1976-2015年中國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化特征

劉 笑，何學(xué)敏，游松財(cái)

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1976-2015年中國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化特征

劉 笑1,2，何學(xué)敏3，游松財(cái)1**

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng) 110866)

根據(jù)1976-2015年受災(zāi)、成災(zāi)和絕收面積等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算中國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害包括洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫災(zāi)害的受災(zāi)率、成災(zāi)率、絕收率和損失率，并對(duì)其變化趨勢(shì)、災(zāi)害損失和災(zāi)害等級(jí)的變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）總體上，1976-2015年中國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的受災(zāi)率呈顯著減小的趨勢(shì)，而成災(zāi)率和絕收率變化趨勢(shì)則不顯著。干旱與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害總體變化趨勢(shì)相一致；洪澇受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率存在階段性的變化特征，1986-2005年各項(xiàng)均值最大；風(fēng)雹災(zāi)害下降趨勢(shì)顯著，受災(zāi)率、成災(zāi)率均顯著減??；而低溫災(zāi)害各項(xiàng)指標(biāo)的年代均值逐漸增加。（2）研究期內(nèi)四大災(zāi)害總體損失率的上下限呈先增加后減小的趨勢(shì)，平均災(zāi)害損失率為7.1%～15.7%。洪澇和干旱災(zāi)害損失率的上下限變化趨勢(shì)與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害總體一致，其平均損失率分別為2.0%～4.2%、3.8%～8.6%；而風(fēng)雹災(zāi)害損失率的上下限呈減小的趨勢(shì)，平均損失率為0.8%～1.7%；低溫災(zāi)害損失率的上下限呈增加趨勢(shì)，平均損失率為0.5%～1.1%。（3）研究期間洪澇重災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多，為突發(fā)性災(zāi)害；干旱、風(fēng)雹中災(zāi)和重災(zāi)發(fā)生次數(shù)之和最多，為常態(tài)性災(zāi)害。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害；變化特征；損失率；災(zāi)害等級(jí)

中國(guó)是易災(zāi)、多災(zāi)與災(zāi)情嚴(yán)重的國(guó)家，自然災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失的多年平均高達(dá)全國(guó)GDP的3%～6%[1]。其中，氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害占60%以上[2]，70%的農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失來(lái)自氣象災(zāi)害[3]。因此分析農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化特征，掌握災(zāi)害事件發(fā)生規(guī)律，對(duì)于防范災(zāi)害性天氣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響具有科學(xué)的指導(dǎo)和實(shí)踐意義。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中能夠?qū)r(nóng)業(yè)生物與設(shè)施造成危害和經(jīng)濟(jì)損失的不利天氣或氣候條件的總稱[4]。中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害類型多樣，其中對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大的是干旱和洪澇災(zāi)害[5]。研究表明，1978年以來(lái)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的災(zāi)情日趨嚴(yán)重，除了風(fēng)雹災(zāi)害略減輕，其它災(zāi)害均明顯加強(qiáng)[6-8]。

前人研究多集中在各類災(zāi)害的趨勢(shì)變化[9-11]和空間變化特征[12-13]，對(duì)災(zāi)害強(qiáng)度、災(zāi)害損失率、災(zāi)害波動(dòng)性分析較少，且已有文獻(xiàn)對(duì)2010年以前的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究較多[6-8]，近10a的災(zāi)害研究報(bào)道有所減少。因此，本文利用更新至2015年的災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析在氣候變化背景下中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害總體形勢(shì)以及洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫災(zāi)害的面積、波動(dòng)性、損失率以及等級(jí)的變化特征，以期為農(nóng)業(yè)救災(zāi)減災(zāi)和災(zāi)害預(yù)防提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源及處理

所用數(shù)據(jù)包括《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》中1976-2015年農(nóng)作物播種面積、受災(zāi)面積、成災(zāi)面積和絕收面積。

1976、1977、1980和1981年各類災(zāi)害的絕收面積缺失，利用受災(zāi)面積或成災(zāi)面積與絕收面積的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)齊。統(tǒng)計(jì)相關(guān)性表明絕收面積與成災(zāi)面積具有更高的相關(guān)性，因此統(tǒng)計(jì)1982-2015年洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫絕收面積與成災(zāi)面積的比例均值，分別為0.28、0.20、0.22、0.18，用比例均值乘以成災(zāi)面積得出缺失年份的絕收面積。

1.2 研究方法

1.2.1 受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率

由于每年農(nóng)作物播種面積不同，為消除農(nóng)作物播種面積年際變化對(duì)災(zāi)害趨勢(shì)變化的影響，計(jì)算各類災(zāi)害的受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率。即

（2）

（3）

式中，Ai、Bi、Ci分別表示第i年的受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率，i=1976，1977，…，2015，H1i、H2i、H3i分別表示第i年的受災(zāi)、成災(zāi)和絕收面積，Si表示第i年的農(nóng)作物播種面積。

1.2.2 損失率

參照文獻(xiàn)[14]對(duì)受災(zāi)、成災(zāi)和絕收面積的定義及它們對(duì)糧食產(chǎn)量下降影響程度的上限值（分別為29%、79%和100%）、下限值（分別為10%、30%和80%），定義本文損失率的上限和下限，即將受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率按上限比例加權(quán)為全部絕收的比率為損失率的上限，將受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率按下限比例加權(quán)為全部絕收的比率為損失率的下限。計(jì)算式分別為

（5）

式中，Dupper,i及Dlower,i分別為第i年損失率的上限和下限，Ai、Bi、Ci分別為第i年災(zāi)害受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率。

1.2.3 災(zāi)害變異系數(shù)

災(zāi)害變異系數(shù)表示災(zāi)害比率的變化幅度偏離其平均值的程度，是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，表示面積的波動(dòng)程度[15]，即

CVm=Sm×100% （6）

式中，m=1、2、3時(shí)，CVm分別表示受災(zāi)、成災(zāi)和絕收率的變異系數(shù)，Sm分別表示受災(zāi)、成災(zāi)和絕收率的標(biāo)準(zhǔn)差，分別表示受災(zāi)、成災(zāi)和絕收率的平均值。變異系數(shù)越大，則災(zāi)害的波動(dòng)性越大。

1.2.4 災(zāi)害強(qiáng)度及等級(jí)劃分

損失率反映了災(zāi)害的致災(zāi)程度，采用下式計(jì)算歷年損失率變異值[16]，即

式中，Zi為第i年損失率變異值，Ri為第i年損失率中值（損失率上限和下限的平均值）的平均值，為多年損失率中值的平均值，S為研究期間40a損失率的標(biāo)準(zhǔn)差。

計(jì)算1976-2015年全國(guó)干旱、洪澇、風(fēng)雹以及低溫的歷年損失率變異值，基于上述計(jì)算結(jié)果，結(jié)合前人的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，將各類農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害劃分為重災(zāi)（Z≥1.5）、中災(zāi)（0.5≤Z＜1.5）、輕災(zāi)（Z＜0.5）3個(gè)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)程度變化特征

2.1.1 受災(zāi)率

經(jīng)計(jì)算，1976-2015年洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫災(zāi)害的多年平均受災(zāi)面積占農(nóng)作物總受災(zāi)面積的96.7%，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的四大主要?dú)庀鬄?zāi)害。分析歷年主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率的變化趨勢(shì)可知（圖1a），總體上看，研究期內(nèi)（1976-2015年）農(nóng)作物受災(zāi)率存在極顯著的減小趨勢(shì)（P＜0.01），其中，干旱和風(fēng)雹受災(zāi)率的變化與此相符，而洪澇和低溫的變化趨勢(shì)不顯著。比較受災(zāi)面積的變異系數(shù)可知（表1），低溫、洪澇受災(zāi)率的波動(dòng)性大于干旱和風(fēng)雹。由圖1b可見，研究期內(nèi)1976-1985年平均受災(zāi)率相對(duì)較小，1986-2005年逐漸增大，2006-2015年又顯著減小，是40a間平均受災(zāi)率最小的10a，其中洪澇平均受災(zāi)率的變化趨勢(shì)與此相符，而低溫平均受災(zāi)率在分析期內(nèi)逐漸增加。

注：**表示變化趨勢(shì)極顯著，*表示顯著。T、F、D、WH和LT分別表示總體災(zāi)害、洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫。圖2、圖3和圖4同

Note:**indicates extremely significant,*indicates significant. T，F(xiàn)，D，WH and LT indicate total, flood, drought, wind, and low temperature disasters, respectively. The same as Fig.2, Fig.3 and Fig.4

2.1.2 成災(zāi)率

由圖2a可知，總體上，分析期內(nèi)（1976-2015年）農(nóng)作物總成災(zāi)率的變化趨勢(shì)不顯著，而風(fēng)雹成災(zāi)率呈顯著減小的趨勢(shì)，洪澇、干旱和低溫成災(zāi)率的變化趨勢(shì)均不顯著，存在階段性的變化特征。由年代平均成災(zāi)率可知（圖2b），總成災(zāi)率變化具有明顯的階段性特征，1976-1985年平均成災(zāi)率相對(duì)較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小，洪澇和干旱成災(zāi)率的變化與此相符，而低溫平均成災(zāi)率在分析期內(nèi)逐漸增加。

2.1.3 絕收率

分析歷年主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害絕收率變化趨勢(shì)可知（圖3a），總體上，分析期內(nèi)（1976-2015年）農(nóng)作物絕收率的線性趨勢(shì)不顯著，其中，洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫絕收率的變化趨勢(shì)均不顯著，存在階段性的變化特征。由圖3b可知，總絕收率變化具有明顯的階段性特征，與總成災(zāi)率的階段性特征相同。其中，1976-1985年洪澇、干旱和風(fēng)雹平均絕收率相對(duì)較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減?。欢蜏仄骄^收率在分析期內(nèi)逐漸增加。

比較受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率的變異系數(shù)可見（表1），4種災(zāi)害的絕收率的變異系數(shù)最大，其次是成災(zāi)率，受災(zāi)率的變異系數(shù)最小，說(shuō)明災(zāi)害越嚴(yán)重，其波動(dòng)性越大。

表1 四種災(zāi)害受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率的變異系數(shù)（%）

2.2 主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害損失率變化特征

農(nóng)作物產(chǎn)量的波動(dòng)受農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響[7]，損失率反映了災(zāi)害對(duì)作物產(chǎn)量的影響，體現(xiàn)了農(nóng)作物的易損性、脆弱性等特征。由多項(xiàng)式擬合的結(jié)果可知（圖4），分析期內(nèi)（1976-2015年）四大災(zāi)害總體損失率的上限和下限呈先增加后減小的趨勢(shì)，平均損失率為7.1%～15.7%；洪澇和干旱損失率的上限和下限變化趨勢(shì)與之一致，洪澇和干旱平均損失率分別為2.0%～4.2%、3.8%～8.6%，1976-1985年平均損失率的上限和下限相對(duì)較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小；而風(fēng)雹損失率的上限和下限呈減小的趨勢(shì)，平均損失率為0.8%～1.7%，分析期內(nèi)損失率上限和下限分別下降了0.5%和0.2%；低溫?fù)p失率的上限和下限則呈增加趨勢(shì)，平均損失率為0.5%～1.1%，分析期內(nèi)損失率上限和下限分別增加了0.8%和0.5%。

2.3 主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害強(qiáng)度變化特征

為了反映各類災(zāi)害的強(qiáng)度，計(jì)算全國(guó)干旱、洪澇、風(fēng)雹和低溫災(zāi)害的歷年損失率變異值（Z），基于計(jì)算結(jié)果，結(jié)合工作實(shí)踐，將各類災(zāi)害分為重災(zāi)、中災(zāi)和輕災(zāi)3個(gè)等級(jí)，具體標(biāo)準(zhǔn)為重災(zāi)（Z≥1.5），中災(zāi)（0.5≤Z＜1.5），輕災(zāi)（Z＜0.5）。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)1976-2015年全國(guó)干旱、洪澇、風(fēng)雹和低溫災(zāi)害的災(zāi)害等級(jí)進(jìn)行劃分（表2），由表2可見，四類災(zāi)害發(fā)生輕災(zāi)的次數(shù)較接近；干旱和風(fēng)雹發(fā)生中災(zāi)的次數(shù)分別為9、8次，明顯多于洪澇和干旱；而洪澇災(zāi)害發(fā)生重災(zāi)的次數(shù)最多，其次是風(fēng)雹，最后是洪澇和低溫。對(duì)比各類災(zāi)害不同等級(jí)的發(fā)生次數(shù)可知，洪澇為突發(fā)性災(zāi)害，致災(zāi)強(qiáng)度大。干旱、風(fēng)雹為常態(tài)性災(zāi)害，其發(fā)生頻率高。

表2 1976-2015年不同等級(jí)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

總體上看，1976-2015年中國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的受災(zāi)率呈極顯著減小的趨勢(shì)，而成災(zāi)率和絕收率變化趨勢(shì)不顯著。干旱受災(zāi)率呈極顯著的減小趨勢(shì)，而成災(zāi)面積和絕收面積存在階段性變化特征。洪澇受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率線性變化趨勢(shì)不顯著，1976-1985年其各項(xiàng)災(zāi)害指標(biāo)相對(duì)較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小，這是由于洪澇災(zāi)害波動(dòng)性大。在分析期內(nèi)風(fēng)雹受災(zāi)率、成災(zāi)率呈顯著減小的趨勢(shì)，且其波動(dòng)性最小。而低溫的受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率的線性變化趨勢(shì)雖不顯著，但各項(xiàng)指標(biāo)的年代平均逐漸增加。

研究期內(nèi)四大災(zāi)害總體損失率的上下限呈先增加后減小的趨勢(shì)，其平均損失率為7.1%～15.7%。洪澇和干旱的上下限均呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，而風(fēng)雹呈減小的趨勢(shì)，低溫呈增加的趨勢(shì)；洪澇、干旱、風(fēng)雹和低溫近40a平均損失率分別為2.0%～4.2%、3.8%～8.6%、0.8%～1.7%和0.5%～1.1%。

四類災(zāi)害等級(jí)劃分結(jié)果表明，洪澇為突發(fā)性災(zāi)害，致災(zāi)強(qiáng)度大，干旱、風(fēng)雹為常態(tài)性災(zāi)害，災(zāi)害發(fā)生頻率高。這與以往研究結(jié)果相吻合，干旱主要發(fā)生在北方，風(fēng)雹以山前為重，兩種災(zāi)害在兩類地區(qū)基本是常態(tài)，如北方許多地區(qū)都有十年九旱之說(shuō)。

3.2 討論

近40a全國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害總體上受災(zāi)面積顯著減少，但成災(zāi)和受災(zāi)面積變化趨勢(shì)不顯著。這是由于一方面在氣候變化背景下極端天氣氣候事件增多[17-18]，另一方面農(nóng)業(yè)減災(zāi)能力的增強(qiáng)使輕災(zāi)面積下降，但對(duì)于重大災(zāi)害的抗御能力仍然不足。

除低溫災(zāi)害外，其它災(zāi)害在近10a顯著減輕，有效灌溉面積的增加，節(jié)水與旱作技術(shù)的進(jìn)步與推廣[19]，以及降水的區(qū)域特征顯著，西北干旱區(qū)降水增加，使得干旱面積縮小[20]。而風(fēng)雹面積減小是由于全球變暖高緯度甚于低緯度，南北氣壓差縮小[21]。低溫災(zāi)害各項(xiàng)面積的年代平均呈增加趨勢(shì)，主要是由于氣候變暖使得熱量條件改善，東北地區(qū)更換偏晚熟的品種、向高緯度高海拔過(guò)度擴(kuò)種、春季過(guò)早播種等[22]增加了遭遇低溫災(zāi)害的概率。

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Characteristics of Agricultural Meteorological Disasters in China from 1976 to 2015

LIU Xiao1, 2, HE Xue-min3, YOU Song-cai1

(1.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;3.Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

Based on the statistical data from 1976 to 2015, the disaster rate, loss rate and levels of major agricultural meteorological disasters were calculated and analyzed, including flood, drought, hail and low temperature. The results revealed that, (1) in general, disaster-induced rate of major agricultural meteorological disasters decreased from 1976 to 2015 in China, while the trend of disaster-affected rate and no harvest rate were not significant. Drought was almost the same as the overall trend. The flood-induced rate, flood-affected rate and no harvest rate showed the characteristics of stage change, and the average of those three indicators from 1986-2005 was the largest. The hail falling trend was remarkable, and disaster-induced rate and disaster-affected were significantly reducing. However, the low temperature disaster rate of the 10-year average gradually increased. (2) The upper and lower limits of the overall loss rate increased first and then decreased, with an average loss rate of 7.1%-15.7%. Drought and flood showed the trends of increased first and then decreased, hail showed decreasing trend, while low temperature showed increasing trend. The average loss rate of drought, flood, hail and low temperature were 2.0%-4.2%, 3.8%-8.6%, 0.8%-1.7% and 0.5%-1.1% respectively. (3) The number of times of flood at severe level was the most, thus flood was a sudden disaster. Drought and hail were normal disasters with a high frequency.

Agricultural meteorological disasters; Characteristics; Loss rate; Disaster level

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.08.002

2016-12-09

。E-mail: yousongcai@caas.cn

重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0300400）；中國(guó)清潔發(fā)展機(jī)制基金贈(zèng)款項(xiàng)目（2014109）

劉笑（1993-），女，碩士生，研究方向?yàn)闅庀鬄?zāi)害與減災(zāi)。E-mail: smilefanf@126.com

劉笑,何學(xué)敏,游松財(cái).1976-2015年中國(guó)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(8):481-487