The Research of a hail risk evaluation under imperfectly information The Research of a Hail Risk Evaluation under Imperfect Information Wang wei 1,2 , Zhou chao 2 , Du xin 2 1 Tianjin Meteorology Science Institute, Tianjin 300074, China 2 College of Environmental Science and Engineering , Nankai University，Tianjin 300071，China Abstract Based on the situation of the global warming, hail disasters will maybe cause the higher risk of loss in the future. The author established a risk evaluation model of hail disasters in terms of the combination of probabi listic and physical methods. Moreover, a nonlinear finite element analysis software (ANSYS/LS-DYNA ) is utilized to si- mulate the case that hails dash on the steel body and glass material, whose result was one of the parameters of the evaluation model. Finally, the article carried out a simulation using the hail risk evaluation model and the Monte Carlo random simulation method in terms of the historical statistical data in Tianjin. The result shows that this model can effectively assess hail disaster risk under the situation of insufficient data and information on hail disas- ters. Keywords: Hail disasters, Risk evaluation, Model, Numerical simulation 冰雹灾害的风险评估方法的建立与风险模拟研究 * 王 炜 1,2 周超 2 杜鑫 2 1 天津市气象科学研究所，天津，300074 2 南开大学环境与工程学院，天津，300071 摘要：在全球气候变暖日益加剧的情况下，未来的冰雹灾害造成的各种经济损失风险可能 会更加严重。针对社会经济发展中可能遇到的冰雹灾害的损失风险问题，作者尝试利用概率方法 和物理方法相结合的手段，建立了相应的冰雹灾害损失的评估模型。并且，利用非线性有限元分 析软件 ANSYS/LS-DYNA 对冰雹撞击钢板和玻璃材料进行了数值模拟，使用模拟结果确定冰雹 风险评估模型的损失函数参数。最后，利用天津市的历史统计资料，将蒙特卡罗随机模拟手段和 冰雹风险评估模型相结合，模拟分析了天津地区冰雹灾害的损失风险。分析结果表明，在资料信 息不足的情况下，建立的冰雹灾害风险分析模型可以有效地评估冰雹灾害造成的损失。 关键词：冰雹灾害，风险评估，模型，数值模拟 * 本文得到中国气象局 2010 年软科学重点项目资助（项目编号 2010007） 作者简介：王炜（1965-）, 男（汉族），内蒙古巴彦淖尔盟人，博士，副教授，主要从事风险分析和大气环境数值模拟。 e-mail：wwei356@nankai.edu.cn. 1．引言 冰雹是重要的自然灾害之一。冰雹灾害每 年都给农业、建筑、通讯、电力、交通以及人 民生命财产带来巨大损失。因此，冰雹灾害的 成因和损失情况受到了许多学者的关注 [1-8] 。 据有关资料统计，中国每年因冰雹所造成的经 济损失达几亿元甚至几十亿元。例如，内蒙古 历史年均雹灾造成牲畜伤亡 2818 头，年均造 成人员伤亡 28 人。最严重的一次是在 1966 年 7 月 23 日，鄂尔多斯市鄂托克旗，冰雹砸死 2204 头牲畜，砸伤 25945 头牲畜 [9] 。2006 年 4 月 13-14 日，在美国中西部地区发生的一场冰 雹，造成了大约 18.22 亿美元的损失 [10] 。 在汽车迅速发展的时代，冰雹对汽车的损 害风险也越来越严重。如 2008 年 6 月 22 日， 一场冰雹袭击了德国北部的一个汽车厂。降落 的冰雹导致大约 30,000 新汽车被损害，经济 损失达到 1 亿欧元 [11] 。2010 年 5 月 2 日下午， 中国浙江宁波突降冰雹，降雹时间持续十几分 钟。冰雹过去，部分汽车的引擎盖上被砸出了 一个个小坑，还有不少车辆的挡风玻璃都被砸 坏，更有甚者天窗都被冰雹打碎。 在当前气候变暖的形势下，极端气候条件 下的冰雹灾害风险会更加严重。但是，以前的 科学工作者对冰雹灾害的研究主要集中在冰 雹灾害的成灾机理和冰雹天气预测等方面。由 于对于冰雹灾害的潜在危害认识不足，以前对 于冰雹灾害的风险评估方法研究的研究工作 开展较少。因此，针对冰雹灾害的暴露性和承 灾体的脆弱性等对象，开展定量评估冰雹灾害 的风险的研究工作，对有效地减少冰雹造成的 经济损失具有实际意义。 Journal of Risk Analysis and Crisis Response, Vol. 1, No. 2 (November 2011), 133-141 Published by Atlantis Press Copyright: the authors 133 2．冰雹灾害的风险识别 2.1 冰雹灾害的风险成因和风险因素识别 2.1.1 冰雹灾害的风险成因和致灾因子 冰雹是强对流性天气引起的一种剧烈的 气象灾害。一般情况下，冰雹灾害发生的范围 较小、时间较短，但是它由于具有发生突然、 损失强度大的特性，成为严重气象灾害之一。 冰雹灾害的主要风险源是雷暴云中降落 的冰雹颗粒。所以冰雹灾害的风险大小同冰雹 的粒径大小有关。然而，冰雹的粒径大小又同 冰雹的成雹机制密切相关。因为，冰雹形成于 一种同时具有上升气流与下沉气流的有组织 的积雨云中。在这种积雨云中，强烈的上升气 流不仅给雹云输送了充分的水汽，而且支撑着 冰雹粒子在云中的滞留。当冰雹颗粒生长到相 当大程度，上升气流无法支撑冰雹重量时，冰 雹颗粒就会从空中坠落，最后在地面形成了降 雹。因此，冰雹粒径的大小决定于积雨云中上 升气流大小和温度层结等气象条件。 在气象学中，冰雹的严重程度，有时也用 物体的大小来形容。例如，小如绿豆、黄豆， 大似栗子、鸡蛋等形象化词语表示冰雹的形 态。除使用形态分类方法描述冰雹的严重度 外，也可以用定量方法划分降雹的严重度。大 致上，气象学中将降雹分成软雹和冰雹。软雹 的尺寸是 2~5mm，冰雹尺寸大于 5mm。也有 根据冰雹的直径分为三级：（1）轻雹：多数冰 雹直径不超过 0.5cm；（2）中雹：多数冰雹直 径 0.5～2.0cm；（3）重雹：多数冰雹直径 2.0cm 以上。 总之，冰雹危害程度取决于冰雹尺度大 小、冰雹持续时间、冰雹发生频率、冰雹覆盖 区域面积等因素。 2.1.2 冰雹灾害的承灾体 冰雹的发生区域一般在地形复杂的北方 山区及丘陵地区。冰雹对承灾体的伤害与当地 的经济社会情况有密切的关系。在我国经济不 发达时期，冰雹主要是对农业危害很大。猛烈 的冰雹常常毁坏庄稼、损坏房屋、人被砸伤、 打死牲畜等。现在，随着我国经济的发展，城 市公共设施和家庭汽车等成为了新的受灾体。 综合地分析，我国冰雹灾害的主要危害表现在 农作物损失、人员伤亡、牲畜伤亡、汽车损失 和建筑物损失等方面。 2.2 冰雹灾害的风险计算方法 2.2.1 单次冰雹过程的风险计算 冰雹灾害的损失的形成，主要取决于冰雹 的物理特征和风险单元的暴露性和脆弱性。依 靠这些主要的冰雹灾害的风险指标，可以建立 下面的冰雹风险评估的数学模型：    n i ii CDEfAR 1 1 )*(*)(* （1） 上式中，A 是冰雹的覆盖面积，Di 是第 i 种承 载体的密度，Ci 是第 i 种承灾体的单位价值， f(E)是依赖于冰雹降落动能的承灾体损失系 数。 2.2.2 年均冰雹风险估算 在某地区，一年中可能发生多起冰雹灾 害，但是冰雹灾害的发生次数可能是一个随机 的过程。 那么，一年的冰雹损失风险可以用 下式估算： 1max *)(* RnNpNR a  （2） 式中,Ra 是地区年均冰雹损失，Nmax 是某一地 区的最大降雹日数，P（N