中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害定量評估

杜會(huì)石++秦旭升++陳智文

摘要：利用1949—2012年中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害資料，采用數(shù)值分析方法，計(jì)算干旱、洪澇、風(fēng)雹和低溫冷害等氣象災(zāi)害的成災(zāi)率，并對各類氣象災(zāi)害分級賦值；采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，計(jì)算各類氣象災(zāi)害與總災(zāi)害的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而確定其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響權(quán)重和影響程度，并分析其時(shí)空演變特征。結(jié)果表明，64年來，中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害平均成災(zāi)率、各類災(zāi)害平均成災(zāi)率均呈增加趨勢，以干旱平均成災(zāi)率增長最快，達(dá)0.98 %/10年；干旱占?xì)庀鬄?zāi)害影響權(quán)重最高，并主要分布在中國北方地區(qū)；農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害總體以Ⅲ級災(zāi)害為主；特別是近10年，Ⅴ級災(zāi)害發(fā)生頻率升高。研究結(jié)果為分析農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害時(shí)空演變、農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)、糧食生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害；定量評估；灰色關(guān)聯(lián)分析

中圖分類號： S42文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0442-05

收稿日期：2015-05-03

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：41401002）；吉林省社會(huì)科學(xué)基金（編號：2014B127）；吉林師范大學(xué)研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃（編號：2013006）。

作者簡介：杜會(huì)石（1983—），男，吉林伊通人，博士，講師，主要從事農(nóng)業(yè)遙感研究。E-mail：duhs@163.com。

通信作者：陳智文，教授，主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)與新型肥料研究。Tel：（0434）3291890；E-mail：sdczw4489@126.com。全球氣候變化是國際科學(xué)研究的焦點(diǎn)問題，對各國的可持續(xù)發(fā)展具有重要影響[1-2]。氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響具有多尺度、多層次、正負(fù)影響并存的特征[3]。氣候變暖使世界部分地區(qū)的糧食生產(chǎn)得到了發(fā)展，但與此同時(shí)，極端天氣又對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生損失[4-5]，造成農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、糧食產(chǎn)量的大幅度變化[6-10]。中國是農(nóng)業(yè)國家，地處東亞季風(fēng)區(qū)，氣象條件年際波動(dòng)較大，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害多發(fā)，氣象災(zāi)害發(fā)生頻率約占全部自然災(zāi)害的70%[11-12]，年均受災(zāi)面積約占作物播種面積的31%。中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害具有明顯的地域性和季節(jié)性，50年來，華北和東北地區(qū)的旱災(zāi)、東南和長江中下游地區(qū)的洪澇呈增加趨勢[1]。作物因氣候變暖而發(fā)育期提前、抗寒性減弱，致使中國南方冬季冰凍和春季霜凍的危害放大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在一定程度上受到威脅[4]。定量評估農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征及其時(shí)空變異，對我國糧食安全及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

隨著學(xué)科的發(fā)展及相互交叉，國內(nèi)學(xué)者從氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[6]、氣象災(zāi)害與農(nóng)業(yè)生態(tài) [4]、氣象災(zāi)害演變[13]、氣象災(zāi)害預(yù)警與防御[14]等諸多方面進(jìn)行了研究，但這些研究多限于省級行政單位范圍內(nèi)，缺少宏觀、長時(shí)間序列評估，有關(guān)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害定量評估的報(bào)道較少。本研究選取4種對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大的氣象災(zāi)害，定量評估其發(fā)生特點(diǎn)，探討變化規(guī)律，以期為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)參考。

2結(jié)果與分析

2.1中國氣象災(zāi)害致災(zāi)程度變化特征

中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害平均成災(zāi)率為11.93%，呈增長趨勢，變化率1.54%/10年（圖1）。1950—1959年，各年成災(zāi)率均低于歷年平均值，氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響程度偏輕。1960年以來，58.49%的年份成災(zāi)率高于平均值，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣象災(zāi)害影響較大。其中，1970年成災(zāi)率僅為2.30%，為64年中最小值，該年氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最??；2000年成災(zāi)率為21.97%，為64年中最大值，氣象災(zāi)害影響程度最嚴(yán)重，主要原因是2000年中國發(fā)生大面積嚴(yán)重干旱，中國 17.12% 的農(nóng)田面積發(fā)生干旱。

4種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，干旱平均成災(zāi)率最大，為6.39%；洪澇次之，為3.63%；風(fēng)雹再次之，為1.19%；低溫冷害最小，為0.73%。64年中，不同災(zāi)害成災(zāi)率均呈上升趨勢。其中，干旱增加趨勢最為明顯， 增長率為0.98%/10年；風(fēng)雹增加較

快，增長率為0.31%/10年；低溫冷害增長率為0.18%/10年；洪澇增長率較低，為0.04%/10年?？梢姡珊祵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響越來越嚴(yán)重。

2.2氣象災(zāi)害影響權(quán)重空間分布特征

中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，以干旱的影響權(quán)重最大，達(dá)到 26.05%；風(fēng)雹和低溫冷害權(quán)重較接近，分別為24.99%、 24.88%；洪澇權(quán)重最小，為23.98%。4類災(zāi)害影響權(quán)重在不同地區(qū)的分布趨勢各不相同（圖2）。按區(qū)域劃分，中國東北、華北、西北、西南、中南地區(qū)干旱權(quán)重占主要地位，而華東、華南地區(qū)以洪澇權(quán)重占主要地位。

2.3氣象災(zāi)害影響權(quán)重時(shí)間變化特征

根據(jù)64年各類災(zāi)害影響權(quán)重變化可知（圖3），中國洪澇影響權(quán)重呈減少趨勢，平均減少9.15%/10年。其他災(zāi)害權(quán)重呈增加趨勢。其中，風(fēng)雹影響權(quán)重增加趨勢最明顯，為161.20%/10年；干旱影響權(quán)重增加6.83%/10年；低溫冷害波動(dòng)增加4.13%/10年。1959、1967年干旱影響權(quán)重較大，均超過0.80；1949、1950、1954年權(quán)重較小，均小于0.10。1949、1950、1954年洪澇影響權(quán)重較大，均超過0.90；1972、1978年洪澇權(quán)重較小，均小于0.10。

20世紀(jì)50年代，中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害以洪澇為主，平均權(quán)重為53.93%；干旱次之，為37.20%；低溫冷害權(quán)重為 8.66%；風(fēng)雹為1.21%。從20世紀(jì)60年代開始，氣象災(zāi)害以干旱為主，洪澇次之，風(fēng)雹再次之，低溫冷害權(quán)重最低。但是，干旱的權(quán)重由20世紀(jì)60年代的57.77%緩慢減少到21世紀(jì)以來的52.45%，洪澇的權(quán)重由20世紀(jì)60年代的35.08%迅速減少到21世紀(jì)以來的23.86%，風(fēng)雹的權(quán)重由20世紀(jì)60年代的 4.69% 快速增加到21世紀(jì)以來的12.89%，低溫冷害的權(quán)重由20世紀(jì)60年代的2.47%迅速增加到21世紀(jì)以來的10.80%。

2.4氣象災(zāi)害綜合評估

根據(jù)表1等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，分別對1949—2012年中國干旱、洪澇、風(fēng)雹和低溫冷害的災(zāi)情等級進(jìn)行劃分和歸類（表4）。4種氣象災(zāi)害中，低溫冷害出現(xiàn)Ⅰ級和Ⅱ級災(zāi)害累計(jì)年份最多，風(fēng)雹出現(xiàn)Ⅰ級和Ⅱ級災(zāi)害累計(jì)年份最少；風(fēng)雹出現(xiàn)Ⅳ級和Ⅴ級災(zāi)害累計(jì)年份最多，低溫冷害出現(xiàn)Ⅳ級和Ⅴ級災(zāi)害累計(jì)年份最少?？傮w來看，中國有52.46%的年份，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等級為Ⅲ級和Ⅳ級，糧食生產(chǎn)受制于氣象災(zāi)害。根據(jù)表3的分級標(biāo)準(zhǔn)，對中國64年氣象災(zāi)害進(jìn)行綜合評估，Ⅲ級災(zāi)害年份數(shù)最多，為17年；Ⅱ級、Ⅳ級災(zāi)害年份數(shù)次之，各為15年。

分析1949—2012年災(zāi)情指數(shù)發(fā)現(xiàn)，2003年災(zāi)情指數(shù)最大，為5.61；1951年和1970年災(zāi)情指數(shù)最小，分別為0.38和0.34（圖4）。災(zāi)情指數(shù)總體呈增加趨勢，增長率為0.45/10年，表明氣象災(zāi)害對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害程度越來越重，特別是2 000年以來，Ⅴ級災(zāi)害發(fā)生1年，Ⅳ級災(zāi)害發(fā)生4年，分別占相應(yīng)級別發(fā)生年數(shù)的100.00%和26.67%，Ⅴ級災(zāi)害年份發(fā)生頻率明顯升高。

2006—2012年，災(zāi)情指數(shù)呈現(xiàn)明顯下降趨勢，但是否表明處于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的減少時(shí)期，尚需長時(shí)間序列氣象數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測，以便總結(jié)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

3討論與結(jié)論

中國各類農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害有明顯增加趨勢，并以干旱災(zāi)害增長最為顯著，對農(nóng)業(yè)發(fā)展影響程度最大，成為影響農(nóng)業(yè)穩(wěn)定和糧食安全的主要因素，與王春乙等研究結(jié)果[6，18]一致。20世紀(jì)80年代以來，中國降水呈現(xiàn)南多北少、分布不均的態(tài)勢 [19]，進(jìn)一步加重了南方洪澇、北方干旱缺水等災(zāi)害頻發(fā)的局面。

洪澇災(zāi)害主要分布在中國東南部、長江和黃淮河流域[18]。20世紀(jì)90年代以來，波動(dòng)性洪澇災(zāi)害明顯增加[3-4]，如1991年淮河、太湖流域，1998年長江、松花江、嫩江流域，2003年淮河流域都發(fā)生了特大洪澇災(zāi)害。

風(fēng)雹災(zāi)害盡管發(fā)生面積較小，但由于地域性分布明顯，且受災(zāi)區(qū)域集中，故累積損失程度仍較大。在氣候變化背景下，我國多地區(qū)平均風(fēng)速有所下降[1]、平均氣溫有所提高，但風(fēng)雹災(zāi)害主要受局地強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)的影響[8]，尚需開展持續(xù)監(jiān)測研究。

低溫冷害主要分布在我國北方地區(qū)，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為，自20世紀(jì)80年代以來，因氣候變暖，我國北方地區(qū)低溫冷害呈減少趨勢[20]，但本研究并未發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度和頻率下降趨勢。下一步，可針對全球環(huán)境變化背景下，中國低溫冷害的空間分布及發(fā)生頻率做進(jìn)一步定量研究。

相關(guān)學(xué)者指出，糧食單產(chǎn)變化受控于自然因素[21]（圖5），但技術(shù)和社會(huì)因素，如新品種、新栽培技術(shù)的推廣和改進(jìn)，仍可導(dǎo)致產(chǎn)量發(fā)生顯著短期波動(dòng)。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是否最終成災(zāi)，還取決于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)對氣象災(zāi)害的抵抗和適應(yīng)能力[22-24]。

本研究利用中國64年農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害資料，對影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的4種氣象災(zāi)害的成災(zāi)率、變異值及其影響權(quán)重進(jìn)行了分析，定量研究各類氣象災(zāi)害的影響程度，并分析其時(shí)空演變特征，所得結(jié)論如下：（1）在氣候變暖背景下，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害危害程度加重、發(fā)生頻繁，特別是極端氣候事件已威脅中國糧食生產(chǎn)安全。中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害平均成災(zāi)率為11.93%，呈現(xiàn)上升趨勢。各單災(zāi)種氣象災(zāi)害均呈上升趨勢，干旱成災(zāi)率上升趨勢最顯著。（2）中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害以干旱的影響權(quán)重最大，低溫冷害影響權(quán)重最??；洪澇影響權(quán)重呈下降趨勢，其他災(zāi)害權(quán)重呈增加趨勢。中國各地區(qū)各類災(zāi)害權(quán)重各異，尚需跟蹤監(jiān)測各地農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化規(guī)律。（3）中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害以Ⅲ級為主，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較重。災(zāi)情指數(shù)呈增加趨勢，說明氣象災(zāi)害對全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害程度越來越嚴(yán)重，特別是2000年以后，Ⅴ級災(zāi)害的發(fā)生頻率明顯升高。

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