引用格式: GERGES, F., NASSIF, H., HERRINGTON, T. & BOUFADEL, M. C. 2022. A GIS-based approach for estimating community transportation exposure and capacity in the context of disaster resilience. Sustainable Horizons, 3, 100030.
美国新泽西理工学院 Michel C. Boufadel 教授团队在 Sustainable Horizons 发表研究文章，提供了一种基于 GIS 的社区恢复力评估体系，以此评估社区交通基础设施在遭受自然灾害后的恢复能力。
研究背景
Background
交通运输是社区的人员和物品运送的关键保障。然而，它特别容易受到气候变化和自然灾害的影响，基础设施的破坏会影响整个社区的正常运行。评估运输系统的性能，对提高交通基础设施的抵御能力，以及维持社区的可持续发展至关重要。
基础设施的恢复力很大程度上取决于灾难的类型和级别（统称为压力水平）、关键基础设施的暴露位置（既相对于危险区域的距离）和容量，但现有的评估体系却忽略了这些重要的因素。
研究方法
Method
为更准确地评估出社区面对自然灾害的恢复力，研究采用最新的恢复力量化框架（Community Intrinsic Resilience Index，CIRI），借助 GIS，重点关注关键基础设施的暴露位置和容量，同时考虑灾害的压力水平，以计算社区的交通恢复力指数（Exposure and Capacity-based Transportation Resilience Index，EC-TRI）。如图1所示，基础设施在三种不同强度的风暴冲击下所需要的恢复时间和恢复的程度都不尽相同。
Fig. 1. Resilience V-shaped recovery for different storm scenarios.
以美国新泽西州纽瓦克市 Ironbound 社区为例，可以看到根据美国联邦应急管理局（Federal Emergency Management Agency，FEMA）发布的洪水保险费率图（Flood Insurance Rate Map，FIRM）（图2a）显示的区域和该社区经历Sandy风暴后的受灾区域（图2b）不尽相同。同时，该社区经历两种不同风暴的受灾范围和淹没程度（如图3）也不尽相同。因此，抛开灾害的类型和等级来谈社区的恢复力是没有意义的。
Fig. 2. The Ironbound neighborhood of Newark, NJ with (a) FEMA flood hazard areas, and (b) Sandy storm surge extent.
Fig. 3. Maps showing the storm extent and inundation depth for (a) SLOSH Category 1 and (b) SLOSH Category 2 scenarios.
进而，研究挑选了与暴露位置和容量相关的具体指标及赋值标准（如表1），通过 GIS 的框架，量化得出百分比形式的 EC-TRI，以显示绝对的恢复力水平。
Table 1. Attributes used in EC-TRI and the corresponding perfect scores.
结果与讨论
Result and Discussion
为验证本评估方法，研究计算了新泽西州六个社区的 EC-TRI。图4示出了该六个社区及其 FEMA 洪水危险区域，以及模拟得到的1类风暴的影响范围。
Fig. 4. Map showing the communities selected in the case study, and some of the data used in the quantification.
以纽瓦克为例，采用本评估方法量化后得到的各项属性值如图5所示，其基线 EC-TRI 值为 60.80%。
Fig. 5. The EC-TRI level and the attributes values for the City of Newark as obtained by the GIS framework.
以此类推，可以得到基线水平（表4）和遭受一类风暴后（表5）各社区的属性值和 EC-TRI。
结果显示，所选社区的基线 EC-TRI 值介于 49.76% (卡尼) 和 70.76% (卢瑟福) 之间。整体来看，低疏散能力以及疏散道路的高暴露率正在降低社区的恢复力。在遭受一类风暴后， EC-TRI 水平介于 41.18%（巴约讷）和 65.36%（卢瑟福）之间。图6更直观地展示了这两种情况下各社区的恢复力差异情况。基线和风暴情景之间的恢复力下降说明了压力水平对恢复力的重要性。
Fig. 6. The EC-TRI values following the baseline and the category 1 storm scenarios for the selected communities.
在考虑级别更大的风暴情况下，社区恢复力下降的程度更大，因为更多的基础设施被暴露在危险的区域。政策制定者可以利用 EC-TRI 的结果来编制或调整城市的规划。需要注意的是，EC-TRI 值不仅取决于所使用的资产和风暴场景，还取决于权重选择。政策制定者可以根据当地政策和优先事项，灵活调整相关权重的高低，从而更好地服务实际的城市规划需求。
总结与展望
Summary & Prospect
社区是应对灾害风险的直接主体，是防灾减灾管理的基本单元。研究开发的基于 GIS 的 EC-TRI 评估体系，可以量化社区面对不同灾害的恢复力水平。根据 EC-TRI 的结果，决策者可识别交通网络中的薄弱环节和容易受影响的区域，及时调整基础设施的布局，也可根据实际需求调整权重，实现社区交通设施的可持续运营。
本方法可以进一步扩展以涵盖其他灾害类型（森林火灾、恐怖主义）以及其他基础设施（公共卫生、能源），从而评估社区各方面的恢复力，以实现更全面的可持续发展。
Michel C. Boufadel is a distinguished professor and the director of the center for natural resources at the New Jersey Institute of Technology (NJ, USA). He is an expert in water technology and resources and has provided solutions to major oil spills in the USA (Exxon Valdez and BP Spill). He currently works on various water, soil, and energy systems, in addition to climate resilience.
新泽西理工学院（New Jersey Institute of Technology，NJIT）是一所公立综合性大学，始建于1881年，位于新泽西州的纽瓦（Newark），校区面积约45英亩。该校是一所教育，科研，服务和经济发展并重的大学。大学设有92个学位课程，其中包括33个本科学位，40个硕士学位和19个博士学位课程。大学现有423名全职教师，其中98%拥有博士学位或本领域内的最高学位。新泽西理工学院有6个学院，主要包括：工程学院、建筑学院、文理学院、管理学院、计算机科学学院等等。该校在2024 USNEWS美国综合性大学排名第86。
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