巴拿马博卡斯德尔托罗的气候变化与洪水易发性：一种多标准空间分析方法

《Journal of Environmental Management》：Climate change and flood susceptibility in Bocas del Toro, Panama: A multi-criteria spatial analysis approach

巴卡斯德托罗省通过AHP-GIS方法整合地形、水文及气候数据，识别当前及未来SSP2-4.5/5-8.5情景下洪水易感区，验证模型AUC达0.98，揭示距离河流（ρ=0.497）和坡度（ρ=0.511）主导风险。建议优先管控河流缓冲区及高海拔地带开发，并评估海平面上升影响。

　　在全球气候变化加剧的背景下，Bocas del Toro省作为全球气候紧急情况的“零点”，面临着日益严重的内陆洪水风险。尽管该地区频繁遭遇洪水灾害，但缺乏一套全面的洪水风险地图，这限制了该地区在应对气候变化带来的挑战时进行有效的规划和干预。本文通过整合公开的地理空间数据和区域专家的判断，采用层次分析法（AHP）和加权求和工具，结合共享社会经济路径（SSP）的情景分析，绘制了当前和未来洪水易发区域的地图。同时，通过分析极端降水和温度数据，预测了未来可能发生的洪水相关极端事件。研究发现，降雨量的权重在当前模型中占据主导地位，但为了评估洪水易发区对各因素的敏感性，研究者将降雨量的权重减少了5%，并依次重新分配给其他因素。尽管当地气象数据未显示出极端降雨和高温的显著时间趋势，但洪水易发区的预测结果显示出明显的空间扩展趋势，特别是在SSP2-4.5和SSP5-8.5两种情景下，对洪水易发区的影响具有显著差异。

Bocas del Toro省的地理环境复杂，由超过200个岛屿组成，其中一些主要岛屿如Colon、Bastimentos、Carenero、Cristobal、Popa和Solarte是主要有人居住的区域。该省的气候类型为热带雨林（Af），具有两个雨季和两个较短的旱季。年均降雨量在3000至5000毫米之间，而年均气温在25.3至27.3摄氏度之间。地形上，该省的海拔范围从Big Bay附近的-4米到Changuinola的3363米，这种地形多样性对洪水易发区的分布具有重要影响。研究中使用的八个关键因素包括海拔、坡度、地形湿润指数（TWI）、排水密度（Dd）、距离河流的远近（Dr）、流量积累（FA）、归一化植被指数（NDVI）和土地利用/土地覆盖（LULC）。这些因素通过AHP方法确定其相对权重，随后利用加权求和工具进行空间叠加，以生成综合的洪水易发区地图。

研究中使用的AHP方法涉及专家对各个因素的成对比较，以确定它们对洪水易发区的相对重要性。专家们基于对气候建模和灾害评估的经验，对这些因素进行了系统性评估。通过对成对比较矩阵的归一化处理，计算出每个因素的权重，并进一步通过一致性比率（CR）评估AHP过程的可靠性。研究发现，一致性比率低于0.1，表明成对比较过程具有较高的一致性。此外，通过多变量共线性分析，研究者识别并排除了可能造成冗余的变量，如地形崎岖度指数（TRI），因为它与坡度存在高度共线性，其权重被重新分配给了流量积累，以确保模型的稳定性和准确性。

在洪水易发区地图的验证过程中，研究者利用了接收者操作特征曲线下的面积（AUC-ROC）作为评估指标。AUC值为0.98，表明模型在区分历史洪水区域和非洪水区域方面具有很高的准确性。这一结果支持了AHP多标准和GIS技术在洪水易发区绘制中的有效性。通过将历史洪水区域与模型输出进行空间叠加，研究者进一步验证了模型的可靠性，确保其能够准确反映洪水风险的空间分布。

为了进一步分析洪水易发区对各个因素的敏感性，研究者进行了八种情景模拟，其中降雨量的权重被系统性地减少并重新分配给其他因素。结果显示，增加距离河流的权重、坡度、海拔和排水密度会显著扩大洪水易发区的面积，而增加地形湿润指数（TWI）、归一化植被指数（NDVI）、土地利用/土地覆盖（LULC）和流量积累的权重则会减少洪水易发区的面积。这些结果表明，植被覆盖和土地利用对洪水风险具有一定的缓解作用，而地形和排水条件则是洪水易发区的主要驱动因素。

研究还发现，Changuinola区在当前和未来洪水易发区的比例最高，分别为30.38%和35.06%，而Almirante区则预计在两种情景下经历最大的空间扩展。这些发现对于制定有针对性的洪水风险管理和韧性建设策略至关重要。例如，Changuinola区的洪水易发区主要受到距离河流的影响，因此需要在主要河流附近实施受控开发和缓冲区建设。相比之下，Bocas del Toro和Chiriquí Grande区的洪水易发区则更受海拔的影响，因此需要优先考虑基于海拔的规划和垂直疏散策略。

此外，研究者还进行了Spearman秩相关分析，以识别洪水易发区的主要驱动因素。结果显示，坡度和距离河流的正相关性最强，表明这些因素对洪水风险具有显著影响。相比之下，海拔、归一化植被指数（NDVI）和流量积累的相关性较弱，这可能是因为这些因素对洪水易发区的影响并不总是单调递增或递减。尽管这些因素在模型中显示出较高的敏感性，但它们的空间影响可能更加复杂，无法通过简单的线性关系来完全描述。

本研究的成果对于Bocas del Toro省的洪水风险管理具有重要的实践意义。通过绘制当前和未来的洪水易发区地图，研究者为地方管理部门提供了明确的风险区域划分，有助于制定有效的减灾措施。同时，研究者强调，尽管当前研究主要关注内陆洪水，但沿海洪水仍然是该地区未被充分考虑的重要风险因素。特别是在Bocas del Toro区，其岛屿地形、低海拔和缓坡度使其对海平面上升和风暴潮高度敏感。因此，未来的研究应考虑将海洋驱动的洪水风险纳入评估范围，以提供更全面的风险管理方案。

研究还指出，土地利用变化对洪水易发区的影响尚未被纳入当前的预测模型中。因此，未来的研究可以进一步整合土地利用和土地覆盖的变化趋势，特别是在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，以生成更具适应性的洪水风险预测。此外，研究者建议，未来应优先考虑受控开发和基于海拔的土地利用规划，以减少洪水风险对脆弱社区的影响。同时，保护自然植被和恢复湿地等措施也被认为是降低洪水风险的有效手段。

总之，本研究通过整合AHP多标准决策分析和GIS技术，为Bocas del Toro省提供了当前和未来的洪水风险地图。这些地图不仅揭示了洪水易发区的分布特征，还指出了影响洪水风险的主要因素，为地方管理部门提供了科学依据，以制定有效的减灾和韧性建设策略。然而，研究也指出，未来的洪水风险预测需要考虑更多的变量，特别是海洋驱动的洪水风险和土地利用变化的影响，以确保模型的全面性和适应性。