術,對干旱預警信息的作用和成效有著極大的影響,需在這方面取得較大的技術突破。

                    第四,切實提升干旱預警的管理能力和服務水平。干旱預警作為干旱災害防御的一項基礎性工程,其成效很大程度上取決于它的管理能力和服務水平。

                    從國際的發展經驗可以看出,健全的組織體系、完善的管理制度和可靠的服務保障,是發揮干旱預警系統作用的重要條件。我國在干旱預警的組織體系、管理制度和服務措施的落實等方面還存在著較大差距,需要通過多種方式和手段加以推進,以彌補這一方面的不足。

                    作者簡介:

                    姚國章,教授,南京郵電大學電子商務與政務研究所副所長。

                    袁 敏,南京郵電大學電子政務與電子商務研究所碩士研究生。
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