海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

陳卿才，侯　偉，陳匯林，田光輝（.昌江縣氣象局，海南 昌江57700；.?？谑袣庀缶?，海南 ?？?700；.海南省氣象科學(xué)研究所，海南　海口5700）

海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

陳卿才1，侯偉2，陳匯林3?，田光輝3
（1.昌江縣氣象局，海南 昌江572700；2.海口市氣象局，海南 ?？?71100；3.海南省氣象科學(xué)研究所，海南海口570203）

基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析理論，利用海南島18個(gè)市縣2001-2010年的歷史氣象數(shù)據(jù)、棚栽西瓜面積、耕地總面積、人均GDP等資料，通過選取致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力這3個(gè)因子構(gòu)建了海南棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型。結(jié)果表明，海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在中部和北部，而低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在南部和西部，其余地區(qū)為中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

棚栽西瓜；低溫寡照；風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃；海南島

1　引言

海南島位于我國(guó)最南端，屬熱帶季風(fēng)氣候，光熱資源充足，是我國(guó)重要的冬季反季節(jié)瓜菜生產(chǎn)基地［1］。海南島冬季期間易受東北季風(fēng)強(qiáng)冷空氣影響而造成低溫寡照天氣，相比于內(nèi)陸而言，海南島低溫寡照災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度、頻率和影響范圍雖有所減輕［2］，但其對(duì)本島冬季反季節(jié)瓜菜生產(chǎn)的影響不容小覷［3］。例如2008年冬季發(fā)生的強(qiáng)低溫寡照災(zāi)害造成了海南瓜菜減產(chǎn)20%以上，甚至導(dǎo)致部分露地栽培作物絕收。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于寒害的研究主要集中在熱帶、亞熱帶作物的生理生化和形態(tài)表觀方面，寒害等級(jí)指標(biāo)、寒害監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)分析方面。對(duì)作物的寒害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究有很大的進(jìn)展，分別從農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)、災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度和頻率、作物減產(chǎn)情況出發(fā)，并引進(jìn)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論到寒害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析當(dāng)中。盡管如此，多數(shù)研究在寒害風(fēng)險(xiǎn)分析研究當(dāng)中僅僅只考慮了低溫對(duì)作物的影響，忽略了伴隨低溫出現(xiàn)的寡照對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的阻礙和損害作用，這在很大程度上偏離了實(shí)際生產(chǎn)情況。及時(shí)有效地開展低溫寡照復(fù)合型災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究，對(duì)海南冬季反季節(jié)瓜菜生產(chǎn)的合理布局，風(fēng)險(xiǎn)決策及保險(xiǎn)理賠具有重大的指導(dǎo)作用。

海南冬季反季節(jié)西瓜主要用塑料中棚進(jìn)行栽培生產(chǎn)，12月-翌年2月常受低溫寡照影響而受害減產(chǎn)。本文結(jié)合前期研究成果并考慮了西瓜生長(zhǎng)發(fā)育受低溫寡照影響的生物學(xué)特性，采取致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性開展了棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃。為最大化減輕海南冬季棚栽西瓜遭受低溫寡照災(zāi)害損失，優(yōu)化西瓜設(shè)施生產(chǎn)布局提供了科學(xué)依據(jù)。

2　數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

采用的海南島18個(gè)市縣2001-2010年12月-翌年2月逐日最低氣溫、平均氣溫、日照時(shí)數(shù)等氣象數(shù)據(jù)以及海南島行政邊界數(shù)據(jù)資料均由海南省氣象科學(xué)研究所提供。其中，對(duì)于個(gè)別缺測(cè)的逐日氣象數(shù)據(jù)一般采用歷年同期的均值來(lái)代替。

2.2研究方法

依據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析理論，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)一般由致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力等共同構(gòu)成［4-5］，但考慮到研究對(duì)象為棚栽西瓜，種植戶均為浙江瓜農(nóng)，采用統(tǒng)一設(shè)施栽培管理模式，對(duì)寒害的孕災(zāi)環(huán)境敏感度不高，故本文只采用3個(gè)因子來(lái)構(gòu)建災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型：

式子中Q為棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，A為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)，B為承載體易損性指數(shù)，C為防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)。其中，a、b、c分別為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，權(quán)重大小表示各因子對(duì)低溫寡照災(zāi)害影響程度大小，一般由專家打分獲取。另外，為了便于災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算和分析，需要消除各評(píng)價(jià)因子指數(shù)的不同量綱及數(shù)量級(jí)的差異，逐一對(duì)各評(píng)價(jià)因子指數(shù)歸一化處理，為避免函數(shù)底數(shù)為0，采用如下公式：

式中 Xg是歸一化處理后的規(guī)范化值，Xmax、Xmin分別為18個(gè)市縣中指數(shù)值的最大值和最小值。另外，防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)歸一化計(jì)算公式為：

2.2.1致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)

前期研究工作對(duì)海南棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害進(jìn)行了等級(jí)指標(biāo)體系的構(gòu)建（表1），選取了極端最低氣溫、≤15°C持續(xù)天數(shù)、有害積寒和寡照持續(xù)天數(shù)（日照時(shí)數(shù)＜3 h作為寡照標(biāo)準(zhǔn)）為災(zāi)害致災(zāi)因子，并進(jìn)行主成分分析后得出綜合指數(shù)HI，最終以HI值劃分棚栽西瓜的災(zāi)害受害等級(jí)。

表1　塑料中棚西瓜栽培低溫寡照氣象災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)體系

綜合指數(shù)HI值與過程≤15°C持續(xù)天數(shù)X2、有害積寒X3、寡照天數(shù)X4這三項(xiàng)致災(zāi)因子呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而與極端最低氣溫X1呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明過程≤15°C持續(xù)天數(shù)X2、有害積寒X3、寡照天數(shù)X4值越大，極端最低氣溫X1越小，綜合指數(shù)HI值就越大。綜合指數(shù)代表低溫寡照災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度，HI越大則表明低溫寡照災(zāi)害就越嚴(yán)重。

棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算采用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法：

式子中A是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)；n是災(zāi)害等級(jí)級(jí)數(shù)（分為輕、中、重三個(gè)等級(jí)）；Ji是i等級(jí)下的災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)重（輕度為1/6，中度為2/6，重度為3/6）；Hi是i等級(jí)下的災(zāi)害綜合指數(shù)值。

2.2.2承災(zāi)體易損性指數(shù)

承災(zāi)體易損性表示棚栽西瓜易受低溫寡照災(zāi)害威脅和損失的程度及狀態(tài)，一般認(rèn)為作物易損性與種植面積有關(guān)，種植密度越大，遭遇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也就越大，易損性也越高，故以棚栽西瓜種植面積比例作為西瓜易損性指數(shù)：

式中，S1、S2分別為某市縣西瓜種植面積和耕地總面積。利用海南島2004-2013年18個(gè)市縣耕地面積和棚栽西瓜種植面積計(jì)算得到各地西瓜易損性指數(shù)，從而得到海南島棚栽西瓜易損性區(qū)劃圖。

2.2.3防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)構(gòu)建

棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力一般與地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，一般情況下，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，生產(chǎn)力水平越高的地區(qū)，當(dāng)?shù)貧庀蟛块T對(duì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警越準(zhǔn)確，政府部門對(duì)農(nóng)業(yè)災(zāi)害的防御工作做出的貢獻(xiàn)越大，故而棚栽西瓜栽培抗災(zāi)減災(zāi)能力越強(qiáng)，故以各市縣人均GDP的比值來(lái)表示地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)能力：

式中，G為各市縣2004-2013年的人均GDP值，Gmax為各市縣中人均GDP最高值。由此可以得到海南島各市縣西瓜低溫寡照災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)，并獲取到海南島棚栽西瓜防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃圖。

3　結(jié)果與分析

3.1致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)分為3個(gè)量級(jí)，海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)呈現(xiàn)從北部和中部逐漸向南部、西部和東部減小的趨勢(shì)。高值區(qū)主要位于中部白沙、瓊中北部的大部地區(qū)以及屯昌全部，北部澄邁、臨高以及儋州的北部小范圍地區(qū)；低值區(qū)主要為南部的三亞、樂東、陵水、保亭以及五指山南部大部地區(qū)，東部的萬(wàn)寧，西部的東方、昌江；中值區(qū)主要為北部?？凇⒍ò?，東部文昌、瓊海以及西部儋州大范圍。冬季強(qiáng)冷空氣由海南島北部登陸，故對(duì)臨高、澄邁等市縣影響較大，而當(dāng)強(qiáng)冷氣團(tuán)到達(dá)中部高海拔的五指山山脈后被截留下來(lái)，阻滯了其繼續(xù)南移，且導(dǎo)致了冷空氣在五指山以北的不斷積累，易發(fā)生低溫寡照天氣。由于五指山的阻隔，海南島南部和北部存在明顯的氣候差異，南部和西部地區(qū)的氣溫和光照條件明顯優(yōu)于中部、北部和東部地區(qū)。

3.2承災(zāi)體易損性風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

承災(zāi)體易損性表示作物遭受氣象災(zāi)害后造成的損害和威脅的性質(zhì)和狀態(tài)。海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害承災(zāi)體易損性指數(shù)高值區(qū)主要位于北部?？凇⒍ò?，東部文昌、瓊海、萬(wàn)寧；低值區(qū)主要分布在中南部地區(qū)，包括中部的白沙、瓊中、五指山；南部的三亞、樂東、保亭以及西部的儋州；中值區(qū)主要分布在北部的臨高、澄邁，靠近中部的屯昌，西部昌江和東方以及南部的陵水。海南島冬季棚栽西瓜栽培主要分布在東部和北部地區(qū)，因?yàn)樵搮^(qū)域海拔較低，冬季雖遭受冷空氣影響造成長(zhǎng)期低溫天氣，但可通過搭建塑料中棚在一定程度上減輕低溫對(duì)西瓜生長(zhǎng)發(fā)育的影響；而中部海拔較高且寒害嚴(yán)重，棚栽西瓜栽培面積較少；南部地區(qū)因冬季較少或不受寒害的影響，且土地租賃相對(duì)較貴，故其棚栽西瓜種植面積較少。

3.3防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃

防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)高值區(qū)集中在海南島北部的?？诤湍喜康娜齺?。低值區(qū)集中于中部的五指山、瓊中、白沙、屯昌、定安，南部的樂東、保亭和陵水，北部的臨高；中值區(qū)主要位于西部東方、昌江、儋州，北部澄邁以及東部的文昌和瓊海。防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)總體趨勢(shì)為海南島中部地區(qū)抗災(zāi)能力最弱，?？诤腿齺喌目篂?zāi)能力最強(qiáng)。

3.4綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

經(jīng)過研究討論并征求了專家組意見后，決定賦予致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力以0.8、0.1、0.1的權(quán)重系數(shù)，并且利用ArcGIS柵格運(yùn)算模塊計(jì)算了災(zāi)害綜合指數(shù)，經(jīng)過分級(jí)得出：海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在海南北部、東部大部分地區(qū)，以及五指山以北的部分中部山區(qū)。北部和東部地區(qū)是冬季強(qiáng)冷空氣直接侵入的區(qū)域，且是棚栽西瓜生產(chǎn)的主要基地，故該地區(qū)棚栽西瓜易遭受低溫寡照災(zāi)害影響，中部地區(qū)多為山地，海拔較高，其中以五指山脈為最高，直接阻礙了冬季冷空氣的繼續(xù)南下，也造成冷空氣在山脈北側(cè)的聚集，但考慮到該區(qū)域棚栽西瓜種植面積少，以致五指山以北的部分地區(qū)成為低溫寡照災(zāi)害易發(fā)區(qū)域。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在西部昌江、東方，南部的三亞、樂東、保亭、陵水以及五指山，由于該區(qū)域位于海南最高山脈南面，不易受冬季冷空氣影響，溫光條件較好，遭受低溫寡照災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)亦較小。此外，其余部分為中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，各因子參數(shù)處于中間值域范圍，是海南棚栽西瓜種植受低溫寡照災(zāi)害中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，其中包括西部儋州，中部白沙、瓊中和萬(wàn)寧以南部分區(qū)域以及?？诒辈繀^(qū)域?？偟膩?lái)說(shuō)，海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃呈現(xiàn)出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由北部和東部地區(qū)逐漸向南部和西部地區(qū)減弱的趨勢(shì)。通過有關(guān)文獻(xiàn)和海南年鑒查閱得知，海南北部?？?、臨高、澄邁等市縣，東部地區(qū)文昌、瓊海等市縣以及五指山以北的中部地區(qū)（包括瓊中和白沙）是農(nóng)業(yè)作物遭受寒害災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)和高發(fā)區(qū)，該地區(qū)寒害發(fā)生頻次高，受害程度大，五指山脈以南的三亞、陵水、樂東、保亭以及西部地區(qū)的東方、昌江光溫條件優(yōu)越，種植農(nóng)作物一般受到輕度寒害或不受寒害影響，這充分表明了本研究所編制的海南棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖與實(shí)際情況吻合度較高。

4　結(jié)論與討論

本文以海南島冬季棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害為研究對(duì)象，利用了海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)、18個(gè)市縣2001-2010年冬季歷史氣象數(shù)據(jù)、各市縣棚栽西瓜種植面積和耕地總面積、各市縣人均GDP等數(shù)據(jù)資料，并將自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論引入棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究中，分別對(duì)海南島低溫寡照災(zāi)害的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力這3個(gè)因子進(jìn)行了分析和區(qū)劃。并在此基礎(chǔ)之上采用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法建立起了海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。結(jié)果表明，考慮了3因子的海南島棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在中部地區(qū)和北部地區(qū)，這是因?yàn)槎灸舷碌膹?qiáng)冷空氣通過海南島北部和東部地區(qū)入侵，直接深入到中部山區(qū)，遭遇到五指山的阻隔后在山北聚集，導(dǎo)致該區(qū)域致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)較高，且該區(qū)域棚栽西瓜面積比例較大，防災(zāi)減災(zāi)能力也較弱，故綜合風(fēng)險(xiǎn)也高。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于五指山以南的大部地區(qū)和西部的昌江、東方，綜合分析后得出因五指山阻隔了南下的強(qiáng)冷空氣，造成南部地區(qū)較少或不受低溫寡照影響，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性較低，且該區(qū)域棚栽西瓜種植面積少，易損性小，故該區(qū)域的綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)低。此外，本文由于所選用資料和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子的局限性，若要更精細(xì)化地開展海南冬季棚栽西瓜低溫寡照災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與評(píng)估則還需要進(jìn)一步深入研究。

［1］黨選民，李建國(guó)，曹振木，等.海南省西瓜生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策［J］.中國(guó)瓜菜，2005（5）:52-54.

［2］高懋芳，邱建軍，劉三超，等.我國(guó)低溫冷凍害的發(fā)生規(guī)律分析 ［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（5）: 1167-1172.

［3］《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》編委會(huì)．中國(guó)氣象災(zāi)害大典·海南卷［M］．北京:氣象出版社，2008:158-168．

［4］霍治國(guó)，王石立.農(nóng)業(yè)和生物氣象災(zāi)害［M］.北京:氣象出版社，2009.

［5］鄭大瑋，李茂松，霍治國(guó)，等.農(nóng)業(yè)災(zāi)害與減災(zāi)對(duì)策［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2013.

公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201206019）

S166

A

1002-252X（2015）04-0015-04

2015-9-1

陳卿才（1973-），男，海南省儋州市人，哈爾濱理工大學(xué)，本科生，工程師.

陳匯林（1960-），男，河南省濟(jì)源市人，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科生，高級(jí)工程師.